Mitmetasandilised shuttle-süsteemid (MLS) ja mitmetasandilised shuttle-lahendused mitme vahekäigu funktsionaalsusega (MAL) vs. 2D/3D shuttle-süsteemid

Suure jõudlusega laagrite väljatöötamine: strateegilised otsused MLS-i, mitmekäigulise ja 3D-tehnoloogia vahel

Intralogistika läbib põhjalikku muutust. E-kaubanduse eksponentsiaalse kasvu, oskustööliste terava puuduse ja maksimaalse ruumitõhususe nõudluse tõttu jõuavad traditsioonilised laokontseptsioonid üha enam oma füüsiliste ja majanduslike piirideni. Kui aastakümneid oli automatiseeritud kõrgladude vaieldamatu standard hoiustamis- ja väljastusmasin (SRM), siis nüüdseks on dünaamilised shuttle-süsteemid ennast tõestamas vastusena tänapäevaste jaotuskeskuste keerukatele nõuetele. "Shuttle" valimine pole aga enam lihtne otsus – see nõuab tehnoloogiliste arhitektuuride kasvava mitmekesisuse nüansirikast uurimist.

Tänapäeval keerleb tehnoloogiatevaheline konkurents peamiselt mitmetasandiliste süstikute (MLS), mitme vahekäigu funktsionaalsusega lahenduste (MAL) ja väga paindlike 2D- või 3D-variantide ümber. Need süsteemid erinevad mitte ainult oma kinemaatika ja disaini poolest, vaid järgivad ka täiesti erinevat investeerimis- ja tööloogikat. Kui klassikalised virnastajad saavutavad standardiseeritud protsessides punkte madalate soetuskuludega, siis süstikute lahenduste fookus nihkub läbilaskevõimele, skaleeritavusele ja koondamise võimele. Tippjõudlusega üle 1000 kuni 3000 topelttsükli vahekäigu kohta tunnis annavad need süsteemid laologistikas uuesti definitsiooni.

Siin uurime nende tehnoloogiate strateegilist ümberpositsioneerimist. Analüüsime, miks on shuttle-süsteemide omamise kogukulu (TCO) energiatõhususe ja väiksemate hoolduskulude tõttu sageli madalam vaatamata suurematele alginvesteeringutele (CAPEX). Lisaks uurime vahekäigupõhiste ja 3D-süsteemide arhitektuurilisi erinevusi ning selgitame välja, milline tehnoloogia pakub iga rakendusstsenaariumi puhul – alates ravimitest kuni sügavkülmutuseni – otsustavat konkurentsieelist. Lõppkokkuvõttes ei ole ladustussüsteemi valik puhtalt tehniline küsimus, vaid majanduslik otsus tarneahela tulevase elujõulisuse kohta.

Kui läbilaskevõime määrab investeerimisotsused

Intralogistika läbib põhimõttelist paradigma muutust. Kuigi klassikalised ladustamis- ja väljastusmasinad on olnud automatiseeritud kõrgladude standardlahendus aastakümneid, on mitmetasandilised shuttle-süsteemid ja nendega seotud shuttle-tehnoloogiad üha enam turuosa võitmas. See muutus ei ole kaugeltki tehnoloogiapõhine, vaid järgib pigem täpset majandusloogikat, mis tuleneb tänapäevaste jaotuskeskuste muutuvatest nõuetest. Erinevate automatiseerimislahenduste vahel valimine on keeruline ja nõuab tehniliste, majanduslike ja operatiivsete parameetrite põhjalikku mõistmist.

Tehnoloogilised alused ja arhitektuurilised erinevused

Mitmetasandilised transpordisüsteemid (MLS) esindavad eraldi automatiseeritud ladustamislahenduste kategooriat, mis erineb põhimõtteliselt kahemõõtmelistest ja kolmemõõtmelistest transpordivõimalustest. MLS-süsteem koosneb kompaktsetest ja kergetest transpordivahenditest, millel on integreeritud tõstevõime ja mis suudavad autonoomselt teenindada mitut ladustamistasandit. Need sõidukid saavutavad kiiruse kuni neli meetrit sekundis ja käitlevad maksimaalset kasulikku koormust kolmkümmend kuni viiskümmend kilogrammi. Ruumi kasutamine on märkimisväärselt tõhus, tihedusega kuni kolmkümmend kuus konteinerit põrandapinna ruutmeetri kohta.

Seevastu kahemõõtmelised süstiksüsteemid töötavad ainult horisontaalselt kindlaksmääratud laotasandil. Igal tasandil on spetsiaalne süstiksõiduk, samas kui vertikaalset transporti teostavad eraldi tõstesüsteemid. Horisontaalse ja vertikaalse liikumise arhitektuuriline eraldamine võimaldab läbilaskevõime täpset skaleerimist, kuna süstikuid ja lifte saab suuruse poolest eraldi valida. Tüüpiliste kahemõõtmeliste süsteemide vahekäigu jõudlus on vahemikus 500 kuni 1000 topelttsüklit tunnis.

Kolmemõõtmelised süstiksüsteemid on tehnoloogiliselt kõige arenenum variant. Need autonoomsed sõidukid liiguvad kolmes dimensioonis ja saavad tasandeid vahetada ilma eraldi tõstetehnoloogiata. See täielik liikumisvabadus tagab maksimaalse paindlikkuse, kuid nõuab keerukat juhtimis- ja navigatsioonitehnoloogiat ning vastavalt väljakujunenud infrastruktuuri.

Erinevus tavapäraste ladustamis- ja väljastusmasinatega on märkimisväärne. Kui tüüpiline ladustamis- ja väljastusmasin saavutab 80–120 topelttsüklit tunnis, siis suure jõudlusega shuttle-süsteemid suudavad sama aja jooksul hakkama saada 500 kuni üle 1000 topelttsükliga. Spetsialiseeritud konfiguratsioonid, näiteks psb intralogisticsi mitme ligipääsuga ladu, saavutavad isegi kuni 3000 topelttsüklit vahekäigu kohta tunnis.

Majandusanalüüs ja investeerimisstruktuur

Automatiseeritud ladustamissüsteemide investeerimiskulud erinevad märkimisväärselt. Süstiksüsteemid nõuavad üldiselt suuremaid alginvesteeringuid ladustamiskoha kohta kui tavalised virnastajad. See kulude erinevus tuleneb aktiivsete komponentide hulgast: funktsionaalne süstlahoidla nõuab mitut süstlasõidukit vahekäigu kohta, eraldi vertikaalseid tõstukeid, keerukaid juhtimissüsteeme ja keerukat riiulitehnoloogiat integreeritud juhtsiinidega. Traditsioonilised süstlasüsteemid on aastakümnete pikkuse standardiseerimise ja väljakujunenud tootmisprotsesside tõttu sageli odavamad.

Tegevuskulude struktuur pöörab selle seose aga vastupidiseks. Süstiksüsteemid on energiatõhusamad iga ladustamis- ja väljavõtmistsükli kohta, kuna nende kerge konstruktsioon ning horisontaalse ja vertikaalse liikumise eraldamine tarbivad oluliselt vähem energiat. MLS-süsteem tarbib töötsükli kohta umbes kuuskümmend protsenti vähem energiat kui võrreldav RBG. Kaasaegsed süstiksõidukid kasutavad toiteallikana superkondensaatori tehnoloogiat ja suunavad pidurdusenergia tagasi süsteemi. Täiustatud süsteemidel on intelligentsed energiasäästurežiimid, näiteks sügava une funktsioonid, mis minimeerivad ooterežiimi tarbimist.

Ka süstikute hoolduskulud on madalamad. Kuigi virnastajad kui keerukad üksikud masinad sulgevad tehniliste probleemide korral kogu vahekäigu, saavad süstikute süsteemid tänu oma modulaarsele arhitektuurile töötamise ajal üksikuid defektseid sõidukeid asendada. Kuigi süstikute lahenduste riiulitehnoloogia on keerukam, saab hooldustöid teha töötamise ajal, kuna vahekäigud jäävad ligipääsetavaks ja mitu süstikute komplekti kompenseerivad seisakuid.

Automatiseeritud laosüsteemide investeeringutasuvuse arvutused põhinevad standardiseeritud amortisatsiooniperioodidel. Edukate automatiseerimisprojektide eesmärk on investeeringutasuvuse periood alla viie aasta, kusjuures amortisatsioon saavutatakse sageli kahe kuni kolme aasta jooksul. Erinevate tehnoloogiate vahel valimine nõuab alginvesteeringu, jooksvate tegevuskulude, energiatarbimise ja hoolduskulude diferentseeritud analüüsi kogu elutsükli jooksul.

Läbilaskevõime ja skaleeritavus otsustuskriteeriumidena

Läbilaskevõime on peamine eristav tegur erinevate automatiseerimislahenduste vahel. Sõltuvalt oma konstruktsioonist saavutavad tavapärased ladustamis- ja väljastusmasinad 80–120 topelttsüklit tunnis. See jõudlus on piisav madala kuni keskmise käibega ja vahekäigu läbilaskevõimega alla 150 topelttsükli tunnis ladudele. Süstiksüsteemid seevastu vastavad keskmise kuni suure läbilaskevõime nõuetele ja käsitlevad tavaliselt 500–1000 topelttsüklit tunnis vahekäigu kohta.

Suure jõudlusega konfiguratsioonid ületavad neid väärtusi märkimisväärselt. KNAPP-i Evo Shuttle saavutab oma kahemõõtmelises versioonis üle tuhande topelttsükli vahekäigu kohta tunnis. psb intralogisticsi mitme ligipääsuga ladu on konstrueeritud kuni kolme tuhande topelttsükli jaoks vahekäigu kohta. Selline jõudlus saavutatakse mitme konteinerlifti integreerimisega vahekäigu kohta, mida saab paigutada laohoone mis tahes kohta.

Skaleeritavus on oluline erinevus süstikute ja vahekäikudel põhinevate ladustamis- ja väljastusmasinate vahel. Kuigi ladustamis- ja väljastusmasina jõudlust piirab iga üksik masin, saab süstikutega ladusid laiendada, lisades töötamise ajal rohkem sõidukeid. Süstikute arv on skaleeritav olenemata ladustamiskohtade arvust. Kui läbilaskevõime nõuded suurenevad, integreeritakse täiendavaid süstikke; kui ladustamisvõimsus kasvab, pikendatakse või laiendatakse vahekäike. See jõudluse ja mahutavuse lahutamine võimaldab etapiviisilist investeerimisstrateegiat, piirates esialgseid kulusid ja võimaldades hilisemat suurendamist vastavalt vajadusele.

Mitme ligipääsuga ladu on selle paindlikkuse näide. Muutuv konteineritõstukite arv ja kuni kaks transporti tasandil võimaldavad süsteemi jõudlust täpselt vastavalt vajadustele kohandada. Konveieritehnoloogiat saab integreerida mis tahes laotasandile, pakkudes maksimaalset paindlikkust paigutuse planeerimisel. Üksikuid lifte, konveieri sektsioone ja komplekteerimisalasid saab tipptundidevälisel ajal deaktiveerida, säilitades samal ajal tipptundide jaoks piisava mahutavuse reservi.

LTW Intralogistics – Vooluinsenerid - Pilt: LTW Intralogistics GmbH

LTW pakub oma klientidele mitte üksikuid komponente, vaid integreeritud terviklahendusi. Konsultatsioon, planeerimine, mehaanilised ja elektrotehnilised komponendid, juhtimis- ja automatiseerimistehnoloogia, aga ka tarkvara ja teenindus – kõik on võrgustatud ja täpselt koordineeritud.

Võtmekomponentide oma tootmine on eriti soodne. See võimaldab optimaalset kontrolli kvaliteedi, tarneahelate ja liideste üle.

LTW tähistab usaldusväärsust, läbipaistvust ja koostööd partnerluses. Lojaalsus ja ausus on ettevõtte filosoofias kindlalt juurdunud – käepigistusel on siin endiselt tähendus.

Sellega seotud:

• LTW lahendused

Koondamine ja süsteemi kättesaadavus

Automatiseeritud ladustamissüsteemide kättesaadavus on kriitilise tähtsusega edutegur, eriti ajakriitilistes rakendustes, nagu e-kaubandus või farmaatsialogistika. Süstiksüsteemid pakuvad oma arhitektuuri tõttu loomupärast redundantsust. Ühe süstlaveoki rike põhjustab vaid väikest jõudluse langust, kuna ülejäänud sõidukid jätkavad tööd. Seevastu automatiseeritud ladustamis- ja väljastussüsteemi (AS/RS) rike põhjustab vastava vahekäigu täieliku sulgemise.

Mitme juurdepääsuga ladu rakendab mitmel tasandil redundantsust. Mitmed konteinerliftid ja konveiersüsteemid lao ühendamiseks suurendavad oluliselt kättesaadavust. Iga koormakäitlusseadet saab mitmelt transpordivahendilt erinevatele liftidele üle kanda ja laost välja transportida erinevate konveierühenduste kaudu. Isegi hooldusjuurdepääsu ajal, kui üksikud tasemed või liftid on ajutiselt deaktiveeritud, jääb lao vahekäik toimivaks.

Kõrge käideldavusega süsteemide tehniline disain järgib väljakujunenud koondamise põhimõtteid. Kriitiliste komponentide täielik üks-ühele koondamine, juhtimissüsteemide master-slave konfiguratsioonid ja valvekoerad koondatud protsessiserverite jälgimiseks on tööstusstandardid. Süstiksüsteemid saavad kasu oma hajutatud arhitektuurist, kuna tehase komponentide tehniline või organisatsiooniline lahtisidumine suurendab üldist käideldavust.

Rakendusvaldkonnad ja kasutusjuhud

Erinevate automatiseerimislahenduste sobivus varieerub rakenduse kontekstist olenevalt märkimisväärselt. E-kaubanduse täitmine seab kõrgeimad nõudmised läbilaskevõimele ja paindlikkusele. Selles segmendis domineerivad süstikute süsteemid tänu oma võimele tulla toime suurte tellimuste tipptundidega ja võimaldada paralleelseid protsesse kitsastes vahekäikudes. Kiire tellimuste töötlemine ja hooajaliste kõikumiste haldamine paindliku süstikute kasutuselevõtu abil on peamised eelised.

Farmaatsiatööstus kasutab süstiktehnoloogiat rakenduste jaoks, mis nõuavad nii maksimaalset jõudlust kui ka laoseisu täpsust. Automatiseeritud laohaldus ja tellimuste täpne järjestamine vastavad selle sektori rangetele nõuetele.

Tootmiskeskkondades kasutatakse shuttle-süsteeme peamiselt puhverladustusena ja tootmisliinide varustamiseks. Just-in-time ja just-in-sequence protsessid saavad kasu kaupade kiirest kättesaadavusest ja automatiseeritud järjestamise võimalusest. Integreerimine palleteerimisrobotitega võimaldab tõhusaid materjalivoogude kontseptsioone.

Sügavkülmlaod on spetsialiseeritud rakendus, kus shuttle-süsteemid pakuvad olulisi eeliseid. Käsitöö vähendamine sügavkülmutuskeskkondades alandab personalikulusid ja parandab töötingimusi. Kaasaegsed shuttle-sõidukid on konstrueeritud töötemperatuuriks kuni -30 kraadi Celsiuse järgi.

Praktilised näited ja rakendatud rakendused

Mitmetasandiliste shuttle-süsteemide praktiline rakendamine demonstreerib nende toimivust. ETRA Oy Soomes haldab nelja vahekäiguga konteinerladu 49 500 hoiukohaga, kombineerides kümmet GEBHARDT mitmetasandilist shuttle'it ja kahte tavapärast virnastajat. See hübriidlahendus kasutab optimaalselt ära mõlema tehnoloogia tugevusi.

Suurbritannias asuv mitme kaubamärgiga veebimüüja Skygate tugineb kuue miljoni laoartikli jaoks KNAPP Evo Shuttle süsteemile. 500 000 spetsiaalselt disainitud Evo Stacknest konteineri integreerimine on suurendanud lao efektiivsust 25 protsenti. Lahendus võimaldab tellimuste täitmist vaid 30 minutiga.

Arvato haldab ilu- ja elustiilikaupade jaemüüjale kosmeetikasektoris maailma suurimat kahemõõtmelist shuttle-lahendust. Süsteem ladustab ja võtab topeltsügavusega laost välja 12 500 konteinerit tunnis. Süsteemi paindlikkus saab hakkama tellimuste mahtude oluliste kõikumistega ja silub tippkoormust.

EssilorLuxottica kasutab Evo Shuttle 1D konfiguratsioonis 450 transporti 500 000 hoiukoha jaoks. Süsteem töötleb iga päev 33 000 pakki, mis vastab 250 000 kaubaühiku toodangule seitsme ja poole tunnise vahetuse kohta.

HEAD Sportartikel rajas Jungheinrichi automatiseeritud väikedetailide lao (AS/RS) 36 000 kaubaalusega, mis suudab tunnis käidelda 500 konteinerit. See Kesk-Euroopa ladu, mis on avatud alates 2022. aasta juunist, demonstreerib keskmise suurusega jaotuskeskuse edukat automatiseerimist.

Ruumitõhusus ja mahutavuse optimeerimine

Automatiseeritud ladustamissüsteemide ruumikasutus ületab manuaalsete lahenduste oma tunduvalt. Mitmetasandilised shuttle-süsteemid saavutavad tiheduse kolmkümmend kuus konteinerit ruutmeetri põrandapinna kohta. Kümne tuhande kaubaalusega kõrgladud vajavad vaid kaks kuni kolm tuhat ruutmeetrit põrandapinda.

Erinevate, identsete laomõõtmetega riiulisüsteemide kvantitatiivne võrdlus illustreerib efektiivsuserinevusi. Hallis mõõtmetega 100 x 100 meetrit ja kõrgusega 9 meetrit mahutab standardne kaubaaluste riiul 20 000 kaubaalust. Läbivooluriiul suurendab mahutavust 36 000 kaubaaluseni. Kaubaaluste süstlasüsteem saavutab samas hallis 46 000 kaubaalust, mis on 130 protsenti rohkem kui standardlahendus.

Suurem ruumitõhusus tuleneb mitmest tehnilisest tegurist. Laiade komplekteerimisvahekäikude kadumine, mitme sügavusega ladustamine ja optimaalne vertikaalse ruumi kasutamine aitavad kõik kaasa mahutavuse suurenemisele. Dünaamiline ladustamiskoha haldamine võimaldab erineva suurusega konteinereid samal tasapinnal ladustada, mis suurendab paindlikkust ja minimeerib raiskamist.

Otsustusmaatriks ja süsteemi valik

Optimaalse ladustamistehnoloogia valimine hõlmab kvantitatiivsete ja kvalitatiivsete kriteeriumide struktureeritud hindamist. Ladustamis- ja väljastussüsteemid sobivad rakenduste jaoks, kus on madal läbilaskevõime, madal käive, üle viiekümne kilogrammi kaaluvad rasked kaubad ja mittestandardsed mõõtmed, mida standardsed konteinerid ei mahuta. See väljakujunenud tehnoloogia pakub suurt töökindlust ja hallatavaid hooldusintervalle.

Süstiklahendused on eelistatumad keskmise ja suure läbilaskevõime vajaduse korral vahemikus sada viiskümmend kuni tuhat topelttsüklit tunnis, laopindade suure käibe korral, vajaduse korral käsitsi ligipääsetavaks igale riiulil olevale laopinnale, olemasolevate hoonete puhul, mis ei võimalda klassikalist kõrgladu, ja süsteemi eeldatava jõudluse kasvu korral.

Automatiseeritud väikedetailide ladude majanduslik tasuvus algab tavaliselt 3000–5000 hoiukohast vahekäigu kohta täisvõimsusel. Olemasolevatesse hoonestruktuuridesse integreerituna võivad alla 1000 hoiukohaga lahendused olla tasuvad. Kui projekt aga nõuab uue hoone ehitamist, muutuvad automatiseeritud lahendused kulutõhusaks alles oluliselt suuremate konteinerite mahtude korral.

Kogukulude (TCO) analüüs peab arvestama lisaks investeerimiskuludele ka energiatarbimist, hoolduskulusid, personalikulusid ja maakulusid kogu süsteemi elutsükli jooksul. Süsteemi skaleeritavus ja laiendatavus on pikaajalised tegurid, mida esialgse investeerimisotsuse tegemisel sageli alahinnatakse.

Mitmekäiguline funktsionaalsus ja jaotursüsteemid

Mitmekäigulised kontseptsioonid laiendavad shuttle-süsteemide põhiarhitektuuri, võimaldades ristkäigulist juurdepääsu. Hubmasteri mitmekäiguline virnastajakraana süsteem võimaldab ladustamis- ja väljastusmasinatel lülituda mitme vahekäigu vahel. See paindlikkus vähendab vajalike operaatorijaamade arvu, suurendades samal ajal süsteemi tõhusust.

psb intralogisticsi mitme ligipääsuga ladu rakendab sõlmpunkti kontseptsiooni, integreerides konteinertõstukid mis tahes soovitud positsioonile laoruumide vahekäikudes. Konveiertehnoloogiat saab ühendada mis tahes laotasandil, mis võimaldab maksimaalset paindlikkust paigutuse planeerimisel. Iga koormakäitlusseade transporditakse transportimisseadmetega liftidesse, mis seejärel juhivad kaubad ettenähtud tööjaama ilma ristliikluseta.

See arhitektuur on eriti efektiivne pikkades, kõrgetes ja suure mahutavusega ladudes, kus see pakub tohutuid jõudlusreserve. Liftide ja konveieritehnoloogia moderniseerimise võimalus võimaldab süstikute süsteemi jõudlust suurenenud mahutavusega kohandada.

Strateegilised tagajärjed ja tulevikuväljavaated

Süstiktehnoloogiate üha suurenev levik peegeldab intralogistika põhimõttelisi muutusi. E-kaubanduse kasv, oskuste puudus ja kasvavad ruumikulud kiirendavad automatiseerimist. Mitmetasandilised süstiksüsteemid ja nendega seotud arhitektuurid ei ole universaalne lahendus, vaid vastavad konkreetsetele rakendusstsenaariumidele, millel on suured läbilaskevõime nõuded ja vajadus paindlikkuse järele.

Õige automatiseerimislahenduse valimine nõuab täpset analüüsi tegevusnõuete, majanduslike tingimuste ja pikaajalise strateegilise suuna kohta. Süstiksüsteemid pakuvad eeliseid läbilaskevõime, skaleeritavuse ja koondamise osas, kuid nõuavad suuremaid alginvesteeringuid ja keerukamat riiulitehnoloogiat. Ladustamis- ja väljastusmasinad jäävad eelistatud lahenduseks rakenduste jaoks, millel on selgelt määratletud jõudlusprofiil, kõrge töökindlus ja madalad hooldusnõuded keskmise läbilaskevõime korral.

Tõenduspõhine otsustusmaatriks peab integreerima tehnilised parameetrid, nagu läbilaskevõime ja energiatõhusus, majanduslikud tegurid, nagu investeerimiskulud ja tasuvusaeg, ning operatiivsed aspektid, nagu koondamine ja hoolduse lihtsus. Ainult nende mõõtmete terviklik hindamine võimaldab valida konkreetse rakenduse jaoks optimaalse salvestustehnoloogia.

Automatiseeritud laosüsteemide tehnoloogiline areng jätkub. Tehisintellekt lao tööstrateegiate optimeerimiseks, täiustatud anduritehnoloogia ennustava hoolduse jaoks ja täiustatud energiasalvestustehnoloogiad parandavad veelgi jõudlust ja kulutõhusust. Selles kontekstis kinnistub veelgi mitmetasandiliste süstiksüsteemide strateegiline positsioneerimine suure jõudlusega lahendusena suure läbilaskevõimega rakenduste jaoks.

Konrad Wolfenstein

Mul oleks hea meel olla teie isiklik nõustaja.

ühendust võtta aadressil wolfenstein ∂ xpert.digital

Helista mulle lihtsalt numbril +49 89 89 674 804 (München) .

LinkedIn
 

Kõrgladude ja automatiseeritud ladustamissüsteemide terviklahenduste konsultatsioon, planeerimine ja rakendamine - pilt: Xpert.Digital

Lisateavet leiate siit:

• Kõrgladude konsultatsioon ja planeerimine: Automatiseeritud kõrgladu – Kaubaaluste ladustamise täisautomaatne optimeerimine – Lao optimeerimine