Miniload- ja shuttle-järjestelmät

Näillä kahdella järjestelmällä on hyvin paljon yhteistä. Ne ovat suunniteltu siirtämään pahvi- ja muovilaatikoita sekä erilaisia alustoja varastoon ja sieltä pois. Molemmista näistä löytyy:

• Keräilyasemat
• Laatikoiden täyttöpisteet
• Korkea hyllystörakenne, jossa laatikoita varastoidaan
• Edelliset yhdistävä kuljetinjärjestelmä

Allaoleva video on osa simulointia, joka on tehty miniload-varaston toimivuuden testaamiseksi. Simuloinnin avulla voidaan testata miniload- tai shuttle-varaston toimivuus, ennen lopullisen investointipäätöksen tekemistä.

Erottavana tekijänä näillä kahdella järjestelmällä on tapa siirtää laatikko kuljettimilta varastopaikalle. Miniload-varastossa laatikoiden siirron hoitaa hissi, joita on yhtä varastokäytävää kohden yksi kappale. Tämä hissi liikkuu käytävän keskellä olevalla kiskolla. Shuttle-järjestelmässä laatikoita liikutellaan puolestaan vaunujen avulla, jotka liikkuvat hyllystöihin integroiduilla kiskoilla. Vaunuja voi olla yhtä hyllykerrosta kohden yksi, joten yhdelle käytävälle mahtuu useampi vaunu. Vaunut voivat vaihtaa kerrosta hissien avulla, joilla ne myös tuovat laatikot keräilyasemille.

Ensimmäisessä allaolevassa videossa kuvataan miniload-järjestelmän toimintaa ja toisessa shuttle-järjestelmää.

Miniload- ja shuttle-varastojen erot

Jotta saavutetaan kokonaisvaltaisempi ymmärrys näistä järjestelmistä, niin vertaillaan seuraavaksi niiden ominaisuuksia. Vaikka niiden toimintaperiaate; siirtää laatikoita automaattisesti varastoon ja sieltä pois, on sama, niissä on eroja, jotka voivat vaikuttaa niiden sopivuuteen erilaisiin ympäristöihin.

Miniloadin ja shuttlen merkittävimmät erot:

• Hissit ja vaunut
• Kapasiteetti
• Tehokkuus
• Energian kulutus
• Hyllystörakenne
• Hankintahinta
• Ohjaus ja optimointi

Avataan seuraavaksi näitä eroja hieman tarkemmin.

Hissit ja vaunut

Yksi miniloadin ja shuttlen merkittävimmistä eroista liittyy tavaroita siirteleviin robotteihin, kuten aiemmin mainittiin. Miniload-varastossa hissi liikkuu maassa olevalla kiskollaan mastonsa avulla sekä x- että y-suunnassa. Tämän ansiosta se voi hoitaa itsenäisesti koko käytävän hyllypaikat, mutta toisaalta tämän seurauksena hyllyvälissä ei voi olla useampaa hissiä.

Shuttle-varastossa keräilyvaunut liikkuvat itsenäisesti hyllykerroksiin asennetuilla kiskoilla vain vaakasuunnassa. Pystysuuntainen liikenne hoidetaan hyllystön päässä olevien hissien avulla. Tämä tarkoittaa sitä, että jokaista kerrosta kohden voi olla yksi shuttle-vaunu. Jos jokaiseen kerrokseen ei haluta omaa vaunua, voi vaunu vaihtaa kerrosta hyllystön päädyssä olevan hissin avulla. Tämä sama hissi hoitaa laatikoiden siirron ylös ja alas.

Kapasiteetin joustavuus

Miniload-varaston kapasiteetti tulee pitkälti hissien lukumäärästä ja osittain hissien nopeudesta ja noutoetäisyyksistä (käytävän pituudesta ja hyllystön korkeudesta). Kapasiteetti on pitkälti lukittu, kun automaatio on hankittu. Jos miniload-varastoon halutaan lisää varastokapasiteettia tai tehoa, se tarkoittaa automaattisesti uuden hissikäytävän rakentamista. Tämä lisää sekä varastopaikkoja että keräilykapasiteettia, vaikka tarvetta olisi vain toiselle.

Shuttle-varasto voidaan nähdä miniload-varastoa joustavampana ratkaisuna, koska vaunuja voidaan hankkia lisää samaan hyllyväliin. Tällä saadaan lisää käsittelykapasiteettia ilman tarvetta rakentaa uusia varastopaikkoja. Tämän takia shuttle-varasto kykenee vastaamaan paremmin esimerkiksi kysynnän heilahteluihin ja kasvuun.

Tehokkuus

Shuttle-varastoa varastoa voidaan pitää miniload-varastoa tehokkaampana ratkaisuna, koska keruuvaunuja voi olla useampi käytävää kohti. Tämä usein johtaakin siihen, että hyllystön päissä olevat hissit muodostuvat pullonkaulaksi. On tärkeää laskea hissien tarve oikein, jotta tehokkaasta järjestelmästä saadaan kaikki irti.

Energian kulutus

Näistä kahdesta järjestelmästä shuttle-järjestelmä on energiatehokkaampi sen kevyiden vaunujen ansiosta. Miniload-järjestelmän hissi painaa, ja vaikka siinä on energian takaisinotto jarrutuksessa, kuluu energiaa eri tavalla kuin kevyessä shuttle-järjestelmässä.

Hyllystörakenteen soveltuvuus eri tiloihin

Shuttle-varasto pystyy mukautumaan erilaisiin tiloihin miniload-varastoa paremmin. Jos olemassa oleva varastotila, johon uusi järjestelmä rakennetaan, sisältää esimerkiksi eri korkuisia osia, on shuttle-varasto helpompi mukauttaa niihin, kuin kiinteällä mastolla varustettu ja pitkällä kiskolla liikkuva hissi.

Hankintahinta

Kun shuttle-järjestelmää pidetään yleisesti tehokkaampana ratkaisuna, heijastelee se myös hintaan. Shuttle-varastolla on todennäköisesti miniload-varastoa suurempi hankintahinta. Näitä kahta ratkaisua on mahdollista yhdistää, jolloin voidaan saavuttaa kapasiteettitavoitteet, mutta toisaalta pysyä budjetissa.

Ohjaus ja optimointi

Kaikkeen automaatioon soveltuu parhaiten tasainen kuormitus. Näin ei kuitenkaan useimmiten ole, vaan mitoitus pitää tehdä huippukuormituksen mukaan. Huippukuormitusta vastaava kapasiteettikaan ei vielä riitä, jos järjestelmä ei ole tasapainossa. Miniload-varastossa on tärkeää, että kaikille käytäville saadaan allokoitua tasaisesti kuormitusta, jottei käy niin että yksi hissi on ylikuormitettu ja muut odottavat tehtäviä.

Shuttle-varastossa kuormitusta pitää pystyä allokoimaan tasaisesti paitsi käytäville, myös eri kerroksissa operoiville keruuvaunuille.

Molemmissa voi lisäksi muodostua pullonkaulaksi keruuasemat tai keruuasemia ruokkivat kuljettimet. Käytännössä tätä on lähes mahdoton tutkia muuten kuin rakentamalla simulointimalli. Simuloinnista myöhemmin erillisessä blogissa.

Järjestelmän hankinta

Vaikka toinen esitellyistä varastoautomaatioista kuulostaisi selkeästi sopivammalta, tulee tehdä laskelmia, joiden avulla voidaan varmistua siitä, että valittu ratkaisu oikeasti toimii halutulla tavalla. Yksi merkittävimmistä tekijöistä, joka vaikuttaa näiden järjestelmien tehokkuuteen ja joka on huomioitava hankintatilanteessa, on käytävän pituus (ja korkeus). Kuva alla havainnollistaa, miten käytävän pituus vaikuttaa toisaalta varastopaikkojen määrään, mutta myös toisaalta järjestelmän tehokkuuteen. Pitkillä käytävillä saadaan yhden hissin tai vaunun ulottuville monia tuotteita, mutta toisaalta samalla menetetään tehoa käytävän pidentyessä.

Mitoituksessa tulee myös huomioida erilaisia kysyntätilanteita. Jos varastoautomaatio mitoitetaan riittäväksi muutaman kerran vuodessa tapahtuviin kysyntäpiikkeihin, tulee järjestelmästä helposti ylimitoitettu ja kapasiteettia jää hyödyntämättä normaalissa käytössä. Toki laskelmiin vaikuttaa myös toiminnan ennustettu kasvu. Miniloadin osalta laskelmissa tulee olla erityisen huolellinen, koska sen kapasiteetin lisääminen tai vähentäminen ei onnistu yhtä kätevästi, kuin shuttle-varaston.

Yhteenveto

Miniload ja shuttle -järjestelmät ovat laatikkovarastoinnin raskasta sarjaa. Näillä voidaan tehdä jopa 30 metriä korkeita varastoja, joihin voidaan varastoida kymmeniätuhansia laatikoita pientavaraa. Automaatio pääsee kaikkiin laatikoihin käsiksi ja niitä siirretään jatkuvana virtana keräilypisteille tilausten keräilyyn. Keräilyteho voi olla tuhansia rivejä tunnissa.

Miniload- ja shuttle-järjestelmillä on saavutettavissa merkittäviä etuja, joita ovat muun muassa tehokkaampi keräily ja varastotilan hyödyntäminen sekä pienempi työvoiman tarve perinteiseen keräilyyn verrattuna. Nämä varastoautomaatiot vaativat kuitenkin huomattavan investoinnin ja korkean yhtenäisen tilan ja siksi on tärkeää, että ne suunnitellaan huolellisesti sopiviksi haluttuun ympäristöön, jotta ne toimivat halutulla tavalla ja jotta niistä saadaan kaikki hyöty irti.

Kuvat: Daniela Brusamolin ja TGWmechanics, Lisenssi1,  Lisenssi2

Muita blogitekstejä:

Yleistä automaattivarastoista

Varastotoiminnot vaativat usein paljon henkilöstöresursseja ja tilaa yritykseltä. Lisäksi keräily perinteisin keinoin on iso kustannus yrityksille, koska se vaatii koulutettua työvoimaa, joka suostuu työskentelemään vuoroissa. Automaattivarastot pyrkivät vastaamaan näihin haasteisiin.

Automaattiset varastointi- ja noutojärjestelmät (englanniksi automated storage and retrieval system tai lyhennettynä ASRS) koostuvat erilaisista tietokoneohjatuista järjestelmistä, jotka varastoivat tai noutavat kuormia varastopaikoista keräilyasemiin työntekijöiden keräiltäväksi. Automaattivarastojen etuja perinteisiin varastoihin verrattuna ovat muun muassa pienempi tilantarve, mukautuvuus kysyntään sekä jatkuvan käytön mahdollisuus.

Pientavaralle tarkoitettuja automaattivarastoja on lukuisia tyyppejä kevyemmistä pystymallisista pientavara-automaateista ja karusellivarastoista suurempiin miniload- ja shuttle-laatikkovarastoihin. Näiden kahden viimeisen tyyppisiin varastoihin palaamme myöhemmin omassa blogitekstissään. Keskitytään tässä blogissa kuutionmallisiin robottivarastoihin. Tällä hetkellä yksi tunnetuimmista automaattivarastojärjestelmistä on Autostore. Esimerkiksi Verkkokauppa.com investoi varastoautomaatioon ja ottaa investoinnin ensimmäisessä vaiheessa Autostore-järjestelmän käyttöön. EP-Logistics on mukana Verkkokauppa.comin kumppanina Autostoren käyttöönotossa.

Tutkitaan seuraavaksi Autostoren avulla, miten edellä mainitut kuutionmalliset robottivarastot toimivat, ja miksi ne ovat tällä hetkellä niin suosittuja.

Miten Autostore toimii?

Autostore toimii kehikossa, jossa laatikot on asetettu pinoiksi. Keräilyrobotit liikkuvat kehikon päällä, josta ne etsivät sille asetetun kohteen keräiltäväksi.

Autostore koostuu viidestä pääkomponentista:

1. Laatikot: tuotteet varastoidaan laatikoissa
2. Kehikko: järjestelmä koostuu kehikosta, johon laatikoita kasataan päällekkäin
3. Keräilyrobotit: robotit liikkuvat kehikon päällä, josta ne keräävät laatikoita
4. Portit: robotit tuovat kerätyt laatikot porteille
5. Ohjauskeskus: suunnittelee ja ohjaa Autostoren toimintaa

Alla oleva Autostoren video havainnollistaa toimintaperiaatteen.

Autostoren edut

Autostore ei ole saavuttanut suosiotaan turhaan. Sen käyttöönotto on tuonut yrityksille huomattavia etuja.

Tilankäyttö

• Toimintalogiikkansa ansiosta Autostore on tiivein automaattivarasto. Autostore ei tarvitse erillisiä käytäviä liikkumiseen, jonka lisäksi laatikot ovat varastossa päällekkäin, ilman että niiden väliin jää tyhjää tilaa.
• Rakenteensa ansiosta Autostore on myös helppo asentaa jo olemassa olevaan varastotilaan, eikä sitä varten tarvitse rakennuttaa uusia tiloja. Kehikon pystyy myös rakentamaan hyvin erilaisiin muotoihin.
• Järjestelmää on mahdollista laajentaa, vaikka se olisi käytössä.

Tehokkuus ja kustannussäästöt

• Autostore kuluttaa perinteistä varastojärjestelmää vähemmän energiaa eikä tarvitse esimerkiksi kattovalaistusta.
• Autostoren käyttö säästää työvoimakustannuksissa ja voi olla perinteistä keräilyä 50 % tehokkaampaa.

Mitä haasteita ja rajoitteita Autostoreen liittyy?

Vaikka Autostoreen liittyy iso määrä hyviä ominaisuuksia, ei sekään ole täydellinen.

Yksi ongelmista Autostoren kohdalla liittyy sen tilaa säästävään toimintalogiikkaan. Kun laatikoita pinotaan järjestelmässä päällekkäin, osa tuotteista jää pinon alimmaisiksi. Autostoren mukaan järjestelmä oppii tunnistamaan, mitkä ovat hitaita tuotteita ja ne jäävät lopulta pinon alimmaisiksi ja nopeiten kiertävät tuotteet päätyvät pinon päälle. Kuitenkin joskus hitaasti kiertäviä tuotteita tarvitaan, ja silloin robotit joutuvat pinoamaan tuotteet kehikon päälle, saadakseen pohjalla olevia tuotteita. Jos yrityksen tuotteiden kysyntä vaihtelee paljon tuotteittain, voi tämä hidastaa merkittävästi Autostoren toimintaa.

Tuotteet, joita Autostoreen voidaan varastoida ovat rajatun kokoisia ja painoisia. Autostore tarjoaa kolmen korkuisia laatikoita: 220 mm, 330 mm ja 425 mm. Lisäksi laatikoille on asetettu 30 kg painoraja. Joten jos yrityksen varastossa on paljon tuotteita, jotka eivät mittojensa puolesta sovi laatikoihin tai ylittävät painorajan, ei Autostoren hankinta ole välttämättä kannattavaa.

Autostore-järjestelmällä on myös maksimikorkeus, joka on korkeimmillaan 425 mm korkeilla laatikoilla noin 6 metriä (14 laatikon pino). Jos olemassa olevat tilat ovat paljon korkeammat, ei kaikkea kapasiteettia saada hyödynnettyä Autostorella, vaikka se tihein automaattivarasto onkin.

Yksi automaattivarastoille yhteinen haaste on myös niiden rajallinen kyky mukautua kysynnän heilahteluihin. Automaattivarastosta saa ulos vain sen kapasiteetin verran maksimissaan, mutta manuaalivarastoon ihmisiä voi palkata aina lisää.

Kilpailevat kuutiomalliset automaattivarastot

Vaikka Autostore on tällä hetkellä suosittu, ei automaattivarastoa hankkiessa kannata rynnätä suoraan Autostore-talliin. On järkevää tutkia muita saatavilla olevia vaihtoehtoja ja puntaroida niiden etuja.

Attabotics

Yksi varteenotettava vaihtoehto Autostorelle on Attabotics-nimisen yrityksen tarjoama automaattivarasto. Attaboticsin järjestelmä on hyvin samankaltainen kuin Autostore, mutta sillä on omat etunsa verrattuna Autostoreen.

Attaboticsin järjestelmä toimii myös kehikkorakenteessa, jossa keräilijärobotit liikkuvat. Erona Autostoreen on kuitenkin se, että kehikossa on aukkoja, joista keräilijärobotit pystyvät laskeutumaan alas ja poimimaan kerättävän laatikon ilman, että ne nostavat päällä olevia laatikoita. Tämä mahdollistaa nopeamman keräilyn hitaasti kiertäville tuotteille, mutta toisaalta tämä ei mahdollista yhtä tiivistä varastorakennetta kuin Autostore. Autostore voi olla siis parempi ratkaisu yritykselle, jolla on rajoitetusti varastotilaa saatavilla ja Attabotics yritykselle, jolle kaikkien tuoteryhmien nopea keräily on tärkeää.

Allaoleva Attaboticsin ja Körberin video esittelee ratkaisua käytännössä.

Cimcorp

Toinen vaihtoehtoinen ratkaisu Autostorelle on Cimcorp-nimisen yhtiön valmistama portaalikeräilijä. Sitä käytetään erityisesti elintarviketeollisuudessa. Cimcorpin ratkaisu eroaa muista siinä, että se ei tarvitse erillistä kehikkoa laatikoille, vaan se pinoaa laatikot lattialle. Tämä pienentää huomattavasti investoinnin kokoa. Kääntöpuolena tälle on se, että Cimcorpin keräilijä vaatii melko korkean tilan, jotta se mahtuu toimimaan. Tilan pitää myös olla suorakaiteen muotoinen eikä siinä saa olla pilareita estämässä portaalinosturin liikettä.

Cimcorpin portaalikeräilijä kykenee nostamaan kokonaisia laatikkopinoja kerralla, joten sen keräily on varsin tehokasta, eikä laatikkojärjestyksellä siis ole samalla tavalla merkitystä kuin Autostoren ratkaisussa. Ongelmana aiemmin esiteltyihin ratkaisuihin verrattuna on se, että keräilijälle määrätyllä alueella voi olla vain yksi keräilijä. Kapasiteetti ei ole siis samalla tavalla laajennettava kuin lukuisiin pieniin robotteihin perustuvissa malleissa. Jos kapasiteettia halutaan kasvattaa, tarvitaan kokonaan uusi laatikkokenttä ja keräilijä.

Alla olevassa videossa kuvattu Cimcorpin portaalikeräilijä.

Yhteenveto

Artikkelissa on esitelty muutamia automaattivarastoja ja niiden etuja, ongelmia sekä eroavaisuuksia. Vaihtoehtoisissa ratkaisuissa on toki paljon muitakin eroja, joita ei voi kaikkia yhteen blogitekstiin mahduttaa. Voi olla hyvä idea napata asiantuntija mukaan yrityksen ulkopuolelta automaattivaraston hankintaprojektiin, koska näin voidaan varmistua siitä, että yrityksenne saa juuri tarpeitaan vastaavan varastoratkaisun.

Muita blogitekstejä: