Roboter und Automatisierung im Lager 4.0

Industrie 4.0 wird nicht nur die Produktion vollständig ummodeln, sondern auch die Logistik und Lagerlogistik. Roboter und Fahrerlose Transportsysteme werden dabei eine große Rolle spielen. Durch den neuen Industriestandard 4.0 zieht in die Produktion und damit auch in die Logistik immer mehr Digitalisierung, Automatisierung und Vernetzung von Systemen und Anlagen ein. Dabei verfolgt Industrie 4.0 als neuer Standard die zunehmende Optimierung von Prozessen und Abläufen und damit die Einsparung von Zeit und Kosten. Erreicht wird dies durch intelligente und digital vernetzte Systeme. Menschen, Maschinen, Anlagen, Logistik und Produkte kommunizieren und kooperieren in der Industrie 4.0 direkt miteinander. Dabei sollen gesamte Wertschöpfungsketten (Supply Chains) von Produkten bzw. deren Logistik optimiert werden.

Im Zuge von Industrie 4.0 wird auch gerne von einer vierten industriellen Revolution gesprochen. Der neue Standard wird damit nicht nur die Produktion vollständig ummodeln, sondern auch die Logistik und Lagerlogistik. Roboter, autonome Fahrzeuge und Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden dabei eine große Rolle spielen.

Ein Beispiel sind Kommissionierroboter, die die schnelle und automatisierte fehlerfreie Zusammenstellung von Aufträgen erlauben. Es gibt viele Gründe, warum der Einsatz von Robotern immer notwendiger wird und sich zudem lohnt. Die steigenden Kundenanforderungen und das geänderte Konsumverhalten, die durch E-Commerce entstanden sind, führen zu ganz neuen Anforderungen im Lager. Auf der einen Seite gibt es viele kleinteilige Aufträge, die schnell kommissioniert und ausgeliefert werden müssen, auf der anderen Seite können schnell überraschende Auftragspeaks bei Gewinner-Produkten entstehen. Außerdem wird die Produktion durch die Entwicklung neuer Produktionstechniken und Intelligente Fabriken immer individueller. Losgröße 1 wird künftig keine Seltenheit mehr sein. Aufgrund der sich schnell ändernden Kundenwünsche, Märkte und Auftragspeaks muss häufiger kurzfristig Lagerfläche angemietet werden.

Darüber hinaus hat die Logistik-Branche, wie viele andere Branchen, mit den zunehmend fehlenden Fachkräften zu kämpfen. All das verlangt nach flexiblen und skalierbaren Konzepten, die den innerbetrieblichen Materialfluss transparenter machen und neu organisieren. Zudem wird die Lagerfläche modular aufgebaut sein. Wer sein Lager nicht schnell genug auf die geänderten Anforderungen umstellen kann, wird künftig zu den Verlierern gehören. 

Nicht jeder Prozess im Lagerhaus eignet sich zur Automatisierung. Für den Einsatz von Robotik bzw. Lagerrobotern gelten drei Kriterien. Das größte Potenzial in der Robotisierung liegt in sich wiederholenden Bewegungen. Die Ladeeinheiten müssen standardisiert sein und das Betriebsvolumen soll möglichst groß sein.  Autonome Kommissionierroboter lohnen sich laut dem Hersteller Magazino vor allem bei kleinen Losgrößen – z. B. im Onlinehandel. Dabei ist ein Kommissionierroboter ein führerloses Regalbediengerät, dessen Hauptaufgabe darin besteht, Produkte aus Lagerbehältern zu entnehmen und diese in Kommissionierbehältern abzulegen. Er kann aber auch für die Bestückung von Regalen (Replenishment) genutzt werden. Für die Ein- und Auslagerung nutzt der Roboter einen Teleskoparm. Die meisten Kommissionierroboter arbeiten mit einem sensorgesteuerten Bildverarbeitungssystem. Der Roboter arbeitet Seite an Seite mit den Mitarbeitern und kann einfach in bestehende Warehouses integriert werden. Die Roboter ermöglichen eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit. Der Torus von Magazino gehört zu den „Autonomen Mobilen Robotern“ (AMR), die Hindernisse schlau umfahren können. Dazu nutzt er Lasertechnik (Lidar) und ein CAD-Modell des Lagers. Er ist zudem mit einem intelligenten Kommissionierregal ausgestattet, dass das Picken mehrerer Objekte nacheinander ermöglicht.  Darüber hinaus unterstützen auch Hilfsroboter sog. Cobots oder auch Kollaborative Roboter Menschen bei ihrer Arbeit im Lagerhaus. Es existieren u. a. Cobots, die Mitarbeiter innerhalb einer Kommissionierzone zu den Artikeln führen. Die KI-gesteuerte Lösung steigert nicht nur die Kommissionierraten um 200 bis 300 Prozent, sondern unterstützt Kommissionierer dabei, schneller und genauer zu arbeiten.  Zu den automatisierten Systemen und Lagerrobotern gehören u. a. auch automatische Regalbediengeräte und Shuttle-Systeme, automatische Fördersysteme, automatische Routenzüge, FTS, Beschickungsroboter und mobile Roboteranzüge (meachanische Exoskelette). 

Bevor ein Unternehmen im Zuge von Industrie 4.0 an Digitalisierung und Automatisierung denken kann, müssen zunächst die Unternehmens- und Produktionsprozesse bestmöglich eruiert und optimiert werden. Die Prozesse an Maschinen- und Montagearbeitsplätzen sind größtenteils technologisch und organisatorisch ausgereizt. Größere Optimierungen innerhalb des eigenen Werkes sind nur noch an den Schnittstellen und bei der Verkettung der einzelnen Arbeitsvorgänge innerhalb der Produktion und der Produktion mit anderen innerbetrieblichen Bereichen möglich. Hier ist auch eine Abstimmung der Produktions- und Lagerlogistik von enormer Bedeutung, damit ein optimaler Materialfluss gewährleistet wird. 

Ist die Organisation im Sinne einer Fließfertigung nach dem Pull-Prinzip möglich, kann durch Kanban und Just-In-Time-Anlieferung (JIT) der Rohstoffe und Halbzeuge eine sehr effiziente Produktionsbelieferung erreicht werden. Allerdings ist hier eine maximale Prozesssicherheit unabdingbar, da auch kaum Lagerbestände als Puffer vorgehalten werden. Es darf hier nie zur Unterbrechung der Prozesse, Lieferketten bzw. Produktion kommen, sonst sind extrem hohe Kosten und Vertragsstrafen z. B. für Lieferanten durch verursachte Stillstände vorprogrammiert.

Ein Automatisches Kleinteilelager (AKL) muss heutzutage voll in die Fließprozesse integriert sein und der Produktion als Puffer dienen. Es dient dazu, die Produktion direkt und zur richtigen Zeit mit dem richtigen Material zu beliefern. Mit dem AKL werden höhere Durchlaufgeschwindigkeiten in der Produktion erreicht, Umlaufbestände reduziert, Stillstandzeiten in der Produktion vermieden, die Fehlerquote und Schnittstellen reduziert und Suchzeiten für Artikel komplett eliminiert. Zudem stehen alle Daten in Echtzeit zur Verfügung. Auf diese Weise können Lager und Produktion perfekt aufeinander abgestimmt werden. Das Lager kann so klein wie möglich, aber so groß wie nötig gehalten werden. Allerdings muss höchste Prozesssicherheit gewährleistet sein. Ausfälle in der Funktion des Lagers darf es nicht geben. So wird Effizienz und Sicherheit gewährleistet. Die Organisation der Produktion nach dem Push-Prinzip, Bedarfsschätzungen und Produktion auf Halde werden zunehmend der Vergangenheit angehören. In Zeiten von Losgröße 1 und Same-Day-Delivery liegen Artikel nicht mehr wochenlang im Regal. Produkte werden direkt nach Kundenauftrag produziert. AKL dienen heutzutage immer mehr als flexibles Pufferlager. Trotz aller Automatisierung müssen AKL in der Kapazität einfach erweiterbar und in der Leistung beliebig skalierbar sein. Ob sich ein AKL generell für ein Unternehmen lohnt, hängt von verschiedenen Faktoren ab: der nutzbaren Fläche, den Artikelstrukturen und -mengen, den Ergonomieanforderungen, den zu erwartenden Personalkosten, der Daten- und Warensicherheit sowie der erforderlichen Schnelligkeit des Warenzugriffs. (BITO Lagertechnik)

Der mobile Kommissionier-Roboter TORU

Wachsende Herausforderungen

Online-Händler, Sportmarken, Distributionszentren und Logistikdienstleister: Sie alle kämpfen mit einem immer größer werdenden Anteil an Schuhen, die online verkauft werden. Während herkömmliche Lagerautomatisierungstechnologie den Anforderungen in Bezug auf Flexibilität und Skalierbarkeit oft nicht gerecht wird, sind manuelle Arbeitskräfte nach wie vor teuer und schwer zu rekrutieren. Doch jetzt stehen mobile Kommissionier-Roboter in den Startlöchern, um endlich einen Prozess zu automatisieren, der in der Vergangenheit zu komplex für autonome Maschinen war.

Neue Technik ermöglicht Autonomes Kommissionieren

Mit Hilfe von 3D-Kameras, Sensoren und künstlicher Intelligenz arbeitet der mobile Kommissionier- Roboter TORU Seite an Seite mit menschlichen Mitarbeitern in Distributionszentren. TORU unterstützt diese dabei, online bestellte Schuhe aus den Regalen zu holen und zur Versandstation zu bringen. Der Roboter kümmert sich ebenfalls um Retouren und stapelt Schuhkartons zurück ins Regal.

Die Vorteile beim Einsatz von Robotern

Anwender profitieren von verlängerten Betriebszeiten, bis zu 30 % geringeren Kosten und einer Automatisierung, die sich bei wachsendem Geschäft leicht skalieren lässt. Zusätzliche Roboter können in wenigen Stunden in eine bereits bestehende Flotte integriert werden. Im Einsatz sind die TORU- Roboter bereits in Lagern von Zalando, ASICS, FIEGE Logistics oder LLOYD Shoes. (cb)