Lagertechnik: Automatiklager als Logistikzentren der Fertigung

Große automatische Blechlager versteht man bei der Stopa Anlagenbau GmbH als Logistikzentren der Fertigung. Mit ihren Warehouse Management Systemen (WMS) steuern diese Lagersysteme nicht nur den Materialfluss in der Produktion, sondern erfassen und steuern auch das Umfeld der Lager inklusive der angebundenen Maschinen. Solche Lager sind das Herzstück der Produktion – stehen sie, stoppt die komplette Fertigung. In diesem Sinne entwickelt Stopa seine Lagersysteme Industrie-4.0-gerecht weiter.

Von einer intelligenten Automatisierung der Lagersysteme im Rahmen der Industrie-4.0-Entwicklungen wird neben verbesserten Abläufen vor allem mehr Transparenz in den Betriebs- und Auftragsabläufen erwartet. Mit der Erfassung und Auswertung relevanter Daten aus dem System lassen sich Verfügbarkeit, Anlagenzustände und Auslastung der Lager über längere Zeiträume aufzeigen und damit mögliche Engpässe und Optimierungspotenziale frühzeitig erkennen.

Bereits heute erfassen Lagersysteme zahlreiche Daten, die analysiert, dokumentiert und für den Anwender grafisch aufbereitet sowie verständlich dargestellt werden. Dabei können unter anderem Informationen zu den Lagerbeständen und Fahraufträgen der Regalbediengeräte abgefragt oder Wartungsintervalle überwacht werden.

Die meisten automatisierten Blechlager sind bereits an Produktionsplanungssysteme und übergeordnete ERP-Systeme angebunden und damit in die Fertigungstruktur des Anwenderunternehmens integriert. Ihre Betreiber werden frühzeitig über den Status der Fertigung informiert und können deren Auslastung steuern, die Planung neu koordinieren und Bestände rechtzeitig auffüllen. Zudem lassen sich Wartungstermine laufzeitabhängiger Bauteile besser überwachen und planen, indem deren Betriebsstunden ausgewertet werden. Damit können Anwender vorausschauend für den Wartungszeitraum Fahraufträge zu anderen Maschinen umleiten oder Aufträge vorziehen beziehungsweise zurückstellen. Bei regelmäßigen Wartungen können zudem die Fertigungsabläufe während der Wartungszeiträume im Vorfeld geplant werden.

Wesentliche Vorteile einer Datenerfassung projektbezogener und­ anlagenspezifischer Daten ist die Optimierung der Produktionsplanung und damit die Steigerung der Effizienz. Mithilfe des Stopa-WMS können dabei die Produktionsprozesse optimal aufeinander abgestimmt werden. Über das WMS werden beispielsweise Rohbleche angefordert, Fahraufträge generiert und dem Blechlager Aufträge zugeschickt. Insofern ist es die Basis für einen effizienten Materialfluss.

Das WMS erlaubt als universelles Interface in Form eines Windows-Webservice zudem, das Lagersystem von Produktionszellen oder von übergeordneten Systemen aus anzusteuern. Angebundene Laser-und Stanzmaschinen können damit beispielsweise selbstständig Material aus dem Lager abrufen. Oder das System kann Laserteile auf Ladungsträger stapeln, im Lager einsortieren sowie die Teiledaten samt Metadaten im Lagersystem einbuchen. Metadaten, wie zum Beispiel Lage-und Geometriedaten, stehen dann für nachgeschaltete Prozesse wie etwa das Abkanten zur Verfügung.

Ist der gesamte Material- und Datenfluss in die Strukturen der intelligenten Automatisierung integriert, können Tafeln ohne manuelles Eingreifen über einen Produktionsplan angefordert werden.

Software- und Hardware-Schnittstellen für den Datenaustausch innerhalb der Lagersysteme sowie zu unter- und übergeordneten Systemen existieren bereits. Wichtiger dürfte allerdings die Frage sein, welche Informationen die Anlagenbetreiber und die Hersteller benötigen, um einen besseren Service leisten zu können. Vor diesem Hintergrund hat Stopa ein Auswertetool entwickelt, das die Lagerdaten auslesen und analysieren kann. Die aufbereiteten Daten lassen sich einem übergeordneten System des Anwenders zur Verfügung stellen. Stopa nutzt zu Trumpf-Maschinen praktisch immer die gleiche Schnittstelle, darüber hinaus arbeitet man an Interfaces zu Maschinen anderer Hersteller.

Ein komfortabler Weg wäre, zukunftsorientierte Schnittstellen zu verwenden, die der Markt bereithält. Ein Beispiel dafür wäre ein OPC-Server (Open Platform Communications), bei dessen Einsatz die Blechlager- und Maschinenhersteller nicht selbst Schnittstellen entwickeln müssten, so dass der Aufwand einer­ kundenspezifischen Programmierung weitgehend entfiele.

Zudem wären die Daten, die Stopa im Rahmen von Industrie-4.0-Anwendungen ermitteln würde, nicht für die Maschine, sondern für das WMS bereitzustellen. Damit käme man mit wenigen Programmen aus. Stopa geht diese Themen der intelligenten Automatisierung intensiv an, um dem Markt standardisierte und projektbezogene Lösungen anbieten zu können.

Das WMS ermöglicht es, Blechlager in unternehmensübergreifende Prozesse zu integrieren, beispielsweise über vorhandene Schnittstellen zum weit verbreiteten SAP-System oder zu anderen ERP-Systemen. Damit eine Verbindung aufgebaut werden kann, hat sich Stopa schon vor Jahren zertifizieren lassen.

Heute einigt man sich mehr und mehr auf standardisierte Interfaces wie OPC, die den Datenaustausch zwischen Anwendungen unterschiedlicher Hersteller in der Automatisierungstechnik ermöglichen und somit Abstimmungen erübrigen. Die Unternehmen definieren untereinander nur die auszutauschenden Signale und auf welcher Adresse sie liegen.

Hat ein Betreiber vor, ein Industrie-4.0-Projekt vorab zu simulieren, um ein Blechlager hinsichtlich Größe, Leistung und weiterer Kriterien auszulegen, könnte er auf allgemeine Formeln zurückgreifen, die ein Fraunhofer-Institut errechnet hat. Eine genauere Abschätzung wäre möglich, falls man Echtzeitdaten nutzen und dadurch die Formeln verifizieren könnte.

Eine intelligente Automatisierung verändert die Arbeitswelt in der Blechbearbeitung auch im administrativen Bereich, wo deutliche Optimierungen zu erwarten sind. Zudem erhöht sich die Transparenz. Informationen sind praktisch überall sofort einsehbar, zum Beispiel in entlegenen Produktionswerken. Die daraus resultierenden Vorteile liegen darin, dass Störmeldungen oder Anlagenstillstände nicht nur direkt an der Anlage, sondern auch auf entsprechend angebundenen entfernteren Endgeräten zu empfangen sind.

Da jemand erreichbar sein muss, um eine Störmeldung entgegenzunehmen und darauf zu reagieren, spricht Stopa nicht von einem mannlosen, sondern von einem mannarmen Betrieb. Mannarme Schichten eignen sich aber auch dafür, vorbereitende Arbeiten zu treffen, um am nächsten Tag von effizienteren Abläufen zu profitieren. So kann beispielsweise in nächtlichen Schichten ein automatisches Umsortieren vorgesehen sein, so dass benötigtes Material am nächsten Morgen dicht an den Bearbeitungsmaschinen zur Verfügung steht.

Arbeiten die Maschinen nachts durch und es tritt eine Störung auf, informiert das WMS über die Stopa-App den Bereitschaftsdienst. Bei manchen Störmeldungen ist es wichtig, diese zu quittieren. Geschieht dies nicht, folgt automatisch eine zweite Information, dass nachgeschaut werden muss, weil die Anlage sonst gleich steht. Andere Meldungen enthalten zunächst eine Warnung, die wiederholt wird, falls niemand in einem vorgegebenen Zeitrahmen darauf reagiert. Passiert auch dann nichts, stoppt die Anlage.

Positive Aspekte einer intelligenten Automatisierung zeigen sich auch, wenn ein Blechlager Bearbeitungsmaschinen in der Losgröße 1 zu versorgen hat. Da das übergeordnete System weiß, welche Halbfertigteile in welcher Reihenfolge an den Montagestationen bereitzustellen sind, besteht dem Lager gegenüber die Forderung, die Maschinen nach der Ein-Tafel-Strategie zu beliefern. Dies setzt voraus, dass ein Regalbediengerät zeitlich in der Lage ist, die Anlagen ohne Wartezeiten zu versorgen. Vor diesem Hintergrund hat Stopa – lange bevor das Thema Industrie 4.0 aufgekommen ist – den bis zu 8 m hohen Picking Tower entwickelt. Eine Lösung, durch die es planbar ist, auf einer separaten Systempalette Materialien in beliebiger Zusammenstellung hauptzeitparallel vorzukommissionieren und somit die Produktivität zu steigern.

Selbst Wareneingangsprozesse lassen sich bereits in eine intelligente Automatisierung integrieren. Zu diesem Zweck hat Stopa den Compact Turner entwickelt, eine Wendestation, die vollautomatisch an das Lager angebunden ist. Die Station ersetzt bis zu drei manuelle Arbeitsschritte, indem sie erstens die Rohbleche entpalettiert, zweitens das Material auf eine Systempalette legt und präzise ausrichtet und drittens die beladene Palette einlagert. In allen Stufen verhindert der Compact Turner ein Durchbiegen und Verkratzen der Rohbleche.

In Kombination mit dem autonom fahrenden Transportsystem Stopa Variocart entwickeln sich Blechgroßlager zu einem produktionsgebundenen Logistikzentrum. Das Variocart übernimmt sämtliche innerbetrieblichen Transporte und verkettet sämtliche Bearbeitungsbereiche. Es versorgt alle Bearbeitungsmaschinen mit Material aus einem automatischen Blechlager, selbst wenn diese nicht direkt angebunden sind.

Dabei fungiert das fahrerlose Transportfahrzeug (FTF) als frei verfahrbares Bindeglied zwischen allen Maschinen – und zwar ohne die bislang notwendige Schienenführung. Somit müssen Maschinen nicht länger nach einem starren Lagerraster ausgerichtet werden, sondern können in zweiter und dritter Reihe oder platzsparend im Winkel installiert werden. Letztlich kann das Variocart – sofern es via Datenübertragung in die Produktionsplanung eingebunden ist – alle innerbetrieblichen Transporte übernehmen. Einer Investition in die Fahrzeuge gegenüberzustellen sind die Gewinne durch zeitsparende, wirtschaftliche Prozesse und die installierte Fördertechnik.

Bei dem von Stopa konzipierten Variocart handelt es sich um einen speziellen Transportwagen, der Systempaletten, ausgelegt für Bleche bis zum Großformat, transportiert. Ausgestattet mit Ablagestempeln, fährt das FTF die Tafeln direkt ins Lager. Oder es hebt das Blechpaket mit seinen Stempeln aus, so dass es sich von der Palette löst und übernommen werden kann. Das Fahrzeug kann längs-und stirnseitig an das Lager heranfahren und bietet sich so als Alternative zum Wareneingangswagen an.

Das Manövrieren der mit bis zu 3 t Blech beladenen FTF in den millimetergenau gestalteten Lagerbereich erfordert hochpräzise Abläufe. Zur Steuerung sind deshalb Reflektoren an den Strecken und Zielen anzubringen, an denen sich das FTF mit Hilfe eines Laserscanners orientiert. Die Kommunikation mit dem Stopa-WMS, das mehrere Variocarts koordinieren und somit Fahrwege optimieren kann, läuft in der Regel über Wlan. Mit Hilfe der Software lassen sich die Kurse des Fahrzeugs flexibel ändern und weitere Bearbeitungsmaschinen anbinden. Dabei kann ein Variocart sogar zwei automatische Lagersysteme, beispielsweise eines für Rohbleche und eines für Fertig-und Halbfertigteile, mit der Produktion verbinden.