Systemy wahadłowe wielopoziomowe (MLS) i rozwiązania wahadłowe wielopoziomowe z funkcjonalnością wielonawową (MAL) w porównaniu z systemami wahadłowymi 2D/3D

Rozwój łożysk o wysokiej wydajności: decyzje strategiczne pomiędzy technologią MLS, wielonawową i 3D

Intralogistyka przechodzi fundamentalną transformację. Napędzana wykładniczym rozwojem handlu elektronicznego, dotkliwym niedoborem wykwalifikowanych pracowników oraz zapotrzebowaniem na maksymalną efektywność wykorzystania przestrzeni, tradycyjne koncepcje magazynowania coraz częściej osiągają swoje fizyczne i ekonomiczne granice. Podczas gdy przez dekady niekwestionowanym standardem w zautomatyzowanych magazynach wysokiego składowania były maszyny do składowania i pobierania (SRM), obecnie wysoce dynamiczne systemy wahadłowe stają się odpowiedzią na złożone wymagania nowoczesnych centrów dystrybucyjnych. Jednak wybór „shuttle” nie jest już prostą decyzją – wymaga dogłębnej analizy rosnącej różnorodności architektur technologicznych.

Obecnie konkurencja między technologiami koncentruje się głównie wokół wielopoziomowych systemów wahadłowych (MLS), rozwiązań z funkcjonalnością wielonawową (MAL) oraz wysoce elastycznych wariantów 2D i 3D. Systemy te różnią się nie tylko kinematyką i konstrukcją, ale także zupełnie inną logiką inwestycyjną i operacyjną. Podczas gdy klasyczne układnice zyskują przewagę dzięki niskim kosztom zakupu w standardowych procesach, w przypadku rozwiązań wahadłowych nacisk kładzie się na przepustowość, skalowalność i redundancję. Z maksymalną wydajnością od ponad 1000 do nawet 3000 podwójnych cykli na alejkę na godzinę, systemy te na nowo definiują możliwości logistyki magazynowej.

W niniejszym artykule analizujemy strategiczne repozycjonowanie tych technologii. Analizujemy, dlaczego pomimo wyższych nakładów początkowych (CAPEX), całkowity koszt posiadania (TCO) systemów wahadłowych jest często niższy ze względu na efektywność energetyczną i niższe koszty utrzymania. Ponadto badamy różnice architektoniczne między systemami opartymi na korytarzach a systemami 3D i wyjaśniamy, która technologia oferuje decydującą przewagę konkurencyjną w każdym scenariuszu zastosowania – od produktów farmaceutycznych po głębokie mrożenie. Ostatecznie wybór systemu magazynowania nie jest kwestią czysto techniczną, lecz decyzją ekonomiczną dotyczącą przyszłej rentowności łańcucha dostaw.

Kiedy przepustowość decyduje o decyzjach inwestycyjnych

Intralogistyka przechodzi fundamentalną zmianę paradygmatu. Podczas gdy klasyczne maszyny do składowania i pobierania były standardowym rozwiązaniem dla zautomatyzowanych magazynów wysokiego składowania przez dziesięciolecia, wielopoziomowe systemy wahadłowe i powiązane z nimi technologie wahadłowe zyskują coraz większy udział w rynku. Zmiana ta nie jest bynajmniej uwarunkowana technologicznie, lecz wynika raczej z precyzyjnej logiki ekonomicznej wynikającej ze zmieniających się wymagań nowoczesnych centrów dystrybucyjnych. Wybór pomiędzy różnymi rozwiązaniami automatyzacji jest złożony i wymaga dogłębnego zrozumienia parametrów technicznych, ekonomicznych i operacyjnych.

Podstawy technologiczne i różnice architektoniczne

Wielopoziomowe systemy wahadłowe (MLS) stanowią odrębną kategorię zautomatyzowanych rozwiązań magazynowych, zasadniczo różniących się od dwu- i trójwymiarowych systemów wahadłowych. System MLS składa się z kompaktowych, lekkich pojazdów wahadłowych ze zintegrowanymi mechanizmami podnoszenia, które mogą autonomicznie obsługiwać wiele poziomów magazynowych. Pojazdy te osiągają prędkość do czterech metrów na sekundę i obsługują ładunki o maksymalnej wadze od trzydziestu do pięćdziesięciu kilogramów. Wykorzystanie przestrzeni jest niezwykle efektywne, z gęstością do trzydziestu sześciu kontenerów na metr kwadratowy powierzchni użytkowej.

Natomiast dwuwymiarowe systemy wahadłowe działają wyłącznie w poziomie, na określonym poziomie magazynowym. Każdy poziom ma dedykowany pojazd wahadłowy, natomiast transport pionowy jest obsługiwany przez oddzielne systemy wind. To architektoniczne rozdzielenie ruchu poziomego i pionowego pozwala na precyzyjne skalowanie przepustowości, ponieważ wózki wahadłowe i windy mogą być dobierane niezależnie. Wydajność typowych systemów dwuwymiarowych w korytarzach waha się od 500 do 1000 cykli podwójnych na godzinę.

Trójwymiarowe systemy wahadłowe stanowią najbardziej zaawansowaną technologicznie opcję. Te autonomiczne pojazdy poruszają się w trzech wymiarach i mogą przemieszczać się między poziomami bez konieczności stosowania oddzielnej technologii podnoszenia. Ta pełna swoboda ruchu zapewnia maksymalną elastyczność, ale wymaga złożonej technologii sterowania i nawigacji, a także odpowiednio rozbudowanej infrastruktury.

Różnica w porównaniu z konwencjonalnymi systemami składowania i pobierania jest znacząca. Podczas gdy typowa maszyna składowania i pobierania osiąga od 80 do 120 cykli podwójnych na godzinę, wysokowydajne systemy wahadłowe obsługują od 500 do ponad 1000 cykli podwójnych w tym samym czasie. Specjalistyczne konfiguracje, takie jak Multi Access Warehouse firmy psb intralogistics, osiągają nawet do 3000 cykli podwójnych na alejkę na godzinę.

Analiza ekonomiczna i struktura inwestycji

Koszty inwestycji w zautomatyzowane systemy magazynowe wykazują znaczne różnice strukturalne. Systemy wahadłowe zazwyczaj wymagają wyższych nakładów początkowych na lokalizację magazynową niż konwencjonalne układnice. Ta różnica w kosztach wynika z mnogości aktywnych komponentów: funkcjonalny magazyn wahadłowy wymaga wielu wózków wahadłowych na korytarz, oddzielnych podnośników pionowych, złożonych systemów sterowania oraz zaawansowanej technologii regałów ze zintegrowanymi szynami prowadzącymi. Tradycyjne systemy układnic są często tańsze w zakupie ze względu na dziesięciolecia standaryzacji i korzyści wynikające z ugruntowanych procesów produkcyjnych.

Jednak struktura kosztów operacyjnych odwraca tę zależność. Systemy wahadłowe są bardziej energooszczędne w przeliczeniu na cykl składowania i pobierania, ponieważ ich lekka konstrukcja i rozdzielenie ruchu poziomego od pionowego zużywają znacznie mniej energii. System MLS zużywa około sześćdziesięciu procent mniej energii w cyklu roboczym niż porównywalny system RBG. Nowoczesne pojazdy wahadłowe wykorzystują technologię superkondensatorów do zasilania i przekazywania energii hamowania z powrotem do systemu. Zaawansowane systemy oferują inteligentne tryby oszczędzania energii, takie jak funkcje głębokiego uśpienia, które minimalizują zużycie energii w trybie czuwania.

Koszty konserwacji systemów wahadłowych są również niższe. Podczas gdy układnice, jako złożone, pojedyncze maszyny, wyłączają cały korytarz w przypadku problemów technicznych, systemy wahadłowe, dzięki swojej modułowej architekturze, mogą zastępować pojedyncze, uszkodzone pojazdy w trakcie pracy. Chociaż technologia regałów w systemach wahadłowych jest bardziej złożona, prace konserwacyjne można wykonywać w trakcie pracy, ponieważ korytarze pozostają dostępne, a wiele wózków wahadłowych kompensuje przestoje.

Obliczenia zwrotu z inwestycji dla zautomatyzowanych systemów magazynowych opierają się na standardowych okresach amortyzacji. Udane projekty automatyzacji zakładają okres zwrotu z inwestycji krótszy niż pięć lat, a amortyzację często osiąga się w ciągu dwóch do trzech lat. Wybór pomiędzy różnymi technologiami wymaga zróżnicowanej analizy początkowej inwestycji, bieżących kosztów operacyjnych, zużycia energii i wydatków na konserwację w całym cyklu życia.

Przepustowość i skalowalność jako kryteria decyzyjne

Przepustowość jest kluczowym czynnikiem różnicującym różne rozwiązania automatyzacji. W zależności od konstrukcji, konwencjonalne systemy składowania i pobierania osiągają od 80 do 120 cykli podwójnych na godzinę. Taka wydajność jest wystarczająca dla magazynów o niskiej lub średniej rotacji i przepustowości korytarzy poniżej 150 cykli podwójnych na godzinę. Z kolei systemy wahadłowe spełniają wymagania dotyczące średniej lub wysokiej przepustowości i zazwyczaj obsługują od 500 do 1000 cykli podwójnych na godzinę i korytarz.

Konfiguracje o wysokiej wydajności znacznie przekraczają te wartości. System Evo Shuttle firmy KNAPP, w wersji dwuwymiarowej, osiąga ponad tysiąc cykli podwójnych na alejkę na godzinę. System Multi Access Warehouse firmy psb intralogistics został zaprojektowany do obsługi do trzech tysięcy cykli podwójnych na alejkę. Takie poziomy wydajności uzyskano dzięki integracji wielu wind kontenerowych na alejkę, które można umieścić w dowolnym miejscu w strukturze magazynu.

Skalowalność stanowi zasadniczą różnicę między systemami wahadłowymi a regałami magazynowymi opartymi na korytarzach. Podczas gdy wydajność regału magazynowego jest ograniczona przez pojedynczą maszynę, magazyny wahadłowe można rozbudować, dodając kolejne pojazdy w trakcie pracy. Liczba regałów wahadłowych jest skalowalna niezależnie od liczby lokalizacji magazynowych. W przypadku wzrostu zapotrzebowania na przepustowość, integrowane są dodatkowe regały; w przypadku wzrostu pojemności magazynowej, regały są wydłużane lub poszerzane. To rozdzielenie wydajności i pojemności umożliwia stopniową strategię inwestycji, ograniczając koszty początkowe i umożliwiając późniejsze zwiększanie w razie potrzeby.

Magazyn Multi Access jest przykładem tej elastyczności. Zmienna liczba podnośników kontenerowych i do dwóch wózków wahadłowych na poziom pozwalają na precyzyjne dopasowanie wydajności systemu do potrzeb. Technologia przenośników może być zintegrowana na dowolnym poziomie magazynu, zapewniając maksymalną elastyczność w planowaniu układu. Poszczególne podnośniki, sekcje przenośników i strefy kompletacji można dezaktywować poza godzinami szczytu, zachowując jednocześnie duże rezerwy wydajności na okresy szczytowe.

LTW Intralogistics – Inżynierowie przepływu – 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

Nadmiarowość i dostępność systemu

Dostępność zautomatyzowanych systemów magazynowych jest kluczowym czynnikiem sukcesu, szczególnie w zastosowaniach, w których czas ma krytyczne znaczenie, takich jak handel elektroniczny czy logistyka farmaceutyczna. Systemy wahadłowe oferują wrodzoną redundancję ze względu na swoją architekturę. Awaria jednego pojazdu wahadłowego powoduje jedynie niewielki spadek wydajności, ponieważ pozostałe pojazdy kontynuują pracę. Natomiast awaria zautomatyzowanego systemu magazynowania i pobierania (AS/RS) powoduje całkowite wyłączenie danej alejki.

Magazyn wielodostępny zapewnia redundancję na wielu poziomach. Liczne windy kontenerowe i systemy przenośników zapewniające łączność z magazynem znacząco zwiększają dostępność. Każde urządzenie przeładunkowe może być przeładowywane z kilku wózków wahadłowych do różnych wind i transportowane z magazynu za pomocą różnych połączeń przenośnikowych. Nawet podczas dostępu konserwacyjnego, gdy poszczególne poziomy lub windy są tymczasowo wyłączone, korytarz magazynowy pozostaje funkcjonalny.

Projekt techniczny systemów o wysokiej dostępności opiera się na ustalonych zasadach redundancji. Pełna redundancja jeden do jednego komponentów krytycznych, konfiguracje master-slave systemów sterowania oraz jednostki nadzorujące do monitorowania redundantnych serwerów procesowych to standardy branżowe. Systemy wahadłowe korzystają z rozproszonej architektury, ponieważ techniczne lub organizacyjne oddzielenie komponentów instalacji zwiększa ogólną dostępność.

Obszary zastosowań i przypadki użycia

Przydatność różnych rozwiązań automatyzacji różni się znacząco w zależności od kontekstu zastosowania. Realizacja zamówień w e-commerce stawia najwyższe wymagania pod względem przepustowości i elastyczności. Systemy wahadłowe dominują w tym segmencie ze względu na zdolność do obsługi dużych nakładów zamówień i umożliwienia procesów równoległych w wąskich alejkach. Szybkie przetwarzanie zamówień i możliwość radzenia sobie z wahaniami sezonowymi dzięki elastycznemu rozmieszczeniu systemów wahadłowych to kluczowe zalety.

Przemysł farmaceutyczny wykorzystuje technologię wahadłową w zastosowaniach wymagających zarówno maksymalnej wydajności, jak i precyzji inwentaryzacji. Zautomatyzowane zarządzanie zapasami i możliwość precyzyjnego sekwencjonowania zamówień spełniają rygorystyczne wymogi zgodności w tym sektorze.

W środowiskach produkcyjnych systemy wahadłowe wykorzystywane są głównie jako magazyny buforowe oraz do zaopatrywania linii produkcyjnych. Procesy just-in-time i just-in-sequence korzystają z szybkiej dostępności produktów i możliwości automatycznego sekwencjonowania. Integracja z robotami paletyzującymi umożliwia efektywne koncepcje przepływu materiałów.

Magazyny głębokiego mrożenia stanowią specjalistyczne zastosowanie, w którym systemy wahadłowe oferują znaczące korzyści. Zmniejszenie nakładu pracy ręcznej w mroźniach obniża koszty osobowe i poprawia warunki pracy. Nowoczesne pojazdy wahadłowe są zaprojektowane do pracy w temperaturach do minus trzydziestu stopni Celsjusza.

Przykłady praktyczne i wdrożone aplikacje

Praktyczne wdrożenie wielopoziomowych systemów wahadłowych dowodzi ich skuteczności. Firma ETRA Oy w Finlandii zarządza czteronawowym magazynem kontenerowym z 49 500 miejscami składowania, łączącym dziesięć wielopoziomowych systemów wahadłowych GEBHARDT i dwie konwencjonalne układnice. To hybrydowe rozwiązanie optymalnie wykorzystuje mocne strony obu technologii.

Brytyjski wielomarkowy sklep internetowy Skygate korzysta z systemu KNAPP Evo Shuttle do obsługi sześciu milionów produktów w magazynie. Integracja 500 000 specjalnie zaprojektowanych kontenerów Evo Stacknest zwiększyła wydajność magazynu o 25 procent. Rozwiązanie umożliwia realizację zamówień w zaledwie 30 minut.

Arvato obsługuje największe na świecie dwuwymiarowe rozwiązanie w sektorze kosmetycznym dla sieci sklepów z artykułami kosmetycznymi i lifestylowymi. System składuje i pobiera 12 500 pojemników na godzinę z magazynu o podwójnej głębokości. Elastyczność systemu pozwala na obsługę znacznych wahań wolumenu zamówień i równoważenie szczytowych obciążeń.

EssilorLuxottica korzysta z 450 wózków w konfiguracji Evo Shuttle 1D w 500 000 lokalizacjach magazynowych. System przetwarza 33 000 paczek dziennie, co odpowiada wydajności 250 000 artykułów na siedmioipółgodzinną zmianę.

Firma HEAD Sportartikel wdrożyła zautomatyzowany magazyn małych części (AS/RS) firmy Jungheinrich z 36 000 miejscami paletowymi i wydajnością 500 pojemników na godzinę. Ten centralnoeuropejski magazyn, działający od czerwca 2022 roku, jest przykładem skutecznej automatyzacji centrum dystrybucyjnego średniej wielkości.

Efektywność przestrzenna i optymalizacja pojemności

Wykorzystanie przestrzeni w zautomatyzowanych systemach magazynowych znacznie przewyższa wykorzystanie przestrzeni w przypadku rozwiązań ręcznych. Wielopoziomowe systemy wahadłowe osiągają gęstość składowania trzydziestu sześciu kontenerów na metr kwadratowy powierzchni użytkowej. Magazyny wysokiego składowania z dziesięcioma tysiącami miejsc paletowych wymagają zaledwie dwóch do trzech tysięcy metrów kwadratowych powierzchni użytkowej.

Ilościowe porównanie różnych systemów regałowych o identycznych wymiarach magazynowych ilustruje różnice w wydajności. W hali o wymiarach 100 na 100 metrów i wysokości 9 metrów standardowy regał paletowy mieści 20 000 palet. Regał przepływowy zwiększa pojemność do 36 000 palet. System wahadłowy pozwala na składowanie 46 000 palet w tej samej hali, co stanowi wzrost o 130% w porównaniu ze standardowym rozwiązaniem.

Zwiększona efektywność wykorzystania przestrzeni wynika z kilku czynników technicznych. Eliminacja szerokich korytarzy kompletacyjnych, składowanie na wielu głębokościach oraz optymalne wykorzystanie przestrzeni w pionie przyczyniają się do wzrostu pojemności. Dynamiczne zarządzanie lokalizacją magazynową pozwala na składowanie pojemników o różnych rozmiarach na tym samym poziomie, co zwiększa elastyczność i minimalizuje marnotrawstwo przestrzeni.

Macierz decyzyjna i wybór systemu

Wybór optymalnej technologii magazynowania wymaga ustrukturyzowanej oceny kryteriów ilościowych i jakościowych. Systemy magazynowania i pobierania nadają się do zastosowań o niskiej przepustowości, niskim wskaźniku rotacji, do transportu towarów o wadze powyżej 50 kilogramów oraz do transportu towarów o niestandardowych wymiarach, których nie można pomieścić w standardowych kontenerach. Ta sprawdzona technologia oferuje wysoką niezawodność operacyjną i łatwe do zarządzania okresy między przeglądami.

Rozwiązania wahadłowe są preferowane w przypadku wymagań dotyczących średniej i wysokiej przepustowości, od stu pięćdziesięciu do tysiąca podwójnych cykli na godzinę, dużej rotacji miejsc składowania, konieczności ręcznego dostępu do każdego miejsca składowania na regale, istniejących budynków, które nie pozwalają na zastosowanie klasycznego magazynu wysokiego składowania, oraz przewidywanego wzrostu wydajności systemu.

Ekonomiczna opłacalność zautomatyzowanych magazynów drobnych części zazwyczaj zaczyna się od 3000 do 5000 lokalizacji magazynowych na alejkę przy pełnym obciążeniu. Po zintegrowaniu z istniejącymi strukturami budynków, rozwiązania z liczbą lokalizacji mniejszą niż 1000 mogą być opłacalne. Jeśli jednak projekt wymaga budowy nowego budynku, rozwiązania zautomatyzowane stają się opłacalne dopiero przy znacznie większej liczbie kontenerów.

Analiza całkowitego kosztu posiadania (TCO) musi uwzględniać nie tylko koszty inwestycji, ale także zużycie energii, koszty utrzymania, koszty personelu i koszty gruntów w całym cyklu życia systemu. Skalowalność i możliwość rozbudowy systemu to czynniki długoterminowe, które często są niedoceniane w początkowej decyzji inwestycyjnej.

Funkcjonalność wielonawowa i systemy koncentratorowe

Koncepcje wieloprzejściowe rozszerzają podstawową architekturę systemów wahadłowych, umożliwiając dostęp poprzeczny. System układnic wieloprzejściowych Hubmaster umożliwia maszynom do składowania i pobierania towarów przełączanie się między wieloma korytarzami. Ta elastyczność zmniejsza liczbę wymaganych stanowisk operatorskich, jednocześnie zwiększając wydajność systemu.

Magazyn wielopoziomowy psb intralogistics wdraża koncepcję węzła poprzez integrację wind kontenerowych w dowolnym miejscu w korytarzach magazynowych. Technologia przenośników może być podłączona na dowolnym poziomie magazynu, co zapewnia maksymalną elastyczność w planowaniu układu. Każde urządzenie do obsługi ładunków jest transportowane przez wózki wahadłowe do wind, które następnie kierują towary do wyznaczonego stanowiska roboczego bez ruchu poprzecznego.

Ta architektura jest szczególnie efektywna w długich, wysokich magazynach o dużej pojemności, gdzie zapewnia ogromne rezerwy wydajności. Możliwość modernizacji wind i przenośników pozwala na dostosowanie wydajności systemu wahadłowego do zwiększonej pojemności.

Implikacje strategiczne i perspektywy na przyszłość

Rosnąca popularność technologii transportu wahadłowego odzwierciedla fundamentalne zmiany w intralogistyce. Rozwój handlu elektronicznego, niedobór wykwalifikowanej kadry i rosnące koszty powierzchni przyspieszają automatyzację. Wielopoziomowe systemy transportu wahadłowego i powiązane z nimi architektury nie są rozwiązaniem uniwersalnym, lecz odnoszą się do konkretnych scenariuszy zastosowań wymagających dużej przepustowości i elastyczności.

Wybór odpowiedniego rozwiązania automatyzacji wymaga precyzyjnej analizy wymagań operacyjnych, warunków ekonomicznych oraz długoterminowego kierunku strategicznego. Systemy wahadłowe oferują korzyści w zakresie przepustowości, skalowalności i redundancji, ale wymagają wyższych nakładów początkowych i bardziej złożonej technologii regałów. Maszyny do składowania i pobierania pozostają preferowanym rozwiązaniem w zastosowaniach o jasno określonym profilu wydajności, wysokiej niezawodności operacyjnej i niskich wymaganiach konserwacyjnych dla średniej przepustowości.

Matryca decyzyjna oparta na dowodach musi uwzględniać parametry techniczne, takie jak przepustowość i efektywność energetyczna, czynniki ekonomiczne, takie jak koszty inwestycji i okres zwrotu, oraz aspekty operacyjne, takie jak redundancja i łatwość konserwacji. Tylko kompleksowa ocena tych aspektów umożliwia wybór optymalnej technologii magazynowania dla konkretnego zastosowania.

Ewolucja technologiczna zautomatyzowanych systemów magazynowych trwa. Sztuczna inteligencja optymalizująca strategie operacyjne magazynów, zaawansowana technologia czujników do konserwacji predykcyjnej oraz zaawansowane technologie magazynowania energii jeszcze bardziej zwiększą wydajność i efektywność kosztową. W tym kontekście strategiczne pozycjonowanie wielopoziomowych systemów wahadłowych jako wysokowydajnego rozwiązania dla aplikacji o wysokiej przepustowości zostanie dodatkowo wzmocnione.

Konrad Wolfenstein

Chętnie będę pełnić rolę Twojego osobistego doradcy.

skontaktować pod adresem wolfenstein ∂ xpert.digital

Wystarczy zadzwonić pod numer +49 7348 4088 965 (Monachium) .

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