Többszintes ingajáratos rendszerek (MLS) és többszintes ingajáratos megoldások többfolyosós funkcióval (MAL) vs. 2D/3D ingajáratos rendszerek

Nagy teljesítményű csapágyak fejlesztése: Stratégiai döntések az MLS, a többfolyosós és a 3D technológia között

Az intralogisztika alapvető átalakuláson megy keresztül. Az e-kereskedelem exponenciális növekedése, a szakképzett munkaerő akut hiánya és a maximális helykihasználás iránti igény miatt a hagyományos raktári koncepciók egyre inkább elérik fizikai és gazdasági határaikat. Míg évtizedekig a tároló- és visszakereső automaták (SRM) voltak a vitathatatlan szabvány az automatizált magasraktárak esetében, a dinamikus ingajáratos rendszerek ma már a modern elosztóközpontok összetett követelményeinek megoldásaként jelennek meg. Az „ingajárat” kiválasztása azonban már nem egyszerű döntés – a technológiai architektúrák egyre változatosabbságának árnyalt vizsgálatát igényli.

Napjainkban a technológiák közötti verseny elsősorban a többszintes szállítórendszerek (MLS), a többfolyosós funkcionalitású megoldások (MAL), valamint a rendkívül rugalmas 2D-s vagy 3D-s változatok körül forog. Ezek a rendszerek nemcsak kinematikájukban és kialakításukban különböznek, hanem teljesen eltérő beruházási és működési logikát is követnek. Míg a klasszikus felrakódaruk az alacsony beszerzési költségekkel rendelkeznek a szabványosított folyamatokban, az szállítómegoldások fókusza az áteresztőképességre, a skálázhatóságra és a redundanciára helyeződik át. Óránként folyosónként több mint 1000 és akár 3000 dupla ciklus közötti csúcsteljesítményükkel ezek a rendszerek újraértelmezik a raktárlogisztika lehetőségeit.

Itt megvizsgáljuk ezen technológiák stratégiai újrapozícionálását. Elemezzük, hogy a magasabb kezdeti beruházások (CAPEX) ellenére miért alacsonyabb a shuttle rendszerek teljes birtoklási költsége (TCO) az energiahatékonyság és a csökkentett karbantartási költségek miatt. Továbbá megvizsgáljuk a folyosóalapú és a 3D-s rendszerek közötti építészeti különbségeket, és tisztázzuk, hogy melyik technológia kínálja a döntő versenyelőnyt az egyes alkalmazási forgatókönyvekben – a gyógyszeripartól a mélyhűtött árukig. Végső soron a tárolórendszer kiválasztása nem pusztán technikai kérdés, hanem gazdasági döntés az ellátási lánc jövőbeli életképességéről.

Amikor az átviteli sebesség meghatározza a befektetési döntéseket

Az intralogisztika alapvető paradigmaváltáson megy keresztül. Míg a klasszikus tároló- és visszakereső gépek évtizedek óta a standard megoldást jelentik az automatizált magasraktárak számára, a többszintes ingajárati rendszerek és a kapcsolódó ingajárati technológiák egyre nagyobb piaci részesedést nyernek. Ez a váltás semmiképpen sem technológiavezérelt, hanem a modern elosztóközpontok változó igényeiből fakadó pontos gazdasági logikát követ. A különböző automatizálási megoldások közötti választás összetett, és a műszaki, gazdasági és működési paraméterek mélyreható ismeretét igényli.

Technológiai alapok és építészeti különbségek

A többszintes szállítórendszerek (MLS) az automatizált tárolási megoldások egy külön kategóriáját képviselik, amelyek alapvetően különböznek a kétdimenziós és háromdimenziós szállítóeszközöktől. Az MLS rendszer kompakt, könnyű, integrált emelőképességű szállítójárművekből áll, amelyek önállóan több tárolási szintet is kiszolgálhatnak. Ezek a járművek akár négy méter/másodperc sebességet is elérhetnek, és maximálisan harminc és ötven kilogramm közötti hasznos terhet kezelnek. A helykihasználás figyelemre méltóan hatékony, négyzetméterenként akár harminchat konténer sűrűsége is elérhető.

Ezzel szemben a kétdimenziós ingajáratos rendszerek kizárólag vízszintesen működnek egy meghatározott tárolási szinten. Minden szinthez külön ingajáratú jármű tartozik, míg a függőleges szállítást külön liftrendszerek kezelik. A vízszintes és függőleges mozgás ilyen építészeti szétválasztása lehetővé teszi az áteresztőképesség pontos skálázását, mivel a ingajáratok és a liftek egymástól függetlenül méretezhetők. A tipikus kétdimenziós rendszerek folyosóteljesítménye óránként 500 és 1000 dupla ciklus között mozog.

A háromdimenziós ingajárati rendszerek jelentik a technológiailag legfejlettebb megoldást. Ezek az önvezető járművek három dimenzióban mozognak, és külön emelőtechnika nélkül is képesek szintek között váltani. Ez a teljes mozgásszabadság maximális rugalmasságot eredményez, de komplex irányítási és navigációs technológiát, valamint ennek megfelelően kidolgozott infrastruktúrát igényel.

A hagyományos tároló- és visszakereső gépekhez képest a különbség jelentős. Míg egy tipikus tároló- és visszakereső gép óránként 80-120 dupla ciklust ér el, a nagy teljesítményű szállítórendszerek ugyanezen idő alatt 500-tól több mint 1000 dupla ciklusig terjednek. A speciális konfigurációk, mint például a psb intralogistics Multi Access Warehouse rendszere, akár 3000 dupla ciklust is elérhetnek folyosónként óránként.

Gazdasági elemzés és befektetési szerkezet

Az automatizált tárolórendszerek beruházási költségei jelentős szerkezeti különbségeket mutatnak. A szállítórendszerek általában nagyobb kezdeti beruházást igényelnek tárolóhelyenként, mint a hagyományos felrakógépek. Ez a költségkülönbség az aktív komponensek sokaságából adódik: Egy funkcionális szállítóraktárhoz folyosónként több szállítójármű, különálló függőleges emelők, komplex vezérlőrendszerek és kifinomult állványtechnológia szükséges integrált vezetősínekkel. A hagyományos felrakógép-rendszerek gyakran olcsóbbak az évtizedes szabványosításnak és a bevált gyártási folyamatoknak köszönhetően.

Az üzemeltetési költségszerkezet azonban megfordítja ezt az összefüggést. A szállítórendszerek energiahatékonyabbak a tárolási és visszakeresési ciklusonként, mivel könnyűszerkezetes konstrukciójuk és a vízszintes és függőleges mozgás szétválasztása jelentősen kevesebb energiát fogyaszt. Egy MLS rendszer körülbelül hatvan százalékkal kevesebb energiát fogyaszt munkaciklusonként, mint egy hasonló RBG. A modern szállítójárművek szuperkondenzátor-technológiát alkalmaznak az áramellátáshoz, és a fékezési energiát visszatáplálják a rendszerbe. A fejlett rendszerek intelligens energiatakarékos üzemmódokkal rendelkeznek, mint például a mélyalvó funkciók, amelyek minimalizálják a készenléti fogyasztást.

A karbantartási költségek is alacsonyabbak az ingajáratos rendszerek esetében. Míg az állványos rakodódaruk, mint összetett, különálló gépek, műszaki problémák esetén leállítják a teljes folyosót, az ingajáratos rendszerek moduláris felépítésüknek köszönhetően üzem közben is képesek kicserélni az egyes hibás járműveket. Bár az ingajáratos megoldásokban az állványozási technológia összetettebb, a karbantartási munkák üzem közben is elvégezhetők, mivel a folyosók továbbra is hozzáférhetők, és a több ingajárat kompenzálja az állásidőt.

Az automatizált raktárrendszerek megtérülési rátájának számításai standardizált amortizációs időszakokon alapulnak. A sikeres automatizálási projektek öt évnél rövidebb megtérülési időszakot céloznak, az amortizáció gyakran két-három éven belül megtérül. A különböző technológiák közötti választáshoz a kezdeti befektetés, a folyamatos üzemeltetési költségek, az energiafogyasztás és a karbantartási költségek differenciált elemzése szükséges a teljes életciklus során.

Áteresztőképesség és skálázhatóság, mint döntési kritériumok

Az áteresztőképesség a legfontosabb megkülönböztető tényező a különböző automatizálási megoldások között. Kialakításuktól függően a hagyományos tároló- és visszakereső gépek óránként 80-120 dupla ciklust érnek el. Ez a teljesítmény elegendő alacsony és közepes forgalmú raktárak számára, ahol a folyosók áteresztőképessége óránként 150 dupla ciklus alatt van. A transzfer rendszerek ezzel szemben közepes és magas áteresztőképességi igényeket elégítenek ki, és jellemzően óránként és folyosónként 500-1000 dupla ciklust kezelnek.

A nagy teljesítményű konfigurációk jelentősen meghaladják ezeket az értékeket. A KNAPP Evo Shuttle kétdimenziós változata óránként több mint ezer dupla ciklust ér el folyosónként. A psb intralogistics több hozzáférésű raktára folyosónként akár háromezer dupla ciklusra is alkalmas. Az ilyen teljesítményszinteket folyosónként több konténerlift integrálásával érik el, amelyek a raktárépület bármely pontján elhelyezhetők.

A skálázhatóság alapvető különbség a szállítószalagos rendszerek és a folyosóalapú tároló- és visszakereső gépek között. Míg egy tároló- és visszakereső gép teljesítményét az egyes gépek korlátozzák, a szállítószalagos raktárak üzem közben további járművek hozzáadásával bővíthetők. A szállítószalagok száma a tárolóhelyek számától függetlenül skálázható. Ha az áteresztőképességi követelmények nőnek, további szállítószalagokat integrálnak; ha a tárolási kapacitás növekszik, a folyosók meghosszabbításra vagy bővítésre kerülnek. A teljesítmény és a kapacitás ilyen szétválasztása lehetővé teszi a szakaszos beruházási stratégiát, korlátozva a kezdeti költségeket, és lehetővé téve a későbbi, szükség szerinti növeléseket.

A Multi Access Warehouse ezt a rugalmasságot példázza. A változó számú konténerlift és a szintenként akár két szállítókocsi lehetővé teszi a rendszer teljesítményének pontos igényekhez igazítását. A szállítószalag-technológia bármely tárolási szintre integrálható, maximális rugalmasságot biztosítva az elrendezés tervezésében. Az egyes liftek, szállítószalag-szakaszok és komissiózási területek csúcsidőn kívül is kikapcsolhatók, miközben egyidejűleg bőséges kapacitástartalékok maradnak a csúcsidőszakokra.

LTW Intralogistics – Az áramlás mérnökei - Kép: LTW Intralogistics GmbH

Az LTW nem egyedi komponenseket, hanem integrált, komplett megoldásokat kínál ügyfeleinek. Tanácsadás, tervezés, mechanikai és elektrotechnikai alkatrészek, vezérlési és automatizálási technológia, valamint szoftver és szerviz – minden hálózatba kötve és precízen összehangolva.

A kulcsfontosságú alkatrészek házon belüli gyártása különösen előnyös. Ez lehetővé teszi a minőség, az ellátási láncok és az interfészek optimális ellenőrzését.

Az LTW a megbízhatóságot, az átláthatóságot és az együttműködő partnerséget jelenti. A lojalitás és az őszinteség szilárdan gyökerezik a vállalat filozófiájában – egy kézfogásnak itt még mindig van jelentősége.

Ehhez kapcsolódóan:

• LTW megoldások

Redundancia és rendszer rendelkezésre állása

Az automatizált tárolórendszerek elérhetősége kritikus sikertényező, különösen az időkritikus alkalmazásokban, mint például az e-kereskedelem vagy a gyógyszeripari logisztika. A szállítórendszerek architektúrájuknak köszönhetően inherens redundanciát kínálnak. Egyetlen szállítójármű meghibásodása csak kis teljesítménycsökkenést eredményez, mivel a többi jármű tovább működik. Ezzel szemben egy automatizált tároló- és visszakereső rendszer (AS/RS) meghibásodása az érintett folyosó teljes leállását eredményezi.

A többszintes raktár redundanciát valósít meg több szinten. A raktárak összekapcsolhatóságát biztosító több konténerlift és szállítószalag-rendszer jelentősen növeli a rendelkezésre állást. Minden egyes teherfelvevő eszköz több kocsiról különböző liftekre helyezhető át, és különböző szállítószalag-csatlakozásokon keresztül szállítható ki a raktárból. Karbantartási hozzáférés esetén is, amikor az egyes szintek vagy liftek ideiglenesen le vannak tiltva, a raktárfolyosó működőképes marad.

A nagy rendelkezésre állású rendszerek műszaki tervezése a bevett redundanciaelveket követi. A kritikus komponensek teljes, egy az egyhez redundanciája, a vezérlőrendszerek master-slave konfigurációi és a redundáns folyamatszerverek felügyeletére szolgáló watchdog egységek ipari szabványok. A shuttle rendszerek elosztott architektúrájuk előnyeit élvezik, mivel az üzemi komponensek technikai vagy szervezeti leválasztása növeli az általános rendelkezésre állást.

Alkalmazási területek és felhasználási esetek

A különböző automatizálási megoldások alkalmassága az alkalmazási kontextustól függően jelentősen eltér. Az e-kereskedelem a legmagasabb követelményeket támasztja az áteresztőképesség és a rugalmasság iránt. A transzfer rendszerek dominálnak ebben a szegmensben, mivel képesek kezelni a nagy rendelési csúcsokat, és lehetővé teszik a párhuzamos folyamatokat keskeny folyosókon. A gyors rendelésfeldolgozás és a szezonális ingadozások kezelése a rugalmas transzfertelepítés révén kulcsfontosságú előnyök.

A gyógyszeripar ingajáratos technológiát alkalmaz olyan alkalmazásokhoz, amelyek maximális teljesítményt és készletpontosságot egyaránt igényelnek. Az automatizált készletgazdálkodás és a rendelések pontos sorrendbe állítása megfelel az ágazat szigorú megfelelőségi követelményeinek.

Termelési környezetekben az ingajáratos rendszereket elsősorban puffertárolóként és gyártósorok ellátására használják. A just-in-time és just-in-sequence folyamatok a cikkek gyors elérhetőségéből és az automatizált szekvenálás lehetőségéből profitálnak. A palettázó robotokkal való integráció hatékony anyagáramlási koncepciókat tesz lehetővé.

A mélyhűtött raktárak speciális alkalmazási területei, ahol a transzfer rendszerek jelentős előnyöket kínálnak. A kézi munkaerő csökkentése mélyhűtött környezetben csökkenti a személyzeti költségeket és javítja a munkakörülményeket. A modern transzfer járműveket mínusz harminc Celsius-fokig terjedő üzemi hőmérsékletre tervezték.

Gyakorlati példák és megvalósított alkalmazások

A többszintes ingajáratos rendszerek gyakorlati megvalósítása demonstrálja teljesítményüket. A finnországi ETRA Oy egy négyfolyosós konténerraktárat üzemeltet 49 500 tárolóhellyel, tíz GEBHARDT többszintes ingajárattal és két hagyományos felrakódaruval. Ez a hibrid megoldás optimálisan kihasználja mindkét technológia erősségeit.

Az Egyesült Királyságban működő, több márkát forgalmazó online kiskereskedő, a Skygate, hatmillió raktáron lévő tételéhez egy KNAPP Evo Shuttle rendszert használ. Az 500 000 speciálisan tervezett Evo Stacknest konténer integrációja 25 százalékkal növelte a raktári hatékonyságot. A megoldás lehetővé teszi a rendelések teljesítését mindössze 30 perc alatt.

Az Arvato üzemelteti a világ legnagyobb kétdimenziós ingajárati megoldását a kozmetikai szektorban egy szépség- és életmód-kiskereskedő számára. A rendszer óránként 12 500 konténert tárol és hoz ki dupla mélységű tárolóból. A rendszer rugalmassága a rendelési mennyiségek jelentős ingadozásait is kezeli, és kisimítja a csúcsterheléseket.

Az EssilorLuxottica 450 szállítókocsit használ Evo Shuttle 1D konfigurációban 500 000 tárolóhelyhez. A rendszer naponta 33 000 csomagot dolgoz fel, ami hét és fél órás műszakonként 250 000 tétel kibocsátását jelenti.

A HEAD Sportartikel egy Jungheinrich automatizált kisalkatrész-raktárat (AS/RS) valósított meg 36 000 raklaphellyel, amely óránként 500 konténer kezelésére képes. Ez a 2022 júniusa óta működő közép-európai raktár egy közepes méretű elosztóközpont sikeres automatizálását demonstrálja.

Helyhatékonyság és kapacitásoptimalizálás

Az automatizált tárolórendszerek helykihasználása messze meghaladja a manuális megoldásokét. A többszintes szállítórendszerek harminchat konténer/négyzetméter sűrűséget érnek el. A tízezer raklapos magasraktárak mindössze két-háromezer négyzetméternyi alapterületet igényelnek.

Az azonos raktári méretekkel rendelkező különböző állványrendszerek mennyiségi összehasonlítása szemlélteti a hatékonyságbeli különbségeket. Egy 100 x 100 méteres és 9 méter magas csarnokban egy standard raklapállvány 20 000 raklapot képes befogadni. Egy raklapfolyamatos állvány 36 000 raklapra növeli a kapacitást. Egy raklapszállító rendszer 46 000 raklapot ér el ugyanebben a csarnokban, ami 130 százalékos növekedést jelent a standard megoldáshoz képest.

A megnövekedett helykihasználás számos technikai tényezőnek köszönhető. A széles komissiózási folyosók megszüntetése, a többszörös mélységű tárolás és az optimális függőleges helykihasználás mind hozzájárul a kapacitás növekedéséhez. A dinamikus tárolási helykezelés lehetővé teszi a különböző méretű konténerek ugyanazon a szinten történő tárolását, ami növeli a rugalmasságot és minimalizálja a pazarló helyet.

Döntési mátrix és rendszerkiválasztás

Az optimális tárolási technológia kiválasztása mennyiségi és minőségi kritériumok strukturált értékelését foglalja magában. A tároló- és visszakereső rendszerek alkalmasak alacsony áteresztőképességű, alacsony forgási sebességű, ötven kilogrammnál nehezebb áruk és nem szabványos méretek esetén, amelyeket a szabványos konténerek nem tudnak befogadni. Ez a bevált technológia magas üzembiztonságot és kezelhető karbantartási intervallumokat kínál.

Az ingajárati megoldások előnyösebbek közepes és nagy áteresztőképességi követelmények esetén, óránként százötven és ezer közötti dupla ciklus esetén, a tárolóhelyek nagy forgalma esetén, az állvány minden egyes tárolóhelyének manuális hozzáférhetőségének szükségességénél, a klasszikus magasraktárak kialakítását nem lehetővé tevő meglévő épületeknél, valamint a rendszer előrelátható teljesítménynövekedése esetén.

Az automatizált kisalkatrész-raktárak gazdasági életképessége jellemzően teljes kapacitás mellett folyosónként 3000-5000 tárolóhellyel kezdődik. Meglévő épületszerkezetekbe integrálva az 1000-nél kevesebb tárolóhellyel rendelkező megoldások is megérhetik a megvalósítást. Ha azonban a projekt új épületet igényel, az automatizált megoldások csak jelentősen nagyobb konténertérfogat esetén válnak költséghatékonysá.

A teljes birtoklási költség (TCO) elemzésének nemcsak a beruházási költségeket kell figyelembe vennie, hanem az energiafogyasztást, a karbantartási költségeket, a személyzeti költségeket és a telekköltségeket is a rendszer életciklusa során. A rendszer skálázhatósága és bővíthetősége olyan hosszú távú tényezők, amelyeket gyakran alábecsülnek a kezdeti beruházási döntésben.

Többfolyosós funkcionalitás és csomóponti rendszerek

A többfolyosós koncepciók kibővítik a transzferrendszerek alapvető architektúráját azáltal, hogy lehetővé teszik a keresztfolyosós hozzáférést. A Hubmaster többfolyosós felrakógép-rendszer lehetővé teszi a tároló- és visszakereső gépek számára, hogy több folyosó között váltsanak. Ez a rugalmasság csökkenti a szükséges kezelőállomások számát, miközben egyidejűleg növeli a rendszer hatékonyságát.

A psb intralogistics Multi Access Warehouse egy hub koncepciót valósít meg, amely szerint a konténerlifteket a raktári folyosókon belül bármely kívánt pozícióba integrálják. A szállítószalag-technológia bármely raktári szinthez csatlakoztatható, ami maximális rugalmasságot biztosít az elrendezés tervezésében. Minden egyes teherfelvevő eszközt kocsik szállítanak a liftekhez, amelyek ezután keresztirányú forgalom nélkül vezetik az árukat a kijelölt munkaállomásra.

Ez az architektúra különösen hatékony hosszú, magas, nagy kapacitású raktárakban, ahol hatalmas teljesítménytartalékokat biztosít. A liftek és a szállítószalag-technológia utólagos felszerelésének lehetősége lehetővé teszi a transzferrendszer teljesítményének a megnövekedett kapacitáshoz való igazítását.

Stratégiai vonatkozások és jövőbeli kilátások

Az ingajáratos technológiák egyre növekvő elterjedése az intralogisztika alapvető változásait tükrözi. Az e-kereskedelem növekedése, a szakemberhiány és a növekvő helyigények felgyorsítják az automatizálást. A többszintes ingajáratos rendszerek és a kapcsolódó architektúrák nem univerzális megoldást jelentenek, hanem olyan speciális alkalmazási forgatókönyveket céloznak meg, amelyek nagy áteresztőképességi követelményeket és rugalmasságot igényelnek.

A megfelelő automatizálási megoldás kiválasztásához a működési követelmények, a gazdasági feltételek és a hosszú távú stratégiai irány pontos elemzésére van szükség. Az ingajárati rendszerek előnyöket kínálnak az áteresztőképesség, a skálázhatóság és a redundancia terén, de magasabb kezdeti beruházásokat és összetettebb állványtechnológiát igényelnek. A tároló- és visszakereső gépek továbbra is az előnyben részesített megoldást jelentik a világosan meghatározott teljesítményprofillal, magas üzembiztonsággal és alacsony karbantartási igényekkel rendelkező alkalmazásokhoz közepes áteresztőképesség esetén.

A bizonyítékokon alapuló döntési mátrixnak integrálnia kell olyan műszaki paramétereket, mint az átviteli sebesség és az energiahatékonyság, olyan gazdasági tényezőket, mint a beruházási költségek és a megtérülési idő, valamint olyan üzemeltetési szempontokat, mint a redundancia és a karbantartás egyszerűsége. Csak ezen dimenziók holisztikus értékelése teszi lehetővé az adott alkalmazáshoz optimális tárolási technológia kiválasztását.

Az automatizált raktári rendszerek technológiai fejlődése folytatódik. A raktári működési stratégiák optimalizálására szolgáló mesterséges intelligencia, a prediktív karbantartáshoz használt fejlett érzékelőtechnológia és a fejlett energiatárolási technológiák tovább növelik a teljesítményt és a költséghatékonyságot. Ebben az összefüggésben a többszintes ingajárati rendszerek stratégiai pozicionálása, mint nagy teljesítményű megoldás a nagy áteresztőképességű alkalmazásokhoz, tovább szilárdul.

Konrad Wolfenstein

Örömmel lennék az Ön személyes tanácsadója.

Elérhetsz wolfenstein ∂ xpert.digital címen

Hívjon a +49 89 89 674 804-es (München) .

LinkedIn
 

Magasraktárak és automatizált tárolórendszerek teljes körű megoldásainak tanácsadása, tervezése és megvalósítása - Kép: Xpert.Digital

További információ itt:

• Magasraktári tanácsadás és tervezés: Automatizált magasraktár – Raklaptárolás optimalizálása teljesen automatikusan – Raktároptimalizálás