Frischer Wind in alten Gebäuden

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Shuttle-Lager – bald eine Welt ohne AKL?

Wird kurz- oder langfristig eine noch höhere Lagerleistung benötigt, als ein Automatisches Kleinteilelager (AKL) erreicht, muss der Schritt in Richtung Shuttle-Lagersysteme erfolgen.

Manchmal dreht sich das Rad der Zeit gefühlt besonders schnell. Für die innerbetriebliche Logistik ist dies aktuell sicherlich der Fall. Omni-Channel, Losgröße 1 und Same Day Delivery sind Beispiele für Begriffe, die eben noch neue Schlagworte in der Logistikwelt waren und jetzt schon fast zum Standard gehören. Eng hiermit verbunden ist die Frage nach stetig mehr Leistung und Kapazität – die in der innerbetrieblichen Logistik häufig mit „Automatisierung“ beantwortet wird. Ware-zum-Mann-Systeme mit dynamischer Artikelbereitstellung löst das bisherige Mann-zur-Ware ab. Dynamisch bedingt dabei, woraus sich die Leistungsanforderungen an das eingesetzte Lagersystem ergeben. Bewährt haben sich in den letzten Jahren Automatiklager wie AKL und Shuttle-Systeme. Diskussionen, inwieweit die neuere Entwicklung das Shuttle-Lager das mittels RBG bediente AKL ablösen wird, sind mittlerweile größtenteils der Erkenntnis gewichen, dass beide Systeme unabhängig voneinander ihre Existenzberechtigung haben.

Soll bei frei dimensionierbarer Grundfläche und Höhe das ideale System rein hinsichtlich der Lagerkapazität geplant werden, wird die Entscheidung AKL lauten. Zwar wird die Lagerplatzanzahl durch die oberen und unteren Anfahrtsmaße des RBG beim AKL eingeschränkt – beim Shuttle-Lager im Gegenzug werden dafür jedoch über die gesamte Regalhöhe Wartungsebenen benötigt. Als Richtwert kann davon ausgegangen werden, dass bei einer Lagerguthöhe von etwa 400 Millimetern hinsichtlich der reinen Lagerkapazität jedes RBG-AKL über 14 Meter Regalhöhe dem Shuttle-Lager überlegen ist. Auch im reinen Investitionsvergleich liegt das RBG-AKL vorne: Geringere Anforderungen an den Stahlbau, der durch das RBG übernommene Vertikaltransport und diverse weitere Faktoren machen das AKL preisgünstiger.

Die Grenzen des AKL

Für ein AKL (vier Gassen mit je einem RBG/zwei LAM und doppelttiefer Lagerung) kann bei einer Gassenlänge von etwa 80 Metern, einer Regalhöhe von rund 15 Metern und einem hohen Lagerfüllgrad von einem Richtwert von etwa 4 x 100 Ein- und Auslagerungen pro Stunde ausgegangen werden. Ein 40-Fuß-Container im Wareneingang mit etwa 700 Kartons würde dieses AKL zwei Stunden mit der Einlagerung auslasten. Natürlich könnte die Ware im Wareneingang zwischengelagert werden, wenn die Einlagerleistung des AKL nicht ausreicht – das zu entscheiden ist eine individuelle Kostenfrage und eine Frage der Schnelligkeit der Artikelverfügbarkeit. Um die benötigte Leistung des Lagersystems zu bestimmen, müssen Warenströme und Prozesse in ihrer Gesamtheit betrachtet werden. In unserem Beispiel sind für den betrachteten Zeitraum Rücklagerungen aus der Kommissionierung und Einlagerungen aus der Retourenbearbeitung bzw. QS nicht berücksichtigt (siehe Abbildung).

Die Leistung des AKL ist skalierbar durch die Erweiterung der Gassenzahl. Dies ist sinnvoll, wenn parallel auch die Lagerkapazität erhöht werden soll. Ist die vorhandene Lagerkapazität ausreichend bzw. steht nicht mehr Fläche zur Verfügung, könnten die Anzahl an LAM je RBG erhöht oder zwei RBG je Gasse eingesetzt werden. Wird jedoch kurz- oder langfristig eine noch höhere Lagerleistung benötigt, muss der Schritt in Richtung Shuttle-Lagersysteme erfolgen.

Die Arten des Shuttle-Lagers

Shuttles sind voneinander unabhängig fahrbare Regalförderzeuge, die sich entlang eines am Regal angebrachten Schienensystems bewegen. Die Zu- und Abführung des Lagerguts in die Regalebenen erfolgt in der Regel über Lifte. Bei der Captive-Variante verlassen die Shuttles „ihre“ Gasse oder Ebene nicht. Am gebräuchlichsten sind Captive-Shuttle-Lager, in denen Shuttles in jeder Lagerebene und jeder Gasse eingesetzt sind. Es gibt jedoch auch Captive-Shuttle-Lager, in denen die Shuttles mehrere direkt benachbarte Lagerebenen bedienen können. Captive-Shuttle-Lager sind bislang unschlagbar in ihrer Lagerleistung, bringen aber auch die höchsten Investitionen mit sich. Sie müssen von Anfang an voll ausgestattet werden, was die nachträgliche Leistungserhöhung einschränkt. In gleichbleibender Lagergeometrie können lediglich die Vertikaltransporte gesteigert (zusätzliche Liftsysteme) oder als Gesamtsystemleistung die Vorzone entsprechend vervielfacht werden.

Bei Roaming-Shuttle-Lagern ist nicht jeder Lagerplatz ohne Versetzen der Shuttle-Fahrzeuge in andere Gassen oder Ebenen erreichbar. Vertikales Roaming bedeutet, dass die Shuttles über ein Liftsystem die Regalebenen wechseln; beim horizontalen Roaming ist i.d.R. in der Vorzone ein Schienensystem zum Querverfahren installiert. Das 3D-Roaming kombiniert beide Bewegungsmöglichkeiten. Bei den Roamin-Systemen kann die Leistung des Lagersystems erhöht werden, indem die leistungsbeschränkenden Elemente nachgerüstet werden, weitere Shuttles (bei vertikalem und 3D-Roaming) oder weitere Liftsysteme (bei horizontalem und 3D-Roaming).

Ein AKL benötigt über die gesamte Gassenlänge eine einheitliche Höhe, der niedrigste Punkt gibt die Regalhöhe vor. Benachbarte Gassen können zwar in Höhe und Länge abweichen, müssen aber „auf einer Flucht“ liegen. Shuttle-Lager hingegen können die Dimensionen eines vorhandenen Gebäudes flexibler nutzen. Prinzipiell können die Lagerebenen einer Gasse aufgrund von Abweichungen in der Höhe unterschiedlich lang sein. Bei Roaming-Systemen können selbst zerklüftetste Gebäudegeometrien genutzt werden. Lagerflächen, die bei ihrem Bau in den 60er oder 70er Jahren auf manuelle Bedienung ausgelegt wurden, können durch Shuttle-Systeme heute auch bei lediglich vier Metern Lagerhöhe automatisiert genutzt werden. Ein AKL wäre hier nicht empfehlenswert, da aufgrund der unteren und oberen Anfahrmaße des RBG kaum Lagerkapazität realisiert werden könnte.

Geschwindigkeit nach Bedarf

Alleinstellungsmerkmal der Shuttle-Lager ist ihre Lagerleistung. Ein Captive-System mit einer Doppel-Vorzone und zwei Liftsystemen pro Gasse kann bei Einzeltransport pro Liftplattform (in Abhängigkeit von Ebenenzahl, Gassenlänge und Lagertiefe) Leistungen von über 600 Ein- und Auslagerungen erreichen. Limitierendes Element sind hier nicht die Shuttles, sondern der Vertikaltransport.

Um sicherzustellen, dass die Lifte ihre volle Leistung entfalten können, sollten auch in Lagern mit hoher Leistung die einzelnen Shuttles mit einer Auslastung von nur 55-65 Prozent fahren. Durch dieses Überangebot von Förderzeugen wird verhindert, dass die Shuttles die Lifte weiter ausbremsen.

Fällt in einem AKL das Regalbediengerät aus, ist die gesamte Gasse bzw. der zugeordnete Gassenbereich inklusive aller Lagerplätze betroffen. Dem kann lediglich mit einer möglichst ausfallsicheren Streuung der Artikel über mehrere Gassen begegnet werden. Im Shuttle-Lager hingegen ist die Warenverfügbarkeit bei zwei Liften garantiert. Der Ausfall eines Lifts würde zwar einen Leistungsverlust von 50 Prozent bedeuten, aber alle Lagerplätze der Gasse wären weiterhin voll im Zugriff. Nicht nur sind sie über die Wartungsebenen durch das Lagerpersonal erreichbar, einzelne Shuttles können auch innerhalb weniger Minuten ausgetauscht werden.

Zeitgemäße Lagerplanung beachtet den Aspekt Energieeffizienz. Warum soll für das Bewegen einer Nutzlast von wenigen Kilos ein mehrere Tonnen schweres Gerät bewegt werden? Diese Diskrepanz ist beim RBG offensichtlich und wird durch moderne Energierückgewinnung nur bedingt ausgeglichen. Shuttle-Lager sind energieeffizienter. Der Energiebedarf für den Vertikaltransport von Lagergut mittels Lift entspricht ungefähr dem Energiebedarf des Hubantriebs auf einem RBG.

Für den Horizontaltransport jedoch wird im Shuttle-Lager deutlich weniger Energie benötigt. Moderne Shuttles, die häufig deutlich unter 100 Kilogramm wiegen, transportieren Nutzlasten bis zur Hälfte ihres Eigengewichts. Zwar ist ihr Energieverbrauch von Einsatz- und Bauart abhängig, aber ihre Energiebilanz ist deutlich günstiger als die von RBG und wird durch Energierückspeisung noch verbessert.

Die andere Seite der Medaille

Leistung, Energieeffizienz und Artikelverfügbarkeit haben im Falle der Shuttle-Lager ihren Preis. Sowohl die Erstinvestition als auch die laufenden Kosten (mit Ausnahme der Energiekosten) sind höher als bei einem vergleichbaren AKL. Wartungen beeinflussen bei Shuttle-Lagern nur dann nicht die Warenverfügbarkeit, wenn sie kurzfristig durchgeführt werden können – es müssen qualifiziertes Personal und Ersatzgeräte vor Ort sein.

Da der Technikanteil relativ hoch ist, muss mit einem entsprechenden Betreuungsaufwand gerechnet werden. Zudem sind Shuttle-Lager in der Hochlaufphase zeit- und personalintensiver. Dies muss im Rahmen von Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Ressourcenplanung berücksichtigt werden.

AKL und Shuttle-Lager sind keine Konkurrenten, ihr Einsatz ist individuell abhängig von der Aufgabenstellung und den Logistikparametern. Die Entscheidung fällt immer dann zugunsten des Shuttle-Lagers aus, wenn die AKL Leistung nicht ausreichend wäre oder hinsichtlich der Leistung deutliche Entwicklungsperspektiven erforderlich sind. Auch hoher Lagerumschlag und Ausfallsicherheit legen den Einsatz eines Shuttle-Lagers nah. Die Auswahl des idealen Systems garantiert jedoch keine leistungsfähige Abwicklung. Die vollautomatische Lagerung muss effektiv mit den anderen Logistikkomponenten verknüpft werden.

Bei neuen Strategien können beispielsweise bei der A-Teile-Kommissionierung Shuttles im Nachschubbereich eines Durchlaufregals eingesetzt werden. Durch den Einsatz eines zweiten Kommissioniersystems für A-Teile außerhalb des Shuttle-Lagers können kostengünstigere Shuttle-Lösungen eingesetzt werden oder sogar durch AKL-Lösungen ersetzt werden, da die Anforderungen an die Kommissionierleistung sinken.

Soweit der aktuelle Stand der Systeme. Logistikplaner sind jedoch bereits in der Praxis damit beschäftigt, die Automatisierung über die reine Lagerung hinaus auszuweiten. Automatisierte Kommissionierung und Packprozesse sind bereits im Einsatz und werden zukünftig bestehende Systeme ergänzen und ablösen.

Technische Logistik 09/2017 PDF-Download (1.6 MB) Autor: C. Berndt