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Die Kemper GmbH mit Hauptsitz im westfälischen Vreden hat in Zusammenarbeit mit dem Dortmunder Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik mit INTELLISTORE® ein völlig neues automatisches Regallager- und -bediensystem für Blechtafeln konzipiert und realisiert, dessen wesentliches Merkmal und Innovation der Verzicht auf Ladehilfsmittel in Form von Schubladen oder Kassetten ist.
Dieser Verzicht auf Ladehilfsmittel, die folglich weder ein-/ausgelagert noch transportiert werden müssen, führt dazu, dass nur so viel Gewicht bewegt werden muss, wie für den nächsten Verarbeitungsschritt benötigt wird. Weiter verringert sich das Gewicht aller Systemkomponenten, der Lagernutzungsgrad erhöht sich, die Ein- und Auslagervorgänge werden beschleunigt, die Energiebilanz des Systems verbessert sich und es entstehen geringere Investitions- und Betriebskosten.

Ausgangssituation

In der Metall verarbeitenden Industrie erfolgt die erste Verarbeitungsstufe bei der Blechbearbeitung zunehmend auf automatisierten Maschinen, z.B. durch Laser- bzw. Plasmaschneidanlagen oder mittels Stanzmaschinen. Dabei bietet sich schon bei kleinem bis mittleren Verbrauch (ca. 3 bis 20 Tafeln pro Stunde) von Blechen verschiedener Abmessungen und unterschiedlicher Materialbeschaffenheit zur Optimierung des gesamten Produktionsprozesses an, auch das Lagersystem für die Blechtafeln sowie die Zuführung der einzelnen Bleche zu der oder den Bearbeitungsmaschinen zu automatisieren.
Bei den bisher am Markt angebotenen Lösungen erfolgt die Bevorratung der zu bearbeitenden Blechtafeln in Hochregallagern mit so genannter Schubladen- oder Kassettentechnik. Unter „Schubladen“ sind in diesem Zusammenhang die Ladehilfsmittel zu verstehen, die – jeweils sortenrein mit Blechtafeln gefüllt – in den Fächern eines Hochregals eingelagert sind. Wegen des relativ hohen Lastgewichts – üblich ist die Anlieferung und Einlagerung von Blechpaketen mit Gewichten von etwa 2 bis 3 Tonnen – werden die Schubladen entsprechend massiv ausgeführt, was wiederum zu einem hohen Eigen- oder Leergewicht dieser Ladehilfsmittel führt. Infolgedessen fällt auch der Stahlbau des gesamten Regalsystems stark und gewichtig aus. Der entscheidende Nachteil dieser Schubladentechnik liegt ganz offensichtlich darin, dass jeweils eine komplette Schublade aus dem Regal herausgenommen und zu einem Entladeplatz befördert werden muss, auch wenn dort nur eine einzelne Blechtafel entnommen werden soll. Damit ist auch das vor oder im Regalsystem arbeitende Handlingsgerät für solche Schubladen eine entsprechend große, schwere und mit starken Antrieben versehene Maschine, die die großen Lastgewichte nur mit relativ geringen Geschwindigkeiten befördert. Folgendes – absolut realistische – Beispiel soll die Verhältnisse verdeutlichen: Um eine einzelne Blechtafel mit einem Gewicht von 35 kg auszulagern (entspricht Abmessungen von 3.000 mm x 1.500 mm und einer Dicke von 1 mm), wird eine 2 Tonnen schwere Schublade, die mit weiteren 3 Tonnen Blech befüllt ist, von einem ca. 10 Tonnen schweren Handlingsgerät aus dem Regalfach gezogen, zum Entnahmeplatz gebracht und die um 35 kg verringerte Restmenge anschließend in das Regalfach rückgelagert. Der Zeit- und Energiebedarf für solch einen Vorgang ist verständlicherweise hoch.
Da zudem bei dieser Lagertechnik die einzelne Schublade erst dann wieder bestückt werden kann, wenn die letzte Blechtafel entnommen wurde, fällt der Füllgrad der Schubladen bzw. des gesamten Lagers unbefriedigend gering aus. Weiter sind sowohl die Gestehungs- als auch die Betriebskosten des Systems aus den geschilderten Gründen vergleichsweise hoch.

Neue Lösung: ohne Schubladen

Das Regalbediensystem Kemper INTELLISTORE® arbeitet ohne Schubladen. Vielmehr erfolgt das Handling der Blechtafeln sowohl beim Einlagern als auch beim Auslagern im Einzelzugriff. Dabei liegt ein Stapel von Blechen, der nun nicht mehr sortenrein sein muss, ohne Ladehilfsmittel in den Fächern eines Hochregals, der Zugriff auf das jeweils zu oberst liegende Blech erfolgt mittels seitlich teleskopierbaren Vakuum-Sauggreifern von einem Regalbediengerät aus. Aufgrund des eingesparten Schubladengewichts können sowohl das Regal als auch das Regalbediengerät entsprechend leichter gebaut werden und der für die Auslagerung einer Blechtafel erforderliche Energie- und Zeitbedarf reduziert sich deutlich.

Regalbediengerät

Bei dem Regalbediengerät handelt es sich um ein 2-Schienen-2-Mast-Gerät. Es verfügt über einen integrierten Puffer-/Speicherplatz für ca. 2 Tonnen Blech, der auf mehrere Arten genutzt werden kann: Zum einen können hier Kommissionen - Stapel von Blechtafeln aus unterschiedlichem Material oder mit verschiedener Stärke - für eine Verarbeitungsmaschine gebildet werden. Zum anderen werden Auslagervorgänge beschleunigt, wenn Regalfächer nicht sortenrein mit selten benötigten Blechen belegt sind und daher vor der Auslagerung der benötigten Blechtafel ggf. erst einige darüber liegende Tafeln aufgenommen, auf dem Pufferplatz für kurze Zeit abgelegt und anschließend wieder rückgelagert werden. Außerdem kann beim Einlagern eines ganzen Pakets neuer Bleche das gesamte Paket zunächst auf das Regalbediengerät übernommen und dann zu dem von der Software ausgewählten Regalfach gefahren werden.

Teleskop mit Vakuum-Sauggreifer

Zur Aufnahme und Abgabe der Blechtafeln verfügt das Regalbediengerät über ein zu beiden Seiten um 1.600 mm ausfahrbares, sehr flach bauendes Teleskop, das mit sechs Reihen zu je fünf federnd aufgehängten Vakuum-Sauggreifern ausgestattet ist. Da das Lagersystem für Blechtafeln mit Stärken zwischen 1 mm und 20 mm ausgelegt ist, muss die Saugkraft an die Dicke des zu greifenden Blechs angepasst werden. Dies erfolgt automatisch und unter Kontrolle durch das Warehouse Management System, da in den Stammdaten zu jedem Artikel ein so genanntes „Greifprogramm“ hinterlegt ist. Dadurch wird zum einen durch Wahl der korrekten Saugkraft bei dünnen Blechen ein Verformen und bei dicken/schweren Blechen das Ablösen vom Greifer und Abstürzen einer Blechtafel vermieden. Zum anderen kann durch gezieltes Abschalten ganzer Saugerreihen auf Tafeln mit kleineren Abmessungen reagiert werden. Weiter beinhaltet das Greifprogramm eine Vorgabe für das zeitlich gestaffelte Einschalten der einzelnen Saugerreihen, was sich insbesondere bei der Aufnahme von dünnen Blechen als vorteilhaft erwiesen hat. Durch dieses „Abschälen“ kann zuverlässig verhindert werden, dass ein oder sogar mehrere weitere Bleche aneinander kleben und dadurch ungewollt gemeinsam aufgenommen werden. Um eine größtmögliche Sicherheit und Zuverlässigkeit der Abläufe zu erreichen – eine unbemerkt aufgenommene weitere Blechtafel könnte im Verlauf der weiteren Bewegungen abstürzen, würde aber auf jeden Fall zu einem gravierenden Fehler in der Bestandsführung des WMS führen – wurde zusätzlich in den Greifer eine Sensorik zur Doppelblecherkennung integriert. Dadurch kann nach der Lastaufnahme überprüft werden, ob tatsächlich nur eine einzelne Blechtafel aufgenommen wurde. Auch diese Doppelblecherkennung arbeitet mit den Artikelstammdaten des WMS, d.h. vor dem Lastaufnahmevorgang wird dem Sensor die zu erwartende Materialstärke vorgegeben, die dann von der Messtechnik positiv oder negativ quittiert wird.

Regal

Bei dem Regal handelt es sich um ein Schwerlast-Fachbodenregal, das modular aufgebaut und dadurch in weiten Grenzen in der Länge und Höhe erweiterbar ist. Das Fachraster ist in der Höhe anpassbar und die Fachböden sind aus einzelnen Tragprofilen aufgebaut, die in entsprechenden Auflageelementen liegen. In jedem Regalfach können bis zu 3 Tonnen Material lagern bei einer maximalen Stapelhöhe je Fach von 125 mm. Damit liegen - abhängig von der Dicke und dem Gewicht der einzelnen Blechtafeln - zwischen 6 und 120 Bleche übereinander in einem Fach. Da das Regal keine Schubladen oder andere beweglichen Teile enthält, kann es aus standardisierten Komponenten preiswert gefertigt und sehr schnell aufgebaut werden.

Weitere Systemkomponenten

Die Schnittstelle des Lagersystems zum Wareneingang wird durch zwei Verschiebetische gebildet. Die beiden miteinander gekoppelten, auf Schienen über-/untereinander verfahrenden Tische bilden zwei Ablageplätze, auf denen das jeweils einzulagernde Material - in der Regel in Form von ca. 3 Tonnen schweren Blechpaketen – abgelegt werden kann. Dadurch können vom Regalbediengerät Blechtafeln von einem Ablageplatz aufgenommen und zum Lagerfach transportiert werden, während gleichzeitig auf dem anderen Ablageplatz weitere Bleche zur Einlagerung vorbereitet und bereitgestellt werden.
Zwei weitere – optionale – System-Komponenten ermöglichen einen komplett automatisierten Materialfluss vom Lager bis zum Bearbeitungsprozess: Ein Wechseltisch besteht aus zwei Wechselrahmen inklusive Schneidauflage, die jeweils alternierend in den Arbeitsbereich der Schneidanlage gefahren werden. So lässt sich die eine Schneidauflage be- bzw. entladen, während gleichzeitig auf der anderen geschnitten wird. Der Wechseltisch verfügt über eine eigene Steuerung, außerdem ist eine Anlage zur Oberflächenabsaugung der Schneidstäube integriert. Wenn zwischen Lager und Aufstellort der Schneidanlage bzw. Blechbearbeitungsmaschine eine gewisse räumliche Distanz zu überbrücken ist, bietet sich für den automatischen Transport ein als aufgeständerter Portalroboter ausgeführtes Handlinggerät an. Es nimmt die oberste, vom Regalbediengerät auf dem Übergabeplatz bereitgelegte Blechtafel mit Hilfe eines Sauggreifers auf und befördert diese auf den vorgesehenen Platz, beispielsweise auf den Wechseltisch einer Schneidanlage.

Warehouse Management System

Das Warehouse Management System wurde auf der Basis des Open Source Rahmenwerks myWMS® in einer Schichtenarchitektur umgesetzt. Die Software ist modular aufgebaut und weitgehend parametrierbar und kann dadurch einfach und schnell an die jeweiligen Prozesse und Systeme des Kunden angepasst werden. Es verwaltet den gesamten Lagerbestand sowie die Lagerorte jeder einzelnen Blechtafel – auch innerhalb eines gemischten Stapels – und beauftragt darüber hinaus mittels der integrierten Materialflusssteuerung auch die Bewegungen der für das vor- und nachgelagerte Handling der Bleche eingesetzten automatischen Komponenten wie Verschiebetische und Portalroboter. Durch die Verbindung mit einem übergeordneten System, beispielsweise ERP- oder PPS-Software, lässt sich die Steuerung des gesamten Lager- und Handlingsystems komplett automatisieren und ein beschleunigter, mannloser Ablauf wird ermöglicht. Das WMS kennt alle erforderlichen Details zu jeder einzelnen im Lager befindlichen Blechtafel. Darunter sind zu verstehen: aktueller Lagerort im Regal bzw. auf den verschiedenen Puffer-/Bereitstellplätzen des Systems (auch innerhalb eines gemischten Stapels), Abmessungen, Gewicht und Materialbeschaffenheit, Einlagerungsdatum, Hersteller/Lieferant, Chargennr., oder auch dynamische Flags wie „durch QS gesperrt“, Inventurdaten usw. Darüber hinaus sind im WMS lagerfachbezogene Informationen hinterlegt, wie z.B. die relative Lage und Entfernung zu Einlager- und Übergabeplätzen oder die Flags „sortenrein belegen“ und „Fach gesperrt“, die bei der Fachauswahl bei Ein- und Umlagerungsvorgängen berücksichtigt werden.

Nutzen für den Betreiber

Zunächst einige allgemeine Vorteile eines automatisierten Lagersystems für Blechtafeln im Vergleich mit einem manuell betriebenen Lager:
  • Mehr Transparenz und Effizienz der Abläufe führen zu kürzeren Auftragsdurchlaufzeiten und Senkung der Produktionskosten.
  • Schneller Zugriff auf das Lagergut und automatische Beschickung der Produktionsmaschinen führen zu einer besseren Auslastung der Produktionsinfrastruktur.
  • Hoher Lagerfüllgrad ermöglicht bessere Raumnutzung.
  • Lagersystem in Verbindung mit WMS-Software führt zu besserer Übersicht über Lagerbestände und effizienterer Lagerbewirtschaftung.
  • Lagersystem mit WMS-Software erlaubt die Integration des Lagers in das IT-Umfeld (PPS-, ERP-Systeme) eines Unternehmens.
  • Geringerer und effizienterer Personaleinsatz führt zu Kostensenkung.
  • Weniger (keine) Materialbeschädigungen durch automatisiertes Handling.
Darüber hinaus und insbesondere im Vergleich mit bisher am Markt angebotenen automatischen Blechlagern mit Schubladentechnik bietet das innovative Blechlager- und Handlingsystem INTELLISTORE® folgende Vorteile für den Betreiber:
  • schneller Aufbau des Regals, in Länge und Höhe nahezu beliebig variabel
  • keine Schubladentechnik, daher geringerer Verschleiß und verringerter Wartungsaufwand durch weniger bewegte Teile
  • geringere bewegte Massen (Eigen- und Handlinggewicht) führen zu reduziertem Energieverbrauch und dadurch Einsparungen bei den Betriebskosten
  • schnellere Abläufe im Wareneingang, da aufwändiges „Entpalletieren“ der auf Unterleghölzern angelieferten Blechpakete entfällt
  • höhere Flexibilität bei der Lagernutzung durch gemischte Belegung der Lagerfächer
  • höhere Dynamik, größere Zugriffs-Geschwindigkeit, höhere Ein- / Auslagerleistung
  • Verschiebetische ermöglichen optimierte Abläufe durch paralleles Arbeiten
  • beim Eingangsplatz: gleichzeitiges Bereitstellen und Einlagern von Blechen
  • beim Ausgangsplatz: gleichzeitiges Bereitstellen und Auslagern von Blechen

Weitere Links
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