Fascynuje nas ich zwarta zabudowa, co prowadzi często do mylnego wniosku, że można zabudować nimi całą dostępną powierzchnię hali naszego magazynu. Widzimy ich bardzo dynamiczne ruchy związane z transportem nośników we wszystkich kierunkach i nie zawsze rozumiemy, które algorytmy powodują ruchy potrzebne do przeprowadzenia kompletacji w określonej sekwencji, a które ruchy służą jedynie optymalizacji położenia towaru. Po uruchomieniu najczęściej jesteśmy zawiedzeni rezultatem, gdyż nie wiemy dokładnie, jaką grupą rotacji naszych indeksów zatowarować to urządzenie. Te i wiele innych spostrzeżeń z praktyki projektowej skłoniło mnie do podjęcia kolejnej próby wyjaśnienia, w jakich warunkach biznesowych (zakres i wymiary indeksów, sposób opakowania, struktura zlecenia, warunki zabudowy i wiele innych) inwestycja w urządzenie typu shuttle ma sens.
Aby usystematyzować nieco wiedzę na temat tych fascynujących urządzeń, opiszę i wyjaśnię kilka podstawowych parametrów i funkcji towarzyszących projektom w fazie koncepcyjnej i potem wdrożeniowej dla shuttle.
Ze względu na sposób zastosowania systemy shuttle dzielimy na:
- Układy magazynowe służące do składowania odpowiedniej ilości towaru w wydzielonych sekcjach regałowych i poziomach znajdujących się w nich połączonych w osie.
- Systemy kompletacyjne, gdzie w połączeniu z układem magazynowym występują stacje kompletacyjne zasilane pojemnikami źródłowymi, z których pracownik lub robot dokonuje pobrania żądanego towaru.
- Systemy zasilające pojemnikami inne systemy kompletacyjne lub magazynowe – w tej roli shuttle jest dynamicznym układem magazynowym działającym jako bufor pomiędzy dostawą a miejscem pobrania.
- Układ sortujący i/lub podający pojemniki w odpowiedniej sekwencji.
- Układy mieszane zawierające wyżej wymienione funkcje i sposoby realizacji zadań magazynowych.
Wskazane sposoby zastosowania mają konsekwencje w sposobie prowadzenia obliczeń wydajnościowych systemu, planowania i tworzenia specyfikacji. W kolejnych punktach chciałbym zwrócić uwagę na szczególnie ważne elementy konstrukcji i naświetlić ich wpływ na tryb pracy i przepustowość logistyczną.
Fot. 1. Układ shuttle zintegrowany z układem przenośników w magazynie e-commerce
(materiały własne LLS)
Dobór nośnika logistycznego
W praktyce stosujemy jako nośniki zarówno pojemniki z tworzywa sztucznego, jak i kartony. Możliwe są także układy mieszane, jak i stosowanie specjalnych tac, na których układane są kartony (najczęściej przy złej jakości kartonu).
Najczęściej spotykanym zastosowaniem jest układ shuttle w połączeniu ze stacjami do kompletacji, gdzie nośnikiem źródłowym jest pojemnik z tworzywa sztucznego normowany według schematu EURO-BOX. O ile wymiary podstawy tych pojemników są znane, to zasadniczym pytaniem pozostaje dobór ich wysokości. Zbyt niski pojemnik spowoduje konieczność częstych zmian i przemieszczeń w wyniku wyczerpania się zapasu towaru i może powodować wypadanie produktów podczas przemieszczenia. Zbyt wysokie pojemniki pogarszają ergonomię procesu kompletacji. Od ok. 320 mm wysokości niekorzystny staje się kąt, pod jakim pracownik musi sięgnąć po kolejną sztukę towaru w miary opróżnienia pojemnika.
Zastosowanie składowania w kartonach (lub mieszane kartony i pojemniki) na półkach shuttle jest także możliwe i dopuszcza się dużą zmienność wymiarów, co jednak ma niekorzystny wpływ na zagęszczenie na półkach, gdyż algorytmy muszą w takim przypadku ciągle dokonywać weryfikacji wolnej przestrzeni.
Fot. 2. Widok jednego poziomu technicznego wewnątrz jednej osi shuttle (materiały własne LLS)
Wymiary systemu shuttle
O ile wymiar wysokości hali magazynowej jest jednocześnie ograniczeniem dla wysokości systemu shuttle (w praktyce do 30 m), o tyle w projektowaniu bardzo często porównujemy wyniki analiz, w których zmiennymi są długość systemu oraz jego szerokość – w praktyce oznacza to dobór liczby osi systemu.
Podczas projektowania liczby osi systemu rozważana jest głębokość składowania nośników. W praktyce stosujemy najczęściej składowanie na podwójną głębokość, tzw. double-deep. Rzadziej spotykane składowanie na jedną lub potrójną głębokość wymusza specyficzny dobór indeksów, uwzględniając ich rotację i przygotowanie algorytmów oraz zwiększoną ilość pustych lokalizacji dla zapewnienia swobodnego przemieszczania.
Zagadnienie długości osi shuttle można – na podstawie doświadczeń projektowych i kolejnych uruchomień systemów – zakończyć odpowiedzią: maksymalnie do 100 m. Jest to spowodowane z jednej strony zjawiskiem rozszerzalności cieplnej stali, która w warunkach letnich spowoduje odkształcenia na szynach prowadzących. W wyniku tych odkształceń pojawi się ciągła potrzeba systemu do kalibracji i ponownego pozycjonowania wózków na długości, co w konsekwencji wpłynie także na wydajność systemu. Z drugiej strony czas potrzebny na przemieszczenia w osi o długości od ok. 75 do 100 m wydłuża się znacząco i także zmniejsza przepustowość systemu.
Konfiguracja wind podających i wydających nośniki na czole systemu
Bardzo ważną kwestią rozpatrywaną podczas planowania jest właściwy dobór wind montowanych na czole systemu shuttle, których zadaniem jest odbiór nośnika na dowolnym piętrze i podanie go do nitki wyjściowej przenośników. W drodze powrotnej winda powinna pobrać pojemnik z przenośnika w celu odwiezienia go na poziom składowania, wykonując w ten sposób tzw. cykl podwójny.
Ponieważ wydajność wind jest kluczowa dla określenia wydajności jednej osi systemu shuttle, w praktyce nie stosujemy pojedynczych wind, lecz dwie windy, w których zamontowane są klatki z dwoma poziomami. To oznacza, że winda podczas jednego przemieszczenia może pobierać dwa pojemniki jednocześnie. Taka konfiguracja znacząco zwiększa przepustowość systemu przy nieznacznie większych nakładach inwestycyjnych w porównaniu z windami jednopoziomowymi. W praktyce realne do osiągnięcia są zatem przepustowości rzędu 850 i więcej pojemników na godzinę w jednej windzie.
Fot. 3. Szyb windy shuttle w jednej osi (materiały własne LLS)
Zagadnienia ppoż. w planowaniu systemów typu shuttle
Zmiany czy też interpretacja przepisów zabezpieczenia przeciwpożarowego długo nie nadążały za rozwojem w dziedzinie systemów automatyzacji magazynowej. Obecnie, kiedy pojawiły się już pierwsze ukierunkowane interpretacje i rekomendacje techniczne dla zabezpieczenia układów shuttle, nadal pozostaje otwartą kwestią, według jakich norm zabezpieczenia ppoż. ma być zabezpieczony cały budynek. Wyjaśnienie tej kwestii jest istotne dla dalszego postępowania przy projektowaniu układu regałowego shuttle. Tutaj istotną rolę odgrywają np. odległości od główek tryskaczy do powierzchni towaru w pojemniku, liczba poziomów składowania pomiędzy ciągami tryskaczy, powierzchnia otworów w dnie pojemnika w stosunku do całkowitej powierzchni jego dna, odległości poziome pomiędzy pojemnikami i wiele innych parametrów.
Przed przystąpieniem do planowania inwestycji z udziałem systemu shuttle rekomenduję naszym klientom intensywne poszukiwania kompetentnych rzeczoznawców mających już doświadczenie z tym systemem, którzy potrafią prawidłowo ocenić potencjalne zagrożenie podczas eksploatacji tego typu urządzeń.
Zagadnienia statyczne dla układu regałów shuttle
W codziennej praktyce spotykamy się z bardzo uproszczonym podejściem (ze strony wynajmujących i deweloperów) w stosunku do obciążeń posadzki magazynu. Najczęściej słyszymy, że posadzka ma wytrzymałość 5 t na metr kwadratowy. Tak podana wartość obciążenia roboczego nie jest niestety użyteczna dla znalezienia rozwiązania zagadnienia posadowienia systemów automatyzacji magazynowej, gdzie występują zarówno obciążenia statyczne, jak i dynamiczne. Dodatkowo przenoszone są one punktowo i za pomocą stopy regałowej wywierają nacisk powierzchniowy na powierzchni posadzki.
W celu prawidłowego posadowienia regału systemu shuttle należy przygotować układ mechaniczny pozwalający na niwelowanie nierówności posadzki, jak i odkształceń wynikających z obciążenia roboczego wewnątrz regału.
Przygotowanie wstępnej dokumentacji regałowej jest poza tym niezbędne dla poznania wartości sił dynamicznych działających w poszczególnych ramach regałowych. Mogą one działać zarówno „wyrywająco”, jak i „ściskająco”, co dodatkowo przyczynia się do niszczącego działania w miejscu kotwienia.
Podobny priorytet mają zastosowane wzmocnienia poprzeczne układu, tzw. odciągi, których zadaniem jest zapobieganie (poprzez wzajemne oddziaływanie ram regałowych) zjawisku „składania” się regału. W praktyce pola regałowe wyposażone w odciągi mogą mieć mniejszą wartość użytkową, gdy zamontowane w nich regały przepływowe służą do zasilania stacji kompletacyjnych.
Fot. 4. Posadowienie ramy regałowej shuttle pozwalające na regulację poziomu (materiały własne LLS)
Przykłady planowania układów shuttle
Dla e-commerce – przypadek 1
Dla projektu, w którym docelowo planowano obsługę asortymentu sięgającego 200 tys. SKU, konieczne było wydzielenie kilku stref w zależności od rotacji i wymiaru indeksu. Produkty, które nie spełniały warunków wymiarowych lub rotacji, składowane i kompletowane były na antresoli roboczej wielopoziomowej. Niemniej i dla tej grupy towarowej shuttle znalazł swoje zastosowanie w postaci dynamicznego bufora uzupełniającego zapasy w antresoli, dodatkowo uwzględniając dynamicznie zmieniające się obciążenia na piętrach.
Produkty o największej rotacji zostały umieszczone w „krótkich” (do ok. 40 m długości) tzw. AA-shuttle-ach, gdzie składowane są indeksy z odpowiednim zapasem zapewniającym uzupełnienia w możliwie krótkim czasie.
Grupa shuttle 3 × 4 (fazowa rozbudowa) zaplanowana została dla największej grupy towarowej i w związku z tym spodziewana liczba linii zamówień wymagała bardzo dynamicznego podania pojemników źródłowych do stacji kompletacyjnych. Z tego też powodu zdecydowano się na wykorzystanie sortera pojemników jako medium dla transferu pojemników pomiędzy stacjami.
Dla e-commerce – przypadek 2
W drugim przypadku opracowanym przez nasz zespół zadanie polegało na integracji systemu shuttle dla wybranej grupy towarowej, w której zakresy wymiarowe nie kwalifikowały wszystkich indeksów do rozmieszczenia ich w pojemnikach systemu. Z drugiej strony jednak układ przenośników i rotacja towaru w połączeniu z procesem sortowania innych grup towarowych (produkty płaskie o szybkiej rotacji) wprowadziła konieczność budowy stacji kompletacyjnych wzdłuż systemu shuttle.
W wyniku analizy danych udało się wyselekcjonować ok. 800 SKU, których dzienna rotacja wynosiła odpowiednio od dwóch do pięciu pojemników. Takie zapotrzebowanie spowodowało wydzielenie w shuttle pierwszych pięciu poziomów pod składowanie i kompletację tych SKU. Dodatkowo wykorzystano możliwość uzupełnienia stanu magazynu w regale przepływowym za pomocą sekcji regałowej wewnątrz shuttle, leżącej dokładnie naprzeciwko kanału kompletacyjnego. W efekcie zredukowało to zapotrzebowanie na moc produkcyjną wind systemu shuttle, które w godzinach szczytowych mogły obsługiwać pozostałe poziomy systemu. Przemieszczenie pojemników z sekcji regałowej shuttle do kanału przepływowego przejmowały wózki danego poziomu.
Wyjątkowo ciekawym zastosowaniem systemu shuttle było wykorzystanie układu do buforowania i sekwencjonowania pojemników z uprzednio skompletowanymi produktami. Zlecenia częściowe, skompletowane uprzednio w innych strefach magazynu i oczekujące na brakujące towary lub będące częścią większego zlecenia – mające być poddane pakowaniu w jednej wspólnej stacji przygotowania wysyłki – trafiały do bufora shuttle. W wyznaczonym przez algorytm oknie czasowym dany pojemnik był podawany przez shuttle przenośnikami do stacji pakowania.
Wsparcie przy wyborze konfiguracji systemu shuttle
Przytoczone przykłady, jak również wielorakość parametrów technicznych i operacyjnych pokazują, przed jakim wyzwaniem stawiani są inwestorzy przy wyborze systemu shuttle do własnego magazynu. Kompetencje techniczne, będące po stronie dostawcy, mogą okazać się niewystarczające przy konfrontacji z brakiem wyobrażenia o tym, w jaki sposób chcemy użytkować nowy system i w jakiej perspektywie czasowej spodziewamy się zmian zachowania naszych klientów. Tego rodzaju doświadczenia i wiedzę o rynku musimy – jako użytkownik i inwestor – sformułować za pomocą estymowanych przepływów strumieni towarowych. Następnie należy je poddać analizie przydatności do użycia w tego typu systemach, jakimi są wysokodynamiczne układy shuttle. Wsparcie merytoryczne i obliczeniowe w postaci własnych zespołów analitycznych lub doświadczonego doradcy może okazać się koniecznym krokiem przed przystąpieniem do dalszych rozmów z potencjalnymi dostawcami.
Rys. 2. Stanowisko kompletacji pomiędzy shuttle i regałem przepływowym
Fot. 5. Sekcja regałowa i regał przepływowy wewnątrz shuttle (materiały własne LLS)
