Sistemas de transporte multinível (MLS) e soluções de transporte multinível com funcionalidade de múltiplos corredores (MAL) versus sistemas de transporte 2D/3D

O desenvolvimento de rolamentos de alto desempenho: decisões estratégicas entre MLS, tecnologia multi-corredores e tecnologia 3D

A intralogística está passando por uma transformação fundamental. Impulsionada pelo crescimento exponencial do comércio eletrônico, pela grave escassez de mão de obra qualificada e pela demanda por máxima eficiência de espaço, os conceitos tradicionais de armazém estão cada vez mais atingindo seus limites físicos e econômicos. Enquanto por décadas a máquina de armazenamento e recuperação (SRM) foi o padrão indiscutível para armazéns automatizados de grande altura, os sistemas de transporte dinâmicos estão se consolidando como a resposta às complexas necessidades dos modernos centros de distribuição. No entanto, escolher "o sistema de transporte" não é mais uma decisão simples – requer uma análise criteriosa de uma crescente diversidade de arquiteturas tecnológicas.

Atualmente, a competição entre tecnologias gira principalmente em torno de sistemas de transporte multinível (MLS), soluções com funcionalidade multicorredor (MAL) e variantes 2D ou 3D altamente flexíveis. Esses sistemas diferem não apenas em sua cinemática e design, mas também seguem lógicas de investimento e operação completamente distintas. Enquanto as transelevadoras clássicas se destacam pelos baixos custos de aquisição em processos padronizados, o foco das soluções de transporte se desloca para a produtividade, escalabilidade e redundância. Com desempenho máximo de mais de 1.000 a até 3.000 ciclos duplos por corredor por hora, esses sistemas estão redefinindo o que é possível na logística de armazéns.

Neste trabalho, examinamos o reposicionamento estratégico dessas tecnologias. Analisamos por que, apesar dos maiores investimentos iniciais (CAPEX), o custo total de propriedade (TCO) dos sistemas de transporte automatizado (shuttle) costuma ser menor devido à eficiência energética e aos custos reduzidos de manutenção. Além disso, investigamos as diferenças arquitetônicas entre sistemas baseados em corredores e sistemas 3D, esclarecendo qual tecnologia oferece a vantagem competitiva decisiva para cada cenário de aplicação – desde produtos farmacêuticos até congelamento profundo. Em última análise, a escolha do sistema de armazenamento não é uma questão puramente técnica, mas sim uma decisão econômica sobre a viabilidade futura da cadeia de suprimentos.

Quando a capacidade de produção determina as decisões de investimento

A intralogística está passando por uma mudança de paradigma fundamental. Embora as máquinas clássicas de armazenamento e recuperação tenham sido a solução padrão para armazéns verticais automatizados por décadas, os sistemas de transporte multinível e tecnologias relacionadas estão ganhando cada vez mais participação de mercado. Essa mudança não é impulsionada apenas pela tecnologia, mas sim segue uma lógica econômica precisa, decorrente das necessidades em constante transformação dos centros de distribuição modernos. A escolha entre diferentes soluções de automação é complexa e exige um profundo conhecimento dos parâmetros técnicos, econômicos e operacionais.

Fundamentos tecnológicos e diferenças arquitetônicas

Os sistemas de transporte multinível (MLS, na sigla em inglês) representam uma categoria distinta de soluções de armazenamento automatizadas, fundamentalmente diferentes das variantes de transporte bidimensionais e tridimensionais. Um sistema MLS consiste em veículos de transporte compactos e leves com capacidade de elevação integrada, que podem atender autonomamente a múltiplos níveis de armazenamento. Esses veículos atingem velocidades de até quatro metros por segundo e transportam cargas úteis máximas entre trinta e cinquenta quilogramas. A utilização do espaço é notavelmente eficiente, com uma densidade de até trinta e seis contêineres por metro quadrado de área útil.

Em contraste, os sistemas de transporte bidimensionais operam exclusivamente na horizontal, em um nível de armazenamento definido. Cada nível possui um veículo de transporte dedicado, enquanto o transporte vertical é realizado por sistemas de elevadores separados. Essa separação arquitetônica entre os movimentos horizontais e verticais permite um dimensionamento preciso da capacidade de processamento, já que os veículos de transporte e os elevadores podem ser dimensionados independentemente. O desempenho dos corredores em sistemas bidimensionais típicos varia de 500 a 1.000 ciclos duplos por hora.

Os sistemas de transporte tridimensional representam a opção tecnologicamente mais avançada. Esses veículos autônomos se movem em três dimensões e podem transitar entre níveis sem a necessidade de elevadores. Essa completa liberdade de movimento resulta em máxima flexibilidade, mas exige tecnologias complexas de controle e navegação, bem como uma infraestrutura igualmente elaborada.

A diferença em comparação com as máquinas de armazenamento e recuperação convencionais é substancial. Enquanto uma máquina de armazenamento e recuperação típica realiza de 80 a 120 ciclos duplos por hora, os sistemas de transporte de alto desempenho processam de 500 a mais de 1.000 ciclos duplos no mesmo período. Configurações especializadas, como o Armazém de Acesso Múltiplo da psb intralogistics, chegam a atingir até 3.000 ciclos duplos por corredor por hora.

Análise econômica e estrutura de investimento

Os custos de investimento em sistemas de armazenagem automatizados apresentam diferenças estruturais significativas. Os sistemas de shuttle geralmente exigem investimentos iniciais mais elevados por posição de armazenagem do que os transelevadores convencionais. Essa diferença de custo resulta da multiplicidade de componentes ativos: um armazém com shuttle funcional requer múltiplos veículos de shuttle por corredor, elevadores verticais independentes, sistemas de controle complexos e tecnologia de estantes sofisticada com trilhos-guia integrados. Os sistemas de transelevadores tradicionais costumam ser mais baratos para adquirir devido a décadas de padronização e se beneficiam de processos de fabricação já estabelecidos.

No entanto, a estrutura de custos operacionais inverte essa relação. Os sistemas de transporte por lançadeira são mais eficientes em termos energéticos por ciclo de armazenamento e recuperação, pois sua construção leve e a separação dos movimentos horizontal e vertical consomem significativamente menos energia. Um sistema MLS consome aproximadamente sessenta por cento menos energia do que um sistema RBG comparável por ciclo de trabalho. Os veículos de transporte por lançadeira modernos utilizam tecnologia de supercapacitores para alimentação de energia e realimentam a energia de frenagem no sistema. Os sistemas avançados contam com modos inteligentes de economia de energia, como funções de hibernação profunda, que minimizam o consumo em modo de espera.

Os custos de manutenção também são menores para sistemas de transporte por shuttle. Enquanto as transelevadoras, por serem máquinas individuais complexas, paralisam todo o corredor em caso de problemas técnicos, os sistemas de transporte por shuttle, graças à sua arquitetura modular, permitem a substituição de veículos defeituosos individualmente durante a operação. Embora a tecnologia de estantes em soluções de transporte por shuttle seja mais complexa, a manutenção pode ser realizada durante a operação, pois os corredores permanecem acessíveis e vários shuttles compensam o tempo de inatividade.

Os cálculos de retorno sobre o investimento (ROI) para sistemas automatizados de armazém baseiam-se em períodos de amortização padronizados. Projetos de automação bem-sucedidos visam a períodos de ROI inferiores a cinco anos, com a amortização frequentemente alcançada em dois a três anos. A escolha entre diferentes tecnologias exige uma análise diferenciada do investimento inicial, dos custos operacionais contínuos, do consumo de energia e das despesas de manutenção ao longo de todo o ciclo de vida.

Taxa de transferência e escalabilidade como critérios de decisão

A capacidade de processamento é o principal fator de diferenciação entre as diversas soluções de automação. Dependendo do seu projeto, as máquinas convencionais de armazenamento e recuperação atingem de 80 a 120 ciclos duplos por hora. Esse desempenho é suficiente para armazéns com baixa a média rotatividade e fluxo de mercadorias nos corredores inferior a 150 ciclos duplos por hora. Os sistemas shuttle, por outro lado, atendem a requisitos de fluxo de mercadorias de médio a alto e normalmente processam de 500 a 1.000 ciclos duplos por hora nos corredores.

Configurações de alto desempenho superam significativamente esses valores. O Evo Shuttle da KNAPP, em sua versão bidimensional, atinge mais de mil ciclos duplos por corredor por hora. O Multi Access Warehouse da psb intralogistics foi projetado para até três mil ciclos duplos por corredor. Esses níveis de desempenho são alcançados por meio da integração de múltiplos elevadores de contêineres por corredor, que podem ser posicionados em qualquer local dentro da estrutura do armazém.

A escalabilidade é uma diferença fundamental entre os sistemas de transporte por ônibus e as máquinas de armazenamento e recuperação baseadas em corredores. Enquanto o desempenho de uma máquina de armazenamento e recuperação é limitado pela própria máquina, os armazéns com sistema de transporte por ônibus podem ser expandidos com a adição de mais veículos durante a operação. O número de ônibus é escalável independentemente do número de locais de armazenamento. Se os requisitos de produtividade aumentarem, ônibus adicionais são integrados; se a capacidade de armazenamento crescer, os corredores são alongados ou expandidos. Essa dissociação entre desempenho e capacidade permite uma estratégia de investimento faseada, limitando os custos iniciais e possibilitando expansões posteriores conforme necessário.

O Armazém de Acesso Múltiplo exemplifica essa flexibilidade. O número variável de elevadores de contêineres e até dois shuttles por nível permitem que o desempenho do sistema seja adaptado precisamente às necessidades. A tecnologia de esteiras transportadoras pode ser integrada em qualquer nível de armazenamento, oferecendo máxima flexibilidade no planejamento do layout. Elevadores individuais, seções de esteiras e áreas de picking podem ser desativados durante os horários de menor movimento, mantendo simultaneamente amplas reservas de capacidade para os horários de pico.

LTW Intralogistics – Engenheiros de Fluxo - Imagem: LTW Intralogistics GmbH

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Redundância e disponibilidade do sistema

A disponibilidade de sistemas automatizados de armazenagem é um fator crítico de sucesso, especialmente em aplicações com restrições de tempo, como comércio eletrônico ou logística farmacêutica. Os sistemas de transporte oferecem redundância inerente devido à sua arquitetura. A falha de um único veículo de transporte resulta apenas em uma pequena redução no desempenho, já que os veículos restantes continuam operando. Em contrapartida, a falha de um sistema automatizado de armazenagem e recuperação (AS/RS) resulta na paralisação completa do corredor afetado.

O armazém com múltiplos acessos implementa redundância em vários níveis. Múltiplos elevadores de contêineres e sistemas de esteiras transportadoras para conectividade do armazém aumentam significativamente a disponibilidade. Cada dispositivo de movimentação de carga pode ser transferido de vários shuttles para diferentes elevadores e transportado para fora do armazém por meio de diversas conexões de esteiras. Mesmo durante o acesso para manutenção, quando níveis ou elevadores individuais são temporariamente desativados, o corredor do armazém permanece funcional.

O projeto técnico de sistemas de alta disponibilidade segue princípios de redundância estabelecidos. Redundância completa de um para um em componentes críticos, configurações mestre-escravo de sistemas de controle e unidades de monitoramento para servidores de processo redundantes são padrões da indústria. Sistemas de transporte se beneficiam de sua arquitetura distribuída, pois o desacoplamento técnico ou organizacional dos componentes da planta aumenta a disponibilidade geral.

Áreas de aplicação e casos de uso

A adequação de diferentes soluções de automação varia consideravelmente dependendo do contexto da aplicação. O atendimento de pedidos no comércio eletrônico impõe as maiores exigências em termos de produtividade e flexibilidade. Os sistemas de transporte automatizado (shuttle) dominam esse segmento devido à sua capacidade de lidar com picos de pedidos elevados e permitir processos paralelos em corredores estreitos. O processamento rápido de pedidos e a capacidade de gerenciar flutuações sazonais por meio da implantação flexível de sistemas de transporte automatizado são vantagens essenciais.

A indústria farmacêutica utiliza a tecnologia de transporte automatizado para aplicações que exigem tanto o máximo desempenho quanto a precisão do estoque. O gerenciamento automatizado de estoque e a capacidade de sequenciar pedidos com precisão atendem aos rigorosos requisitos de conformidade desse setor.

Em ambientes de produção, os sistemas de transporte são usados ​​principalmente como armazenamento intermediário e para abastecer as linhas de produção. Os processos just-in-time e just-in-sequence se beneficiam da rápida disponibilidade de itens e da possibilidade de sequenciamento automatizado. A integração com robôs paletizadores possibilita conceitos de fluxo de materiais eficientes.

Armazéns frigoríficos representam uma aplicação especializada onde os sistemas de transporte oferecem vantagens significativas. A redução do trabalho manual em ambientes de congelamento profundo diminui os custos com pessoal e melhora as condições de trabalho. Os veículos de transporte modernos são projetados para operar em temperaturas de até trinta graus negativos.

Exemplos práticos e aplicações implementadas

A implementação prática de sistemas de shuttle multinível demonstra seu desempenho. A ETRA Oy, na Finlândia, opera um armazém de contêineres com quatro corredores e 49.500 posições de armazenamento, combinando dez shuttles multiníveis GEBHARDT e duas transelevadoras convencionais. Essa solução híbrida utiliza de forma otimizada os pontos fortes de ambas as tecnologias.

A varejista online multimarcas britânica Skygate utiliza o sistema KNAPP Evo Shuttle para armazenar seis milhões de itens. A integração de 500.000 contêineres Evo Stacknest, especialmente projetados para esse fim, aumentou a eficiência do armazém em 25%. A solução permite o processamento de pedidos em apenas 30 minutos.

A Arvato opera a maior solução de transporte bidimensional do mundo no setor de cosméticos para uma varejista de beleza e estilo de vida. O sistema armazena e recupera 12.500 contêineres por hora em um sistema de armazenamento de dupla profundidade. A flexibilidade do sistema permite lidar com variações significativas nos volumes de pedidos e suaviza os picos de demanda.

A EssilorLuxottica utiliza 450 shuttles em uma configuração Evo Shuttle 1D para 500.000 posições de armazenamento. O sistema processa 33.000 pacotes diariamente, o que corresponde a uma produção de 250.000 itens por turno de sete horas e meia.

A HEAD Sportartikel implementou um armazém automatizado de peças pequenas (AS/RS) da Jungheinrich com 36.000 posições de paletes, capaz de movimentar 500 contêineres por hora. Este armazém na Europa Central, em operação desde junho de 2022, demonstra o sucesso da automação de um centro de distribuição de médio porte.

Otimização do espaço e da capacidade

A utilização do espaço em sistemas de armazenagem automatizados supera em muito a de soluções manuais. Sistemas de transporte multinível atingem uma densidade de trinta e seis contêineres por metro quadrado de área útil. Armazéns de grande altura com capacidade para dez mil paletes requerem apenas de dois a três mil metros quadrados de área útil.

Uma comparação quantitativa de diferentes sistemas de estantes com dimensões idênticas de armazém ilustra as diferenças de eficiência. Em um galpão de 100 por 100 metros com 9 metros de altura, uma estante porta-paletes padrão comporta 20.000 paletes. Uma estante porta-paletes flow aumenta a capacidade para 36.000 paletes. Um sistema pallet shuttle atinge a capacidade de 46.000 paletes no mesmo galpão, representando um aumento de 130% em comparação com a solução padrão.

O aumento da eficiência do espaço resulta de diversos fatores técnicos. A eliminação de amplos corredores de picking, o armazenamento em múltiplas profundidades e a utilização otimizada do espaço vertical contribuem para o aumento da capacidade. O gerenciamento dinâmico da localização do estoque permite o armazenamento de contêineres de diferentes tamanhos no mesmo nível, o que aumenta a flexibilidade e minimiza o desperdício de espaço.

Matriz de decisão e seleção de sistema

A seleção da tecnologia de armazenamento ideal envolve uma avaliação estruturada de critérios quantitativos e qualitativos. Os sistemas de armazenamento e recuperação são adequados para aplicações com baixa produtividade, baixas taxas de rotatividade, mercadorias pesadas com mais de cinquenta quilos e dimensões não padronizadas que não podem ser acomodadas por contêineres padrão. Essa tecnologia consolidada oferece alta confiabilidade operacional e intervalos de manutenção gerenciáveis.

As soluções de shuttle são preferíveis para requisitos de produtividade média a alta, entre cento e cinquenta e mil ciclos duplos por hora, alta rotatividade de locais de armazenamento, necessidade de acesso manual a cada local de armazenamento na estante, edifícios existentes que não permitem um armazém vertical clássico e aumentos previsíveis de desempenho do sistema.

A viabilidade econômica de armazéns automatizados para peças pequenas geralmente começa com 3.000 a 5.000 posições de armazenamento por corredor, em plena capacidade. Quando integradas a estruturas prediais existentes, soluções com menos de 1.000 posições podem ser vantajosas. No entanto, se o projeto exigir um novo edifício, as soluções automatizadas só se tornam economicamente viáveis ​​com volumes de contêineres significativamente maiores.

Uma análise do custo total de propriedade (TCO) deve considerar não apenas os custos de investimento, mas também o consumo de energia, as despesas de manutenção, os custos com pessoal e os custos do terreno ao longo do ciclo de vida do sistema. A escalabilidade e a capacidade de expansão do sistema são fatores de longo prazo que muitas vezes são subestimados na decisão inicial de investimento.

Funcionalidade de múltiplos corredores e sistemas de hub

Os conceitos de múltiplos corredores expandem a arquitetura básica dos sistemas de transporte, permitindo o acesso transversal entre os corredores. O Sistema de Empilhadeira com Corredores Múltiplos da Hubmaster permite que as máquinas de armazenamento e recuperação alternem entre vários corredores. Essa flexibilidade reduz o número de estações de operador necessárias, ao mesmo tempo que aumenta a eficiência do sistema.

O armazém multiacesso da psb intralogistics implementa um conceito de hub, integrando elevadores de contêineres em qualquer posição desejada dentro dos corredores de armazenagem. A tecnologia de esteiras transportadoras pode ser conectada em qualquer nível de armazenagem, permitindo máxima flexibilidade no planejamento do layout. Cada dispositivo de movimentação de carga é transportado por shuttles até os elevadores, que então guiam as mercadorias até sua estação de trabalho designada, sem qualquer tráfego cruzado.

Essa arquitetura é particularmente eficaz em armazéns longos, altos e de alta capacidade, onde oferece enormes reservas de desempenho. A possibilidade de modernizar elevadores e tecnologia de esteiras permite que o desempenho do sistema de transporte seja adaptado ao aumento da capacidade.

Implicações estratégicas e perspectivas futuras

A crescente prevalência de tecnologias de transporte entre plataformas reflete mudanças fundamentais na intralogística. O crescimento do comércio eletrônico, a escassez de mão de obra qualificada e o aumento dos custos de espaço estão acelerando a automação. Os sistemas de transporte entre plataformas de múltiplos níveis e as arquiteturas relacionadas não são uma solução universal, mas atendem a cenários de aplicação específicos com requisitos de alta produtividade e necessidade de flexibilidade.

A escolha da solução de automação adequada exige uma análise precisa dos requisitos operacionais, das condições econômicas e da direção estratégica de longo prazo. Os sistemas shuttle oferecem vantagens em termos de produtividade, escalabilidade e redundância, mas requerem investimentos iniciais mais elevados e tecnologia de estantes mais complexa. As máquinas de armazenamento e recuperação (SRM) continuam sendo a solução preferida para aplicações com um perfil de desempenho bem definido, alta confiabilidade operacional e baixos requisitos de manutenção para produtividade média.

A matriz de decisão baseada em evidências deve integrar parâmetros técnicos, como capacidade de processamento e eficiência energética, fatores econômicos, como custos de investimento e período de retorno, e aspectos operacionais, como redundância e facilidade de manutenção. Somente uma avaliação holística dessas dimensões permite a seleção da tecnologia de armazenamento ideal para a aplicação específica.

A evolução tecnológica dos sistemas automatizados de armazéns continua. A inteligência artificial para otimizar as estratégias operacionais, a tecnologia avançada de sensores para manutenção preditiva e as tecnologias avançadas de armazenamento de energia aprimorarão ainda mais o desempenho e a relação custo-benefício. Nesse contexto, o posicionamento estratégico dos sistemas de transporte multinível como uma solução de alto desempenho para aplicações de alta produtividade será ainda mais consolidado.

Konrad Wolfenstein

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