Die Entwicklung von Verpackungslösungen für einen sicheren und wirtschaftlichen Transport von Bauteilen war bisher Tüftelarbeit. Dennoch sollen Maschinen- oder Geräteteile immer effizienter vom Zulieferer ans Montageband gebracht werden: aus Kostengründen und um die Umwelt zu schonen. Nun errechnen Optimierungsalgorithmen vom Fraunhofer SCAI in wenigen Minuten die ideale Befüllung von Transportbehältern mit baugleichen Einzelteilen. Die Softwarelösung PackAssistant ist bereits weltweit im Einsatz und erreicht in der Praxis bei Lagerhaltung und Transport eine Ersparnis von bis zu 25 Prozent.

Und auf einmal waren es nur noch vier! Denn einer der fünf üblichen Laster, die mit Zulieferteilen durchs Werkstor, beispielsweise eines Automobilbauers, fahren, wird schlichtweg nicht mehr benötigt. Der Grund dafür ist nicht etwa ein Herunterfahren der Produktion, sondern eine optimierte Ausnutzung des Stauraums der Transportbehälter. Eine von Fraunhofer SCAI gemeinsam mit der MVI Solve-IT GmbH entwickelte Software PackAssistant errechnet optimierte Verpackungslösungen: für das Verstauen baugleicher Einzelteile in Standardbehältern, wie Gitterboxen. Die Folge sind geringere Kosten bei der Lagerung und beim Transport, sowie eine erhebliche Einsparung an Ressourcen und Energie. Bisher wurden Verpackungslösungen in der Industrie mit zeit- und kostenaufwendigen Packversuchen ermittelt. Zuerst mussten dafür Prototypen der Bauteile oder Bauteilgruppen angefertigt werden. Es folgten zahlreiche Versuche mit unterschiedlichen Behältnissen und unterschiedlichen Packverfahren, um herauszufinden, wie sich die Bauteile möglichst platzsparend und gut geschützt verstauen lassen. Bei den Versuchen sollten zudem möglichst alle Packvarianten berücksichtigt werden – vom Packen in Lagen über Bauteilstapel, Lagen mit Gefachen bis zum Verpacken als Schüttgut. Auch für erfahrene Entwickler von Verpackungslösungen war es wenig planbar, am Ende wirklich eine ideale Verpackungslösung mit wirtschaftlichem und zeitlich vertretbarem Versuchsaufwand zu finden. Meist war es eher Glück: »Es war learning by doing statt packing by thinking« verdeutlicht ein Logistiker.

Mit der Softwarelösung von Fraunhofer SCAI sind solche Packversuche nun vollständig virtuell möglich. Ausgangspunkt der Berechnungen ist dabei der CAD-Datensatz (Computer-aided design) des jeweiligen Packgutes. Im Gegensatz zu manuellen Packversuchen lässt sich somit die Befüllung der Transportbehälter wesentlich genauer prognostizieren. Zudem ergibt sich daraus ein weiterer erheblicher Vorteil: Da die einzelnen Berechnungen der Verpackungsvorgänge nur wenige Minuten dauern, wird es möglich, die Entwicklung der späteren Packlösung direkt mit dem Entwicklungsprozess des Bauteils zu verzahnen. Die Gestaltung der Geometrie des Bauteils kann also auch direkt hinsichtlich seiner Packeigenschaften bereits in der Entwurfsphase am CAD-Modell optimiert werden.

Kernelement von PackAssistant sind die am Fraunhofer SCAI entwickelten Optimierungsalgorithmen. Sie nutzen sowohl detaillierte mathematische Berechnungen als auch spezielle Schätzverfahren, um bereits in wenigen Sekunden eine optimierte Verpackungslösung zu finden. Das Ergebnis wird als dreidimensionale Ansicht am Bildschirm dargestellt, und die Berechnungen für alternative Packverfahren und die Verwendung unterschiedlicher Transportbehältnisse können problemlos miteinander verglichen werden. Die Software kann aber auch selbsttätig aus einer Liste vorhandener Verpackungsbehälter denjenigen Behälter mit der besten Auslastung auswählen. Zusätzlich werden bei den Berechnungen die Gewichtsbeschränkungen der Behälter oder nötige Abstände zwischen Bauteilen oder den Gefachen berücksichtigt.

Vor allem bei der Anordnung von Bauteilen mit komplexen Geometrien erzielt die Softwarelösung hohe Packdichten: Der ungenutzte Raum zwischen den Bauteilen wird durch ein Verzahnen der Bauteile auf ein Minimum reduziert. Die Software berechnet die Anordnung so, dass ein einfaches Bestücken und Entnehmen der einzelnen Bauteile gewährleistet ist. Kleine, unempfindliche Bauteile werden in der Regel als Schüttgut in die Transportbehälter gefüllt. Auch bei dieser Packvariante unterstützt die Software die Planung der Verpackungsprozesse. Die Berechnungen simulieren beispielsweise das Einschütten der Bauteile direkt vom Fließband und ermöglichen so eine Abschätzung, wie viele Teile einer Schüttgutsorte in einen Behälter passen.

Der PackAssistant unterstützt unter anderem die von den meisten CAD-Konstruktionsprogrammen verwendeten Datenformate JT und STEP. Damit ist gewährleistet, dass sowohl die Übernahme der Ausgangsdaten für Bauteile und Behälter als auch die Weiterverwendung der berechneten Designs geeigneter Gefache problemlos möglich ist. Inzwischen wird die Softwarelösung weltweit vor allem in der Automobilindustrie von zahlreichen Herstellern und Zulieferern eingesetzt. Wie die Praxis beweist, können mit der automatisierten Optimierung von Verpackungslösungen bis zu 25 Prozent mehr Bauteile in den Transportbehältnissen untergebracht werden.

Neben der damit erzielten Ersparnis bei Lagerhaltung und Transport leistet die Software einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung von Ressourcen und Energieverbrauch in der Industrie. Nicht zuletzt deshalb wurden die Forscher von Fraunhofer SCAI vom Bundesumweltministerium mit dem Innovationspreis für Klima und Umwelt 2010 in der Kategorie „umweltfreundliche Produkte und Dienstleistungen“ ausgezeichnet. Die Software PackAssistant wird von der Vermarktungs- und Vertriebsfirma des Fraunhofer SCAI, der scapos AG, vertrieben. (mab)

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Stefan Rank
  • Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
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