Auf dem Markt werden immer schnellere Regalbediengeräte angeboten. Die mit ihnen erreichbare Steigerung der Umschlagleistung wird jedoch bei zunehmender Dynamik immer geringer. Das von der Forschungsgemeinschaft Intralogistik/Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL) geförderte Forschungsprojekt „Strategische Optimierung von Hochregallagersystemen" untersuchte einen neuen Ansatz zur Steigerung der Leistung automatischer Lagersysteme.

Ausgangssituation
Im Wesentlichen bestimmen die Fahrzeiten und die Dauer der Lastwechselvorgänge die erzielbare Umschlagleistung in einer Lagergasse mit einem automatischen Regalbediengerät (RBG). Schnellere RBG bewirken kürzere Fahrzeiten und höhere Umschlagleistungen. Die Fahrzeiten nehmen jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit des RBG nicht linear, sondern unterproportional ab. Zudem gewinnt bei abnehmenden Fahrzeiten der Anteil der Zeiten für die Lastwechselvorgänge an Bedeutung. Eine beispielhafte Berechnung der zu erwartenden Umschlagleistung für ein 40m langes und 12m hohes automatisches Kleinteilelager mit unterschiedlich schnellen RBG zeigt, dass selbst bei einer Steigerung der Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte um 50% in Bezug auf die aktuell von RBG erreichten Spitzenwerte die Anzahl der möglichen Doppelspiele pro Stunde lediglich um 13% zunimmt. Als Doppelspiel wird ein kombiniertes Spiel mit einer Einlagerung und einer Auslagerung bezeichnet.

Ansatz zur Steigerung der Umschlagleistung
Am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der TU München wurde im Rahmen des kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekts „Strategische Optimierung von Hochregallagersystemen - Steigerung der Umschlagleistung automatischer Regalbediengeräte durch Systemintegration konventioneller Fördertechnik" ein neuer Ansatz zur Steigerung der Leistung automatischer RBG untersucht. Anstatt mit technischen Verbesserungsmaßnahmen die Geschwindigkeit von Regalbediengeräten und Lastaufnahmemitteln noch weiter zu steigern, wird eine Leistungssteigerung vorhandener Geräte durch die Verkürzung der Fahrwege angestrebt. Die Wege, die ein RBG bei Lagerspielen zurücklegen muss, werden durch die Integration von Stetigförderern in das Lager verkürzt. Anstatt bei jedem Lagerspiel einen einzelnen Ein-/Auslagerpunkt (E/A-Punkt) an der Regalstirnseite anzufahren, kann die Lastübergabe an einem von mehreren Übergabepunkten entlang einer Stetigförderstrecke stattfinden (s. Abb. 1). Dabei wird jeweils der dem RBG nächstgelegene Übergabepunkt angefahren. Diese günstigere Anordnung der Übergabepunkte bewirkt eine Verkürzung der mittleren Fahrwege im Vergleich zur klassischen Variante eines automatischen Lagers mit einem einzigen E/A-Punkt.

Wie Zeit gespart werden kann
In einer Analyse wurden die Fahrzeitanteile identifiziert, die sich durch die Schaffung von Übergabepunkten auf Stetigförderern verkürzen lassen. Man betrachtete dabei verschiedene horizontale und vertikale Anordnungen der Übergabepunkte. In Abhängigkeit von den Regalabmessungen, der Geschwindigkeit des RBG sowie der Anzahl und Position der Übergabepunkte können unterschiedlich hohe Wegeinsparungen bei den Fahrten zwischen Übergabepunkten und Lagerplätzen erzielt werden. Zu beachten ist, dass nicht jede Verkürzung der Fahrwege eine Reduzierung der Fahrzeit zur Folge hat. Beim Anfahren einer Position mit dem RBG werden Fahr- und Hubwerk gleichzeitig bewegt. Wird die schnellere der beiden Fahrten noch zusätzlich verkürzt, hat dies keine Auswirkung auf die Spielzeit, da jeweils die langsamere Komponente ausschlaggebend ist.

Konzepte für die Erweiterung von Lagersystemen
Durch die Integration von horizontalen oder vertikalen Stetigförderern in das Lager sind unterschiedliche Erweiterungskonzepte denkbar. Horizontale Stetigförderer können beispielsweise in der Lagergasse installiert, in das Regal integriert oder über dem Regal angebracht werden. Eine Installation von vertikalen Stetigförderern ist an der Regalstirnseite möglich. Die Stationen für die Übergabe von Ladeeinheiten entlang einem Förderer können unterschiedlich ausgeführt sein, wobei sich deren Anzahl variieren lässt. Aufgrund des Platzbedarfs für die Integration von Stetigförderern und Übergabestationen gehen Lagerplätze verloren; teilweise lassen sich aber auch vorhandene Freiräume nutzen, wie der zumeist ungenutzte Raum unterhalb der ersten Lagerebene.
Im Verlauf des Projekts wurden verschiedene Erweiterungskonzepte erarbeitet, untersucht und bewertet. Für diese neuen Konzepte war auch eine Anpassung vorhandener Lagerbetriebsstrategien erforderlich. Einen Schwerpunkt stellten die Gestaltung der Übergabestationen und deren Integration unter den gegebenen Platzverhältnissen dar. Hierzu wurden konstruktive Lösungsansätze für verschiedene Lagerkonfigurationen ausgearbeitet (s. Abb. 2).

Bestimmung der Umschlagleistung
Zur Bestimmung der Umschlagleistung, die mit den neuen Konzepten mit mehreren E/A-Punkten auf Stetigförderstrecken möglich ist, sind vorhandene Modelle zur Spielzeitberechnung nicht geeignet. Mit den gebräuchlichen Berechnungsmethoden (z. B. nach den Richtlinien FEM 9.851 oder VDI 3561) kann zwar eine Verschiebung der Position der E/A-Punkte berücksichtigt werden, nicht aber das Vorhandensein von zwei oder mehreren alternativen E/A-Punkten, von denen jeweils der günstigere angefahren wird. Aus diesem Grund wurde ein Simulationsmodell implementiert. Mit diesem modular aufgebauten Modell lässt sich für alle erarbeiteten Konzepte in Kombination mit unterschiedlichen Lagerkonfigurationen, RBG und Strategien die Umschlagleistung ermitteln. Parallel dazu wurde ein analytischer Berechnungsansatz für die näherungsweise Bestimmung der Umschlagleistung entwickelt.

Ergebnisse und Ausblick
Durch die Schaffung mehrerer alternativer E/A-Punkte in einer Lagergasse können die mittleren Fahrwege zwischen Übergabepunkten und Lagerplätzen verkürzt werden. Wie groß die Fahrzeitverkürzungen und der damit erreichbare Leistungsgewinn sind, hängt von der gewählten Anzahl und Anordnung der Übergabepunkte und auch sehr stark von der Lagerkonfiguration und dem eingesetzten RBG ab. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit Übergabepunkten auf horizontalen Förderstrecken Steigerungen der Umschlagleistung zwischen 10% und 35% gegenüber einer konventionellen Anordnung des E/A-Punkts möglich sind.
Das Forschungsprojekt zeigte, dass mit dem neuen Ansatz eine höhere Leistung möglich ist. Nun sind die Lagertechnikhersteller gefordert, auf den Ergebnissen dieses Projekts aufzubauen und Wege zu finden, die erarbeiteten Konzepte wirtschaftlich umzusetzen.