Pułapka szumu wokół robotów? Przewaga technologiczna wielopoziomowego systemu wahadłowego z kombinowaną zasadą wózka

Czy AutoStore, Exotec i spółka osiągają swoje granice? Ukryte wąskie gardło nowoczesnych systemów magazynowych

Elegancka iluzja magazynu sześciennego: O czym często milczy się w przypadku zautomatyzowanych magazynów

Intralogistyka jest pod ogromną presją: chroniczny niedobór wykwalifikowanych pracowników, rosnące koszty powierzchni magazynowej i rosnące zapotrzebowanie na szybkość e-commerce nieuchronnie zmuszają firmy do automatyzacji. Jednak zawiły rynek systemów magazynowych stanowi niebezpieczną i przede wszystkim kosztowną pułapkę inwestycyjną. Wiele firm, zwabionych imponującą gęstością przestrzeni i szumem wokół wspomagania robotami – takimi jak wszechobecne obecnie rozwiązania do składowania w sześcianach czy futurystyczne wózki 3D – inwestuje duże sumy w architektury systemów, które już teraz mają wbudowane wąskie gardła.

Niezależnie od tego, czy chodzi o skrajne uzależnienie od struktury artykułu ABC, brak elastyczności nośników ładunku, czy też winda pionowa jako stałe, podatne na awarie wąskie gardło: prawie wszystkie popularne systemy osiągają w pewnym momencie swoje granice, których nie da się pokonać nawet przy największym budżecie. Ci, którzy koncentrują się wyłącznie na najniższej cenie za przestrzeń magazynową, ostatecznie tracą strategiczny zmysł. Ten artykuł rzuca światło na wygodne iluzje branży i ujawnia, dlaczego wielu decydentów od lat stawia na niewłaściwego konia. Dowiedz się, dlaczego zasada rozdzielenia architektury stanowi prawdziwą zmianę paradygmatu i dlaczego wielopoziomowy system wahadłowy z łączoną zasadą wózka i wózka stanowi zdecydowanie najsolidniejszy, najbardziej niezawodny i rentowny fundament dla logistyki opartej na sztucznej inteligencji w nadchodzących dekadach.

Pasuje do:

• Wielopoziomowe systemy wahadłowe z łączonym wózkiem: w jaki sposób rozdzielone systemy wahadłowe przyspieszają handel elektroniczny

Zasada rozdzielenia jako zmiana paradygmatu architektonicznego

Jak wózek transportowy przecina węzeł gordyjski intralogistyki

Aby zrozumieć wyższość wielopoziomowego systemu wahadłowego opartego na zasadzie wózka, należy najpierw szczegółowo zrozumieć jego zasadę działania. W tym systemie kompaktowe wózki wahadłowe nie tylko poruszają się w obrębie jednego poziomu, ale jednocześnie obsługują wiele poziomów regałów. Pojedynczy wielopoziomowy wózek wahadłowy może zazwyczaj obsługiwać od dwóch do sześciu poziomów jednocześnie, a do jednoczesnej obsługi pięciu poziomów kontenerów potrzebna jest tylko jedna szyna prowadząca zintegrowana z konstrukcją regału. Układając pionowo kilka takich wielopoziomowych wózków wahadłowych jeden na drugim, można wyposażyć magazyny małych części o dowolnej wysokości, znacznie zwiększając przepustowość w porównaniu z konwencjonalnymi systemami składowania i pobierania.

Kluczowa różnica architektoniczna w porównaniu do wszystkich innych kategorii systemów leży w zasadzie łączonego wózka. Wózek, znany również jako wózek transferowy lub wózek dystrybucyjny, obsługuje poziomy transport wahadłowca lub jednostek ładunkowych wzdłuż korytarza do różnych kanałów magazynowych. Następnie wózek sam autonomicznie wjeżdża do odpowiedniego kanału w celu składowania lub pobierania towarów. Przenośniki pionowe łączą różne poziomy, a kluczową innowacją jest rozdzielenie ruchów wózka i windy poprzez strefy buforowe. Te strefy buforowe na każdym głównym poziomie zapewniają niezależną pracę wózka i windy, skutecznie rozdzielając ich ruchy. W praktyce oznacza to, że podczas gdy wózek nadal składuje towary, winda może już dostarczyć kolejną jednostkę ładunkową i odwrotnie, wózek nie musi czekać na windę, podczas gdy towary są tymczasowo składowane.

Ta architektura eliminuje najpoważniejszą wadę systemu, która w jakiś sposób dotyka praktycznie wszystkie konkurencyjne technologie: wąskie gardło ograniczające wydajność w centralnym interfejsie. Na przykład firma SSI Schaefer wdraża tę zasadę pod nazwami Navette i Schaefer Lift and Run. Navette osiąga prędkość do 2,5 metra na sekundę przy przyspieszeniu 1,8 metra na sekundę do kwadratu i może być układany w stosy do wysokości systemu do 24 metrów. System Schaefer Lift and Run do palet osiąga nawet całkowitą wysokość do 45 metrów w zakresie temperatur od -28 do +35 stopni Celsjusza. Wydajność wynosi około 500 podwójnych cykli na korytarz, co zapewnia doskonały stosunek ceny do jakości dzięki łatwej w zarządzaniu złożoności systemu regałowego, samej maszyny i strategii magazynowania.

Wbudowane wąskie gardło: dlaczego systemy pamięci masowej typu cube zawodzą z powodu własnej architektury

Zasada sześcianu jako elegancka iluzja, ale mająca swoją kosztowną wadę

Systemy magazynowania sześciennego, takie jak AutoStore, opierają się na pozornie prostym podejściu: pojemniki są układane jeden na drugim i obok siebie w aluminiowej kratownicy, bez pozostawiania przerw, a roboty poruszają się po kratownicy, pobierając pojemniki za pomocą linek i mechanizmów chwytających. Z ponad 1600 zainstalowanymi systemami na całym świecie i udokumentowaną dostępnością na poziomie 99,7%, AutoStore niewątpliwie wyznaczył nowy standard rynkowy. Gęstość składowania jest imponująca: pojemność magazynową można zwiększyć nawet czterokrotnie w porównaniu z magazynem ręcznym, a modułowa konstrukcja pozwala na stosunkowo łatwą rozbudowę o dodatkowe roboty, porty lub pojemniki.

Jednak za tą elegancką powierzchnią kryje się wrodzona wada konstrukcyjna, która sprawia, że ​​koncepcja składowania w systemie sześciennym stanowi strategiczne ryzyko w wymagających środowiskach logistycznych. Pierwszą i najpoważniejszą wadą jest jej skrajne uzależnienie od rozkładu ABC (Analogiczny Podział Towarów). Ponieważ pojemniki są ułożone jeden na drugim, roboty muszą najpierw przesunąć pojemniki na górę, aby uzyskać dostęp do zapasów znajdujących się poniżej. W praktyce oznacza to, że bezpośredni dostęp do przechowywanego asortymentu jest ograniczony do około dziesięciu procent. Precyzyjna klasyfikacja ABC jest zatem niezbędna. Jeśli wzorce popytu ulegną gwałtownej zmianie, na przykład z powodu wahań sezonowych, nieoczekiwanych trendów rynkowych lub wprowadzenia nowych produktów, wydajność systemu znacznie spadnie, ponieważ nagle wystąpi ogromna liczba operacji ponownego układania, co drastycznie zmniejszy przepustowość.

Wielopoziomowy system wahadłowy oparty na zasadzie wózka po prostu nie ma tego problemu. Każdy pojemnik, każda paleta jest bezpośrednio dostępna z wózka i wózka, niezależnie od ich położenia na regale. Nie ma zależności od stosu, ponownego układania ani wrażliwości na ABC. Niezależnie od tego, czy struktura popytu zmieni się całkowicie w ciągu kwartału, czy też nieznany wcześniej produkt nagle stanie się bestsellerem, wielopoziomowy system wahadłowy reaguje z identyczną wydajnością.

Drugą wadą systemową magazynów sześciennych są ich ograniczenia fizyczne. Towary są ograniczone do wymiarów kontenerów, zazwyczaj o wymiarach 600 na 400 milimetrów, przy maksymalnym obciążeniu użytkowym 35 kilogramów w przypadku AutoStore. Całkowita wysokość systemu jest ograniczona do około 5,4–6,3 metra. Jest to system przeznaczony wyłącznie do składowania drobnych części; obsługa palet jest z natury niemożliwa ze względu na jego konstrukcję. Natomiast wielopoziomowe systemy wahadłowe osiągają wysokość składowania do 24 metrów dla drobnych części i do 45 metrów dla obsługi palet, otwierając zupełnie nowy wymiar pionowego wykorzystania przestrzeni.

Trzecia wada dotyczy przepustowości. Wydajność kompletacji robota AutoStore wynosi zaledwie około 25 operacji składowania lub pobierania na godzinę przy prędkości 3,1 metra na sekundę. Aby uzyskać średnią przepustowość 2000 operacji składowania lub pobierania na godzinę, potrzeba aż 120 robotów, co czyni system niezwykle kosztownym. Dla porównania, wielopoziomowy system wahadłowy osiąga przepustowość 500 podwójnych cykli na alejkę przy rozsądnej liczbie pojazdów, a wydajność tę można skalować liniowo poprzez dodanie większej liczby wahadeł.

Wreszcie, wrażliwość na nierówności podłoża stanowi poważny problem praktyczny. Ponieważ pojemniki w AutoStore stoją bezpośrednio na podłodze, może to prowadzić do kosztownych remontów podłóg w projektach typu brownfield, tj. podczas modernizacji istniejących budynków. Wielopoziomowy system wahadłowy, z prowadnicami zintegrowanymi z konstrukcją regałów, jest w dużej mierze niezależny od jakości podłogi i dlatego znacznie lepiej nadaje się do istniejących budynków.

Konkurenci w segmencie Cube nie rozwiązują podstawowych problemów

Wraz z wygaśnięciem kilku patentów AutoStore, firmy takie jak Jungheinrich (PowerCube), GridStore (o zwiększonej wysokości 10,8 metra i wyższej masie pojemnika – 50 kilogramów), Attabotics i Intellistore opracowały własne warianty kostek magazynowych. Chociaż rozwiązują one pewne słabości koncepcji AutoStore, takie jak zależność od poziomowania podłogi w PowerCube (umożliwiająca robotom poruszanie się pod siatką i utrzymywanie pojemników w miejscu), fundamentalny problem zależności od układania w stosy i związana z tym wrażliwość na ABC pozostaje we wszystkich wariantach kostek magazynowych. Jest to ograniczenie związane z architekturą, którego nie da się pokonać poprzez stopniowe udoskonalenia, a jedynie poprzez fundamentalnie odmienną koncepcję systemu.

Dodatkowym, często niedocenianym czynnikiem ryzyka w przypadku systemów magazynowania kostkowego jest bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Gęsto ułożone plastikowe pojemniki stanowią szczególne wyzwanie dla ochrony przeciwpożarowej. Brytyjska sieć supermarketów internetowych Ocado, która prowadzi własną koncepcję magazynowania kostkowego, doświadczyła dwóch poważnych pożarów w Andover w 2019 roku i Erith w 2021 roku. W systemach, w których roboty pracują pod siatką, takich jak PowerCube, wykrywanie i gaszenie pożaru jest znacznie trudniejsze, ponieważ źródło ognia może znajdować się zbyt daleko od tryskaczy. Wielopoziomowe systemy wahadłowe, z otwartą metalową konstrukcją regałów, zapewniają znacznie lepszy dostęp do systemów tryskaczowych i innych systemów gaśniczych.

Wahadłowiec 1D: Dlaczego półautomatyzacja stwarza całe problemy

Jednowymiarowy ślepy zaułek

Wózek wahadłowy 1D stanowi punkt wejścia do technologii wózków wahadłowych i porusza się wyłącznie wzdłuż jednej osi poziomej, czyli w obrębie kanału magazynowego. Do wszystkich pozostałych operacji, a zwłaszcza transferów między kanałami i poziomami, wykorzystuje wózki widłowe lub układnice. Jest to zatem system półautomatyczny, który stanowi przejście od ręcznego magazynowania do pełnej automatyzacji.

Główną słabością systemu transportu wahadłowego 1D w porównaniu z systemem transportu wielopoziomowego z wózkiem jest jego fundamentalna zależność od zewnętrznych urządzeń transportowych. Podczas gdy system transportu wielopoziomowego działa całkowicie autonomicznie za pośrednictwem zintegrowanego wózka, wykonując wszystkie ruchy poziome, dostępy do kanałów i zmiany poziomów bez ingerencji człowieka, system transportu wahadłowego 1D wymaga użycia wózka widłowego lub układnicy do każdej operacji poza kanałem. Oznacza to nie tylko stałe zapotrzebowanie na personel, ale także systemową zależność od dostępności i wydajności ręcznego sprzętu transportowego.

Kolejną istotną wadą jest brak elastyczności produktu. Ponieważ każdy kanał zazwyczaj mieści tylko jeden produkt, a dostęp jest sekwencyjny zgodnie z zasadą LIFO, system wahadłowy 1D nadaje się jedynie do magazynowania rezerwowego, buforowego lub głęboko mrożonych produktów o niewielkiej liczbie sztuk. Kanały są wypełnione pojedynczymi produktami, co prowadzi do nieefektywnego wykorzystania przestrzeni przy dużej różnorodności SKU. Natomiast system wahadłowy wielopoziomowy z wózkami pchającymi zapewnia bezpośredni dostęp do każdej pojedynczej lokalizacji magazynowej, niezależnie od głębokości kanału, umożliwiając tym samym chaotyczne składowanie z maksymalną efektywnością przestrzeni magazynowej.

W trybie ciągłym, wahadłowiec 1D charakteryzuje się również niepewnym schematem awarii. Ponieważ zazwyczaj w użyciu jest tylko kilka pojazdów wahadłowych, awaria jednego może tymczasowo sparaliżować działalność w danym obszarze. Najczęstszymi przyczynami awarii są uszkodzone akumulatory i problemy z mocowaniem ładunków paletowych. Natomiast wielopoziomowy system wahadłowy, z wieloma identycznymi, niezależnie działającymi pojazdami, zapewnia wrodzoną redundancję: w przypadku awarii jednego wahadłowca, pozostałe jednostki przejmują jego zadania, a uszkodzony pojazd można wymienić, nie przerywając pracy.

Prom 2D: Kiedy siła nośna staje się problemem pięty achillesowej

Swoboda pozioma z wąskim gardłem pionowym

Wózek wahadłowy 2D rozszerza swobodę ruchu wózka 1D, dodając drugi wymiar, umożliwiając nawigację boczną między różnymi kanałami lub pozycjami na tym samym poziomie. W obszarze kontenerów są to pojazdy poziomowe, które poruszają się w obrębie jednego poziomu regałów i są transportowane między poziomami za pomocą wind pionowych. Skalowalność jest imponująca: dodanie większej liczby wózków zwiększa wydajność systemu bez konieczności tworzenia dodatkowych korytarzy.

Ale właśnie tutaj ujawnia się słabość architektoniczna, która sprawia, że ​​system wahadłowy 2D jest konstrukcyjnie gorszy od systemu wielopoziomowego z jego zasadą wózka: winda pionowa stanowi wąskie gardło ograniczające wydajność i potencjalny pojedynczy punkt awarii. W systemach wahadłowych o ograniczonym poziomie, przenośniki pionowe zapewniają pionowy transport jednostek ładunkowych między poziomami; system obsługuje zatem transport poziomy i pionowy oddzielnie. Problem polega na tym, że niezależnie od liczby wózków wahadłowych pracujących w poziomie i teoretycznej przepustowości na każdym poziomie, wydajność systemów wahadłowych jest ograniczona liczbą i wydajnością wind pionowych. Winda staje się wąskim gardłem, przez które musi przejść cały pionowy przepływ materiałów.

W systemach z tylko jednym syfonem na korytarz, jego awaria może skutkować całkowitym zamknięciem danego korytarza. Nawet jeśli instalacja drugiego syfonu zmniejszy to ryzyko, syfon pozostaje najbardziej wrażliwym punktem całego systemu: jest centralnym elementem łączącym wszystkie poziomy, a spadek jego wydajności nieproporcjonalnie zmniejsza ogólną wydajność.

Wielopoziomowy system transportu wahadłowego, oparty na zasadzie wózka, rozwiązuje ten problem poprzez architektoniczne rozdzielenie. Strefy buforowe między wózkiem a windą zapewniają asynchroniczną i niezależną pracę obu komponentów systemu. Winda nie musi czekać na wózek i odwrotnie. To rozdzielenie maksymalizuje wykorzystanie obu komponentów i eliminuje wąskie gardło sekwencyjne. Co więcej, windy można modernizować w dowolnym momencie, co pozwala na stopniowe zwiększanie przepustowości bez konieczności modyfikacji systemu. W praktyce oznacza to, że w przypadku wzrostu zapotrzebowania na przepustowość, wystarczy zainstalować dodatkową windę bez konieczności modyfikacji istniejącej infrastruktury regałowej lub systemu transportu wahadłowego.

Kolejną systemową zaletą wielopoziomowego systemu wahadłowego w porównaniu z dwuwymiarowym jest wydajność jego ruchów. Ponieważ jeden wielopoziomowy system wahadłowy obsługuje kilka poziomów jednocześnie, całkowita liczba potrzebnych pojazdów ulega znacznemu zmniejszeniu. W przeciwieństwie do poziomowego systemu wahadłowego dwuwymiarowego, który wymaga co najmniej jednego dedykowanego pojazdu na każdy poziom, wielopoziomowy system wahadłowy zazwyczaj obsługuje od dwóch do sześciu poziomów jednym pojazdem. To nie tylko obniża koszty inwestycji, ale także zmniejsza złożoność sterowania i konserwacji pojazdów.

Rozwiązania LTW Intralogistics – System wahadłowy – Zdjęcie: LTW Intralogistics GmbH

LTW oferuje swoim klientom nie pojedyncze komponenty, lecz zintegrowane, kompletne rozwiązania. Doradztwo, planowanie, komponenty mechaniczne i elektrotechniczne, technologia sterowania i automatyki, a także oprogramowanie i serwis – wszystko jest połączone w sieć i precyzyjnie skoordynowane.

Własna produkcja kluczowych komponentów jest szczególnie korzystna. Pozwala to na optymalną kontrolę jakości, łańcuchów dostaw i interfejsów.

LTW to synonim niezawodności, przejrzystości i partnerskiej współpracy. Lojalność i uczciwość są głęboko zakorzenione w filozofii firmy – uścisk dłoni wciąż ma tu znaczenie.

W związku z tym:

• Rozwiązania LTW

Prom 3D: technologiczny geniusz z profilem ryzyka operacyjnego

Kiedy autonomiczne roboty osiągną swoje systemowe granice

Wahadłowiec 3D, którego najbardziej znanym przykładem jest system Skypod firmy Exotec, niewątpliwie stanowi technologiczny skok kwantowy. Roboty poruszają się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych, swobodnie poruszają się po podłożu, wspinają się pionowo po ramach regałów za pomocą opatentowanych systemów szyn zębatych i zapewniają dostęp do kontenerów na wysokości do 14 metrów. Integracja maszyny do składowania i pobierania, technologii obsługi kontenerów oraz systemu dostaw „towar do człowieka” w jednym pojeździe eliminuje stacjonarne strefy wstępne przenośników i ograniczające wydajność podnośniki wahadłowe. Roboty Skypod osiągają prędkość do czterech metrów na sekundę i mogą wykonać około 22 do 30 podwójnych cykli na godzinę na robota.

Mimo tych imponujących parametrów technicznych, koncepcja wahadłowca 3D ma szereg istotnych wad w porównaniu z wahadłowcem wielopiętrowym, działającym na zasadzie przesuwnego wózka, których nie można zignorować podczas rzetelnych analiz ekonomicznych.

Pierwszą i najbardziej oczywistą wadą jest wygórowany koszt jednego pojazdu. Kosztując od 35 000 do 40 000 euro za robota Skypod, te autonomiczne jednostki stanowią główny czynnik kosztowy całego systemu. Aby osiągnąć przepustowość porównywalną z wielopoziomowym systemem wahadłowym, wykorzystując zaledwie kilka pojazdów jednocześnie na wielu poziomach, system 3D wymaga dużej liczby tych drogich robotów. Kalkulacja inwestycji przemawia za wielopoziomowym systemem wahadłowym, szczególnie w przypadku dużych obiektów, ponieważ koszty pojazdów w przeliczeniu na obsługiwany poziom są znacznie niższe.

Druga wada dotyczy dojrzałości systemu i uzależnienia od dostawcy. System Skypod został po raz pierwszy zaprezentowany na targach LogiMAT w Niemczech w 2019 roku, a pierwsze systemy zostały oddane do użytku około sześć do siedmiu lat temu. W porównaniu z wielopoziomowymi systemami wahadłowymi, które są używane od dziesięcioleci w szerokiej gamie konfiguracji i których technologia jest oferowana przez wielu producentów, rozwiązanie Exotec jest stosunkowo nowym systemem z ograniczonym doświadczeniem w zakresie aplikacji. Każdy, kto wdraża Skypod, staje się związany z Exotec i jego integratorami, a obecnie na rynku niemieckim dostępnych jest tylko kilku partnerów. To uzależnienie od dostawcy stanowi strategiczne ryzyko, które ma duży wpływ na długoterminową decyzję inwestycyjną, rozłożoną na 10 do 20 lat.

Trzecią wadą są rygorystyczne wymagania dotyczące jakości posadzki. System Skypod toleruje maksymalne nachylenie sześciu milimetrów na długości 1,5 metra, szerokość spoiny do czterech milimetrów oraz przesunięcie krawędzi do dwóch milimetrów. Wymagania te mogą wiązać się ze znacznymi kosztami modernizacji w istniejących budynkach. Wielopoziomowe systemy wahadłowe, których tory są zintegrowane z konstrukcją regałów, są w dużej mierze niezależne od jakości posadzki.

Czwarta wada dotyczy stałych formatów kontenerów. Exotec oferuje kontenery o wymiarach podstawowych 650 na 450 milimetrów w klasach wysokości 220, 320 i 420 milimetrów. To ograniczenie utrudnia planowanie asortymentu. Wielopoziomowe systemy wahadłowe, takie jak Navette firmy SSI Schaefer, oferują szerszy wybór nośników ładunku, w tym tac, kartonów i różnych formatów kontenerów, co pozwala na bardziej elastyczne dopasowanie do różnych struktur produktów.

Exotec gwarantuje dostępność systemu na poziomie 98% w ciągu dziesięciu lat, co jest wartością niższą niż 99,7% w przypadku AutoStore. Decydującym czynnikiem jest tu wyższa złożoność mechaniczna robotów poruszających się trójwymiarowo. Wielopoziomowe systemy wahadłowe osiągają porównywalne lub wyższe wskaźniki dostępności dzięki modułowej architekturze z niezależnie konserwowanymi komponentami oraz możliwością wyłączania poszczególnych poziomów konserwacji, podczas gdy reszta systemu pozostaje sprawna.

W związku z tym:

• Architektura systemów magazynowania sześciennego i technologii wahadłowych 1D, 2D, 3D i 4D – ukryte koszty i awarie systemów

Wahadło 4D: całkowita mobilność jako pułapka kosztowa

Dlaczego czterowymiarowa wolność nie oznacza automatycznie czterowymiarowych korzyści

Termin „4D Shuttle” odnosi się do systemów wahadłowych, które mogą poruszać się w czterech kierunkach: do przodu, do tyłu, w lewo i w prawo. Uzupełniony o ruch pionowy za pomocą wind, system ten skutecznie zapewnia trójwymiarowe pokrycie przestrzeni. Producenci tacy jak Mecalux, myFABER i Eurofork oferują komercyjne wdrożenia, a chińscy producenci, tacy jak Nanjing 4D Intelligent Storage Equipment, wkraczają na rynek międzynarodowy z konkurencyjnymi modelami cenowymi. Specyfikacje techniczne zostały zaprojektowane z myślą o obsłudze ciężkich palet: obciążenia nominalne od 1500 do 2000 kilogramów, prędkość jazdy 1,2 metra na sekundę pod obciążeniem i dokładność pozycjonowania rzędu plus/minus jeden milimetr.

W porównaniu z wielopoziomowym transportem wahadłowym opartym na zasadzie wózka, transport wahadłowy 4D wykazuje wady konstrukcyjne, które podważają jego przewagę operacyjną. Podstawowy problem leży w złożoności konstrukcji pojedynczego pojazdu. Transport wahadłowy 4D musi mechanicznie sterować czterema kierunkami jazdy, co sprawia, że ​​konstrukcja jest znacznie bardziej złożona, a co za tym idzie, bardziej wymagająca pod względem konserwacji i podatna na awarie niż transport wahadłowy, który po prostu porusza się w kanale i jest przenoszony na właściwe miejsce za pomocą wózka. Kompaktowość i niskie zużycie energii lekkich transporterów w systemie wielopoziomowym wyraźnie kontrastują z cięższymi, bardziej energochłonnymi transporterami 4D, których masa wynosi od 342 do 420 kilogramów.

Kolejną wadą systemu wahadłowego 4D jest zależność od wind w celu zmiany poziomów. Podobnie jak w przypadku systemu wahadłowego 2D, stwarza to potencjalne wąskie gardło na styku przenośnika pionowego. System wahadłowy wielopoziomowy rozwiązuje ten problem dzięki zintegrowanej obsłudze wielu poziomów i odłączaniu ich za pomocą stref buforowych. Zamiast konieczności wjeżdżania ciężkiego systemu wahadłowego 4D do windy w celu zmiany poziomów, system obsługuje wiele poziomów bezpośrednio i, dzięki odłączeniu wind ze strefami buforowymi, może osiągnąć znacznie wyższą przepustowość na zainstalowany przenośnik pionowy.

Wielopoziomowy system wahadłowy, w konfiguracji paletowej (na przykład jako Schaefer Lift and Run), oferuje połączenie wózka pchającego i elastycznego wózka kanałowego orbiter, co jest szczególnie przydatne w sektorze napojów. Oddzielne poziomy przenośnika paletowego do składowania i pobierania umożliwiają równoległość przepływów towarów, co nie jest możliwe w przypadku systemu wahadłowego 4D, który musi sekwencyjnie przełączać się między składowaniem a pobieraniem.

Całościowy rachunek ekonomiczny: Dlaczego najniższa cena za miejsce parkingowe nie oznacza koniecznie najniższej ceny za zamówienie

Koszty inwestycyjne, koszty operacyjne i całkowity koszt posiadania

Decyzja inwestycyjna dotycząca systemu magazynowego nie powinna sprowadzać się do porównania kosztów zakupu powierzchni magazynowej. Decydującym czynnikiem jest całkowity koszt posiadania (CCO) w całym okresie eksploatacji systemu, wynoszącym zazwyczaj od 15 do 20 lat. W tym przypadku wielopoziomowy system wahadłowy, oparty na zasadzie wózka, ujawnia swoją przewagę ekonomiczną w kilku wymiarach.

Efektywność energetyczna jest kluczowym czynnikiem. Kompaktowe i lekkie pojazdy wahadłowe zużywają znacznie mniej energii do poruszania się w poziomie niż kompletne maszyny do składowania i pobierania. Systemy wahadłowe są zazwyczaj bardziej energooszczędne w każdym cyklu składowania i pobierania, ponieważ oddzielają ruch poziomy od pionowego: lekki pojazd porusza się poziomo i ma niewielką masę, podczas gdy oddzielny, zoptymalizowany energetycznie podnośnik obsługuje ruch pionowy. Nowoczesne systemy odzyskują energię hamowania i udostępniają ją do dalszych operacji transportowych.

Skalowalność bez zakłócania pracy systemu to kolejna zaleta ekonomiczna. Podczas gdy zwiększenie wydajności w systemach magazynowania sześciennego wymaga użycia dodatkowych, drogich robotów, a każdy dodatkowy robot w systemach wahadłowych 3D kosztuje od 35 000 do 40 000 euro, wielopoziomowy system wahadłowy można skalować za pomocą trzech niezależnych dźwigni: dodatkowych wahadeł w celu zwiększenia przepustowości poziomej, dodatkowych podnośników w celu zwiększenia przepustowości pionowej oraz dodatkowych modułów regałowych w celu zwiększenia pojemności magazynowej. To trójstronne podejście do skalowania umożliwia strategię inwestycji opartych na popycie i przyrostowych, która minimalizuje ryzyko przeinwestowania.

Koszty utrzymania również znacząco różnicują systemy. Podczas gdy systemy wahadłowe wymagają konserwacji każdego wózka i windy z osobna, znormalizowane, stosunkowo proste pojazdy wielopoziomowego systemu wahadłowego umożliwiają szybką wymianę w trakcie pracy. Systemy magazynowania sześciennego wymagają konserwacji robotów kratowych na samej kratownicy, co stanowi znaczne wyzwanie logistyczne dla systemów liczących ponad sto robotów. W przypadku systemów wahadłowych 3D, takich jak Exotec, konserwacja skomplikowanych mechanicznie, trójwymiarowych robotów jest bardziej wymagająca i w większym stopniu zależy od wyspecjalizowanego personelu producenta.

Dostępność technologii wielopoziomowych systemów wahadłowych u różnych producentów znacząco zmniejsza również ryzyko związane z dostawcami. Podczas gdy systemy magazynowania kostkowego i systemy 3D są powiązane z konkretnymi producentami, wiele uznanych firm intralogistycznych, takich jak SSI Schaefer, Dematic, Klinkhammer, SMB International i inne, oferuje wielopoziomowe systemy wahadłowe oparte na zasadzie wózka. Ta różnorodność dostawców zapewnia długoterminową dostępność części zamiennych, tworzy konkurencyjny rynek usług konserwacyjnych i chroni przed zależnością technologiczną i handlową od jednego producenta.

Dostępność i odporność systemu: dlaczego oddzielenie oznacza ubezpieczenie przetrwania

Koszt pięciu minut postoju

W nowoczesnej logistyce nawet pięciominutowy przestój systemu generuje znaczne koszty. Różne technologie magazynowe różnią się nie tylko pod względem bezwzględnej dostępności, ale także zasadniczo pod względem sposobu radzenia sobie z zakłóceniami. Wielopoziomowy system wahadłowy, oparty na zasadzie wózka, oferuje architektonicznie wyższą odporność na awarie.

Zasada ta może być opisana w trzech warstwach redundancji. Pierwsza warstwa to redundancja pojazdów: Ponieważ kilka wózków transportowych pracuje jednocześnie w korytarzu, system automatycznie kompensuje awarię poszczególnych pojazdów. Pozostałe wózki transportowe przejmują zadania uszkodzonego pojazdu, a uszkodzony pojazd można wymienić w trakcie pracy bez wyłączania całego systemu. Druga warstwa to redundancja dźwigów: Oddzielenie wózka transportowego od windy za pomocą stacji buforowych zapewnia, że ​​awaria windy nie doprowadzi do natychmiastowego wyłączenia danego korytarza, ponieważ bufory pozwalają na tymczasową kontynuację pracy wózków. Ponadto windy można modernizować w dowolnym momencie. Trzecia warstwa to redundancja poziomów: Poszczególne poziomy konserwacji można wyłączyć, podczas gdy reszta systemu pozostaje w działaniu.

Dla porównania, chociaż systemy magazynowania sześciennego są redundantne na poziomie robotów, ponieważ awarie robotów są zastępowane innymi, cierpią one na systemową słabość wynikającą z zależności od sieci. Jeśli obszar sieci zostanie zablokowany, na przykład przez spadający kontener lub zablokowanego robota, konieczne jest wdrożenie specjalistycznych robotów ratunkowych, takich jak Bin-ResQ. W przypadku dwuwymiarowego systemu wahadłowego, wciągnik jest najbardziej wrażliwym punktem: awaria wciągnika może nieproporcjonalnie obniżyć wydajność całego systemu lub, w systemach z tylko jednym wciągnikiem na korytarz, spowodować całkowite wyłączenie danego korytarza. Chociaż pojedyncze roboty można dodawać lub usuwać z trójwymiarowego systemu wahadłowego Exotec bez przerywania pracy systemu, wyższa złożoność mechaniczna trójwymiarowych pojazdów prowadzi do statystycznie wyższego prawdopodobieństwa wystąpienia pojedynczych awarii. Gwarantowana dostępność systemu na poziomie 98% w ciągu dziesięciu lat jest znacznie niższa niż wartości osiągalne w przypadku sprawdzonych wielopoziomowych systemów wahadłowych.

Elastyczność i wszechstronność nośników ładunku: uniwersalna broń intralogistyki

Od małych części do palet w jednym systemie rodzinnym

Często niedocenianą strategiczną zaletą wielopoziomowego systemu wahadłowego opartego na zasadzie wózka przesuwnego jest jego wszechstronność w różnych klasach nośników ładunku. Podczas gdy systemy składowania w sześcianie i wózki wahadłowe 3D to rozwiązania dedykowane dla małych części i pojemników, a wózki 1D i 4D to rozwiązania dedykowane dla palet, wielopoziomowe systemy wahadłowe występują w wariantach dla obu tych światów.

Rodzina wózków wahadłowych SSI Schaefer Shuttle doskonale ilustruje tę gamę: Navette obsługuje małe części z tackami, pojemnikami i kartonami o wadze do czterech razy większej niż 35 kilogramów. System Schaefer Tray obejmuje warstwowe składowanie palet z obciążeniem do 200 kilogramów na tackę. Wariant Schaefer Lift and Run zapewnia w pełni zautomatyzowane składowanie palet z możliwością składowania na wielu głębokościach. Wszystkie trzy systemy opierają się na tej samej fundamentalnej zasadzie wielopoziomowego transportu z oddzielonym wózkiem i przenośnikiem pionowym, co umożliwia jednolitą architekturę sterowania, wspólne pule części zamiennych i spójną koncepcję obsługi.

Dla firm, które potrzebują zarówno małych części, jak i składowania palet, takich jak logistyka części zamiennych, handel żywnością czy dystrybucja farmaceutyczna, ta rodzina systemów oferuje unikalną zaletę zintegrowanego, kompleksowego rozwiązania. Zamiast korzystać z dwóch zasadniczo różnych technologii z różnymi systemami sterowania, wymaganiami konserwacyjnymi i relacjami z dostawcami, można wdrożyć ujednoliconą koncepcję systemu dla wszystkich klas nośników ładunku.

Różne zautomatyzowane systemy magazynowe różnią się kluczowymi kryteriami. Jeśli chodzi o nośniki ładunku, systemy regałów kostkowych i wahadłowych 3D są wyspecjalizowane w obsłudze kontenerów, podczas gdy systemy 1D i 4D transportują tylko palety. Systemy 2D mogą obsługiwać oba typy ładunków, ale wielopoziomowy system regałów z wózkami pchającymi oferuje największą elastyczność, ponieważ nadaje się do kontenerów, tac, kartonów i palet.

Maksymalna wysokość systemu waha się od około 6 metrów w przypadku regałów sześciennych do wysokości zależnych od budynku dla regałów wahadłowych 1D i 4D. Regały wielopoziomowe osiągają imponującą wysokość do 24 metrów dla kontenerów i 45 metrów dla palet, natomiast regały 2D mogą mieć wysokość do 26 metrów, a regały 3D do 14 metrów.

Bezpośredni dostęp do każdego przedmiotu jest w pełni zagwarantowany dzięki systemom składowania 2D (poziomowym), 3D i wielopoziomowym (za pośrednictwem wózków przesuwnych). Natomiast systemy składowania sześciennego oferują bezpośredni dostęp jedynie do około 10% przedmiotów, a systemy składowania 1D działają na zasadzie LIFO (ostatnie weszło, pierwsze wyszło). W przypadku systemów składowania 4D dostęp jest ograniczony głębokością kanału.

Potencjalne wąskie gardło spowodowane mechanizmami podnoszenia występuje w przypadku wahadłowców 2D (krytycznych) i 4D (wind). W przypadku innych systemów problem ten albo nie występuje (magazynowanie w kostkach), albo jest rozwiązywany poprzez zewnętrzne umiejscowienie (wahadłowiec 1D), integrację z robotem (wahadłowiec 3D) lub oddzielenie poprzez lokalizacje buforowe (wahadłowiec wielopoziomowy).

Wydajność można skalować, dodając więcej robotów do regałów sześciennych i wózków transportowych 3D, dodatkowe wózki do wózków transportowych 2D i 4D oraz zarówno wózki, jak i windy do wózków transportowych wielopoziomowych. Skalowalność wózków transportowych 1D jest jednak ograniczona.

Do stosowania w środowiskach głębokiego mrożenia idealnie nadają się regały wahadłowe 1D i 2D. Regały wahadłowe 4D (do -25°C) i regały wielopoziomowe (do -28°C) również sprawdzają się dobrze, natomiast regały magazynowe w formie kostek i regały wahadłowe 3D (0–40°C) mają ograniczone zastosowanie.

Zależność od producentów jest niska w przypadku transporterów 1D i wielopoziomowych ze względu na wielu dostawców, średnia w przypadku transporterów 2D i 4D oraz wysoka w przypadku ekosystemów AutoStore (Cube Storage) i Exotec (transportery 3D).

Analiza wrażliwości ABC pokazuje, że systemy magazynowania sześciennego są bardzo wrażliwe na rozmieszczenie szybko poruszających się przedmiotów (bardzo wysoka wrażliwość). Wahadłowce 3D i wielopoziomowe nie są narażone na ten problem, podczas gdy pozostałe systemy wykazują niską lub średnią wrażliwość.

Przyszła wykonalność zasady rozdzielenia w logistyce opartej na sztucznej inteligencji

Dlaczego architektoniczne DNA wielopoziomowego wahadłowca jest kluczowe dla następnej dekady

Automatyzację magazynów w nadchodzących latach będą kształtować trzy megatrendy: rosnąca integracja sztucznej inteligencji z zarządzaniem flotą i optymalizacją zamówień, rosnąca modularność i związana z nią redukcja barier wejścia oraz elektryfikacja i optymalizacja energetyczna wszystkich komponentów systemu. We wszystkich trzech wymiarach wielopoziomowy system wahadłowy, oparty na zasadzie wózka, jest architektonicznie lepiej pozycjonowany niż jego konkurenci.

Integracja AI korzysta z rozdzielenia między wahadłowcem a windą, ponieważ inteligentne algorytmy mogą wykorzystywać przestrzenie buforowe jako strategiczną zmienną optymalizacji. Zamiast jedynie optymalizować trasę pojedynczego robota, jak w przypadku magazynów sześciennych lub wahadłowców 3D, AI w systemie rozdzielonym może koordynować interakcję między dziesiątkami wahadłowców i wieloma windami jednocześnie, osiągając w ten sposób wzrost przepustowości, który jest z natury niemożliwy w systemach sztywno połączonych. Modułowość jest już koncepcyjnie wbudowana w wielopoziomowy wahadłowiec: wahadłowce, windy, moduły regałowe i przestrzenie buforowe to niezależne moduły, które można dodawać, usuwać lub wymieniać indywidualnie. Optymalizacja energetyczna korzysta z niskiej masy ruchomej pojazdów wahadłowych i możliwości hamowania odzyskowego.

Co więcej, rosnące znaczenie standaryzacji między producentami, na przykład poprzez protokół VDA 5050, umożliwia interoperacyjne sterowanie różnymi pojazdami w ramach jednego systemu. Wielopoziomowe systemy wahadłowe, dzięki swojej otwartej, modułowej architekturze, idealnie nadają się do takiej integracji, podczas gdy systemy firmowe, takie jak Cube Storage czy Exotec Skypod, pozostają związane z zamkniętą logiką ekosystemu ich producentów.

Decydująca przewaga konstrukcyjna: Podsumowanie wyższości architektonicznej

Wielopoziomowy system transportu wahadłowego, oparty na zasadzie wózka pchającego, jako architektura rozdzielona, ​​rozwiązuje problem, który w różnym stopniu występuje we wszystkich innych kategoriach systemów: nieodłączne wąskie gardło, które sprawia, że ​​inwestycje w poprawę wydajności stają się bezużyteczne po przekroczeniu pewnego punktu. W przypadku systemów magazynowania w kontenerach jest to zależność od układania w stosy i związana z tym wrażliwość na ABC. W przypadku systemów jednowymiarowych jest to brak autonomii i konieczność korzystania z transportu ręcznego. W przypadku systemów dwuwymiarowych wąskim gardłem ograniczającym wydajność jest winda. W przypadku systemów trójwymiarowych są to wygórowane koszty pojazdów, ograniczona dojrzałość systemu i duża zależność od producenta. W przypadku systemów czterowymiarowych jest to mechaniczna złożoność poszczególnych pojazdów i istniejąca zależność od windy.

Wielopoziomowy system wahadłowy, oparty na zasadzie przesuwnego wózka, oddziela krytyczne interfejsy systemowe poprzez strefy buforowe, eliminuje wąskie gardło, jakim jest winda, oferuje bezpośredni dostęp do każdej lokalizacji magazynowej bez konieczności stosowania systemu ABC, skaluje się w trzech niezależnych osiach, jest dostępny w szerokiej gamie systemów dla wszystkich klas nośników ładunkowych i jest oferowany przez wielu uznanych producentów. Nie jest to system, który generuje najwięcej nagłówków, ale to system, który zapewnia najsolidniejsze podstawy architektoniczne dla kolejnych dwóch dekad intralogistyki. Firmy stojące przed decyzją inwestycyjną w automatyzację magazynów powinny uwzględnić tę zaletę architektoniczną w swojej macierzy oceny, zanim dadzą się olśnić powierzchowną elegancją zastrzeżonych systemów.

Wybór odpowiedniej technologii automatyzacji magazynu nie jest kwestią osobistych preferencji ani budżetu marketingowego producenta. To kwestia architektury systemu. I pod tym względem wielopoziomowy wózek wahadłowy z odsprzęgniętym wózkiem oferuje najskuteczniejsze rozwiązanie.

Konrad Wolfenstein

Chętnie będę pełnić rolę Twojego osobistego doradcy.

pod adresem wolfenstein∂xpert.digital skontaktować

Po prostu zadzwoń do mnie pod numer +49 7348 4088 965 .

LinkedIn
 

Doradztwo, planowanie i wdrażanie kompleksowych rozwiązań dla magazynów wysokiego składowania i zautomatyzowanych systemów składowania - Zdjęcie: Xpert.Digital

Więcej informacji tutaj:

• Doradztwo i planowanie w zakresie magazynów wysokiego składowania: Zautomatyzowany magazyn wysokiego składowania – W pełni automatyczna optymalizacja składowania palet – Optymalizacja magazynu