Smart Rack. Vollautomatische RFID Regal - und Lagersysteme

Inhaltsverzeichnis

Kurzzusammenfassung

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Klassifizierung von Lägern
2.1 Klassifizierung nach Funktion
2.2 Klassifizierung nach Bauhöhe
2.3 Klassifizierung nach Lagergut
2.4 Klassifizierung nach Ladehilfsmittel
2.5 Klassifizierung nach Lagermittel
2.6 Klassifizierung nach Dynamik
2.6.1 Statische Regalsysteme
2.6.2 Dynamische Regalsysteme

3 Betrachtung einzelner Systeme
3.1 Order Storage und Retrieval System, KNAPP Logistik Automation GmbH
3.2 Lean-Lift, Hänel GmbH & Co. KG
3.3 Dematic Multishuttle, Siemens Dematic AG
3.4 Megamat, Megamat GmbH
3.5 Rotastore, psb GmbH
3.6 Viaspeed, Viastore Systems GmbH

4 Zusammenfassung und Ausblick

Abbildungsverzeichnis

3.1 Order Storage & Retrieval System (OSR)

3.2 Lean-Lift - Dynamische Lagerung

3.3 Dematic Multishuttle - Systemaufbau

3.4 Dematic Multishuttle

3.5 Megamat - vertikales Umlaufregal

3.6 Rotastore - hochdynamisches Lagersystem

3.7 Viaspeed-Regalbediengerät

3.8 Viaspeed-Lastaufnahmemittel

Kurzzusammenfassung

Diese Arbeit gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Varianten an Regal- und La- gersystemen, wie sie heutzutage in der Wirtschaft Anwendung finden. Zunächst wird eine Klassifizierung vorgenommen. Anschließend werden verschiedene Ausprägungen von La- gersystemen vorgestellt. Insbesondere werden hier ausschließlich vollautomatisierte Regal- und Lagersysteme behandelt. In diesem Zusammenhang werden auf dem Markt befind- liche Systeme betrachtet, die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. Sie sind so gewählt, dass jedes vorgestellte System einem anderen Typus entspricht.

Abstract

This paper deals with the diverse Variants of racks and storage systems, as they are common in todays economy. Initially the differnet types of racks and storage systems will be classified. Afterwards the reader shall be given a review of actual storage systems. In particular only fully automated racks and storage systems will be discussed. In this context systems are examined, that can be found on the market and represent the state-of-the-art. They are chosen in a way, that each system represents another type.

1 Einleitung

Eine der unvermeidbaren Aufgaben innerhalb der Wertschöpfungskette eines Unterneh- mens ist die Lagerung von Gütern. Unter Lagern versteht man das Aufbewahren und Bereithalten einer Anzahl von Artikeln (Gudehuss 2000). Dies ist zur Überbrückung von Zeit innerhalb des Materialflusses notwendig. Ursachen für diese Notwendigkeit sind häufig stochastische Schwankungen im Materialfluß. Jedoch können auch andere Einflüsse, wie beispielsweise die Forderung nach einer Möglichkeit zur Sortierung, eine Rolle spielen.

Läger erfüllen je nach Aufgabenstellung des Unternehmens neben der reinen Aufnahme und Bereithaltung von Gütern unterschiedliche Aufgaben. Sie werden beispielsweise für die Kommissionierung verwendet. Folglich muss die Auslegung eines Lagers an alle Randbe- dingungen angepasst werden. Die Wahl des für eine gegebene Situation optimalen Lagers ist von verschiedenen Faktoren abhängig, die von Arnold und Furmans (2005) näher spe- zifiziert werden.

Von grundsätzlicher Bedeutung sind die Eigenschaften der Güter. Wie groß, wie schwer und wie robust sind die Güter? Handelt es sich um verderbliche Ware, die einer Kühlung bedarf? Wie lang ist die Verweilzeit im Lager? Dies sind nur einige mögliche Fragestellun- gen.

Außerdem wichtig für die Auslegung des Lagers ist der gewünschte Durchsatz. Wird ein hoher Durchsatz gefordert, benötigt man beispielsweise gleich mehrere oder schnellere Re- galbediengeräte (RGB). Dies hat natürlich höhere Investitionskosten zur Folge, die eben- falls bei der Auslegung und Dimensionierung eines Lagers bedacht werden müssen.

Zusätzlich ist ein Lager bestimmten Standortrestriktionen unterworfen, innerhalb derer es gestaltet werden kann. Dies sind zum Beispiel Grundstückskosten, räumliche Restriktionen, behördliche Vorschriften, ökologische Bedingungen oder bautechnische Voraussetzungen (Arnold und Furmans 2005).

Diese Vielzahl variierender Anforderungen hat die verschiedensten Konzepte und techni- schen Umsetzungen hervorgebracht, um effiziente Lagerhaltung zu bewerkstelligen. Durch die fortschreitende Entwicklung nimmt die Automatisierung innerhalb von Lägern im- mer weiter zu. ”AutomatisierungbezeichnetnachDIN 19233 denselbständigenAblauf von Prozessen durch den Einsatz geeigneter technischer Mittel.“ (Deutsches Institut für Normung e.V. 1998 )

In den folgenden Kapiteln soll ein möglichst vielfältigerÜberblick über tatsächlich angewandte vollautomatische Regal- und Lagersysteme gegeben werden. Leider kann nur ein Lagersystem vorgestellt werden, das RFID-Transponder zur Identifikation von Ladeeinheiten verwendet, da diese Anwendungen bisher selten implementiert sind. In der Forschung nimmt die RFID-Technik jedoch zur Zeit einen hohen Stellenwert ein.

2 Klassifizierung von Lägern

2.1 Klassifizierung nach Funktion

In Kapitel 2 wird basierend auf Arnold et al. (2002, S. C2-35ff) eine Klassifizierung von Lagertypen nach unterschiedlichen Charakteristika vorgenommen.

Grundsätzlich erfüllen Läger differierende Funktionen. Man unterscheidet nach den zwi- schen Beschaffungs-, Produktions-, Distributions- und Ersatzteillägern, was verdeutlicht, dass Läger durchaus in allen materialrelevanten Bereichen eines Unternehmens Anwen- dung finden.

Beschaffungsläger sichern durch Bevorratung die Versorgung der Produktion mit Gütern. Somit wird die Lieferfähigkeit gegenüber dem Kunden durch hohe Flexibilität gewähr- leistet. Wenn nicht der Just-in-Time-Ansatz in optimaler Form angewandt wird, werden Beschaffungsläger verwendet, um Lieferungen von Gütern aufzunehmen, die nicht sofort verbraucht werden. Diese Lieferungen erfolgen innerhalb bestimmter Anliefer- oder Be- stellzyklen. Wenn der Materialzufluss innerhalb kürzester Zeit durch eine Lieferung den aktuellen Bedarf übersteigt, so wird ein Lager benötigt. Ein Puffer im Produktionsbereich reicht dafür in der Regel nicht mehr aus. Das eingelagerte Material wird der Produktion dann bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt.

Produktionsläger können zwischen verschiedene Stufen im Produktionsprozess geschaltet werden, wenn zum Beispiel unterschiedliche Kapazitätsquerschnitte der einzelnen Prozess- schritte bestehen (Schulte 2000, S. 179). ”EinProduktionslagerdientinersterLinieder Synchronisierung von Warenzu und -abflüssen in der Produktion.“ (Arnold et al. 2002 , S. C 2 - 35 ). Das Lager wird so ausgelegt, dass es die stochastischen Schwankungen innerhalb des Produktionsprozesses abfängt.

Distributionsläger, auch Absatzläger genannt (Schulte 2000 , S. 179 ), gleichen die zeitliche Differenz zwischen Produktionsprozess und Absatz aus. Die Aufgaben eines klassischen Distributionslagers umfassen neben der Aufnahme der Güter die Kommissionierung in der sogenannten Kommissionier- oder Sortierzone. Hier werden den Bereitstelleinheiten einzelne Artikel entnommen und zu auftragsgemäßen Einheiten zusammengefasst. Nach Arnold et al. (2002, S. C2-35) steht hier also der wertschöpfende Transformationsprozess zwischen produktorientiertem Wareneingang und kundenauftragsbezogenem Warenaus- gang im Vordergrund.

Ein Ersatzteillager bevorratet die zum Geschäftsbetrieb erforderlichen Güter, also unproduktive Güter bzw. keine Endprodukte. Im Gegensatz zu den bereits erwähnten Lagertypen, herrscht im Ersatzteillager eine geringere Umschlagshäufigkeit. Daraus folgt eine generell abweichende Auslegung des Lagers, in Form von längeren Zugriffszeiten bei höherem Volumennutzungsgrad.

2.2 Klassifizierung nach Bauhöhe

Die meisten Güter verlangen aufgrund ihrer Beschaffenheit eine Lagerung in Gebäuden. Dort ist es möglich, verschiedene Konzepte zu realisieren. Ein Lager mit großer Flächenaus- dehnung und einer Höhe bis 7 m wird als Flachlager bezeichnet. Hier werden die Lagergüter meist direkt übereinander bzw. in standardisierten Ladeeinheiten gestapelt. Beinhaltet ein Flachlager mehrere Etagen, so bezeichnet man diese Lagerform als Etagenlager.

Bei einer Höhe von 7 bis 12 m spricht man von Hochflachlägern. Diese Art von Lager basiert für gewöhnlich auf Regalkonstruktionen, da die Stapelfähigkeit der meisten Güter bzw. Ladeeinheiten begrenzt ist (Jünemann und Schmidt 1999, S. 44).

Erst ab einer Lagerhöhe von 12 m handelt es sich um ein Hochlager, wegen der Verwendung von Regalen meist als Hochregallager bezeichnet. Diese Lagerform reicht derzeit bis in eine Höhe von 50 m und wird deshalb hauptsächlich mit halb- bzw. vollautomatisierten Regalförderzeugen bedient. Diese Form der Lagerung ist aufgrund ihres hohen Volumennutzungsgrades und der möglichen Automatisierung sehr beliebt, erfordert aber auch hohe Investitionen (Schulte 2000, S. 185).

2.3 Klassifizierung nach Lagergut

Die Beschaffenheit der zu lagernden Güter kann grundsätzlich sehr variieren. Es wird prin- zipiell zwischen Stückgut, Schüttgut, Gas und Flüssigkeiten unterschieden, wobei Schüttgut in gewissen Grenzen auch als Flüssigkeit angesehen wird. Ein Stückgutlager unterscheidet sich deutlich von den anderen möglichen Formen, da es sich um diskrete Güter handelt. Diese Lagerform kann anhand der Dimensionen der einzelnen Güter erneut unterteilt wer- den in Kleinteileläger, Sperrgutläger, Langgutläger, Tafelgutläger und Blockgutläger. In dieser Arbeit werden im späteren Verlauf insbesondere die Kleinteileläger betrachtet.

2.4 Klassifizierung nach Ladehilfsmittel

Zur Bündelung von mehreren Gütern zu einer Einheit können unterschiedlichste Konstruktionen, sogenannte Ladehilfsmittel, verwendet werden. Einige Hilfsmittel sind sowohl für die Lagerung auf dem Boden, als auch in Regalen geeignet (Jünemann und Schmidt 1999, S. 45). Sehr häufig anzutreffen ist die Lagerung auf genormten Paletten. Bei Anwendung eines Regales wird die Fachgröße des Palettenlagers dementsprechend an die Größe der Paletten angepasst. Evtl. werden spezielle Unterpaletten eingesetzt, um eine Störung durch zum Beispiel beschädigte Holzpaletten zu vermeiden.

Statt Paletten können aber auch umschließende Behälter, etwa Gitterboxen, verwendet werden. Dies resultiert in kürzeren möglichen Spielzeiten, da ein Herunterfallen der Güter bei größeren Beschleunigungen ausgeschlossen ist. Insbesondere Kleinteile werden in diesen Behälterlägern gelagert.

Eine weitere Form von Ladehilfsmitteln sind die weit verbreiteten Tablare, auf denen die Güter in Tablarlägern gelagert werden. In vielen Fällen nehmen diese Tablare auch Behälter auf. Sie sind in der Regel mit speziellen Vorrichtungen versehen, damit ein möglichst schneller Zugriff erfolgen kann. In vollautomatisierten Lägern finden Tablare häufig Anwendung.

Auf weitere Spezialfälle wie zum Beispiel Hängewarenläger oder Kassettenläger soll hier nicht weiter eingegangen werden.

2.5 Klassifizierung nach Lagermittel

Am weitesten verbreitet ist die Klassifizierung nach Lagermittel. Ein Lager wird also anhand der verwendeten Lagertechnik eingeordnet. Die Bodenlagerung ist , die sich anbietet, wenn große Mengen weniger Artikel kostengünstig gelagert werden sollen. Die Güter werden entweder zeilenförmig angeordnet, um wahlfreien Zugriff auf eine hohe Artikelanzahl zu haben, oder blockweise, um einen hohen Flächennutzungsgrad bei geringen Bedienwegen zu erreichen (Ten Hompel und Schmidt 2005, S. 106).

Eine weitere Möglichkeit ist die Lagerung auf Fördermitteln, die man häufig im Handel vorfindet. Die Zielsetzung ist die Lagerung von kleinen Mengen und geringer bis mittlerer Artikelanzahl (Jünemann und Schmidt 1999, S. 67f). Diese Lagerform ist grundsätzlich als dynamisch charakterisiert. Die Güter werden also zwischen Ein- und Auslagerung bewegt. Weiterhin unterscheidet man zwischen der Lagerung auf Stetigförderern wie etwa Rollen- bahnen und Unstetigförderern wie zum Beispiel einer Elektro-Hängebahn (Jünemann und Schmidt 1999, S.68f).

Im weiteren Verlauf dieser Arbeit steht die Regallagerung im Vordergrund, da sie als Grundlage für komplexe, automatisierte Systeme dient. Sind die zu lagernden Güter emp- findlich oder nicht stapelbar und will man den Flächennutzungsgrad durch größere Höhen verbessern, so empfiehlt sich eine Nutzung von Regalen. Die vielfältigen Anforderungen innerhalb der Intralogistik haben zu sehr differenzierten technischen Umsetzungen im Be- reich der Regalsysteme geführt. Grundsätzlich werden statische und dynamische Ansätze unterschieden. Dynamik im Lager wurde bereits am Beispiel der Lagerung auf Fördermit- teln erläutert. Im Fall der statischen Lagerung verbleiben die Güter nach der Einlagerung bis zur Auslagerung an ein und dem selben Lagerort. Zunächst wird im Abschnitt 2.6 ein umfassender Überblick über die Bauarten von Regalsystemen gegeben.

2.6 Klassifizierung nach Dynamik

2.6.1 Statische Regalsysteme

Im Falle der statischen Regallagerung sind die Regale und deren Fächer grundsätzlich ortsfest (Arnold et al. 2002, S. C2-38). Die Dimensionen sind variabel, aber abhängig von der zu lagernden Menge, der Anzahl verschiedener Artikel, der Umschlagshäufigkeit sowie der Raumverfügbarkeit (Schulte 2000, S. 182). Die Fächer innerhalb der Regale werden an die Beschaffenheit, insbesondere die Größe, der Ladeeinheiten angepasst. Sollen also zum Beispiel Paletten, Gitterboxen oder Behälter verwendet werden? Weiterhin ist es möglich die Einheiten einfach oder mehrfach tief einzulagern. Im ersten Fall ist auf jede Einheit ein direkter Zugriff möglich, jedoch erreicht diese Form nicht den hohen Volumennutzungsgrad eines Regales mit mehrfach tiefer Lagerung.

Einfahr- und Durchfahrregalläger sind relativ einfache Konzepte. Solche Regale werden in der Regel aus Stahlprofilen gebaut, so dass das Flurförderzeug in die Konstruktion einfahren kann. Die Ladung wird auf durchgängigen Quertraversen mehrfach tief eingelagert (Arnold et al. 2002, S. C2-39). Durchfahrregale können im Gegensatz zu Einfahrregalen (LIFO-Prinzip) von zwei Seiten bedient werden und verwirklichen so das FIFO-Prinzip. Diese Regalsysteme bieten sich bei relativ niedriger Anzahl unterschiedlicher Artikel, aber großen Mengen pro Artikel und längerer Verweildauer an (Schulte 2000, S. 187). Hier können auch nicht stapelbare Güter gelagert werden.

Ein Satellitenregallager ist eine spezielle Variante des Einfahrregallagers. Hier löst sich der sogenannte Satellit vom Trägerfahrzeug, das fest in der Lagergasse installiert ist. Er fährt in das Regal ein und lädt selbständig Ladeeinheiten auf oder ab (Arnold et al. 2002, S. C2- 39f). Man unterscheidet zwischen vollständig autonomen und fahrzeuggebundenen Satel- liten. Die Energieversorgung der autonomen Satelliten erfolgt zum Beispiel über Schleiflei- tungen, während die fahrzeuggebundenen Satelliten an einem Daten- und/oder Stromkabel hängen (Jünemann und Schmidt 1999, S. 53). Für den Betrieb eines Satelliten muss die Regalkonstruktion unter entsprechend höheren Investitionen angepasst werden.

Das Fachbodenregallager wird hauptsächlich als Kommissionierlager verwendet. Die Güter sind in der Regel nicht auf Ladungsträgern gelagert, sondern werden direkt auf dem ge- schlossenen Regalboden, dem sogenannten Fachboden, gelagert. Die Fachgröße ist variabel auf die Bedürfnisse der manuellen Kommissionierung einstellbar (Ten Hompel und Schmidt 2005, S. 113). Um den Volumennutzungsgrad zu erhöhen, werden Fachbodenregale häufig mehrgeschossig ausgeführt, so dass sich die Kommissionierer auf verschiedenen Etagen be- wegen können. Durch den Einsatz von Schubladen kann das Fachbodenregallager erweitert werden. Schubladenregallager empfehlen sich als Aufnahme für Kleinteile. Im Gegensatz zu den Fächern sind die Schubladen allerdings weniger variabel (Arnold et al. 2002, S. C2-41).

Kragarm- bzw. Wabenregallager fungieren speziell zur Lagerung von Langgut.

[...]