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1. Allgemeines Die Erfindung betrifft ein Kleinteilelagersystem zur chaotischen Ablage von quaderförmigen Produkten gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Herkömmliche automatisierte Lager sind für Artikel mit grösseren Stückzahlen ausgelegt.
Daher sind diese Anlagen eher für grössere Lager bei Zwischenhändlern gedacht.
Die im Anschluss beschriebene Anlage ist speziell für kleine Lager im Detailverkauf optimiert, wo in der Regel viele verschiedene Artikel von einer geringen Stückzahl bis zu Einzelstücken eingelagert werden.
Daher wird ein völlig neues Lagerkonzept realisiert, dass es ermöglicht, in einer bestimmten Grössen- und Gewichtsbandbreite jeden Artikel unabhängig von seiner äusseren Form einzulagern und zu manipulieren.
Das Einlagerungsprinzip ist chaotisch.
Erfindungsgemäss sind dazu die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 und 2 das erfindungsgemässe Kleinteilelagersystem mit einem herausgezogenen Ausziehregal bzw. mit allen Ausziehregalen in eingeschobener Position.
Fig. 3 ein Detail der Ausziehregale und Fig. 4 das Kleinteilelagersystem mit Handlingsystem.
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Das System besteht aus folgenden Komponenten : Lagerregale mit unterteilten Fächern, in denen jeweils ein Artikel eingelagert wird.
Einen Manipulator der die Artikel transportiert. Dieser wird auf Schienen durch die
Anlage geführt. Die Artikel werden mittels eines Sauggreifers am Manipulatorarm gegriffen.
Eine Warenübernahmestation in der die Artikel von aussen dem System zugeführt werden.
Dabei wird der Artikelcode und die Dimension des Artikels ermittelt.
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Pufferzone nach der Warenübemahme um ein versetztes Wegräumen der Ware durch den
Manipulator zu ermöglichen. Wobei diese so konzipiert ist, dass auch von dort ein Artikel angefordert werden kann.
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Transportwägelchen, Rutsche,...).
'Steuerungshardware bestehend aus : - Steuerungs-PC - Sicherheits-PC (optional) - SPS-Steuerung - AC-Servomotoren bzw. Schrittmotoren - Scanner - Initiatoren wie Rollenendschalter und induktive Näherungssensoren.
Steuerungssoftware bestehend aus : - Soft-PLC - Lagerlogistik - Kommunikation nach aussen - Kommunikation mit den Steuergeräten - Bahnsteuerung für Manipulator - SPS-Programm zur Überwachung von zeitkritischen Prozessen 3. Mechanisches Konzept 3. 1 Lagersystem
3. 1. 1 Lagefixierung durch Schwerkraft
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Innovative Grundidee des Lagersystem ist die Produktfixierung mit Hilfe der Schwerkraft. Die Behältnisse sind so ausgeführt, dass durch die Schräglage in allen 3 Dimensionen die Produkte (1) (Fig. 3) in eine für den automatischen Zugriff definierte Lage rutschen. Die drei Schräglagen sind wie folgt ausgeführt : Eine Schräglage ist durch das schiefe Aufhängen der Ausziehregale (4) (Fig.
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regelmässigen Abständen zu Anschlägen (3).
Für das Handlingssystem resultiert, dass eine bewegte Raumachse nicht mehr im rechten Winkel zu den anderen steht.
Ohne Überbehältnisse oder aufwendige Fixierung sind nun die verschieden grossen, quaderförmigen Produkte lagefixiert, und können somit ohne Verutschungsgefahr bewegt werden.
3. 1. 2 Handling nicht quaderförmiger Produkte Nicht quaderförmige Produkte stellen eine verschwindende Minderheit dar.
Um sie trotzdem problemlos in das System integrieren zu können, werden diese in quaderförmige Überbehältnisse abgelegt.
3. 1. 3 Ausziehregaleaufbau Die Schrägbehältnisse sind in einer schiefen Ebene angeordnet, den sogenannten Ausziehregalen (4). Grundsätzlich gibt es 3 Grössen, mit denen das ganze Kleinteilespektrum abgedeckt wird. Die Ausziehregale (4) sind in einem Regalgestell (5) aus Profilrahmen (Fig. l) befestigt. Die Festlegung der Grössendimensionen ist nur empirisch durch eine statistische Auswertung der zu lagernden Produkte (1) sinnvoll, um das Gesamtlagervolumen zu optimieren. Gerade das geringe Gesamtlagervolumen gehört zu den konkurrenzfähigsten Haupteigenschaften des Systems.
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Die Ausziehregale (4) sind immer in Grössenmodulen zu ca. l m Seitenlänge des Regalgestells (5) zusammengefasst.
Dadurch lässt sich das System individuell auf den jeweiligen Kunden anpassen.
Auch während der Inbetriebnahme lässt sich das Lagersystem durch Austauschen der Module noch optimieren.
3. 1. 4 Ausziehregalebewegung Um aus dem Ausziehregal (4) die Produkte (1) entnehmen zu können, ist es notwendig, diese auf die jeweils gewünschte Position auszufahren. Die Regale
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Hauptführung mitfahrende Querachse auf die gewünschte Position herausgezogen und fixiert. Das Einklinken der Achse erfolgt unten mittels eines kleinen Hubmagneten. Das heisst, dass sich auf der Hauptführung zwei
Handlingssysteme bewegen, die selbstverständlich gegen Kollision geschützt sind.
3. 2 Handlingsystem
3. 2. 1 Hauptachse
Das Handlingsystem fährt auf Schienen. Die verschleissfreie Rollenführung ist robust und vorallem wartungsfrei auszulegen. Das Ausgleichen von
Bodenunebenheiten erfolgt über Nivellierelemente. Ein wichtiger Punkt ist auch die Verlängerunsmöglichkeit. Das heisst eine Erweiterung der
Lagerkapazität ist auch nachträglich ohne grossen Aufwand möglich.
3. 2. 2 Scarahandling
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Die Minimierung der Zugriffszeiten des Lagers ist auch ein zentraler Punkt und Wettbewerbsvorteil. Es ist durchaus sinnvoll, wenn man die Ein- und Auslagerung verschachteln kann. Um diese ehrgeizige Zielvorgabe zu erreichen, kommt der Ausführung des Handlingsystems zentrale Bedeutung zu. Wenn man das Gewicht reduzieren und die Steifigkeit erhöhen will, gibt es zu einem neu zu entwickelnden Knickarm-Roboter bzw. Scarasystem keine wirkliche Alternative.
In jüngerer Zeit bieten diverse Getriebehersteller kompakte Robotergelenke an. Basierend auf hochpräzisen Gelenken lässt sich mit leichten und steifen Armen ein Scarahandling verwirklichen, das ideal die Zielvorgaben erfüllt.
Das ganze Handling wird dann 3 Drehachsen haben und somit jeden Raumpunkt in der Vertikalebene befahren können.
3. 2. 3 Greifsystem Das Greifen der Produkte (1) erfolgt pneumatisch mit Hilfe eines Vakuumsaugers und mechanische Abstützung. Die geometrische Anordnung muss dahingehend optimiert werden, dass alle mögliche Produktgrössen sicher gegriffen werden können.
3. 2. 4 Scanner Die Identifizierung der Produkte erfolgt über Scannen eines Barcodes auf der Verpackung. Da die Position des Barcodes auf der Packung nicht bestimmt ist, müssen alle möglichen Seiten gescannt werden. Da sich der Barcode nie auf der Verpackungsoberseite befindet wird diese auch zum Ansaugen benutzt.
Anschliessend wird das Paket mit allen Seiten auf einen stationären Scanner in Position gebracht bis der Code gefunden und richtig gescannt wurde. Da das
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Handlingsystem diese Freiheitsgrade besitzt ist ein schnelles Erfassen gewährleistet.
3. 3 Eingabe 3. 3. 1 Stauband
Die Produkte (1) werden nach Anlieferung händisch auf ein Förderband (Stauband) aufgegeben. Das kann in der Regel rasch und mit genügend
Stauraum erfolgen. Die Aufgabe muss nur die Produktvorderseite (- > kein
Barcode) entsprechend berücksichtigen.
3. 3. 2 Vereinzelung
Die Vereinzelung erfolgt durch eine eigene Mechanik um die Zugriffszeit weiter zu minimieren.
3. 3. 3 Vermessung
Nach der Vereinzelung erfolgt die Vermessung der Produkte (1) in allen 3
Dimensionen. Die Vermessung erfolgt berührungslos mittels eines
Rotlichtlasers. Auf Grund dieser Messung wird die Grösse des erforderlichen
Lagerplatzes ermittelt.
3. 4 Ausgabe
3. 4. 1 Ausbringungsvarianten
Grundsätzlich kann das Produkt (1) auf verschiedenste Weise zum
Verkaufsplatz befördert werden. Je nach örtlicher Gegebenheit (Lager in
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einem Nebenraum, im Keller usw.) können verschiedenste Technologien zum
Einsatz kommen.
Auch hier wird die Geschwindigkeit ein wesentliches Kriterium sein, und in der Planung entsprechend berücksichtigt.
3. 4. 2 Übergabe
Die Übergabe der Produkte (1) erfolgt direkt durch das Handlingsystem.
4. Elektrisches Konzept 4. 1 Hardware
Die Steuerung ist physikalisch und logisch in mehrere Schichten aufgeteilt. Als
Steuerungszentrale fungiert eine Soft-PLC die auf einem handelsüblichen
Industrie-PC aufgesetzt wird. Die Soft-PLC wird dabei um die lagerspezifischen
Funktionalitäten erweitert. Die Kommunikation mit der Aussenwelt kann wahlweise über PC-Netzwerk oder über serielle Schnittstelle erfolgen. Die Soft-PLC kommuniziert mit den einzelnen Geräten über einen Feldbus. Vorerst wird Profibus und Can-Bus unterstützt werden. Für Echtzeit - bzw. zeitkritische Aufgaben wird eine
Standart SPS verwendet, die ebenfalls mit der Soft-PLC über Feldbus kommuniziert.
Um ein Höchstmass an Sicherheit zu gewährleisten, kann noch ein redundanter
Steuerungs-PC, der Sicherheits-PC in das System integriert werden. Dieser spiegelt nicht nur die Datenbestände, sondern überwacht auch die Aktionen und Reaktionen
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des Steuerungs-PC, um gegebenenfalls bei einer Störung sofort die Aufgaben der Steuerung übernehmen zu können.
Es werden handelsübliche AC-Motoren für die schwereren Achsen und Schrittmotore für die leichteren Achsen verwendet.
Als SPS für die zeitkritischen Prozesse wird ebenfalls eine einfache SPS verwendet.
Der Scanner ist ein industrietauglicher programmierbarer Zeilenscanner.
4. 2 Software
4. 2. 1 Allgemeines
Die Software besteht aus mehreren Funktionsblöcken : * Betriebsprogramme - Warenübernahme - Einlagern der Ware - Anfordern der Ware 'Dienstprogramme . Wartungsprogramme
Dabei werden diese Funktionsblöcke in Objekten realisiert. Damit ist ein flexibles Reagieren der Software auf äussere Ereignisse und ein Vermischen der
Aktivitäten möglich. Bei Gleichzeitigkeit von Ereignissen werden diese nach einer Prioritätenliste abgearbeitet. Anforderungen haben die höchste Priorität und werden immer als erstes abgearbeitet.
Gleichzeitig wird jeder Funktionsblock in drei grosse Teile unterteilt : Lagerlogistik die entscheidet was die Anlage abzuarbeiten hat und auf äussere Ereignisse reagiert.
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4. 2. 2 Betriebsprogramme
4. 2. 2. 1 Warenübernahme
Vor der Warenübernahme wird von der übergeordneten
Warenwirtschaft des Geschäftes eine Bestellung ausgelöst. Nach Erhalt der Ware vom Grosshändler wird diese auf einem Förderband der
Anlage zugeführt. Über den auf jedem Artikel aufgebrachten Strichcode wird der jeweilige Artikel erfasst und in einer Pufferzone in der Anlage automatisch abgelegt. Dabei wird kontrolliert, ob alle bestellten Artikel korrekt geliefert wurden. Differenzen werden aufgezeigt bzw. zu viel gelieferte Artikel über einen Abwurf wieder ausgeschieden.
Aktive EINGANGSKONTROLLE
Der Programmteil Warenübernahme erledigt folgende Aufgaben : 'Kommunikation mit der Warenwirtschaft.
* Steuerung der Übernahmezone mit Förderband, Artikelscanner und
Erfassung der Artikelgrösse.
* Steuerung der Pufferzone.
* Durchführung der Eingangskontrolle und Aussortieren der nicht bestellten Artikel.
* Anlegen der Artikel in der Datenbank mit Eingangsdatum,
Artikelnummer, Artikelbezeichnung, Packungsabmessung, vorläufigem Lagerplatz in der Pufferzone und falls vorhanden
Ablaufdatum.
* Senden einer Mitteilung an die Warenwirtschaft, dass neue Artikel verfügbar sind.
4. 2. 2. 2 Einlagern der Ware
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Aus der Pufferzone werden die Artikel bzw. Produkte 1 mit dem Manipulator zu den eigentlichen Lagerplätzen transportiert.
Dabei werden von der Software folgende Aufgaben erledigt : Auswahl des Lagerortes. Nachdem das Lager chaotisch organisiert ist, kommt der Auswahl des Lagerplatzes eine besondere Bedeutung zu. Es werden Artikelstatistiken geführt, die helfen das Lager zu optimieren. Dabei werden folgende Kriterien beachtet : Oft benötigte
Artikel bekommen einen Lagerort mit geringen Zugriffszeiten bzw. mit leichter manueller Zugänglichkeit für den Handbetrieb.
Steuerung des Manipulators für den Transport des Artikels.
. Aktualisieren der Artikeldatenbank mit dem aktuellen Lagerplatz.
4. 2. 2. 3 Anfordern der Ware Nach Anforderung eines Artikels bzw. Produktes vom Verkaufsplatz wird dieser aus der Lagerposition zur Abgabestation der Anlage transportiert.
Dabei werden folgende Aufgaben erledigt : * Kommunikation mit dem Verkaufsplatz um die Anforderungen entgegen zu nehmen.
* Durchsuchen der Artikeldatenbank nach dem angeforderten Artikel.
Wenn der Artikel öfter im Lager enthalten ist, wird derjenige ausgegeben der das kürzeste Verfalldatum oder das älteste
Einlagerungsdatum hat. Sollte der Artikel nicht im Lager vorhanden sein, so wird eine entsprechende Meldung an den Verkaufsplatz und an die Warenwirtschaft gesandt.
* Steuerung des Manipulators für den Transport des Artikels vom
Lagerplatz zur Ausgabestation.
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Entfernen des Artikels aus der Artikeldatenbank.
Senden einer Meldung an den Verkaufsplatz und an die
Warenwirtschaft.
4. 2. 3 Dienstprogramme Unter den Dienstprogrammen versteht man alle Programme, die nicht unmittelbar für die Grundfunktionen erforderlich sind, aber eine notwendige Ergänzung für den Betrieb der Anlage darstellen : Physikalische Inventur aller Lagerplätze.
Datenabgleich zwischen Lagerdatenbank und Warenwirtschaft.
Ausräumen von Artikeln nach wählbaren Artikellisten wie Ladenhüter oder
Artikel mit bestimmtem Ablaufdatum.
Statusanfragen und Artikelauskünfte wie Verfügbarkeit, Lagerstand und
Einlagerungsdaten.
Erstellen von wählbaren Statistiken wie Umlaufzeit von Artikeln,
Lagerverteilung, usw.
Erstellen einer Datensicherung der Datenbank.
. Handbetrieb für den Störungsfall.
4. 2. 4 Serviceprogramme Service sind alle jene Programme, die für Inbetriebnahme, Vermessung und Wartung der Anlage notwendig sind.
4. 2. 4. 1 Inbetriebnahmeprogramme
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Nachdem das Lager aus einzelnen Modulen besteht die je nach Kundenanforderung zusammengestellt werden können ist eine flexible Definition des physikalischen Aufbaues des Lagers notwendig.
Gleichzeitig werden die Steuerungselemente wie Motoren, I/O-Module, Scanner, SPS-Steuerungen und Bussystem selektierbar gestaltet. Das ist ebenfalls notwendig um auf Kundenanforderungen individuell reagieren zu können.
4. 2. 4. 2 Vermessungsprogramme Da der Aufbau des Lagersystems flexibel gestaltet werden kann und eine Lagerkapazität von mehr als 20. 000 Artikel angestrebt wird ist es notwendig, dass diese Lagerpositionen teilweise automatisch vermessen werden. Ausserdem ist es zweckmässig, wenn auch einige Fixpunkte wie Regaleinklinkpositionen oder Abwurfposition einfach zu vermessen sind.
4. 2. 4. 3 Wartungsprogramme Handbetrieb für alle in der Anlage befindlichen Steuerungsgeräte.
Damit wird es möglich eine in Betrieb befindliche Anlage rasch zu testen, Fehler einzugrenzen bzw. nach einem Gerätetausch dieses einzustellen.
* Datenbanktools um Datensätze verändern bzw. reparieren zu können.
Auswertung bzw. Visualisierung der log-Files um Vorgänge in der
Anlage nachvollziehen zu können.
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Technische Beschreibung : Kleinteilelagersystem Inhalt 1. Allgemeines 2. Systembeschreibung 3. Mechanisches Konzept 3. 1 Lagersystem
3. 1. 1 Lagefixierung durch Schwerkraft
3. 1. 2 Handling nicht quaderförmiger Produkte
3. 1. 3 Ausziehregalaufbau
3. 1. 4 Auszeihregalbewegung 3. 2 Handlingsystem
3. 2. 1 Hauptachse
3. 2. 2 Scarahandling
3. 2. 3 Greifsystem
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3. 2. 4 Scanner 3. 3 Eingabe
3. 3. 1 Stauband
3. 3. 2 Vereinzelung
3. 3. 3 Vermessung 3. 4 Ausgabe
3. 4. 1 Ausbringungsvarianten
3. 4. 2 Übergabe 4.
Elektrisches Konzept 4. 1 Hardware 4. 2 Software
4. 2. 1 Allgemeines
4. 2. 2 Betriebsprogramme 4. 2. 2. 1 Warenübernahme
4. 2. 2. 2 Einlagern der Ware
4. 2. 2. 3 Anfordern der Ware
4. 2. 3 Dienstprogramme
4. 2. 4 Serviceprogramme
4. 2. 4. 1 Inbetriebnahmeprogramme 4. 2. 4. 2 Vermessungsprogramme
4. 2. 4. 3 Wartungsprogramme