Роботизированные системы контейнерного хранения

Роботизированные системы контейнерного хранения предназначены для автоматизации процессов хранения и обработки контейнеров, коробок или лотков на складах. В основе систем заложен принцип «Goods-to-person», когда контейнер с товаром доставляется к человеку, исключая необходимость длительного перемещения работника по складу и поиска заданного места хранения.
За счет применения подобных систем производительность труда повышается в несколько раз, сокращается количество ошибок, повышается точность инвентаризации и увеличивается плотность хранения. Системы контейнерного хранения особенно эффективны для обработки мелких и среднегабаритных товаров в условиях интенсивных логистических операций и могут применяться в фулфилмент центрах, складах для розничной торговли, e-commerce, производственных предприятиях, аптечных складах и логистических центрах.
На сегодняшний день получили распространение два типа автоматизированных систем для контейнеров: шаттловые системы хранения и Mini-Load ASRS (mini-load automated storage and retrieval system). Одновременно с этим существуют альтернативные технические решения, адаптированные к специфике работы определенных бизнесов. К ним можно отнести кубические системы хранения (часто применяются для продуктовых сетей, например Kroger), 3D роботов (например, такой робот Alphabot применяется компанией Walmart), высотных роботов-штабелеров (широко применяются в e-commerce). Принцип работы систем аналогичен – доставка контейнеров с товаром со стеллажной полки на рабочую станцию и обратно. Отличие заключается в средствах и способах доставки.
Выбор той или иной технологии для определенной компании происходит на основе исследования деятельности предприятия, включая анализ входных и выходных потоков грузовых единиц, бизнес-процессов, оценки сезонной/суточной зависимости и многого другого. Такой холистический подход позволяет синтезировать оптимальную конфигурацию системы и определить требуемый состав оборудования с учетом обеспечения наилучшей окупаемости инвестиций.

Система состоит из следующих составных частей: стеллажной конструкции для хранения контейнеров, шаттлового робота, лифта для перемещения контейнеров с верхних уровней, лифта для перемещения шаттла между уровнями, станции отбора товаров и конвейерной линии, обеспечивающей перемещение контейнеров от лифтов к станциям отбора и обратно.

Шаттловый робот является ключевым элементом данной системы. Машина перемещаться в проходах между складских стеллажей по рельсам, закрепленным на стеллажах, захватывает контейнер с места хранения и привозит его к лифту в начале прохода для последующей транспортировки на станцию отбора с помощью конвейерной линии. При необходимости перемещение роботов между уровнями стеллажной конструкции также может выполняться с помощью лифта.
Контейнеры загружаются на робота с помощью грузозахватного устройства, выполненного в виде выдвигающихся механизмов с двух сторон от контейнера и поднимающихся/опускающихся «пальцев». Помимо контейнеров, в качестве перевозимых грузов могут быть коробки, лотки или ящики. Наиболее распространённый размер контейнера составляет 600×400 мм, высота может быть разной.

На сегодняшний день существуют следующие разновидности шаттлов:
1) 2-way Shuttle – робот перемещается вдоль стеллажа по рельсам, захватывает контейнеры и привозит их к началу прохода. Самая простая и распространённая модель машины.
2) 4-way Shuttle – робот может двигаться в четырех направлениях: вперед, назад, влево и вправо. Такая технология позволяет шаттлу перемещаться по складским рядам и между ними, значительно улучшая гибкость и скорость работы на складе, а также оптимизируя использование пространства
3) single deep shuttle – грузозахватное устройство может выдвигаться на глубину одного контейнера (как правило, 600 мм). В одном проходе на стеллажах размещается по одному ряду контейнеров слева и справа.
4) double deep shuttle – глубина выдвижения грузозахватного устройства составляет два контейнера (более 1200 мм). Таким образом в одном проходе стеллажной конструкции может размещаться по два ряда контейнеров с каждой стороны, что позволяет существенно увеличить плотность хранения системы.
5) Variable box handling shuttle – шаттл обеспечивает возможность захвата и транспортировки грузов различной ширины (обычно от 200 до 600 мм). Это достигается за счет механизированного изменения ширины грузозахватного устройства.

Роботы являются автономными машинами и обеспечивают одновременную работу в стеллажной конструкции по командам от системы управления. Количество машин в конкретной системе может варьироваться в зависимости от объема хранения и требований к производительности системы в целом.
Производительность одного шаттла может варьироваться в диапазоне от 45 до 65 двойных циклов в час, а производительность одного стеллажного прохода можно оценить на уровне 400–600 двойных циклов в час. Длина прохода обычно не превышает 50 м, но в некоторых проектах бывает и больше, максимальная высота системы составляет 30 м.
Шаттловые системы хранения обеспечивают максимальную эффективность при штучном отборе товаров. Чаще всего такие системы применяются на складах электронной коммерции, розничной торговли и фармацевтики, где требуется собрать небольшие партии товаров для заказа. Также такие системы могут использоваться для отбора целых коробок или упаковок для крупных заказов или в тех случаях, когда необходимо отгружать товары в больших объемах (например, для пополнения запасов в магазине). Система позволяет работать в условиях ненормированной производительности, сбора заказов волнами, а также обеспечивать буферизацию и упорядочивание сформированных заказов в определённой последовательности

Автоматизированный склад Mini-Load ASRS представляет собой стеллажную конструкцию, в проходах которой перемещается кран-штабелер. Контейнеры размещаются на стеллажах глубиной в один или два ряда с каждой стороны прохода. Кран-штабелер захватывает контейнеры и привозит их к началу прохода для последующей транспортировки на станцию отбора с помощью конвейерной линии. Аналогичным образом контейнеры возвращаются обратно на места хранения.

Высота систем Mini-Load ASRS может достигать 18–20 метров при ширине прохода всего около 800 мм. Производительность может варьироваться в зависимости от конфигурации системы и может достигать 100 двойных циклов в час для одного прохода.
Mini-Load ASRS хорошо подходят для хранения большого количества SKU при ограниченной площади склада, позволяя эффективно использовать весь объем помещения от пола до потолка по сравнению с обычными стеллажами. При этом обеспечивается простой произвольный доступ к каждому SKU. Одновременной с этим такие системы могут использоваться для буферизации и последовательной выдачи коробок или контейнеров на станцию паллетизации, обеспечивая непрерывный поток грузовых единиц.
По сравнению с шаттловыми системами хранения Mini-Load ASRS имеют меньшую производительность, но при этом стоимость системы также ниже за счет более простой стеллажной конструкции и минимизации средств автоматизации.

Самым плотным способом хранения контейнеров являются кубические системы, которые представляют собой стеллажную конструкцию с контейнерами, устанавливаемыми друг на друга. Какие-либо проходы в конструкции отсутствуют, доступ к контейнерам осуществляется сверху. Роботы перемещаются по верхнему уровню стеллажей и с помощью выдвигающегося на тросе механизма могут захватывать контейнеры, перевозить их к станции отбора и аналогичным образом спускать вниз к оператору.

Кубическая структура позволяет максимально использовать как вертикальное, так и горизонтальное пространство склада. Объем хранения можно легко расширять за счет добавления новых ячеек, а производительность системы увеличивать добавлением роботов. Это позволяет гибко наращивать мощности в зависимости от роста бизнеса.
Ограничением таких систем является высота склада – обычно это несколько уровней. Доступ к контейнерам, расположенным на нижних уровнях, может занять больше времени, поскольку сначала нужно извлечь контейнеры с верхних ярусов и временно разместить их в свободных ячейках. Это может снижать общую производительность системы. Чтобы минимизировать этот эффект, контейнеры распределяются в системе в зависимости от частоты их использования. Товары с низким спросом хранятся на нижних уровнях, тогда как товары с высоким спросом размещаются ближе к верхним ярусам. Это позволяет поддерживать высокий темп отбора и повысить эффективность системы в целом.
Средняя производительность одного робота составляет около 50 двойных циклов в час, а производительность рабочей станции можно оценивать на уровне 250 контейнеров в час. Таким образом, можно подсчитать, что для обслуживания одной рабочей станции потребуется использовать не менее 5 роботов.
Одно из основных применений кубических систем хранения – это автоматизация дарксторов и микро-фулфилмент центров для быстрой доставки товаров широкого потребления. Как правило такие склады размещаются в черте города в существующих помещениях. Для этих условий эффективное использование рабочего объема помещения является наиболее критичным параметром. Кубические системы максимально удовлетворяют этим требованиям.

В последние годы появились 3D роботы, которые одновременно могут перемещаться по полу, как роботы AGV, так и самостоятельно забираться на стеллажи, загружать контейнеры и доставлять их на станцию отбора. Преимуществом таких систем является отсутствие необходимости использования дополнительных средств автоматизации для перемещения роботов и контейнеров (лифтов и конвейеров). Одновременно с этим сохраняется возможность гибкого наращивания производительности за счет добавления роботов, а также высокая устойчивость системы, так выход из строя одного или нескольких роботов не приведет к остановке работоспособности склада.
Одним из сдерживающих факторов широкого внедрения данной технологии является относительно низкая производительность и высокие требования к стеллажной конструкции и, как следствие, ее стоимости.

Для этого типа роботов нет общего наименования. Различные компании придумывают уникальные названия – Autonomous Case-handling Mobile Robot, Totes to Person Shuttle, Stacker-Bot Autonomous Mobile Robot и т. д. Но все машины работают по одному принципу – автономный AGV робот с грузозахватным устройством для контейнеров, установленным на подъемной платформе, перемещается по складу между стеллажами, захватывает контейнеры с полок на разных уровнях и доставляет их на станцию отбора.

По сути, одна машина объединяет несколько устройств – грузозахватное устройство, лифт и автономное шасси для перемещения по складу. В аналогичных системах эти устройства реализовываются в виде отдельных изделий, совместно выполняющих общую задачу. Такой подход позволяет быстро внедрять средства автоматизации в существующие склады без больших изменений имеющейся инфраструктуры.
Как правило роботы оснащаются грузозахватным устройством с глубиной выдвижения на два контейнера (double deep). Высота может быть от 2,5 до 6,2 м, при этом у некоторых моделей лифт может дополнительно выдвигаться до высоты 11 м. На машине могут устанавливаться от 4 до 7 полок одна над другой. Таким образом за один проход по складу робот может загружать несколько контейнеров и привозить их на станцию отбора, что в несколько раз увеличивает его производительность. Скорость перемещения небольшая и составляет 1,2 м/с. Работает от аккумулятора – всего несколько минут зарядки может хватить на пару часов работы. Изготовители заявляют производительность робота 35–40 двойных циклов в час, но эти цифры нужно уточнять с учетом реальной конфигурации конкретного склада.

Применение высотных роботов-штабелеров позволяет быстро внедрить новые технологии в действующий бизнес, повысить производительность труда до 3 раз при минимальном времени возврата инвестиций. Роботы достаточно универсальны и могут применяться на распределительных центрах, предприятиях электронной коммерции, в ритейле, на складах производственных предприятий и многих других областях.

Внедрение роботизированных систем контейнерного хранения — это не просто тренд, а необходимость для компаний, стремящихся быть конкурентоспособными на рынке. Если вы хотите узнать больше о том, какие технические решения могут улучшить ваш складской процесс, свяжитесь с компанией "Технолект" прямо сейчас. Сотрудничая с "Технолект", вы получаете не только современное технологическое решение, но и партнера, который поможет вашему бизнесу развиваться и расти.