Der ultimative Anfänger-Leitfaden zu automatischen Lagersystemen

Kurzer geschichtlicher Überblick

Das erste automatischer Lagersystem wurde in den 1950er-Jahren von der deutschen Firma Demag entwickelt. 1962 installierte Demag dann das erste mithilfe von automatischen Lagersystemen komplett automatisierte Lager für den Bertelsmann-Verlag. Dabei handelte es sich um eine 20 Meter hohe Konstruktion, in der fast sieben Millionen Bücher gelagert wurden. Damit wurde eine neue Ära in der Lagertechnik eingeleutet. Traditionelle Lager waren mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden. Zudem verfügten sie über eine begrenzte Anzahl von Regalen, die manuell „bedient“ wurden. Deshalb benötigten diese Lager viel Platz. Das revolutionäre Design von Demag kombinierte nun die Vorteile der Automatisierung mit der Möglichkeit, sich bei der Lagerung auch stärker den vertikalen Raum zunutze zu machen.

Im Laufe der nächsten Jahrzehnte hat sich das Design der automatischen Lager im Wesentlichen nicht geändert. Doch die Technologie hat sich auf der ganzen Welt und in vielen verschiedenen Arten von Lagern verbreitet. Schließlich bietet sie im Hinblick auf eine hohe Lagerdichte viele Vorteile – insbesondere in Gebieten, in denen Personal und Fläche nur eingeschränkt verfügbar sind. Seit den 1980er-Jahren hat sich auch in der Entwicklung von Prozessoren viel getan: Diese sind nun leistungsfähiger und erschwinglicher. Dies hat in Kombination mit verbesserter WCS-Software („Warehouse Control Systems“)  wie beispielsweise Controller dazu geführt, dass automatische Lagersystemen bei der Lagerlösungen inzwischen im Fokus stehen. Aufgrund der schon genannten Entwicklungen sind automatische Lager inzwischen in der Lage, komplexe Aufgaben abzuwickeln. Seit der Pionierarbeit von Demag hat sich also wirklich einiges getan – was weltweit zu einer Revolution bei der Lagerhaltung geführt hat.

Was ist ein automatisches Lagersystem?

Ein automatisches Lagersystem beinhaltet eine Vielzahl verschiedener digitaler bzw. robotergestützter Elemente sowie Regalbauteile. Mithilfe all dieser Elemente entsteht ein Lager, das auf die individuellen Bedürfnisse zugeschnitten ist und einer großen Warenvielfalt gerecht wird. Gesteuert wird das System dabei durch digitale Automatisierungs-Software. Bei der Konstruktion von individuell gestalteten automatischen Lagern stehen zahlreiche Optionen zur Auswahl. Hierzu zählen zum Beispiel Cube Storage, autonome mobile Roboter (AMR), horizontale und vertikale Karussells, Kräne, Shuttle-Systeme, vertikale Liftmodule (VLMs), Micro-, Unit- und Miniloads sowie weitere Systeme. Gemanagt werden all diese Systeme von einem Lagerverwaltungssystem. Es ist sozusagen das „Gehirn“ des Lagerbetriebs.

Hinzu kommt, dass automatische Lagersysteme keinen Einschränkungen in Bezug auf die Größe unterliegen: Sie können in kleinen oder großen Lagerhäusern und sogar in Lagern mit mehreren Standorten eingesetzt werden. Dabei nutzen sie zahlreiche Technologien und Mittel, um das Ein- und Auslagern von großvolumigen Lasten zu automatisieren – und zwar präzise und schnell. Diese Art von Lösung ist folglich insbesondere bei Lagern beliebt, in denen die Artikel nicht bearbeitet oder modifiziert werden und die gleichzeitig große Mengen umschlagen. Denn in diesen Lagern ist Dichte oft ein wichtiger Faktor, da Fläche oft teuer oder knapp ist.

Vorteile von automatischen Lagersystemen

Wenn ein Unternehmen bereit ist, in ein speziell auf die eigenen Anforderungen ausgelegtes System zu investieren, bieten automatische Systeme eine Reihe von Vorteilen. Diese Systeme stehen für eine beispiellose Genauigkeit, Effizienz und Produktivität sowie eine sehr niedrige Fehlerquote. Gleichzeitig können sie hohe Volumen bewältigen – und das rund um die Uhr. Außerdem reduzieren sie repetitive und körperlich anstrengende Aufgaben. Arbeitskräfte können also für produktivere Tätigkeiten eingesetzt werden. Dieser Punkt gewinnt immer mehr an Bedeutung. Denn schließlich haben alle fortschrittlichen Volkswirtschaften aufgrund einer immer älter werdenden Bevölkerung mit Personalmangel zu kämpfen. Dies führt dazu, dass die Personalkosten steigen. Und auch die Abhängigkeit von wechselnden Arbeitskräften für einzelne Saisons wird zunehmend zum Problem: Es herrscht viel Wettbewerb um die verfügbaren Kräfte. Darüber hinaus kann automatische Lagertechnik auch in Bezug auf die tägliche Arbeit mit schweren Gütern, die ihren eigenen Tribut erfordert, Abhilfe schaffen. Der Einsatz in Umgebungen mit besonderen physischen Anforderungen – beispielsweise in Kühlhäusern – ist ebenso möglich. Systeme wie „Cube Storage“ bieten im Vergleich zu traditionellen Lagern darüber hinaus auch eine höhere Lagerdichte. Das wiederum führt zu erheblichen Einsparungen bei Platz und Immobilienkosten.

Es besteht jedoch kein Zweifel daran, dass das Implementieren von automatischen Lagersystemen erhebliche Veränderungen der Arbeitsabläufe, der Infrastruktur und auch des Layouts im Lager erfordert. Doch es bleibt nicht nur bei einmaligen Veränderungen im Lager: Die Systeme müssen auch regelmäßig gewartet werden, um eine bestmögliche Leistung zu erbringen. Wenn es zu Ausfällen kommt, kann sich dies entsprechend auf die Produktivität auswirken. Es kann in diesen Fällen sogar zum Stillstand der gesamten Anlage kommen. Allerdings unterscheiden sich die unterschiedlichen automatischen Lagersysteme im Hinblick auf den Wartungsbedarf und auch in Bezug auf mögliche Folgen einer Störung.

Wie funktioniert ein automatisches Lagersystem?

Ein automatisches Lagersystem ist im Grunde genommen ein automatisches System zur Ein- und Auslagerung von Beständen bzw. Produkten. In der Regel ersetzen solche Systeme großflächige Regallager. Damit wird bezweckt, Bodenfläche einzusparen, die Sicherheit im Lager zu verbessern und die Gesamtproduktivität zu steigern. Bei automatischen Lagersystemen werden Artikel mithilfe von Robotern zu den Lagermitarbeitenden gebracht (Automatisierug nach dem (Goods-to-Person-Prinzip, „G2P“). Somit müssen die Mitarbeitenden kaum noch durchs Lager laufen. Gleichzeitig werden Effizienz, Sicherheit und Ergonomie durch diese Systeme erheblich verbessert.

Wie oben beschrieben, gibt es verschiedene Arten von automatischen Lagersystemen. Welches System zum Einsatz kommt, ist abhängig von Größe und Gewicht der betroffenen Artikel und auch dem Zweck des Lagers. Mit den verschiedenen verfügbaren Technologien kann fast jedes Lager automatisiert werden. In einem System können dabei verschiedene Elemente wie Unit-Load- oder Miniload-Systeme, Karussells, vertikale Liftmodule, Shuttles oder Roboter kombiniert werden. So ist das Gesamtsystem letztlich auf die Bedürfnisse des jeweiligen Unternehmens zugeschnitten ist. Diesen verschiedenen Elementen liegen vier gemeinsame Schlüsselelemente zugrunde: die Lagerstruktur, die physische Automatisierung, die Schnittstelle für die Fördertechnik und eine Steuerungssoftware.

Im Allgemeinen gibt es drei Hautlastarten:

• Automatische Unit-Load-Systeme (z. B. für Paletten)
• Automatische Mid-Load-Systeme (individuelle Automatisierung für bestimmte Arten von Beständen)
• Automatische Miniload-Systeme (z. B. Split-Case-Picking)

Neben diesen Lastarten gibt es eine Vielzahl von Optionen für automatische Lagersysteme. Dazu zählen beispielsweise die Folgenden:

• Automatische „Cube Storage“-Systeme
• Automatische Unit-Load-Systeme mit Kran (für feste und variable Gänge)
• Automatische Miniload-Systeme mit Kran (für feste Gänge)
• Automatische Shuttle-Systeme
• Automatische Systeme mit Karussells
• Automatisches Lagersystem mit vertikalem, horizontalem und robotergestütztem vertikalem Liftmodul (VLM)
• Automatische Micro-Load-Systeme (Stocker)
• Automatische Systeme mit vertikalem Sequenzmodul (VSM)

Diese Liste mag auf den ersten Blick vielleicht erschreckend sein, weil sie komplex wirkt. Doch letztlich lassen sich all diese Optionen auf mehrere optimierte Teile herunterbrechen, die von einer Steuerungssoftware gesteuert werden und Hand in Hand arbeiten, um das Lager zu bestellen. Im Folgenden finden Sie einen Überblick über die verschiedenen Elemente und deren Variationen.

Automatische „Cube Storage“-Systeme

Automatische „Cube Storage“-Systeme bieten eine hohe Lagerdichte. Das liegt daran, dass hier die gesamte freie Fläche entfällt, die in herkömmlichen Lagern zu finden ist. „Cube Storage“-Systeme bestehen aus nur fünf Modulen: Die Artikel werden hier in sogenannten Bins gelagert, die in einem Aluminium-Gestell – dem sogenannten Grid – neben- und übereinander gestapelt werden. Man kann sich das in etwa wie Bauklötze vorstellen. Oben auf dem schon erwähnten Grid gibt es Schienen, auf denen sich Roboter bewegen. Sie kümmern sich kontinuierlich darum, Bins aus dem Grid hervorzuholen bzw. zu entnehmen und diese zu sogenannten Ports (Arbeitsplätzen) zu bringen. Gesteuert werden sie dabei vom System. An den Ports haben die Lagermitarbeitenden dann Zugriff auf den Bestand und können sich folglich dort auch um Order Fulfillment oder das Replenishment der Bestände kümmern. Sobald die Mitarbeitenden die Arbeiten am Port abgeschlossen haben, bringen Roboter die Bins wieder zurück ins Grid. In diesem System werden die Produkte automatisch basierend auf ihrer Beliebtheit sortiert. So ist sichergestellt, dass die häufig angeforderten Produkte weiter oben und die weniger häufig benötigten Artikel weiter unten im System gelagert werden. Das ermöglicht ein schnelles Picking. Das automatische „Cube Storage“-System kombiniert eine hocheffiziente Flächennutzung mit modularen Robotern und einem Würfeldesign, das eine leichte Installation und Erweiterung ermöglicht. Ein einschränkender Faktor bei „Cube Storage“-Systemen ist, dass die Artikel in die Bins passen müssen. Der größte Bin von AutoStore hat beispielsweise eine Größe von 449 mm × 649 mm × 425 mm.

Automatische Unit-Load-Systeme

Automatische Unit-Load-Systeme sind für sperrige bzw. schwere Lasten mit einem Gewicht von etwa 450 bis 2267 kg ausgelegt. Sie eignen sich besonders gut für Paletten. Oft bestehen sie aus hohen Regalen mit schmalen Gängen, auf die mithilfe von Kränen für feste bzw. variable Gänge zugegriffen wird. Diese Kräne bewegen also die gelagerten Waren. Unit-Load-Systeme sind ideal für Lager, in denen es nur eingeschränkt Platz für Paletten gibt und gleichzeitig aber ein schneller Zugriff auf größere Artikel möglich sein muss.

Automatische Unit-Load-Systeme mit Kran für feste und variable Gänge

Bei diesem System werden gibt es Palettenregale mit schmalen Gänge. Der Zugriff erfolgt über einen mobilen Kran, der sich vertikal und horizontal entlang eines bestimmten Gangs bewegen kann, um schnell auf die dort gelagerten Artikel zuzugreifen und sie einzusammeln oder zu bewegen. Bei einem automatischen Unit-Load-System für variable Gänge ist der Kran dabei nicht nur für einen einzigen Gang zuständig. Dadurch wird vermieden, dass es in absolut jedem Gang einen eigenen Kran geben muss. Das wiederum führt zu Einsparungen bei Fläche und Kosten. Ein einschränkender Fraktor dieser Systeme ist, dass sie komplett vom mobilen Kran abhängig sind. Außerdem sind Gänge während Wartungsarbeiten nicht zugänglich. 

Automatische Miniload-Systeme

Ein automatisches Miniload-System ist ideal für den Umgang mit kleineren Artikeln. In der Regel wiegen diese nicht mehr als 34 kg. Im Vergleich dazu kann also ein Unit-Load-System deutlich schwerere und größere Lasten umschlagen. Bei Miniload-Systemen werden häufig Behälter, Tablare oder Kartons (oder auch eine Kombination dieser Elemente) eingesetzt, um Artikel im Bestand zu transportieren. Oft spricht man auch von automatischen Kleinteilelagern (AKL). Sie sind beliebt zur Lagerung von Artikeln in Lagern, in denen Fläche teuer ist. Denn das führt dazu, dass die traditionelle Regallagerung in Kartons problematisch ist. Automatische Miniload-Systeme in bestimmten Bereichen können als Puffer im Hinblick auf das Anfordern von Produkten für Picking und Verpackung eine vielseitige Option sein. Sie können auch zum Replenishment im Picking-Lager genutzt werden. Bei diesen Systemen sind sowohl im Hinblick auf das Gewicht als auch auf die Größe der Artikel Grenzen gesetzt. Somit sind sie weniger vielseitig als andere Systeme.

Automatische Shuttle-Systeme

Bei diesem Modell werden Artikel mithilfe von Shuttles oder Robotern transportiert. Diese folgen einer Schiene, die zwischen verschiedenen Bereichen im Lager bzw. am Arbeitsplatz verläuft – und zwar sowohl horizontal als auch vertikal. Diese Systeme können über verschiedene Ebenen arbeiten und eine Vielzahl von Artikeln in Behältern oder Kartons an den gewünschten Ort bringen. Shuttles werden angewiesen, Artikel aus dem Lager zu entnehmen und entlang der Außenseite des Regals zu einem Arbeitsplatz oder einem zweiten Förderband zu bringen. Es gibt sie in einer Vielzahl von Ausführungen, je nach Produkt und Anforderungen des jeweiligen Lagers. Einschränkende Faktoren bei diesen Systemen sind unter anderem, dass die Gänge mit den Produkten während Wartungsarbeiten möglicherweise nicht zugänglich sind und dass Shuttle-Systeme mehr Platz brauchen als andere Systeme.

Automatische Lagersysteme mit AMR und hoher Lagerdichte

Bei Systemen mit autonomen mobilen Robotern (AMR) werden unabhängige Roboter eingesetzt. Diese bewegen sich über verschiedene Wege zwischen den Regalen, um Artikel für einen bestimmten Behälter oder Standort zu entnehmen. Die AMR liefern diese Artikel an dem Arbeitsplatz ab, an dem sie bestellt wurden. Anschließend kümmern sie sich um die nächste Aufgabe. Dieses vielseitige System ermöglicht eine ausgezeichnete Flexibilität und Effizienz. Und durch die Beschaffenheit von AMR-Systemen sind diese auch leicht skalierbar, um einer sich verändernden Nachfrage gerecht zu werden. So können leicht weitere AMR zum System hinzugefügt werden. Die Systeme sind sehr komplex: Fortschrittliche Sensorpakete und andere automatische Elemente erfordern ein höheres Maß an technischem Support.

Automatisches „Go-Fer Bot“-System

Das sogenannte „Go-Fer“-System wurde nach im Boden wühlenden Erdhörnchen (im Englischen: „Gophers“) benannt. Das System verwendet spezielle Regale und Gestelle, die vom AMR von unten zum Arbeitsplatz bewegt werden. Die Regale können so konfiguriert werden, dass sie je nach Artikel eine Vielzahl von Optionen wie Kisten, Paletten oder hängende Arrangements aufnehmen können. Die AMRs heben und transportieren die gesamte Einheit zum Arbeitsplatz und anschließend wieder zurück. So entsteht eine Lagerlösung mit einer hohen Dichte, die sich leicht und kostengünstig an die Bedürfnisse des Unternehmens anpassen lässt. Wie das Shuttle-System erfordert auch dieses System mehr Bodenfläche, um die Regale zu bewegen und sie in Reihen zu lagern.

Stacker-Bot

Beim neu entwickelten automatischen Lagersystem mit AMRs und sogenanntem „Stacker-Bot“ werden mehrere Behälter oder Kisten vom Stacker-Bot aus einem Regal entnommen und zu einem bereitstehenden Förderband, zweiten AMR oder Arbeitsplatz gebracht. Der Stacker-Bot kann Bereitstellungen und Rückführungen im laufenden Betrieb kombinieren. Somit handelt es sich um ein wendiges, effizientes und kostengünstiges System. Es benötigt allerdings für den Betrieb mehr Platz, da die Einheiten unterschiedlich groß sein können. Somit muss mehr Platz für die Navigation eingeplant werden.

Automatische Systeme mit Karussells

Automatische Lagersysteme mit Karussels sind die älteste Variante der automatischen Lagersysteme. Sie bestehen aus einer Schiene, an der eine Vielzahl von Artikeln oder Lagermöglichkeiten hängen. Man kann sich das so vorstellen wie die Kleidung, die in einer Reinigung hängt. Das System dreht sich, um je nach Bedarf jeweils einen bestimmten Artikel oder Bin an den Arbeitsplatz zu liefern. Beim Design gibt es bei diesen Systemen verschiedene Varianten: Es gibt horizontale Modelle, bei denen Artikel in über eine Leine bereitgestellt werden, und vertikale Karussels, bei denen sich die Bins im Kreis nach oben und unten bewegen. Diese Systeme sind ideal für kleinere Gegenstände, die sich schnell bewegen lassen. Eine weitere Variante ist das roboterartige horizontale Karussell. Hierbei handelt es sich um ein automatisches System mit bis zu drei Karussell-Ebenen, wobei sich auf allen Ebenen Behälter befinden. Einschränkende Faktoren bei automatischen Lagersystemen mit Karussels sind, dass sie schwieriger zu erweitern sein können und einen erheblichen Platzbedarf haben.

Vertikale Liftmodule (VLMs)

Dieses System zeichnet sich durch einen sogenannten „Picker“ in der Mitte eines Regalstapels aus. Dieser Picker bewegt sich hin und her und wählt die bestellten Artikel für die Aufträge aus. Anschließend bringt er sie einem Arbeitsplatz oder Förderband. Oft handelt es sich um geschlossene Systeme, bei denen sich der Arm frei im Regelbereich bewegt. Nachdem das Order Fulfillment erfolgt ist, bringt das VLM die Lagereinheit wieder an ihren korrekten Platz. Anschließend geht es dann mit der nächsten Aufgabe weiter. Die Tablare selbst können fest oder beweglich sein. So kann ein komplexer Bestand äußerst effizient gemanagt werden. Micro-Load-Stocker sind VLMs sehr ähnlich. Diese Form ist ideal für Lager mit einer hohen Dichte, in denen ein automatisches Lagersystem zum Puffern, Sequenzieren und Bereitstellen von Artikeln am Verwendungsort erforderlich ist. Micro-Load-Stocker können beispielsweise aus einer Reihe von Robotern bestehen, die innerhalb eines geschlossenen Grid arbeiten und Bins bzw. Behälter zu einem Förderband bringen. Genau wie auch Gänge mit Kränen sind vertikale Liftmodule bzw. Stocker stark abhängig von bestimmten Bauteilen. Das kann zum Stillstand des Systems während Wartungsarbeiten führen.

Vertikales Sequenzmodul (VSM)

Dieses System ordnet die entnommenen Bins in einer bestimmten Sequenz bzw. Reihenfolge an. Das macht es zu einer effizienten Lösung für Lager mit hoher Dichte und hohem Volumen. Die Auftragssequenz kann über ein anderes System wie zum Beispiel einen autonomen mobilen Roboter (AMR) oder ein Förderband entnommen werden. Dabei werden die Aufträge in einer bestimmten Reihenfolge bereitgestellt. Dieses System kann auch als Ergänzung bei bestehenden automatischen Lagersystemen dienen. So können Effizienz und Prodiktivität verbessert und der Flächenbedarf verringert werden. Wie beim oben genannten VLM können auch bei VSM-Systemen im Wartungsfall Verzögerungen entstehen, wenn bestimmte Komponenten außer Betrieb sind.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich bei automatischen Lagersystemen seit den ersten Systemen vieles getan hat. Diese Lösungen ermöglichen eine höhere Lagerdichte, eine optimierte Effizienz und geringere Personalkosten. Somit kann man getrost behaupten, dass sie die betrieblichen Abläufe im Lager verändert haben. Wenn die Einführung eines automatischen Lagersystems in Erwägung gezogen wird, sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Dabei ist zunächst einmal zu bedenken, dass ein individuell gestaltetes automatisches Lagersystem aus einer Kombination verschiedener Systeme bestehen kann. Einige der oben genannten Systeme sind komplex und erfordern signifikante Veränderungen der baulichen Struktur im Lager. Systeme, die von ein paar zentralen Komponenten abhängig sind, können anfällig sein für Ausfallzeiten während der Wartung. Andere Systeme hingegen, die mehr Fläche benötigen, lassen sich unter Umständen nur schwer erweitern. Außerdem eignen sie sich nicht so gut für Gebiete, in denen die Kosten pro Quadratmeter hoch sind – also zum Beispiel den urbanen Raum.

Es besteht kein Zweifel daran, dass automatische Lagersysteme manuell betriebenen Lagern weit überlegen sind. Durch den Einsatz von Automatisierung, Robotik und digitaler Steuerung optimieren diese Systeme Flächennutzung, Genauigkeit und Produktivität. Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten und sich die Vorteile von automatischen Lagersystemen langfristig maximal zunutze zu machen, ist jedoch eine sorgfältige Erwägung der Wartungsanforderungen und Einschräkungen der jeweiligen Systeme unerlässlich.