Sisteme de navetă pe mai multe niveluri (MLS) și soluții de navetă pe mai multe niveluri cu funcționalitate multi-culoar (MAL) vs. sisteme de navetă 2D/3D

Dezvoltarea rulmenților de înaltă performanță: Decizii strategice între MLS, tehnologia multi-culoar și tehnologia 3D

Intralogistica trece printr-o transformare fundamentală. Impulsionată de creșterea exponențială a comerțului electronic, de deficitul acut de lucrători calificați și de cererea de eficiență maximă a spațiului, conceptele tradiționale de depozitare își ating din ce în ce mai mult limitele fizice și economice. Acolo unde timp de decenii mașina de depozitare și recuperare (SRM) a fost standardul incontestabil pentru depozitele automate cu rafturi înalte, sistemele de tip navetă extrem de dinamice se impun acum ca răspuns la cerințele complexe ale centrelor de distribuție moderne. Cu toate acestea, alegerea „navetei” nu mai este o decizie simplă - necesită o examinare nuanțată a unei diversități tot mai mari de arhitecturi tehnologice.

Astăzi, concurența dintre tehnologii se învârte în principal în jurul sistemelor de tip shuttle pe mai multe niveluri (MLS), soluțiilor cu funcționalitate multi-aisle (MAL) și variantelor 2D sau 3D extrem de flexibile. Aceste sisteme diferă nu numai prin cinematică și design, ci urmează și logici de investiții și operaționale complet diferite. În timp ce macaralele clasice de stivuire se bucură de costuri de achiziție reduse în procesele standardizate, accentul pentru soluțiile de tip shuttle se mută pe randament, scalabilitate și redundanță. Cu performanțe maxime de peste 1.000 până la 3.000 de cicluri duble pe culoar pe oră, aceste sisteme redefinesc ceea ce este posibil în logistica depozitelor.

Aici, examinăm repoziționarea strategică a acestor tehnologii. Analizăm de ce, în ciuda investițiilor inițiale mai mari (CAPEX), costul total de proprietate (TCO) al sistemelor de tip navetă este adesea mai mic datorită eficienței energetice și costurilor reduse de întreținere. În plus, investigăm diferențele arhitecturale dintre sistemele bazate pe culoare și cele 3D și clarificăm ce tehnologie oferă avantajul competitiv decisiv pentru fiecare scenariu de aplicație - de la produse farmaceutice la congelare. În cele din urmă, alegerea sistemului de depozitare nu este o chestiune pur tehnică, ci o decizie economică cu privire la viabilitatea viitoare a propriului lanț de aprovizionare.

Când randamentul determină deciziile de investiții

Intralogistica trece printr-o schimbare fundamentală de paradigmă. În timp ce mașinile clasice de depozitare și recuperare au fost soluția standard pentru depozitele automate cu rafturi înalte timp de decenii, sistemele de transfer pe mai multe niveluri și tehnologiile de transfer aferente câștigă din ce în ce mai mult cotă de piață. Această schimbare nu este în niciun caz determinată de tehnologie, ci urmează o logică economică precisă care decurge din cerințele în schimbare ale centrelor de distribuție moderne. Alegerea între diferite soluții de automatizare este complexă și necesită o înțelegere aprofundată a parametrilor tehnici, economici și operaționali.

Fundamente tehnologice și diferențe arhitecturale

Sistemele de navetă pe mai multe niveluri (MLS) reprezintă o categorie distinctă de soluții automate de depozitare, fundamental diferite de variantele de navetă bidimensionale și tridimensionale. Un sistem MLS constă în vehicule de navetă compacte și ușoare, cu capacități de ridicare integrate, care pot deservi autonom mai multe niveluri de depozitare. Aceste vehicule ating viteze de până la patru metri pe secundă și gestionează sarcini utile maxime între treizeci și cincizeci de kilograme. Utilizarea spațiului este remarcabil de eficientă, cu o densitate de până la treizeci și șase de containere pe metru pătrat de suprafață.

În schimb, sistemele de navetă bidimensionale funcționează exclusiv pe orizontală pe un nivel de depozitare definit. Fiecare nivel are un vehicul de navetă dedicat, în timp ce transportul vertical este gestionat de sisteme de ridicare separate. Această separare arhitecturală a mișcării orizontale și verticale permite scalarea precisă a debitului, deoarece navetele și ascensoarele pot fi dimensionate independent. Performanța pe culoare a sistemelor bidimensionale tipice variază de la 500 la 1.000 de cicluri duble pe oră.

Sistemele de transfer tridimensionale reprezintă cea mai avansată opțiune din punct de vedere tehnologic. Aceste vehicule autonome se mișcă în trei dimensiuni și pot comuta între niveluri fără tehnologie separată de ridicare. Această libertate completă de mișcare are ca rezultat o flexibilitate maximă, dar necesită tehnologii complexe de control și navigație, precum și o infrastructură elaborată în mod corespunzător.

Diferența față de mașinile convenționale de depozitare și recuperare este substanțială. În timp ce o mașină de depozitare și recuperare tipică realizează între 80 și 120 de cicluri duble pe oră, sistemele de transfer de înaltă performanță gestionează între 500 și peste 1.000 de cicluri duble în același timp. Configurațiile specializate, cum ar fi Multi Access Warehouse de la psb intralogistics, ating chiar și 3.000 de cicluri duble pe culoar pe oră.

Analiza economică și structura investițiilor

Costurile de investiții ale sistemelor automate de depozitare prezintă diferențe structurale semnificative. Sistemele de tip navetă necesită, în general, investiții inițiale mai mari per locație de depozitare decât macaralele de stivuire convenționale. Această diferență de cost rezultă din multitudinea de componente active: un depozit funcțional necesită mai multe vehicule de tip navetă pe culoar, ascensoare verticale separate, sisteme complexe de control și tehnologie sofisticată de rafturi cu șine de ghidare integrate. Sistemele tradiționale de macarale de stivuire sunt adesea mai puțin costisitoare de achiziționat datorită deceniilor de standardizare și beneficiază de procese de fabricație consacrate.

Cu toate acestea, structura costurilor de operare inversează această relație. Sistemele de tip „shuttle” sunt mai eficiente din punct de vedere energetic pe ciclu de depozitare și recuperare, deoarece construcția lor ușoară și separarea mișcării orizontale de cea verticală consumă semnificativ mai puțină energie. Un sistem MLS consumă cu aproximativ șaizeci la sută mai puțină energie decât un sistem RBG comparabil pe ciclu de lucru. Vehiculele de tip „shuttle” moderne utilizează tehnologia supercondensatoarelor pentru alimentarea cu energie și reintroduc energia de frânare în sistem. Sistemele avansate dispun de moduri inteligente de economisire a energiei, cum ar fi funcțiile de repaus profund, care reduc la minimum consumul în standby.

Costurile de întreținere sunt, de asemenea, mai mici pentru sistemele de tip navetă. În timp ce macaralele de stivuire, fiind mașini individuale complexe, opresc întregul culoar în cazul unor probleme tehnice, sistemele de tip navetă, datorită arhitecturii lor modulare, pot înlocui vehiculele defecte individuale în timpul funcționării. Deși tehnologia de rafturi din soluțiile de tip navetă este mai complexă, lucrările de întreținere pot fi efectuate în timpul funcționării, deoarece culoarele rămân accesibile, iar navetele multiple compensează timpii de nefuncționare.

Calculele privind rentabilitatea investiției pentru sistemele de depozitare automată se bazează pe perioade standardizate de amortizare. Proiectele de automatizare de succes vizează perioade de rentabilitate a investiției (ROI) mai mici de cinci ani, amortizarea fiind adesea realizată în termen de doi până la trei ani. Alegerea între diferite tehnologii necesită o analiză diferențiată a investiției inițiale, a costurilor de operare curente, a consumului de energie și a cheltuielilor de întreținere pe întregul ciclu de viață.

Randamentul și scalabilitatea ca criterii de decizie

Randamentul este factorul cheie de diferențiere între diversele soluții de automatizare. În funcție de designul lor, mașinile convenționale de depozitare și recuperare ating 80 până la 120 de cicluri duble pe oră. Această performanță este suficientă pentru depozitele cu o rotație mică spre medie și un randament pe culoare sub 150 de cicluri duble pe oră. Sistemele de tip navetă, pe de altă parte, răspund cerințelor de randament mediu spre mare și gestionează de obicei 500 până la 1.000 de cicluri duble pe oră și culoare.

Configurațiile de înaltă performanță depășesc semnificativ aceste valori. Evo Shuttle de la KNAPP, în versiunea sa bidimensională, realizează peste o mie de cicluri duble pe culoar pe oră. Depozitul Multi Access de la psb intralogistics este proiectat pentru până la trei mii de cicluri duble pe culoar. Astfel de niveluri de performanță sunt atinse prin integrarea mai multor ascensoare de containere pe culoar, care pot fi poziționate în orice locație din structura depozitului.

Scalabilitatea este o diferență fundamentală între sistemele de transfer și mașinile de depozitare și recuperare pe culoare. În timp ce performanța unei mașini de depozitare și recuperare este limitată de fiecare mașină în parte, depozitele de transfer pot fi extinse prin adăugarea mai multor vehicule în timpul funcționării. Numărul de navete este scalabil independent de numărul de locații de depozitare. Dacă cerințele de randament cresc, se integrează navete suplimentare; dacă capacitatea de depozitare crește, culoarele sunt prelungite sau extinse. Această decuplare a performanței și capacității permite o strategie de investiții etapizată, limitând costurile inițiale și permițând creșteri ulterioare, după cum este necesar.

Depozitul Multi Access exemplifică această flexibilitate. Numărul variabil de ascensoare pentru containere și până la două navete pe nivel permit adaptarea precisă a performanței sistemului la cerințe. Tehnologia benzilor transportoare poate fi integrată pe orice nivel de depozitare, oferind flexibilitate maximă în planificarea amplasamentului. Ascensoarele individuale, secțiunile benzilor transportoare și zonele de picking pot fi dezactivate în afara orelor de vârf, menținând în același timp rezerve ample de capacitate pentru orele de vârf.

LTW Intralogistics – Ingineri ai fluxului - Imagine: LTW Intralogistics GmbH

LTW oferă clienților săi nu componente individuale, ci soluții complete integrate. Consultanță, planificare, componente mecanice și electrotehnice, tehnologie de control și automatizare, precum și software și service - totul este conectat în rețea și coordonat cu precizie.

Producția internă a componentelor cheie este deosebit de avantajoasă. Aceasta permite un control optim al calității, lanțurilor de aprovizionare și interfețelor.

LTW reprezintă fiabilitate, transparență și parteneriat colaborativ. Loialitatea și onestitatea sunt ferm ancorate în filosofia companiei – o strângere de mână încă înseamnă ceva aici.

Legat de asta:

• Soluții LTW

Redundanță și disponibilitate a sistemului

Disponibilitatea sistemelor automate de depozitare este un factor critic de succes, în special în aplicațiile cu timp critic, cum ar fi comerțul electronic sau logistica farmaceutică. Sistemele de tip navetă oferă redundanță inerentă datorită arhitecturii lor. Defecțiunea unui singur vehicul de tip navetă duce doar la o reducere minoră a performanței, deoarece vehiculele rămase continuă să funcționeze. În schimb, o defecțiune a unui sistem automat de depozitare și recuperare (AS/RS) duce la oprirea completă a culoarului afectat.

Depozitul cu acces multiplu implementează redundanță pe mai multe niveluri. Mai multe ascensoare pentru containere și sisteme de transport pentru conectivitatea depozitului cresc semnificativ disponibilitatea. Fiecare dispozitiv de manipulare a încărcăturii poate fi transferat de la mai multe navete la diferite ascensoare și transportat în afara depozitului prin diverse conexiuni ale benzilor transportoare. Chiar și în timpul accesului pentru mentenanță, atunci când nivelurile sau ascensoarele individuale sunt dezactivate temporar, culoarul depozitului rămâne funcțional.

Proiectarea tehnică a sistemelor cu disponibilitate ridicată respectă principiile de redundanță stabilite. Redundanța completă unu-la-unu a componentelor critice, configurațiile master-slave ale sistemelor de control și unitățile watchdog pentru monitorizarea serverelor de proces redundante sunt standarde industriale. Sistemele navetă beneficiază de arhitectura lor distribuită, deoarece decuplarea tehnică sau organizațională a componentelor instalației crește disponibilitatea generală.

Domenii de aplicare și cazuri de utilizare

Adecvarea diferitelor soluții de automatizare variază considerabil în funcție de contextul aplicației. Împlinirea comenzilor în comerțul electronic impune cele mai mari cerințe privind randamentul și flexibilitatea. Sistemele de tip shuttle domină în acest segment datorită capacității lor de a gestiona vârfuri mari de comenzi și de a permite procese paralele în culoare înguste. Procesarea rapidă a comenzilor și capacitatea de a gestiona fluctuațiile sezoniere prin implementarea flexibilă a shuttle-urilor sunt avantaje cheie.

Industria farmaceutică utilizează tehnologia navetă pentru aplicații care necesită atât performanță maximă, cât și acuratețe a stocurilor. Gestionarea automată a stocurilor și capacitatea de a secvenția cu precizie comenzile îndeplinesc cerințele stricte de conformitate ale acestui sector.

În mediile de producție, sistemele de tip navetă sunt utilizate în principal ca stocare tampon și pentru aprovizionarea liniilor de producție. Procesele just-in-time și just-in-sequence beneficiază de disponibilitatea rapidă a articolelor și de posibilitatea secvențierii automate. Integrarea cu roboții de paletizare permite concepte eficiente de flux de materiale.

Depozitele frigorifice reprezintă o aplicație specializată în care sistemele de navetă oferă avantaje semnificative. Reducerea forței de muncă manuale în mediile frigorifice reduce costurile cu personalul și îmbunătățește condițiile de muncă. Vehiculele moderne de navetă sunt proiectate pentru temperaturi de funcționare de până la minus treizeci de grade Celsius.

Exemple practice și aplicații implementate

Implementarea practică a sistemelor de navete pe mai multe niveluri demonstrează performanța acestora. ETRA Oy din Finlanda operează un depozit de containere cu patru culoare, cu 49.500 de locații de depozitare, combinând zece navete pe mai multe niveluri GEBHARDT și două macarale de stivuire convenționale. Această soluție hibridă utilizează optim punctele forte ale ambelor tehnologii.

Retailerul online multibrand Skygate, cu sediul în Marea Britanie, se bazează pe un sistem KNAPP Evo Shuttle pentru șase milioane de articole stocate. Integrarea a 500.000 de containere Evo Stacknest special concepute a crescut eficiența depozitului cu 25%. Soluția permite îndeplinirea comenzilor în doar 30 de minute.

Arvato operează cea mai mare soluție de transfer bidimensională din lume în sectorul cosmeticelor pentru un retailer de produse cosmetice și lifestyle. Sistemul depozitează și preia 12.500 de containere pe oră dintr-un depozit cu adâncime dublă. Flexibilitatea sistemului gestionează variații semnificative ale volumelor comenzilor și uniformizează vârfurile de sarcină.

EssilorLuxottica utilizează 450 de navete într-o configurație Evo Shuttle 1D pentru 500.000 de locații de depozitare. Sistemul procesează zilnic 33.000 de colete, ceea ce corespunde unei producții de 250.000 de articole pe tură de șapte ore și jumătate.

HEAD Sportartikel a implementat un depozit automat de piese mici (AS/RS) Jungheinrich cu 36.000 de poziții pentru paleți, capabil să gestioneze 500 de containere pe oră. Acest depozit central-european, operațional din iunie 2022, demonstrează automatizarea cu succes a unui centru de distribuție de dimensiuni medii.

Eficiență spațială și optimizare a capacității

Utilizarea spațiului sistemelor automate de depozitare depășește cu mult cea a soluțiilor manuale. Sistemele cu navetă pe mai multe niveluri ating o densitate de treizeci și șase de containere pe metru pătrat de suprafață. Depozitele cu rafturi înalte, cu zece mii de spații pentru paleți, necesită doar două până la trei mii de metri pătrați de suprafață.

O comparație cantitativă a diferitelor sisteme de rafturi cu dimensiuni identice ale depozitului ilustrează diferențele de eficiență. Într-o hală de 100 pe 100 de metri și o înălțime de 9 metri, un raft standard pentru paleți are o capacitate de 20.000 de paleți. Un raft cu flux de paleți crește capacitatea la 36.000 de paleți. Un sistem de transfer de paleți atinge 46.000 de paleți în aceeași hală, reprezentând o creștere de 130% față de soluția standard.

Creșterea eficienței spațiului rezultă din mai mulți factori tehnici. Eliminarea culoarelor largi de preluare a comenzilor, depozitarea la adâncimi multiple și utilizarea optimă a spațiului vertical contribuie la creșterea capacității. Gestionarea dinamică a locației de depozitare permite depozitarea containerelor de diferite dimensiuni la același nivel, ceea ce crește flexibilitatea și minimizează spațiul irosit.

Matricea decizională și selecția sistemului

Selectarea tehnologiei optime de depozitare implică o evaluare structurată a criteriilor cantitative și calitative. Sistemele de depozitare și recuperare sunt potrivite pentru aplicații cu randament redus, rate de rotație scăzute, mărfuri grele cu o greutate de peste cincizeci de kilograme și dimensiuni non-standard care nu pot fi preluate de containere standard. Această tehnologie consacrată oferă o fiabilitate operațională ridicată și intervale de întreținere ușor de gestionat.

Soluțiile de tip navetă sunt preferabile pentru cerințe de randament mediu spre mare, între o sută cincizeci și o mie de cicluri duble pe oră, rotație mare a locațiilor de depozitare, necesitatea accesibilității manuale a fiecărei locații de depozitare din raft, clădiri existente care nu permit un depozit clasic cu rafturi înalte și creșteri previzibile de performanță ale sistemului.

Viabilitatea economică a depozitelor automate de piese mici începe de obicei cu 3.000 până la 5.000 de locații de depozitare pe culoar la capacitate maximă. Atunci când sunt integrate în structurile clădirilor existente, soluțiile cu mai puțin de 1.000 de locații pot fi utile. Cu toate acestea, dacă proiectul necesită o clădire nouă, soluțiile automatizate devin rentabile doar cu volume de containere semnificativ mai mari.

O analiză a costului total de proprietate (TCO) trebuie să ia în considerare nu doar costurile de investiție, ci și consumul de energie, cheltuielile de întreținere, costurile cu personalul și costurile cu terenul pe durata ciclului de viață al sistemului. Scalabilitatea și extensibilitatea sistemului sunt factori pe termen lung care sunt adesea subestimați în decizia inițială de investiție.

Funcționalitate cu mai multe culoare și sisteme hub

Conceptele cu culoare multiple extind arhitectura de bază a sistemelor de tip shuttle prin permiterea accesului inter-culoar. Sistemul de macarale de stivuire cu culoare multiple Hubmaster permite mașinilor de depozitare și recuperare să comute între mai multe culoare. Această flexibilitate reduce numărul de stații de operare necesare, crescând simultan eficiența sistemului.

Depozitul Multi Access de la psb intralogistics implementează un concept central prin integrarea ascensoarelor pentru containere în orice poziție dorită pe culoarele de depozitare. Tehnologia benzilor transportoare poate fi conectată la orice nivel de depozitare, permițând o flexibilitate maximă în planificarea amplasamentului. Fiecare dispozitiv de manipulare a sarcinii este transportat cu ajutorul unor navete către ascensoare, care apoi ghidează mărfurile către stația de lucru desemnată, fără trafic transversal.

Această arhitectură este deosebit de eficientă în depozitele lungi, înalte și de mare capacitate, unde oferă rezerve enorme de performanță. Posibilitatea de a moderniza ascensoarele și tehnologia benzilor transportoare permite adaptarea performanței sistemului de tip navetă la o capacitate crescută.

Implicații strategice și perspective de viitor

Prevalența tot mai mare a tehnologiilor de tip „shuttle” reflectă schimbări fundamentale în intralogistică. Dezvoltarea comerțului electronic, deficitul de competențe și creșterea costurilor spațiului accelerează automatizarea. Sistemele de tip „shuttle” pe mai multe niveluri și arhitecturile aferente nu reprezintă o soluție universală, ci abordează scenarii specifice de aplicații cu cerințe de randament ridicat și o nevoie de flexibilitate.

Alegerea soluției de automatizare potrivite necesită o analiză precisă a cerințelor operaționale, a condițiilor economice și a direcției strategice pe termen lung. Sistemele de transfer oferă avantaje în ceea ce privește randamentul, scalabilitatea și redundanța, dar necesită investiții inițiale mai mari și o tehnologie de rafturi mai complexă. Mașinile de depozitare și recuperare rămân soluția preferată pentru aplicațiile cu un profil de performanță clar definit, fiabilitate operațională ridicată și cerințe reduse de întreținere pentru randament mediu.

Matricea decizională bazată pe dovezi trebuie să integreze parametri tehnici precum randamentul și eficiența energetică, factori economici precum costurile de investiție și perioada de recuperare a investiției, și aspecte operaționale precum redundanța și ușurința întreținerii. Doar o evaluare holistică a acestor dimensiuni permite selectarea tehnologiei de stocare optime pentru aplicația specifică.

Evoluția tehnologică a sistemelor automate de depozitare continuă. Inteligența artificială pentru optimizarea strategiilor de operare în depozit, tehnologia avansată a senzorilor pentru mentenanța predictivă și tehnologiile avansate de stocare a energiei vor îmbunătăți și mai mult performanța și rentabilitatea. În acest context, poziționarea strategică a sistemelor de navetă pe mai multe niveluri ca soluție de înaltă performanță pentru aplicații cu randament ridicat va fi consolidată în continuare.

Konrad Wolfenstein

Aș fi bucuros să vă servesc drept consilier personal.

contacta la wolfenstein ∂ xpert.digital

Sunați-mă la +49 89 89 674 804 (München) .

LinkedIn
 

Consultanță, planificare și implementare de soluții complete pentru depozite cu rafturi înalte și sisteme automate de depozitare - Imagine: Xpert.Digital

Mai multe informații aici:

• Consultanță și planificare pentru depozite înalte: Depozit automat cu rafturi înalte – Optimizarea depozitării paleților complet automat – Optimizarea depozitului