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Sieben Arten von Robotern: Überlegungen zu ihrem Einsatz im Logistikzentrum

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EINLEITUNG

Die Nachfrage nach schnellem und exaktem Fulfillment steigt kontinuierlich an - exponenziell dazu auch der Personalbedarf. Doch die Personalkosten steigen, und trotz höherer Löhne ist es für die Unternehmen eine Herausforderung, Mitarbeiter zu rekrutieren, auszubilden und zu halten. Hinzu kommen Maßnahmen, die erforderlich sind, um die Sicherheit der Arbeitnehmer zu gewährleisten. Robotiklösungen werden zu einer izunehmend attraktiven Option, um die Produktivität zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken.

Der Einsatz von Robotik eignet sich für verschiedene Aspekte des Fulfillments, z. B. für die Kommissionierung (um die produktivitätsmindernden Laufwege ganz oder teilweise zu reduzieren, oder, um die Anzahl der Handgriffe zu minimieren) für die Verpackung und den Transport von Artikeln zwischen den einzelnen Bereitstellungszonen, zum Einlagern oder für den Nachschub.

In diesem Artikel werden sieben Arten von Robotern näher beleuchtet: Vorteile, Best Cases, Herausforderungen, inklusive Denkanstöße für den Einsatz von Robotern in der Distribution.

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1. ROBOTERARME

Robotik wird schon seit vielen Jahren in der Distribution von Behältern und Kartons eingesetzt. Fortschritte bei Bildverarbeitungssystemen und Endeffektor-Technologien (Greifer, der am "Handgelenk" eines Roboters ansetzt und den Griff ausführt) für Roboterarme ermöglichen die bessere Entnahme von Artikeln und zuverlässigere Pick-and-Put-Vorgänge. Die Arme können an Ware-zur-Person (GTP) -Arbeitsplätzen eingesetzt werden oder an einen mobilen Roboter montiert werden, um jede erdenkliche Kommissionierung durchzuführen. Sie können auch an Ort und Stelle eingesetzt werden, um sich wiederholende Aufgaben zu erledigen, wie z. B. das Laden leerer Kartons auf einen Hängeförderer oder die Platzierung von ankommendem Stückgut, das durch ein Stückgut-Sortiersystem automatisch auf die jeweiligen Ziele verteilt wird.

Zu den Vorteilen dieser Roboter gehören eine geringere Abhängigkeit von Personal an den Kommissionier- und Put-Plätzen, den Sammelbereichen vor den Stückgut-Sortieranlagen und dem Versanddock sowie eine höhere Genauigkeit im Pick- und Put-Prozess. Die größten Herausforderungen für den operativen Einsatz:

Greifer-Applikatoren. Es ist oft eine Herausforderung, einen einzigen Endeffektor zu finden, der die gesamte Bandbreite an Produkteigenschaften abdeckt - behutsam genug, um zerbrechliche Artikel zu handhaben, aber auch geschickt genug, um unregelmäßige Formen zu verarbeiten. Eine mögliche Lösung: Verschiedene Greifertypen werden verwendet, und der Artikel wird dem Arbeitsplatz zugeführt, der dafür am besten geeignet ist. Dies erfordert jedoch ein Pick-and-Pass-Verfahren oder die manuelle Konsolidierung von Aufträgen im nachgelagerten Bereich.
Visualisierungssoftware. Die Tiefenmaß- und Dimensionserkennung von Robotik-spezifischen Bildverarbeitungssystemen hat sich stark weiterentwickelt und ist heute besser in der Lage, die Kanten von Objekten zu erkennen. Nach wie vor stellen allerdings reflektierende Gegenstände, die Erkennung von Artikeln in kleinen Fächern (z. B. in stark unterteilten Behältern) und nicht ausreichende Beleuchtung Herausforderungen für diese Systeme dar.
Artikelvarianz und Beschränkungen. Die Gewichtsspanne, die ein Roboterarm bewegen kann, stellt in einigen Fällen immer noch eine Einschränkung dar, und je nach der Bandbreite der zu handhabenden Artikel müssen bei der Konzeptentwicklung verschiedene Arme berücksichtigt werden. Es reicht nicht aus, dass der Planungsprozess 90 % der Artikel abdeckt, weil diese unter 2,5 kg wiegen - die Handhabung der übrigen 10 % , die schwerer sind, muss ebenfalls berücksichtigt sein. Generell muss in der Planung geprüft werden, ob an einem Arbeitsplatz alle Tätigkeiten abgewickelt werden können, oder ob ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Arbeitsstationen, an denen Roboter jeweils eine spezifische Tätigkeit ausführen, die bessere Variante ist.

Für die nächsten 2 bis 3 Jahre ist zu erwarten, dass der Einsatz von Roboterarmen an festen Arbeitsplätzen zunimmt, denn diese Technologie eignet sich gut, um einen Teil der Kommissionierung in einem Ware-zur-Person-System zu übernehmen, und ist leicht skalierbar: Die Anzahl der Roboter kann den wachsenden Anforderungen und dem Wachstum des Unternehmens entsprechend angepasst werden. Der Ausblick auf die Zukunft: Die Fähigkeiten der Roboterarme werden sich weiterentwickeln - hin zu verbesserter Pickleistung aus kleineren Fächern und der Abdeckung einer breiteren Palette von Artikelgrößen und -eigenschaften.

Wir gehen davon aus, dass in den nächsten 2 - 3 Jahren mehr Roboterarme an festen Arbeitsplätzen eingesetzt werden.

2. KOLLABORATIVE BOTS (CO-BOTS)

"Der Hauptvorteil von Co-Bots besteht darin, dass sie die Laufwege der mit ihnen zusammenarbeitenden Mitarbeiter*innen verkürzen. Überflüssige Wege, die die Produktivität verringern, werden zwar nicht vollständig vermieden, aber deutlich reduziert. Aktuell gibt es gibt es zwei Haupttypen kollaborativer Roboter:

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Meet-Me Bots. Diese Roboter fahren durch einen Kommissionierbereich und warten an den Arbeitsplätzen auf die jeweiligen Mitarbeiter*innen. Diese bewegen sich innerhalb einer dynamischen Zone von Roboter zu Roboter, anstatt die gesamte Fläche des Lagers zu durchqueren.

Follow-Me-Bots. Diese Bots bewegen sich zu den Mitarbeiter*innen und führen sie von Kommissionierplatz zu Kommissionierplatz, damit einige oder alle Pickvorgänge in die Behälter auf den Bot ausgeführt werden. Wenn der Behälter voll ist, fährt der Roboter in den Packbereich, und ein anderer Roboter übernimmt den Arbeitsplatz in der Kommissionierung.

Neben der Arbeits- und Zeitersparnis, die sich aus der Verringerung unnötiger Laufwege ergibt, haben diese Roboter den Vorteil, dass sie die Produktivität steigern und sicher mit dem Personal zusammenarbeiten. Sie können für den Nachschub eingesetzt werden. Außerdem gibt es die Möglichkeit, eine mobile Plattform um einen Roboterarm zu erweitern, sodass die Kommissionierung vollautomatisch durchgeführt wird.

Meet-Me- und Follow-Me-Bots eignen sich beide optimal für Umgebungen mit geringer Kommissionierdichte und hohem Volumen. Neben der Reduzierung der Laufwege für die Mitarbeiter*innen werden auch die Erste Meile und die Letzte Meile automatisiert. Wie bei den Bot Sorter AMR erörtert kann die Automatisierung der letzten Meile auch die Kosten für die aufwändige Sortierung in einem hochkomplexen Sortierszenario (d. h. von mehreren Kommissionierbereichen zu mehreren Packplätzen oder Zonen) senken. Die größten Herausforderungen vor dem Hintergrund einer möglichst breiten Umsetzung:

Begrenzte Kapazität. Die Anzahl der Behälter oder Fächer, die ein einzelner Bot bearbeiten kann, ist im Vergleich zur Kapazität eines herkömmlichen Kommissionierwagens begrenzt. Mit einem Schlepproboter, der einen Kommissionierwagen zieht, lässt sich jedoch eine vergleichbare Kapazität erreichen. Dies erfordert einen konstruktiven Kompromiss in Form breiterer Gänge.
Tipping Point 1: Kommissionierdichte. Die Erstellung des Business Case ist in Umgebungen mit höherer Kommissionierdichte schwieriger, da die Reduzierung der Laufwege darauf beruht, dass die Bots dort vorbeifahren, wo kein Pickvorgang erfolgt, während die Mitarbeiter*innen für diese Wege bezahlt werden. Je geringer die Kommissionierdichte ist, desto wirtschaftlicher ist der Business Case für den Einsatz von Bots.
Tipping Point 2: Durchsatz. Der Anteil eingesparter Laufwege hängt zum Teil vom Durchsatz des Systems ab: Je höher dieser ist, desto mehr Bots und damit mehr Mitarbeiter*innen sind im Einsatz. Das bedeutet auch, dass sich das Personal auf kleinerer Fläche zwischen den Bots bewegt, die Laufwege also reduziert sind. Je höher der Durchsatz, desto stärker wird der Business Case für Bots (vorbehaltlich der Auslastung von Mitarbeiter*innen und Bots) bestätigt.

Die Amortisierung dieser Investitionen darf nicht allein nur auf Personaleinsparungen beruhen. Vielmehr sollte der Business Case auch die Kosten berücksichtigen, die entstehen, wenn keine Mitarbeiter*innen gefunden werden, sowie die Kosten, die durch mangelnde Genauigkeit entstehen, z.B. durch Fehlpicks und Schäden, die von Menschen verursacht werden.

Im Gegensatz zu den ausgereifteren Technologien von AGV und Schleppern punkten AMR mit mehr Flexibilität und geringeren Kosten.

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3. VERSCHIEBEREGAL-WARE-ZU-PERSON (GTP)-AMR

AMR mit integrierter Hubeinheit und Plattform sind sehr leistungsfähig: Sie transportieren Lagerbestände über mobile Regalsysteme automatisch zu den Arbeitsplätzen. Diese "Come-to-Me-Bots" bieten mehr Flexibilität bei der Lagerung der Artikel als andere GTP-Lösungen. Die AMR Roboter transportieren Artikel, die untertschiedlich gelagert werden (in Regalen, als Hängeware usw.), zu den GTP-Arbeitsplätzen. Einige der wichtigsten Herausforderungen, über die man im Zusammenhang mit diesen Robotern Bescheid wissen sollte:

Ausnutzung der Kubusstruktur. Diese Arten von Robotern und Robotik-gestützten Prozessen führen dazu, dass die kubische Gebäudefläche nicht ausreichend genutzt wird. Der Einbau von Mezzaninen und mechanischen Aufzügen kann Abhilfe schaffen, erfordert jedoch zusätzliche Investitionen und ist mit betrieblichen Einschränkungen verbunden.
Produktivität. Die GTP-Arbeitsplätze in einem Verschieberegalsystem sind im Vergleich zu anderen GTP-Technologien weniger produktiv. Mitarbeiter*innen, die aus Behältern (Shuttlefahrzeug-GTP) kommissionieren, sind produktiver als diejenigen, die aus Regalen kommissionieren.

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4. ROAMING SHUTTLE AMR

Roaming Shuttle AMR werden für die Lagerung und den Transport von Artikeln in Kompaktlagern verwendet, welche typischerweise Teil einer GTP-Lösung sind. Der Hauptvorteil dieser AMR besteht darin, dass sie eine relativ unabhängige Skalierung von Lagerung und Durchsatz ermöglichen. Das heißt: Wird mehr Platz benötigt, kann dieser ohne oder mit nur geringen Investitionen bereitgestellt werden, um den Durchsatz zu verbessern (der sich möglicherweise nicht geändert hat).

Im Gegensatz zu Ware-zu-Person-Lösungen mit fest installierten Shuttlesystemen, bei denen Lager- und Durchsatzkapazitäten gleichzeitig hinzugefügt werden, tragen Roaming Shuttle-Systeme tragen dazu bei, den Bedarf an Gesamtfläche des Gebäudes zu reduzieren, indem sie die lichte Höhe der Einrichtung voll ausnutzen. Einige Roaming-Shuttle-Systeme können auch für die Nutzung von geometrisch ungünstigen Räumen konfiguriert werden. Sie werden immer häufiger als Teil von lokalen oder Micro-Fulfillment-Lösungen eingesetzt. Zu den Faktoren, die bei der Bewertung dieser Arten von Bots zu berücksichtigen sind, gehören:

Staus und Engpässe. Für eine kompaktere Lagerung werden tiefe Gassen oder hohe Säulen zur Stapelung der Behälter verwendet. Diese Strategien erfordern jedoch zusätzliche Zugriffszeit, was den Durchsatz einschränken kann. Einige Anbieter begegnen dieser Herausforderung mit Algorithmen, die "lernen". Sie platzieren schnelldrehende Artikel an leichter zugänglichen Lagerorten, um die Zugriffs- und Transportzeit zu verkürzen. Ihre Leistungsgrenzen erreichen Roaming-Shuttle-Systeme, wenn sie "gesättigt" sind, dann erhöht das Hinzufügen weiterer Shuttles den Durchsatz nicht.

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Behälterkapazität. Diese Systeme sind auf eine Reihe von Standardbehältergrößen ausgelegt. Die Behältergröße limitiert die Auswahl der Artikel, die in ein shuttlebasiertes GTP aufgenommen werden können. Im Vergleich dazu sind mobile Regalsystem-Lösungen fast so flexibel wie eine Kommissionierung aus Fachbodenregalen oder Gitterboxen. Ein Kunde, der diese Technologie in Erwägung zog, entschied sich dagegen, weil Kleider wie z. B. Mäntel, gefaltet werden müssen, wenn sie in dieser Lösung verarbeitet werden sollen. Die Verschieberegal-Lösung erwies sich in diesem Fall die geeignetere Wahl für die Anforderungen des Kunden.
Brandbekämpfung. Top-Loading-Roaming-Shuttle-Systeme haben einzigartige Eigenschaften, wenn es um die Brandbekämpfung geht. Da die Behälter direkt übereinander gestapelt werden, gibt es einerseits wenig Sauerstoff, um das Feuer zu fördern. Andererseits ist es schwierig, Wasser an den Brandherd zu bringen. Es werden derzeit Lösungen entwickelt, um dieses Risiko zu minimieren.

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5. AUTONOME MOBILE ROBOTER FÜR DEN STÜCKGUTTRANSPORT (AMR)

Autonome mobile Roboter für den Stückguttransport wurden zur Überwindung von zwei grundlegenden Einschränkungen der FTS entwickelt. Erstens können sie nur in Bereichen eingesetzt werden, in denen keine anderen Lkw oder Menschen unterwegs sind oder in denen ihr Vorrang sichergestellt ist. Der zweite Grund sind die Kosten. AMR sind flexibler und preiswerter. Diese Roboter werden häufig für den Transport von einzulagernden Artikeln, den Transport von Paletten oder Behältern über längere Strecken, z. B. vom Wareneingang zum Bereitstellungsbereich oder vom Bereitstellungsbereich zum Versandbereich, eingesetzt. Auch zum Bewegen von leeren Palettenstapeln und zum Transport von Abfall und Verpackungsmaterial können sie nützlich sein. Seltener werden sie als Co-Bots für die Kartonkommissionierung eingesetzt. Bei diesen Robotern gibt es einige Schwierigkeiten, die noch behoben werden müssen:

Sicherheit. Ihre Geschwindigkeit, das Risiko, bei Kollisionen beschädigt zu werden und Sensoren, die nicht ausgereift genug sind, um menschliche Bewegungen zu erkennen und schnell genug zu reagieren, damit Zusammenstöße vermieden werden, stellen in der Nähe von Menschen Gefahren dar. Die Zulieferer arbeiten an der Lösung dieser Probleme, einschließlich der Fähigkeit, Staplergabeln zu "sehen", die niedrig über dem Boden liegen.
Vertikales Heben - Limits. Diese Roboter sind in Reichweite und ihrem derzeitigen Einsatzbereich eingeschränkt, weil sie oft nicht über einen Hubmast mit Hebe-/Senkmechanismus verfügen
Quelle und Ziel - Standhöhe. Die Roboter benötigen spezielle Voraussetzungen in Bezug auf die Standhöhe im Quell- und Zielbereich, damit die Artikel von der Transfervorrichtung auf dem Roboter aufgenommen und abgelegt werden können.

In naher Zukunft sind AMR mit Masten zu erwarten, die Artikel in verschiedenen Höhen heben und absenken können. Das eröffnet die Möglichkeit, Artikel auf ausgewählten Regalplätzen zu lagern und zu entnehmen. Damit rücken AMR in den gleichen Bereich der Distribution vor, der derzeit von FTS dominiert wird.

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6. BOT SORTER AMR

Bot Sorter AMR machen eine traditionelle, fest installierte Sortieranlage überflüssig, deren Kosten sich mit zunehmender Komplexität des Sortiervorgangs (z. B. mit steigender Anzahl von Sortierzielen) drastisch erhöhen. Sie bieten auch mehr Flexibilität in Bezug auf die Möglichkeit, Änderungen an der Platzierung der Sortieranlage und der Sortierlogik vorzunehmen, mit minimalen Auswirkungen auf Zeit und Kosten. Sie können Produkte aufnehmen und eine Mehrfachsortierung durchführen oder Produkte aus verschiedenen Bereichen des Lagers konsolidieren. Die Entnahme und Entladung kann manuell oder über ein Förderband erfolgen. Zu den Einschränkungen dieser Bots gehören:

Durchsatz. Der Business Case für diese Roboter untermauert, dass ihr Einsatz lediglich bei niedrigem bis mittlerem Durchsatz wirtschaftlich ist. Bei einem hohen Durchsatz bietet ein konventioneller Sorter trotz seiner begrenzten Möglichkeiten einen erheblichen Vorteil.
Ausnutzung der Kubusstruktur. Für den ordnungsgemäßen Betrieb dieser Roboter ist eine bestimmte Arbeitsfläche erforderlich. Um die gesamte Kubusstruktur des Gebäudes zu nutzen, muss eine Mezzanine, vorhanden sein oder errichtet werden.

7. ANDERE EINSATZMÖGLICHKEITEN VON ROBOTERN IN DER LOGISTIK

Bei ungünstigen ergonomischen Bedingungen, die zu Verletzungen führen können, gibt es Staplerlader und Exoskelette zur Unterstützung beim Heben, aber diese Lösungen sind noch nicht kosteneffizient. FTS zum Be- und Entladen von LKW stellen oft eine Herausforderung dar, wenn die Eigenschaften der zu transportierenden Artikel erheblich variieren. Darüber hinaus haben diese Lösungen in der Regel einen geringeren Durchsatz als manuelle Verfahren und erfordern im Vergleich mehr Bereitstellungsfläche. Optionen mit automatisierten Roboterarmen sind immer noch sehr teuer und weisen zum Teil die gleichen beschriebenen Einschränkungen auf. Es gibt einen idealen - aber sehr schmalen - Bereich für ihren Einsatz.

Kosten, Effizienz und mangelnde Flexibilität werden manchmal als Gründe dafür angeführt, dass Roboter nicht in größerem Umfang eingesetzt werden. Richtig: Roboter erfordern wahrscheinlich eine höhere Anfangsinvestition als analoge, Mitarbeiter-gestützte Lösungen. Außerdem sind Roboter, denen noch immer die Fähigkeiten des kritischen Denkens eines Menschen fehlen, in der Regel nicht so effektiv wie ein menschlicher Bediener in Bezug auf Geschwindigkeit und/oder Flexibilität. Allerdings stellen Roboter in den oben genannten Anwendungen bessere Alternativen als andere Automatisierungslösungen dar, und bei einer betriebswirtschaftlichen Betrachtung bieten sie Vorteile gegenüber rein manuellen Lösungen. Kurz gesagt, Roboter haben andere automatisierte Lösungen überholt, und auch gegenüber manuellen Anwendungen haben sie deutlich aufgeholt und sind in einigen Fällen sogar bereits an diesen vorbeigezogen.

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Veröffentlicht/Aktualisiert 1/5/21