Schleichende Automatisierung – über die Fertigung hinaus

balyo-agvs.jpgDie Automatisierung bietet Herstellern viele Vorteile: Qualität, Präzision, Konsistenz, höhere Leistung, Sicherheit und die Möglichkeit, Menschen auf Aufgaben zu konzentrieren, bei denen ihre Fähigkeiten, ihr Urteilsvermögen und ihre Fingerfertigkeit von Bedeutung sind.

Obwohl die industrielle Automatisierung ein breites Spektrum abdeckt, wird sie häufig als Integration von Roboterarmen zur Unterstützung bestimmter Funktionen verstanden. Immer erschwinglichere und flexiblere Roboter werden in immer mehr Betrieben eingesetzt und viele Kritiken zur Pack Expo International 2016 haben sie als „Robotermesse“ bezeichnet.

Im Zuge der Automatisierung wichtiger Fertigungsfunktionen wird Technologie auch zur Bewältigung zahlreicher Herausforderungen in den Bereichen Lagerhaltung und Logistik eingesetzt. Amazons Kauf von Kiva und der Aufstieg der „intelligenten“ Lagerung und Bestandsaufnahme durch Drohnen sind zwei bekannte Beispiele.

Genau wie die frühen Fabrikroboter sind viele der frühen Anwendungen der Lagerautomatisierung spekulativ, teuer und nicht flexibel. Doch die sich schnell entwickelnde Technologie beschleunigt die Einführung und reduziert die Kosten und Integrationsprobleme.

Die Lagerautomatisierung wird zunehmend für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) und für Anwendungen in großen Unternehmen zugänglich, die in der Vergangenheit keinen Rechtfertigungsanforderungen entsprachen.

AGVs sind sowohl ein hervorragendes Beispiel für diesen Trend als auch eine bedeutende Chance für viele kleine und mittelgroße Hersteller, ihre Betriebsabläufe zu verbessern.

Eine Einführung in autonome Transportfahrzeuge

Sie sind unter vielen Namen bekannt, darunter AGVs, autonome Transportfahrzeuge und autonome Gabelstapler. Für Fachleute mögen diese Namen subtile Unterschiede vermitteln, aber für die Zwecke dieses Artikels sprechen wir von fahrerlosen Fahrzeugen, die „automatisch“ in Fertigungs-, Lager- und Vertriebsumgebungen arbeiten.

In einem Interview mit Modern Materials HandlingMark Longacre (der damalige Leiter der Produktabteilung für fahrerlose Transportfahrzeuge bei der Material Handling Industry of America) definierte ein AGV als „einen computergesteuerten mobilen Roboter, der zum Transport von Materialien in einer Anlage verwendet wird.“

Laut Savant Automation wurden AGVs 1954 von Barrett Electronics erfunden und waren ursprünglich als „fahrerlose Fahrzeuge“ bekannt. Der Name „Automated Guided Vehicle“ kam in den 1980er Jahren in den allgemeinen Sprachgebrauch.

Die tatsächliche Akzeptanzrate ist schwer zu quantifizieren, da viele Unternehmen diese Art von Informationen als proprietär behandeln. Finanzprognosen für die Branche geben jedoch einen gewissen Hinweis auf Wachstum und Akzeptanzrate. Zu den Statistiken gehören:

Die ersten Anwendungen waren einfach. Eines der ersten AGVs wurde eingesetzt für Post rund um den Sears Tower in Chicago zustellen. Im Gegensatz dazu waren industrielle Anwendungen teuer und komplex und extremen Anforderungen vorbehalten. Beispiele für frühe AGV-Implementierungen sind Schleppen und „Schwerlasttransport“. Frühe Anwender sahen das Potenzial, nicht nur die Kosten zu senken, sondern auch die Sicherheit am Arbeitsplatz zu verbessern. Angesichts der extremen Natur früher Anwendungen waren die umfangreiche Programmierung und Integration sowie die erheblichen Kosten durch die Fähigkeit gerechtfertigt, gefährliche und extreme Anforderungen zu erfüllen, ohne die Sicherheit zu gefährden.

Wie in jeder disruptiven Branche, die auf sich rasch entwickelnden Technologien aufbaut, kommt es zu einer fortlaufenden Konsolidierung und dem Auftauchen neuer Akteure. Zu den bekannten Herstellern zählen Savant, JBT Corp und Egemin Automation.

Mit zunehmender Akzeptanz nehmen auch das Bewusstsein und die Innovation zu. So wurde bereits 2012 ein Studie im Auftrag der Automation Alliance des MHI (Material Handling Institute) stellte fest, dass:

  • 74 % der Fachleute aus Fertigung und Vertrieb ziehen bereits die Automatisierung ihrer Betriebsabläufe in Betracht – wobei der Schwerpunkt eher auf AGVs (17 %) als auf Robotern (16 %) liegt.
  • Die Befragten aus dem Lagerbereich betonten die Auftragsgenauigkeit, während die Befragten aus der Fertigung den Durchsatz als Haupttreiber für Projekte angaben
  • Die Einführung von AGVs wurde von der Marktnachfrage, Kundenmandaten, operativer Exzellenz, Kostensenkung und der Einführung neuer Produkte in absteigender Reihenfolge beeinflusst.

Im Jahr 2014 schrieb das Inc.-Magazin:Fahrerlose Transportfahrzeuge: Hinter dem schnellen Geschäft einer Schwerindustrie” identifizierte AGVs als „Beste Branche“ für innovative Start-ups. (Im Jahr 2016 steht Marihuana übrigens ganz oben auf der Inc-Liste …)

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die schrittweise Entwicklung von AGVs, die vor 60 Jahren begann, in letzter Zeit an Fahrt aufgenommen hat. Die Nutzung geht über schwere und gefährliche Anwendungen hinaus, da die Preise sinken, die Technologie sich verbessert und die Möglichkeiten erweitert werden. Es sieht so aus, als ob AGVs bald in jeder Fabrik und jedem Lager zu finden sein werden.

Außer…

Eine kulturelle Barriere

Es ist ein wenig beunruhigend, wenn man durch eine Fabrik, ein Lager oder ein Vertriebszentrum geht und sieht, wie ein fahrerloses Fahrzeug um die Ecke kommt und auf einen zusteuert – selbst wenn man sich sicher innerhalb des markierten Gehwegbereichs befindet!

Im Gegensatz zu Robotern, die normalerweise fest installiert sind (obwohl neue Generationen problemlos von Arbeitszelle zu Arbeitszelle bewegt werden und neben Menschen arbeiten können), können AGVs Bilder von außer Kontrolle geratenen Lastwagen heraufbeschwören. Für Personen, die eine OSHA-Sicherheitsschulung für Gabelstapler absolviert haben und sich des Risikos von Chaos und schweren Verletzungen bewusst sind, ist die unbeaufsichtigte Bewegung von Gabelstaplern besonders beunruhigend. Daher ist eines der Elemente einer Systemimplementierung ein umfangreiches „kulturelles“ Schulungsprogramm, um die Arbeiter an die Anwesenheit von AGVs zu gewöhnen.

Es gibt auch eine Reihe von möglichen politischen und arbeitsbezogenen Überlegungen. AGVs könnten als Ersatz für die Mitarbeiter durch das Management wahrgenommen werden. In manchen Situationen mag das der Fall sein – eine nüchterne Kostenkalkulation. Viele Implementierungen basieren jedoch auf Sicherheit und Komfort, und eine offene Diskussion über die Ziele und Ergebnisse eines Projekts kann die natürlichen Bedenken der Lagermitarbeiter lindern.

Beispiele für AGV-Anwendungsfälle, die den Komfort und die Sicherheit der Arbeiter verbessern sollen, sind:

  • Betrieb bei extremen Temperaturen (Schockfroster für Tiefkühlkost und glühend heiße Gießereiböden)
  • Schwere, umständliche, sich wiederholende Anwendungen, wie z. B. das Abrufen einer leeren Palette von einem Stapel und deren Abstellen auf dem Boden zur manuellen Beladung
  • Verbesserung der genauen Ortung von Produkten, um die frustrierende Suche nach verlegten Waren zu reduzieren

Wie bei jedem bedeutenden technologischen Wandel muss sich das Management der möglichen Wahrnehmungen, Interpretationen und Ängste bewusst sein und diese durch Transparenz und Schulungen ausräumen, um den Weg für eine erfolgreiche Implementierung zu ebnen, die den erwarteten Ertrag bringt.

Technologiekonvergenz – Servolenkung und Lidar-Sensorik für Gabelstapler

Neben Kosten und Kultur war eines der Hindernisse für eine breitere Einführung die Notwendigkeit, interne Ingenieurressourcen für die Verwaltung eines umfangreichen Integrationsprojekts bereitzustellen und in die Modernisierung von Anlagen und die laufende Wartung zu investieren. Leitsysteme beispielsweise erforderten oft die störende und teure Installation von Drähten oder induktiven Elementen in Betonböden. Alternativ suchten Laser nach Reflektoren, die in einer Anlage überall installiert wurden.

Tatsächlich waren die Leitsysteme ein Aspekt, der die einzelnen Lösungen voneinander unterschied – und der einige der Integrationsherausforderungen verdeutlichte.

Doch Mitte der 2000er Jahre entwickelten sich zwei unabhängige Trends, die zusammenkamen und den AGV-Markt durcheinanderbrachten.

Elektronische Servolenkungen wurden zunehmend in verschiedene Gabelstaplerplattformen integriert. Austausch mechanischer und hydraulischer SystemeDie elektronische Servolenkung wurde ursprünglich als Lösung für ergonomische und sicherheitsrelevante Anforderungen konzipiert. Mit zunehmender Verbreitung kamen jedoch weitere Vorteile zum Vorschein, darunter eine verbesserte Manövrierfähigkeit. Innerhalb weniger Jahre war sie ein gängiges Merkmal vieler Gabelstaplermodelle. (Interessanterweise Entwicklungen im Gabelstaplerbereich haben zu Innovationen im Automobildesign geführt.)

Zufällig Lidar-Technologie, das ursprünglich für die Meteorologie entwickelt wurde, entwickelte sich schnell zu einem Kartierungs- und 3D-Scanning-Tool. Im Jahr 2004 sahen zwei französische Ingenieure die Möglichkeit, Lidar zu nutzen, um virtuelle Karten von Fabrik- und Lagereinrichtungen zu erstellen, die die AGV-Navigation unterstützen könnten..

Interessant wurde es, als sie ihr Roboter-Software-Steuerungssystem, einen Gabelstapler mit elektronischer Servolenkung und eine virtuelle Karte miteinander kombinierten. Das Wesentliche dieser Kombination – die Entwicklung von AGVs aus Standard-Gabelstaplern und deren einfache Implementierung in Anlagen ohne wesentliche Anpassungsänderungen – versprach zugängliche autonome Fahrzeuge für die Lagerautomatisierung auch für KMU und geringere Rendite, aber wichtige Integrationen in großen Unternehmen.

Sie gründeten eine Software-Robotik Unternehmen[JH1] Sie riefen BALYO. Sie erkannten Gabelstapler als Zielmarkt, wussten aber, dass ihre Expertise in der Steuerung lag. [JH2] [EM3] [EM4] – nicht die Stapler selbst. Sie starteten ein Programm zur Entwicklung ihrer Partnerschaften und unterzeichneten nach erfolgreicher Partnerschaft und Wachstum in Europa Anfang 2016 eine Kooperationsvereinbarung mit dem US-Gabelstaplerhersteller Hyster-Yale. Heute bieten sie standardmäßige AGV-Steuerungsintegrationen für neu bestellte Stapler der Gabelstaplerserien von Hyster und Yale an – „angetrieben von Balyo“ ist die Beschreibung.

Standard-LKW…angepasst

Dieser Ansatz bietet einige interessante Vorteile gegenüber einem herkömmlichen, speziell angefertigten fahrerlosen Transportfahrzeug. Einer liegt auf der Hand: Bei Bedarf kann ein Bediener auf den LKW aufspringen und ihn mit herkömmlichen Bedienelementen bedienen. Der größte Vorteil ist jedoch die einfache Implementierung.

Im Gegensatz zu herkömmlichen AGV-Systemen, die eine Anlagenmodifikation für Navigationshilfen (vergrabene Kabel usw.) erfordern, benötigt BALYOs Lidar-Adaption herkömmlicher Gabelstapler lediglich etwas Zeit, um das Lager zu „lernen“, indem man herumfährt, während das System nach und nach die verschiedenen festen Merkmale katalogisiert, um die es navigieren muss. Dies bedeutet, dass ein KMU mit begrenzten lokalen technischen Ressourcen die gleichen Chancen hat wie ein multinationales Unternehmen mit einer pan-globalen technischen Abteilung.

AGVs können mit ein wenig proaktiver Planung, mehreren Tagen „Lernen“ vor Ort und einer angemessenen Schulung in Kultur und Betrieb, um sicherzustellen, dass die Bediener sich wohl fühlen, sinnvoll implementiert werden. (Denken Sie daran, dass ein angepasster Standard-LKW die Bediener eher erschrecken kann als ein seltsam aussehendes AGV, das unbeaufsichtigt durch eine Anlage fährt.)

Kosten und Rechtfertigung

Bei kleinen Implementierungen werden die Kosten weiterhin ein Faktor sein. Während ein einzelner Standard-LKW zwischen 15 und 40 US-Dollar kosten könnte, könnte ein angepasster LKW installiert über 100 US-Dollar kosten. Das ist eine enorme Reduzierung der Kosten früherer Systeme, aber immer noch ein erheblicher Unterschied. Bei Installationen mit mehreren LKWs sind einige Einsparungen möglich.

Die Kosten wirken sich daher auf die typische Anwendung und den Anwendungsfall aus. Im Allgemeinen finden Unternehmen, die mindestens im Zweischichtbetrieb arbeiten und bei denen einer von mehreren zusätzlichen Faktoren zutrifft, vernünftige Begründungen für diese Art von System. Weitere Faktoren können Sicherheit, Komfort und erheblicher Zeitaufwand ohne Mehrwert für den Transport von Produkten sein.

Etwas kontraintuitiv könnte der Trend jedoch sein, dass Personalabteilungen zu den stärksten Befürwortern von AGVs gehören. Warum? In vielen Unternehmen gehören Lagermitarbeiter zu den Positionen mit der höchsten Fluktuation. (Daten des Bureau of Labor & Standards spiegeln dies wider, mit dem Verhältnis von Einstellungen zu offenen Stellen in Lagerjobs.) Mitarbeiterbindung und Fluktuation sind kostspielig, und die relativ niedrige Arbeitslosenquote führt dazu, dass es schwierig ist, für viele Lagerjobs zu den üblichen Löhnen qualifizierte und interessierte Bewerber zu finden. Und unbequeme Betriebsbedingungen machen die Herausforderung noch größer. Schließlich ist die teure Arbeitsunfallversicherung eine häufige Beschwerde von Managern, die trotz aller Bemühungen, Sicherheitsprogramme einzuführen, Schwierigkeiten haben, die Prämien unter Kontrolle zu halten. Schließlich sind Lagerjobs trügerisch gefährlich. Das BLS stellt fest:Auf Berufe im Transport- und Materialumschlagbereich … entfielen im Jahr 2015 über ein Viertel aller tödlichen Arbeitsunfälle."

Integration mit Systemen und Betrieb

Warum sollten sich Unternehmen für AGVs interessieren? Aus mehreren Gründen. Sie sollten sich für Technologien, Techniken und Trends interessieren, die dazu beitragen können, Lager- und Fertigungsabläufe zu verbessern. (Weitere Informationen dazu finden Sie hier.) Laden Sie Lantechs kostenlosen Leitfaden zum „Lean Loading Dock“ herunter, um 5 konkrete Handlungsschritte zur Rationalisierung und Verbesserung der Lager- und Versandabläufe zu erhalten.)

Genauer gesagt sollten sich Unternehmen jedoch darauf konzentrieren, wie sie Paletten mit Produkten effizient und effektiv verpacken können. Viele Diskussionen über Stretchverpackungen konzentrieren sich auf die Rotation und Anwendung von Folie. Unternehmen sollten auch tiefer graben (z. B. ist die die richtige Menge Folie muss auf die richtige Weise aufgetragen werden, um die erforderliche Rückhaltekraft zu erreichen).

In unseren Gesprächen mit Jeff haben wir insbesondere untersucht, wie sich eine einfachere Einführung von AGVs auf den herkömmlichen Stretchverpackungs-Workflow auswirken könnte, basierend auf seinen Beobachtungen vor Ort. Im Laufe dieses Gesprächs wurde klar, dass wir wahrscheinlich Folgendes erleben werden:

  • Eine Zunahme automatischer Stretchwickler-Anwendungen – die zunehmende Verbreitung von AGVs bedeutet, dass selbst Anwendungen, die keine Hochgeschwindigkeitsautomatisierung erfordern, eine Verpackungsautomatisierung benötigen, um unbemannten LKWs das Absetzen und Aufnehmen von Ladungen an unbemannten Verpackungsstationen zu ermöglichen.
  • Konsolidierte Verpackungsstandorte werden möglicherweise häufiger – in großen Anlagen finden wir häufig Stretchwickler in jeder Arbeitszelle. In manchen Fällen liegt dies daran, dass instabile Produkte für einen problemlosen internen Transport verpackt werden müssen, aber oft geht es darum, den Bedienern die Zeit zu ersparen, Paletten zu entfernten Wicklern zu bewegen. Wenn die Mitarbeiter vom Transportieren der Produkte entlastet werden und sich auf das Zusammenstellen der nächsten Palettenladung konzentrieren können, ist die Notwendigkeit, die Entfernung zum Verpacken zu verkürzen, weniger kritisch.
  • Die einfache Integration mit Lagerverwaltungssystemen (WMS) zur doppelten Kontrolle von Qualität und Genauigkeit (Scannen von Codes, Kontrollwiegen im Vergleich zum geschätzten Gewicht, Standortgenauigkeit) wird wahrscheinlich auch zu mehr automatisierten Stretchfolienanwendungen führen. Wie wir bereits geschrieben haben, bedeutet das Wachstum vernetzter Prozesse oft, dass ein automatischer Wrapper für Kontrollen und Integration angezeigt ist, auch wenn Geschwindigkeit kein Faktor ist..
  • Erhöhter Bedarf an einfacher Automatisierung, die Automatisieren Sie das Einspannen und Schneiden von Folien. Diese werden wahrscheinlich mit einer automatisierten Fernstartfunktion kombiniert und durch einen Steuerungs-„Handshake“ mit dem AGV ausgelöst.
  • Sogar Projekte mit „einfachen“ halbautomatischen Maschinen werden wahrscheinlich routinemäßig einige Planungen, Steuerungen und Optionen für die „Handshake“-Steuerungskommunikation beinhalten. (z. B. Verpackung abgeschlossen, entfernen | Ladung an Ort und Stelle, Verpackung beginnen | Verpackungszone leeren, Ladung platzieren)

Schlussfolgerungen

Da AGVs durch Lösungen wie die von BALYO für immer mehr KMUs geeignet werden, werden sich Prozess, Materialfluss und Betriebsumgebung erheblich ändern. Die einfache Nachbildung eines bestehenden Prozesses oder einer bestehenden Maschine wird seltener. Stattdessen wird eine einfache Investitionsgüterspezifikation für einen zusätzlichen Stretchwickler eher einem Erstkauf ähneln. Es wird mehr darüber diskutiert, „was möglich ist“ und was gerechtfertigt und vernünftig ist, mit vielen Fragen und Überlegungen dazu, wie man Technologie anpassen kann, um die Verbesserung des Materialhandhabungsprozesses zu unterstützen.

Dies erfordert mehr Schulungsmaterial für Einkäufer und Einkaufsteams, zu denen Mitarbeiter aus den Bereichen Betrieb, Technik, Wartung, Finanzen und Einkauf gehören. Wahrscheinlich wird sogar die IT Teil dieser Teams sein, um sicherzustellen, dass eine entsprechende Integration mit WMS- und ERP-Systemen geplant ist.

Es sind spannende Zeiten für die Lagerwirtschaft. Zwar bringen disruptive Technologien wie fahrerlose Transportfahrzeuge sicherlich eine Reihe neuer Herausforderungen und Probleme mit sich, gleichzeitig eröffnen sie aber auch enorme Möglichkeiten zur Verbesserung von Prozessen, Qualität und Genauigkeit.

In Zukunft werden wir uns noch ausführlicher mit AGVs befassen, insbesondere mit Einzelheiten dazu, wie wir unseren Kunden geholfen haben, diese erfolgreich in den Lagerbetrieb zu integrieren.

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel enthält Informationen aus einem ausführlichen Interview mit Jeff Huerta, VP of Sales bei BALYO, sowie allgemeine Recherchen. Er ist nicht als Empfehlung für BALYO gedacht, sondern als Erörterung eines Themas, das unserer Meinung nach für unsere Leser von Interesse sein könnte.

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Bild-Kredit: BALYO USA

 

Dieser Beitrag wurde am 9. Februar 2017 veröffentlicht und am 27. August 2019 aktualisiert.

9. Februar 2017

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