Systèmes de navettes multiniveaux (MLS) et solutions de navettes multiniveaux à allées multiples (MAL) vs. systèmes de navettes 2D/3D

Développement des roulements haute performance : choix stratégiques entre les technologies MLS, multi-allées et 3D

L'intralogistique connaît une transformation profonde. Sous l'impulsion de la croissance exponentielle du e-commerce, de la pénurie aiguë de main-d'œuvre qualifiée et de la nécessité d'une optimisation maximale de l'espace, les concepts d'entrepôt traditionnels atteignent leurs limites physiques et économiques. Alors que pendant des décennies, le système de stockage et de récupération automatisé (SRM) était la norme incontestée pour les entrepôts automatisés à grande hauteur, les systèmes de navettes hautement dynamiques s'imposent désormais comme la solution aux exigences complexes des centres de distribution modernes. Cependant, le choix du système de navettes n'est plus une décision simple : il requiert une analyse approfondie d'une diversité croissante d'architectures technologiques.

Aujourd'hui, la concurrence entre les technologies se concentre principalement sur les systèmes de navettes multiniveaux (MLS), les solutions multi-allées (MAL) et les variantes 2D ou 3D hautement flexibles. Ces systèmes diffèrent non seulement par leur cinématique et leur conception, mais aussi par leurs logiques d'investissement et d'exploitation. Si les transstockeurs classiques séduisent par leur faible coût d'acquisition et leurs processus standardisés, les solutions de navettes privilégient le débit, l'évolutivité et la redondance. Avec des performances de pointe de plus de 1 000 à 3 000 doubles cycles par allée et par heure, ces systèmes redéfinissent les possibilités de la logistique d'entrepôt.

Nous examinons ici le repositionnement stratégique de ces technologies. Nous analysons pourquoi, malgré des investissements initiaux (CAPEX) plus élevés, le coût total de possession (CTP) des systèmes de navettes est souvent inférieur grâce à l'efficacité énergétique et à la réduction des coûts de maintenance. De plus, nous étudions les différences architecturales entre les systèmes à allées fixes et les systèmes 3D et identifions la technologie offrant l'avantage concurrentiel décisif pour chaque application, des produits pharmaceutiques à la surgélation. En définitive, le choix d'un système de stockage n'est pas une simple question technique, mais une décision économique déterminante pour la viabilité future de la chaîne d'approvisionnement.

Quand le débit détermine les décisions d'investissement

L'intralogistique connaît une transformation profonde. Si les systèmes de stockage et de récupération classiques ont longtemps constitué la solution standard pour les entrepôts automatisés à grande hauteur, les systèmes de navettes multiniveaux et les technologies associées gagnent progressivement des parts de marché. Cette évolution n'est en aucun cas dictée par la technologie, mais répond plutôt à une logique économique précise, fruit des besoins changeants des centres de distribution modernes. Choisir la solution d'automatisation la plus adaptée est complexe et exige une parfaite maîtrise des paramètres techniques, économiques et opérationnels.

Fondements technologiques et différences architecturales

Les systèmes de navettes multiniveaux (MLS) constituent une catégorie à part de solutions de stockage automatisées, fondamentalement différente des navettes bidimensionnelles et tridimensionnelles. Un système MLS se compose de navettes compactes et légères dotées de capacités de levage intégrées, capables de desservir de manière autonome plusieurs niveaux de stockage. Ces véhicules atteignent une vitesse de quatre mètres par seconde et peuvent transporter des charges utiles maximales de trente à cinquante kilogrammes. L'utilisation de l'espace est remarquablement efficace, avec une densité pouvant atteindre trente-six conteneurs par mètre carré au sol.

À l'inverse, les systèmes de navettes bidimensionnels fonctionnent exclusivement horizontalement sur un niveau de stockage défini. Chaque niveau dispose d'une navette dédiée, tandis que le transport vertical est assuré par des ascenseurs distincts. Cette séparation architecturale des mouvements horizontaux et verticaux permet un dimensionnement précis du débit, les navettes et les ascenseurs pouvant être dimensionnés indépendamment. Le débit des allées des systèmes bidimensionnels classiques varie de 500 à 1 000 doubles cycles par heure.

Les systèmes de navettes tridimensionnelles représentent l'option la plus avancée technologiquement. Ces véhicules autonomes se déplacent en trois dimensions et peuvent passer d'un niveau à l'autre sans ascenseur. Cette totale liberté de mouvement offre une flexibilité maximale, mais exige une technologie de contrôle et de navigation complexe ainsi qu'une infrastructure tout aussi élaborée.

La différence par rapport aux systèmes de stockage et de récupération classiques est considérable. Alors qu'un système de stockage et de récupération standard effectue 80 à 120 doubles cycles par heure, les systèmes de navettes haute performance en gèrent de 500 à plus de 1 000 dans le même laps de temps. Des configurations spécialisées, comme l'entrepôt multi-accès de psb intralogistics, atteignent même jusqu'à 3 000 doubles cycles par allée et par heure.

Analyse économique et structure d'investissement

Les coûts d'investissement des systèmes de stockage automatisés présentent des différences structurelles importantes. Les systèmes à navettes nécessitent généralement des investissements initiaux plus élevés par emplacement de stockage que les transstockeurs conventionnels. Cet écart de coût s'explique par la multitude de composants actifs : un entrepôt à navettes fonctionnel requiert plusieurs navettes par allée, des élévateurs verticaux séparés, des systèmes de contrôle complexes et une technologie de rayonnage sophistiquée avec rails de guidage intégrés. Les systèmes de transstockeurs traditionnels sont souvent moins onéreux à l'achat grâce à des décennies de standardisation et bénéficient de processus de fabrication éprouvés.

Cependant, la structure des coûts d'exploitation inverse cette tendance. Les systèmes de navettes sont plus économes en énergie par cycle de stockage et de récupération, car leur construction légère et la séparation des mouvements horizontaux et verticaux consomment beaucoup moins d'énergie. Un système MLS consomme environ 60 % d'énergie en moins qu'un système RBG comparable par cycle de travail. Les navettes modernes utilisent la technologie des supercondensateurs pour l'alimentation électrique et réinjectent l'énergie de freinage dans le système. Les systèmes avancés intègrent des modes intelligents d'économie d'énergie, tels que le mode veille profonde, qui minimisent la consommation en veille.

Les coûts de maintenance sont également moindres pour les systèmes à navettes. Alors que les transstockeurs, machines complexes et individuelles, immobilisent l'allée entière en cas de problème technique, les systèmes à navettes, grâce à leur architecture modulaire, permettent de remplacer individuellement les véhicules défectueux en cours de fonctionnement. Bien que la technologie de rayonnage des solutions à navettes soit plus complexe, les opérations de maintenance peuvent être effectuées en cours de fonctionnement car les allées restent accessibles et la présence de plusieurs navettes compense les temps d'arrêt.

Le calcul du retour sur investissement des systèmes d'entrepôt automatisés repose sur des périodes d'amortissement standardisées. Les projets d'automatisation performants visent un retour sur investissement inférieur à cinq ans, l'amortissement étant souvent atteint en deux à trois ans. Le choix entre les différentes technologies exige une analyse détaillée de l'investissement initial, des coûts d'exploitation, de la consommation d'énergie et des frais de maintenance sur l'ensemble du cycle de vie.

Débit et évolutivité comme critères de décision

Le débit est le principal facteur de différenciation entre les différentes solutions d'automatisation. Selon leur conception, les systèmes de stockage et de récupération classiques atteignent 80 à 120 doubles cycles par heure. Cette performance est suffisante pour les entrepôts à faible ou moyen volume de marchandises et dont le débit d'allées est inférieur à 150 doubles cycles par heure. Les systèmes à navettes, quant à eux, répondent aux exigences de débit moyen à élevé et gèrent généralement de 500 à 1 000 doubles cycles par heure et par allée.

Les configurations hautes performances dépassent largement ces valeurs. L'Evo Shuttle de KNAPP, dans sa version bidimensionnelle, atteint plus de mille doubles cycles par allée et par heure. L'entrepôt Multi Access de psb intralogistics est conçu pour jusqu'à trois mille doubles cycles par allée. Ces performances sont obtenues grâce à l'intégration de plusieurs élévateurs à conteneurs par allée, positionnables à n'importe quel endroit de l'entrepôt.

L'évolutivité est une différence fondamentale entre les systèmes à navettes et les systèmes de stockage et de récupération à allées fixes. Alors que les performances d'un système de stockage et de récupération sont limitées par la machine elle-même, les entrepôts à navettes peuvent être agrandis en ajoutant des véhicules en cours d'exploitation. Le nombre de navettes est modulable indépendamment du nombre d'emplacements de stockage. Si les besoins en débit augmentent, des navettes supplémentaires sont intégrées ; si la capacité de stockage croît, les allées sont allongées ou élargies. Ce découplage entre performance et capacité permet une stratégie d'investissement progressive, limitant les coûts initiaux et autorisant des augmentations ultérieures selon les besoins.

L'entrepôt multi-accès illustre parfaitement cette flexibilité. Le nombre variable de monte-conteneurs et jusqu'à deux navettes par niveau permettent d'adapter précisément les performances du système aux besoins. La technologie de convoyage peut être intégrée à n'importe quel niveau de stockage, offrant une flexibilité maximale dans l'aménagement. Les monte-conteneurs, les sections de convoyage et les zones de préparation de commandes peuvent être désactivés individuellement pendant les heures creuses, tout en conservant des réserves de capacité suffisantes pour les périodes de pointe.

LTW Intralogistics – Ingénieurs des flux - Image : LTW Intralogistics GmbH

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Redondance et disponibilité du système

La disponibilité de systèmes de stockage automatisés est un facteur de succès essentiel, notamment pour les applications critiques en termes de temps, comme le commerce électronique ou la logistique pharmaceutique. Les systèmes de navettes offrent une redondance intrinsèque grâce à leur architecture. La défaillance d'une seule navette n'entraîne qu'une légère baisse de performance, les autres navettes poursuivant leur fonctionnement. En revanche, la défaillance d'un système de stockage et de récupération automatisé (AS/RS) provoque l'arrêt complet de l'allée concernée.

L'entrepôt à accès multiple assure une redondance à plusieurs niveaux. La connectivité de l'entrepôt est assurée par de multiples monte-conteneurs et systèmes de convoyage, ce qui accroît considérablement sa disponibilité. Chaque dispositif de manutention peut être transféré de plusieurs navettes vers différents monte-conteneurs, puis transporté hors de l'entrepôt via divers convoyeurs. Même lors des opérations de maintenance, lorsque certains niveaux ou monte-conteneurs sont temporairement désactivés, l'allée de l'entrepôt reste praticable.

La conception technique des systèmes à haute disponibilité repose sur des principes de redondance éprouvés. La redondance complète (un à un) des composants critiques, les configurations maître-esclave des systèmes de contrôle et les unités de surveillance des serveurs de processus redondants constituent les normes industrielles. Les systèmes à navette bénéficient de leur architecture distribuée, car le découplage technique ou organisationnel des composants de l'installation accroît la disponibilité globale.

Domaines d'application et cas d'utilisation

L'adéquation des différentes solutions d'automatisation varie considérablement selon le contexte d'application. Le traitement des commandes e-commerce exige un débit et une flexibilité optimaux. Les systèmes à navettes dominent ce segment grâce à leur capacité à gérer les pics de commandes et à permettre des processus parallèles dans des allées étroites. La rapidité de traitement des commandes et la capacité à gérer les fluctuations saisonnières grâce à un déploiement flexible des navettes constituent des atouts majeurs.

L'industrie pharmaceutique utilise la technologie de navette pour les applications exigeant à la fois une performance maximale et une précision d'inventaire optimale. La gestion automatisée des stocks et la capacité à séquencer précisément les commandes répondent aux exigences de conformité rigoureuses de ce secteur.

En production, les systèmes de navettes servent principalement au stockage tampon et à l'approvisionnement des lignes de production. Les processus juste-à-temps et juste-à-la-séquence bénéficient de la disponibilité rapide des articles et de la possibilité d'un séquencement automatisé. L'intégration avec des robots de palettisation permet d'optimiser les flux de matières.

Les entrepôts frigorifiques constituent une application spécifique où les systèmes de navettes offrent des avantages considérables. La réduction du travail manuel dans ces environnements permet de diminuer les coûts de personnel et d'améliorer les conditions de travail. Les navettes modernes sont conçues pour fonctionner à des températures descendant jusqu'à -30 °C.

Exemples pratiques et applications mises en œuvre

La mise en œuvre concrète des systèmes de navettes multiniveaux démontre leur performance. En Finlande, ETRA Oy exploite un entrepôt à conteneurs à quatre allées offrant 49 500 emplacements de stockage, combinant dix navettes multiniveaux GEBHARDT et deux transstockeurs conventionnels. Cette solution hybride tire pleinement parti des atouts de chaque technologie.

Le détaillant en ligne multimarques britannique Skygate utilise le système KNAPP Evo Shuttle pour gérer six millions de références. L'intégration de 500 000 conteneurs Evo Stacknest spécialement conçus a permis d'accroître l'efficacité de l'entrepôt de 25 %. Cette solution permet de préparer les commandes en seulement 30 minutes.

Arvato exploite le plus grand système de navette bidimensionnel au monde pour le secteur des cosmétiques, destiné à un distributeur de produits de beauté et de style de vie. Ce système stocke et récupère 12 500 conteneurs par heure dans un entrepôt à double profondeur. Sa flexibilité lui permet de gérer d'importantes variations de volumes de commandes et d'atténuer les pics d'activité.

EssilorLuxottica utilise 450 navettes Evo Shuttle 1D pour 500 000 emplacements de stockage. Le système traite 33 000 colis par jour, soit une capacité de 250 000 articles par poste de sept heures et demie.

HEAD Sportartikel a mis en place un entrepôt automatisé de stockage (AS/RS) Jungheinrich pour petites pièces, doté de 36 000 emplacements palettes et capable de traiter 500 conteneurs par heure. Cet entrepôt d’Europe centrale, opérationnel depuis juin 2022, illustre la réussite de l’automatisation d’un centre de distribution de taille moyenne.

Optimisation de l'espace et des capacités

L'utilisation de l'espace des systèmes de stockage automatisés surpasse largement celle des solutions manuelles. Les systèmes de navettes multiniveaux atteignent une densité de trente-six conteneurs par mètre carré au sol. Les entrepôts à grande hauteur, d'une capacité de dix mille emplacements palettes, ne nécessitent que deux à trois mille mètres carrés au sol.

Une comparaison quantitative de différents systèmes de rayonnage, pour des entrepôts de dimensions identiques, met en évidence les différences d'efficacité. Dans un hall de 100 mètres sur 100 et d'une hauteur de 9 mètres, un rayonnage standard peut contenir 20 000 palettes. Un rayonnage dynamique porte cette capacité à 36 000 palettes. Un système de navettes pour palettes permet d'en stocker 46 000 dans le même hall, soit une augmentation de 130 % par rapport à la solution standard.

L'amélioration de l'efficacité spatiale résulte de plusieurs facteurs techniques. La suppression des larges allées de préparation de commandes, le stockage multi-profondeur et l'utilisation optimale de l'espace vertical contribuent tous à l'augmentation de la capacité. La gestion dynamique des emplacements de stockage permet de stocker des conteneurs de différentes tailles sur un même niveau, ce qui accroît la flexibilité et minimise le gaspillage d'espace.

Matrice de décision et sélection du système

Le choix de la technologie de stockage optimale repose sur une évaluation structurée de critères quantitatifs et qualitatifs. Les systèmes de stockage et de récupération conviennent aux applications à faible débit, à faible rotation des stocks, aux marchandises lourdes de plus de cinquante kilogrammes et aux dimensions non standard incompatibles avec les conteneurs standards. Cette technologie éprouvée offre une grande fiabilité opérationnelle et des intervalles de maintenance maîtrisables.

Les solutions de navette sont préférables pour les exigences de débit moyen à élevé, entre cent cinquante et mille cycles doubles par heure, une rotation élevée des emplacements de stockage, la nécessité d'une accessibilité manuelle de chaque emplacement de stockage dans le rack, les bâtiments existants qui ne permettent pas un entrepôt classique à grande hauteur et les augmentations de performance prévisibles du système.

La rentabilité des entrepôts automatisés de petites pièces est généralement atteinte à partir de 3 000 à 5 000 emplacements de stockage par allée, à pleine capacité. Intégrées à des bâtiments existants, les solutions comportant moins de 1 000 emplacements peuvent s'avérer intéressantes. En revanche, si le projet nécessite la construction d'un nouveau bâtiment, les solutions automatisées ne deviennent rentables qu'avec des volumes de conteneurs nettement supérieurs.

Une analyse du coût total de possession (CTP) doit prendre en compte non seulement les coûts d'investissement, mais aussi la consommation d'énergie, les frais de maintenance, les coûts de personnel et les coûts fonciers sur l'ensemble du cycle de vie du système. L'évolutivité et la capacité d'extension du système sont des facteurs à long terme souvent sous-estimés lors de la décision d'investissement initiale.

Fonctionnalités multi-allées et systèmes de hubs

Les systèmes multi-allées étendent l'architecture de base des navettes en permettant l'accès entre les allées. Le système de pont roulant multi-allées Hubmaster permet aux engins de stockage et de prélèvement de circuler entre plusieurs allées. Cette flexibilité réduit le nombre de postes de conduite nécessaires tout en augmentant l'efficacité du système.

L'entrepôt multi-accès intralogistique psb met en œuvre un concept de hub en intégrant des monte-conteneurs à l'emplacement souhaité dans les allées de stockage. La technologie de convoyage peut être connectée à n'importe quel niveau de stockage, offrant une flexibilité maximale dans l'aménagement. Chaque dispositif de manutention est transporté par navette jusqu'aux monte-conteneurs, qui acheminent ensuite les marchandises vers leur poste de travail désigné sans circulation croisée.

Cette architecture est particulièrement efficace dans les entrepôts longs, hauts et de grande capacité, où elle offre d'importantes marges de performance. La possibilité d'adapter les monte-charges et les convoyeurs permet d'ajuster les performances du système de navettes à une capacité accrue.

Implications stratégiques et perspectives d'avenir

La prévalence croissante des technologies de navettes témoigne de transformations profondes de l'intralogistique. La croissance du commerce électronique, la pénurie de compétences et l'augmentation des coûts spatiaux accélèrent l'automatisation. Les systèmes de navettes multiniveaux et les architectures associées ne constituent pas une solution universelle, mais répondent à des scénarios d'application spécifiques exigeant un débit élevé et une grande flexibilité.

Choisir la solution d'automatisation adaptée exige une analyse précise des besoins opérationnels, du contexte économique et des orientations stratégiques à long terme. Les systèmes à navettes offrent des avantages en termes de débit, d'évolutivité et de redondance, mais nécessitent des investissements initiaux plus importants et une technologie de rayonnage plus complexe. Les systèmes de stockage et de récupération restent la solution privilégiée pour les applications présentant un profil de performance clairement défini, une fiabilité opérationnelle élevée et des exigences de maintenance réduites pour un débit moyen.

La matrice de décision fondée sur des données probantes doit intégrer des paramètres techniques tels que le débit et l'efficacité énergétique, des facteurs économiques comme les coûts d'investissement et le délai de retour sur investissement, ainsi que des aspects opérationnels comme la redondance et la facilité de maintenance. Seule une évaluation globale de ces dimensions permet de sélectionner la technologie de stockage optimale pour l'application spécifique.

L'évolution technologique des systèmes d'entrepôt automatisés se poursuit. L'intelligence artificielle pour l'optimisation des stratégies opérationnelles, les capteurs de pointe pour la maintenance prédictive et les technologies de stockage d'énergie avancées amélioreront encore les performances et la rentabilité. Dans ce contexte, le positionnement stratégique des systèmes de navettes multiniveaux comme solution performante pour les applications à haut débit se trouvera renforcé.

Konrad Wolfenstein

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