Wie viele Bauteile passen wirklich in einen Lkw? Software berechnet es aus CAD-Daten

Wie viele Rückleuchten, Kunststoffteile oder Metallkomponenten tatsächlich in einen Lkw passen, lässt sich mit einer einfachen Volumenrechnung kaum beantworten. Komplex geformte Bauteile hinterlassen Hohlräume, dürfen sich teilweise nicht berühren und müssen beim Transport in bestimmten Positionen liegen. Genau diese Randbedingungen versucht eine Software des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI bereits anhand der CAD-Daten zu berücksichtigen.

Mit einer neuen Version des „PackAssistant“ geht die Berechnung nun über den einzelnen Transportbehälter hinaus. Die Software plant nach Angaben des Fraunhofer SCAI auch, wie Behälter auf Paletten und anschließend im Lkw angeordnet werden können. Damit reicht die Optimierung vom digitalen Bauteil bis zum Laderaum.

Warum Länge mal Breite mal Höhe nicht reicht

Bei quaderförmigen Kartons ist die Packplanung vergleichsweise einfach. Bei einem Scheinwerfergehäuse, einer Verkleidung oder einem komplexen Gussteil sieht das anders aus. Der umschließende Quader eines solchen Bauteils enthält viel Raum, den das Bauteil selbst gar nicht beansprucht.

PackAssistant arbeitet deshalb mit der tatsächlichen dreidimensionalen Geometrie. Die Software kann unter anderem CAD-Daten in Formaten wie JT, STEP, IGES, VRML oder STL einlesen.

Hinzu kommen Randbedingungen für den Transport. So lassen sich beispielsweise Mindestabstände zwischen den Teilen und zu den Behälterwänden definieren. Auch Gewichtsbeschränkungen oder vorgegebene stabile Positionen eines Bauteils können berücksichtigt werden.

Die Aufgabe besteht damit nicht einfach darin, möglichst viel Material in einen Behälter zu bekommen. Die Software muss räumliche Anordnungen finden, die sowohl eine hohe Packdichte ermöglichen als auch die vorgegebenen Bedingungen einhalten.

Je nach Anwendung können außerdem Zwischenlagen, Gefache, Trays oder Inserts berücksichtigt werden. Für lose geschüttete Bauteile bietet das System laut Fraunhofer auch Simulationen an, bei denen unter anderem Gravitation und Kollisionen einbezogen werden.

Der Transportbehälter ist jetzt nur noch die erste Stufe

Bislang lag der Schwerpunkt von PackAssistant vor allem darauf, Bauteile möglichst effizient in Behältern anzuordnen. Mit der neuen Version erweitert Fraunhofer die Planung um die nächsten Transportstufen.

Der Ablauf kann nun so aussehen:

Bauteil → Behälter → Palette → Lkw

Zunächst wird berechnet, wie viele Bauteile in einen geeigneten Behälter passen. Anschließend können die Behälter auf Paletten verteilt und diese wiederum im Laderaum eines Lkw angeordnet werden.

Alternativ lassen sich Behälter auch direkt im Lkw platzieren. Die jeweiligen Anordnungen können dreidimensional dargestellt werden.

Damit wird eine Frage interessant, die bei großen Stückzahlen erhebliche Auswirkungen haben kann: Wie viele Bauteile lassen sich am Ende tatsächlich mit einer einzigen Lkw-Fahrt transportieren?

Die dichteste Packung ist nicht automatisch die günstigste

Die maximale Zahl an Teilen pro Behälter ist allerdings nur eine mögliche Optimierungsgröße. Eine besonders dichte Packung kann beispielsweise zusätzliche Verpackungen oder teurere Behälter erfordern.

Deshalb soll PackAssistant inzwischen auch unterschiedliche Kosten berücksichtigen können. Unternehmen können laut Fraunhofer eigene Werte etwa für Verpackungsmaterial, Behälter und Logistik hinterlegen.

Daraus lassen sich beispielsweise Kosten pro Bauteil, Behälter oder Palette ermitteln. Auch Kosten für einen vollständig beladenen Lkw beziehungsweise eine Fahrt können in den Vergleich einfließen.

Damit können unterschiedliche Verpackungsvarianten gegeneinander gerechnet werden. Eine Variante mit weniger Bauteilen pro Behälter könnte wirtschaftlich trotzdem günstiger sein, wenn dafür etwa einfachere Verpackungen verwendet werden können.

So arbeitet PackAssistant

• CAD-Daten einlesen: Die Software nutzt die tatsächliche 3D-Geometrie eines Bauteils statt nur Länge, Breite und Höhe.
• Randbedingungen festlegen: Berücksichtigt werden können unter anderem Mindestabstände, Gewichtsbeschränkungen und stabile Bauteilpositionen.
• Behälter optimieren: PackAssistant berechnet, wie baugleiche Teile möglichst platzsparend im Behälter angeordnet werden können.
• Paletten planen: Anschließend verteilt die Software die beladenen Behälter auf geeignete Paletten.
• Lkw beladen: Im nächsten Schritt werden die Paletten im Laderaum angeordnet. Behälter können auch direkt ohne Palette eingeplant werden.
• Kosten vergleichen: Hinterlegte Kosten für Packmaterial, Behälter und Logistik ermöglichen den Vergleich verschiedener Varianten.

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Ein älteres Audi-Beispiel zeigt das Potenzial

Wie groß der Unterschied zwischen einer konventionellen Packplanung und einer geometrischen Optimierung ausfallen kann, zeigt ein bereits seit mehreren Jahren von Fraunhofer genanntes Beispiel aus der Automobilindustrie.

Bei einem Rücklicht für Audi sah die ursprüngliche Planung eines Lieferanten demnach 36 Bauteile pro Behälter vor. Mit PackAssistant wurden laut Fraunhofer 45 Teile untergebracht. Das entspricht einer um 25 % höheren Stückzahl je Behälter. Fraunhofer bezifferte die daraus resultierende Senkung der Transportkosten damals auf 57.000 € pro Jahr.

Die Zahlen sind allerdings kein Ergebnis der jetzt vorgestellten Lkw-Funktion. Das Audi-Beispiel stammt aus einer früheren Generation des Systems und zeigt lediglich, welchen Einfluss eine verbesserte Packordnung auf nachgelagerte Transporte haben kann. Für die neue Optimierung von Paletten und Lkw nennt Fraunhofer bislang keine vergleichbaren Praxiszahlen.

Verpackungsplanung kann schon am CAD-Modell beginnen

Ein weiterer Vorteil der digitalen Methode: Die realen Bauteile müssen noch nicht produziert worden sein.

Da die Berechnung auf den Konstruktionsdaten basiert, kann die Verpackungsplanung bereits während der Produktentwicklung beginnen. Dadurch lassen sich verschiedene Behälter und Packkonzepte untersuchen, bevor Musterteile für reale Packversuche zur Verfügung stehen.

Fraunhofer zufolge können manuelle Packversuche auf diese Weise teilweise entfallen oder zumindest reduziert werden.

Das kann auch Rückwirkungen auf die Konstruktion haben. Schon kleinere geometrische Veränderungen eines Bauteils können beeinflussen, wie dicht sich mehrere Exemplare stapeln oder ineinander verschachteln lassen. Ob sich eine solche Änderung lohnt, hängt allerdings nicht allein von der Logistik ab – Fertigung, Funktion und Bauteilkosten bleiben mindestens ebenso wichtig.

Quellen und weitere Informationen

• Fraunhofer SCAI: PackAssistant plant jetzt die Lkw-Beladung und berechnet Verpackungs- und Logistikkosten
• PackAssistant: Technische Informationen zur 3D-Verpackungsplanung
• PackAssistant: Funktionen, Packungsarten und Randbedingungen
• Fraunhofer SCAI: Ältere PackAssistant-Broschüre mit den Praxisbeispielen von Audi und KTM