BODEGAS AUTOMATIZADAS

5 Sistemas automatizados de almacenamiento.

Los sistemas automatizados de almacenamiento reducen o eliminan (según el grado de automatización) la cantidad de intervención humana requerida para manejar el sistema.

Generalmente, los sistemas automatizados de almacenamiento se dividen en dos tipos: sistemas automatizados de almacenamiento/recuperación (AS/RS) y sistemas de carrusel.

5.1 Sistemas Automatizados de Almacenamiento/Recuperación (AS/RS)

Un AS/RS consiste, generalmente, en un sistema controlado por ordenador que realiza operaciones de almacenamiento y recuperación con velocidad y exactitud bajo un determinado grado de automatización.

En el AS/RS existen uno o varios pasillos de almacenaje que son recorridos por una máquina de S/R (Storage/Retrieval). Cada pasillo tiene estantes para almacenar artículos y las máquinas S/R se emplean para colocar o recuperar los artículos en o de dichos estantes. Cada pasillo del AS/RS tiene una o varias estaciones P&D (pickup-and-deposit) donde los materiales se entregan al sistema de almacenaje o se extraen del sistema. Estas estaciones se pueden manejar a mano o interconectar a alguna forma de sistema de manejo automatizado como un transportador o un AGVS.

Tipos de AS/RS.

Los tipos principales son los siguientes:

- Unit Load AS/RS (AS/RS de unidad de carga). El AS/RS de unidad de carga es, típicamente, un gran sistema automatizado

diseñado para manipular unidades de carga almacenadas sobre plataformas o en otros contenedores estándar. El sistema se controla por ordenador y las máquinas de S/R se automatizan y diseñan para manejar los contenedores de unidad de carga.

Figura 8: Unit Load AS/RS. Figura 9: Deep-Lane AS/RS.

- Deep-Lane AS/RS

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El Deep-Lane AS/RS es apropiado cuando se almacenan grandes cantidades de stock, pero el número de SKUs diferentes es relativamente pequeño. En este sistema se almacenan una carga detrás de la otra. Las cargas se cogen por un lado del estante por un tipo de máquina S/R diseñada para la recuperación, y se usa otra máquina por el lado de entrada del estante para la entrada de carga.

- Miniload AS/RS (AS/RS de minicarga). El AS/RS de minicarga se emplea para manejar pequeñas cargas (partes individuales

o provisiones) que están contenidas en arcas o cajones en el sistema de almacenaje. La máquina de S/R se diseña para recuperar el arca y entregarla a una estación P&D al final del pasillo, donde los artículos individuales se extraen de las arcas. La estación P&D, por lo general, es manejada por un trabajador humano.

Figura 10: Miniload AS/RS.

- Man-On-Board AS/RS (AS/RS de hombre a bordo). El AS/RS de hombre a bordo permite coger artículos individuales directamente

de sus posiciones de almacenaje por un operador humano que va montado en el carro de la máquina S/R.

- Automated item retrieval system (Sistema automatizado de recuperación de artículo).

Estos sistemas permiten la recuperación de artículos individuales. Los artículos se almacenan en carriles. Cuando se quiere recuperar un artículo, éste se empuja de su carril y se deja caer en un transportador para la entrega en la estación de recogida. El sistema se rellena periódicamente por la parte trasera, permitiendo así una rotación first-in/first-out del inventario.

- Vertical lift storage modules (Módulos de almacenaje de levantamiento verticales).

También se conocen como sistemas automatizados de almacenamiento/recuperación de levantamiento vertical (VL-AS/RS). Emplean un pasillo central vertical para tener acceso a las cargas.

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Figura 11: Man-On-Board AS/RS. Figura: 12: VL AS/RS.

Aplicaciones de los AS/RS.

- Almacenamiento y recuperación de unidades. Está aplicación se lleva cabo con AS/RS de unidad de carga o de tipo Deep Lane.

- Recogida de pedidos. Los AS/RS de minicarga, Man-On-Board y de recuperación de artículo se utilizan para esta segunda área de aplicación.

- Almacenaje de WIP, sobre todo en producción por lotes y de tipo Job Shop. El AS/RS se utilizará como buffer entre procesos con tasas de producción muy diferentes.

- Almacenamiento de materia prima o componentes para el asemblaje, para reducir el riesgo de posibles retrasos en las entregas de los proveedores.

El uso de los sistemas AS/RS viene motivado por:

- Compatibilidad con sistemas de identificación automática. Los AS/RS son sistemas compatibles con identificación automática, como lectores de código de barras. Esto permite que las cargas se almacenen y recuperen sin operadores humanos que identifiquen las cargas.- Control por ordenador y rastreo de materiales. Combinado con la identificación automática, un sistema automatizado de almacenamiento permite conocer la localización y el estado de los materiales o artículos.- Integración. El sistema automatizado de almacenamiento se convierte en un subsistema importante en una fábrica totalmente automatizada.

Componentes y características de funcionamiento de un AS/RS .

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Figura 13: Unit Load AS/RS con componentes indicados.

Prácticamente todos los AS/RS consisten en :

- Una estructura de almacenamiento.La estructura de almacenamiento es la estructura de estante que soporta las

cargas contenidas en el AS/RS. Debe poseer la fuerza y rigidez suficiente para soportar dichas cargas. En la estructura, los compartimentos individuales se deben diseñar para aceptar y sostener los módulos de almacenaje utilizados para contener los materiales. Otra función de esta estructura es soportar el hardware (carriles guía, paradas finales, etc) de pasillo requerido para alinear las máquinas de S/R con respecto a los compartimentos de almacenaje del AS/RS.

- Una máquina S/R.La máquina S/R se emplea para recoger cargas en la estación de entrada y

colocarlas en su lugar de almacenamiento y recuperar cargas para entregarlas en la estación de salida. La máquina S/R debe ser capaz de realizar viajes horizontales y verticales, para alinear su carro (que lleva la carga) con el compartimento de almacenaje en la estructura de estante.

El carro incluye un mecanismo para mover cargas a y desde sus compartimentos de almacenaje. El diseño de este mecanismo también debe permitir transferir cargas de la máquina de S/R a la estación P&D u otro interfaz de manejo material con el AS/RS.

- Módulos de almacenaje. Los módulos de almacenaje son los contenedores de unidad de carga del

material almacenado. Pueden ser plataformas, cestas, cajones especiales, etc. Estos módulos son, generalmente, de un tamaño estándar para que puedan ser manejados automáticamente por la máquina de S/R y para encajar en los compartimentos de almacenaje de la estructura de estante.

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- Una o varias estaciones P&D. Las estaciones P&D son estaciones donde las cargas se transfieren al interior y al

exterior del AS/RS. Generalmente se encuentran localizadas al final de los pasillos de los AS/RS. Una estación P&D se debe diseñar para ser compatible tanto con la máquina de S/R como con el sistema de manejo externo. Los métodos comunes para manejar cargas en la estación P&D incluyen la carga/descarga manual, carretillas elevadoras, transportadores y AGVS.

- Sistema de control.Se requiere un sistema de control que maneje el AS/RS. El principal problema

de control del AS/RS es posicionar la máquina de S/R en un compartimento de almacenaje de la estructura de estante para depositar o recuperar una carga. Las posiciones de los materiales almacenados en el sistema se deben determinar para dirigir la máquina de S/R a un compartimento de almacenaje particular. Cada compartimento se identifica por sus posiciones horizontal y vertical, o si está en el lado derecho o el lado izquierdo del pasillo. Para la localización del compartimento se puede usar una combinación basada en códigos alfanuméricos, un procedimiento de conteo de posiciones o un método de identificación numérica en el cual cada compartimento es proveído de una marca reflectante con identificaciones de posición cifradas en binario. Con este último método se emplean escáneres ópticos para leer la marca y colocar la máquina AS/RS para depositar o recuperar una carga.

Los mandos del ordenador y los controladores lógicos programables se utilizan para determinar la posición requerida y dirigir la máquina de S/R a su destino. El control por ordenador permite la integración del AS/RS con la información de soporte y el sistema de mantenimiento de registros. Las transacciones de almacenaje se pueden introducir en tiempo real, los registros de inventario se pueden mantener de manera precisa, el funcionamiento de sistema se puede monitorizar y se pueden facilitar las comunicaciones con otros sistemas de ordenador de la fábrica. Estos controles automáticos pueden ser reemplazados o complementados por controles manuales cuando se requiera, en condiciones de emergencia o para la operación de hombre a bordo de la máquina.

5.2. Sistemas de carrusel.

Los sistemas de Carrusel consisten en una pista transportadora ovalada de cadena de la cual se suspenden una serie de arcas o cestas.

Tipos y diseño de Sistemas de carrusel.Los sistemas de carrusel pueden ser horizontales (configuración más común) o

verticales. Los sistemas de carrusel horizontales pueden encontrarse suspendidos del techo (top-driven unit) o montados sobre la superfície del suelo (bottom-driven unit). Éstos últimos proporcionan una mayor capacidad y solventa algún problema, como el goteo de aceite, de los primeros. Los sistemas de carrusel verticales, que consisten en transportadores verticales, ocupan menos espacio horizontal pero requieren una mayor longitud vertical por lo que el techo limita su tamaño. Por tanto, la capacidad de los sistemas de carrusel verticales es menor que la de los sistemas horizontales.

El diseño de las arcas o cestas del carrusel debe ser compatible con las cargas que van a ser almacenadas.

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Figura 14: Sistema de carrusel horizontal. Figura 15: Sistema de carrusel vertical.

Tecnología de carrusel.

La mayor parte de los sistemas de carrusel son manejados por un trabajador ubicado en la estación de carga/descarga. El trabajador activa el carrusel para que haga llegar el arca deseada a la estación, se recogen o añaden uno o varios artículos del o al arca, y luego, el ciclo se repite. La activación del carrusel se lleva a cabo con mandos de control manuales como son los pedales, interruptores o teclados.

También existen sistemas de carrusel con control por ordenador. Este control por ordenador, que aumenta el grado de automatización del sistema, permite operaciones de carga y descarga automáticas (sin necesidad de trabajadores) y un buen control sobre las posiciones de las arcas, los artículos almacenados en ella y otros registros de control de existencias.

Usos de carrusel.

Los sistemas de carrusel suelen ser una alternativa al uso de los AS/RS de minicarga.

El uso de sistemas de carrusel es muy común en la industria electrónica.

Sus aplicaciones típicas son:

- Operaciones de almacenamiento y recuperación de artículos individuales, herramientas, materias primas, piezas de repuesto, etc.

- Transporte y acumulación. El sistema es empleado para transportar y/o clasificar los materiales o artículos siendo almacenados en las cestas o arcas.

- Almacenamiento temporal de WIP.

5.3. Ventajas y desventajas de los sistemas automatizados de almacenamiento.

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Ventajas

- Menor número de trabajadores.- Mejora del control del material- Incremento de la capacidad de almacenamiento.- Incremento de la densidad de almacenamiento.- Mejora de la seguridad en la función de almacenamiento.- Mejora de la rotación del stock.- Mejora del servicio al consumidor.- Incremento del rendimiento.

Desventajas

- Alto coste.- Gastos de mantenimiento.- Dificultad de modificar el sistema.

6. Análisis de sistemas de almacenaje.

A continuación se examina el aspecto de capacidad y el funcionamiento de rendimiento para los dos tipos de sistemas de almacenaje automatizados.

6.1 Sistemas de Almacenaje/Recuperación Automatizados

Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS

La capacidad de almacenaje total de un pasillo depende de cuántos compartimentos de almacenaje horizontalmente y verticalmente hay en el pasillo, como se indica en la figura que tiene 7 compartimentos horizontales (ny) y 6 compartimentos verticales (nz).

Figura 16: Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS

Esto puede ser expresado así:

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,donde ny es el número de compartimentos de carga a lo largo del pasillo, y nz es el número de los compartimentos de carga que completan la altura del pasillo. La constante, 2, considera el hecho que está contenido a ambos lados del pasillo.

Si asumimos un compartimiento de tamaño estándar, entonces las dimensiones del compartimiento que afronta el pasillo deben ser más grandes que las dimensiones de carga de unidad. X e Y son la profundidad y las dimensiones de anchura de una carga de unidad, y la Z es la altura de la unidad de carga. La anchura, la longitud, y la altura de la estructura del estante del pasillo AS/RS son relacionadas con las dimensiones de la unidad de carga y el número de compartimentos así:

,donde W, L y H son la longitud, anchura y altura de uno de los pasillos de este tipo de AS/RS. Z, X e Y son las dimensiones de la unidad de carga, y a, b y c el margen que se tiene que dejar para luego poder manejar el material almacenado. Para el caso de cargas de unidad contenidas sobre plataformas estándar, los valores recomendados para las estimaciones son: a = 150 mm (6 in), b = 200 mm (8 in), y c = 250 mm (10 in).

Para un AS/RS con múltiples pasillos, simplemente se multiplica a la W el número de pasillos para obtener la anchura total del sistema de almacenaje.

Rendimiento AS/RS

Este sistema se define según la tasa por horas de acciones de almacenamiento y recuperación (S/R, Storage/Retrieval) que un sistema de almacenamiento puede hacer. Una acción viene a ser, o bien almacenar una carga, o bien, recuperar una carga. En un ciclo de mando simple se ejecuta sólo una de las acciones, en cambio, en un ciclo de mando doble se ejecuta ambas acciones; esto reduce el tiempo de viaje por acción, y el rendimiento aumenta en los ciclos de mando doble.

El método que utilizaremos para analizar este tipo de sistemas supone que: - el almacenamiento es aleatorio (cualquier compartimiento tiene la misma posibilidad de ser elegido para la acción). - los compartimentos tienen el mismo tamaño. - la estación P&D se encuentra en la base y al final de el pasillo. - la velocidad de la máquina de S/R es constante. - la máquina S/R puede ir tanto horizontal como verticalmente.

Para un ciclo de mando simple se asume que la carga será almacenada o recuperada en el centro del estante. Así que, la máquina S/R tendrá que viajar la mitad de la longitud, y la mitad de la altura, y volver. Como se ve en la siguiente figura:

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Figura 17: Ciclo de mando simple

Podemos expresar el ciclo de mando simple de la siguiente manera:

,donde TCS = tiempo de ciclo de mando simple, L = longitud, Vy = velocidad de la máquina S/R a lo largo de la altura de la AS/RS, H = altura de la estructura de la estantería, Vz = velocidad de la S/R en dirección vertical y Tpd = tiempo de recogida y almacenaje.

Se requieren dos tiempos P&D por ciclo porque ello representa las transferencias de carga de la máquina de S/R.

Para un ciclo de doble mando se asume que la máquina S/R viajará al centro de la estructura para dejar la carga, y luego viajará ¾ de la longitud y de la altura para recuperar la carga, tal y como se muestra en la figura siguiente:

Figura 18: Ciclo de doble mando

Podemos expresar el ciclo de mando doble de la siguiente manera:

El rendimiento de sistema depende de los números relativos de ciclos de mando simple y doble realizados por el sistema. Para ello, podemos formular una ecuación para las cantidades de tiempo gastadas en el mando simple y doble cada hora:

½ L

¼ H

P&D½ H

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½ L

½ H

P&D

,donde U es la utilización del sistema en una hora, RCS es el número de ciclos de mando simple por hora, y RCD es el número de ciclos de mando doble por hora. Donde la tasa del ciclo total viene dado por:

Y el número total de acciones hechas en una hora es de:

6.2 Sistemas de almacenaje de carrusel

En este apartado vamos a desarrollar la capacidad y el rendimiento para un sistema de almacenaje de carrusel. A causa de su construcción, los sistemas de carrusel no poseen la capacidad volumétrica de un AS/RS. Sin embargo, un sistema de carrusel típico probablemente tiene tasas de rendimiento más altas que un AS/RS.

Capacidad de almacenamiento

Una imagen de una estructura tipo carrusel es la siguiente imagen. Donde tenemos arcas individuales o cestas que son suspendidas de los portadores que hacen girar alrededor del carrusel el carril oval. La circunferencia del carril viene dada por:

La capacidad del sistema de carrusel depende del número y el tamaño de las cestas en el sistema. Si suponemos que el tamaño de las cestas es estándar y tienen una capacidad determinada, luego el número de cestas puede ser utilizado para medir la capacidad. Como se ilustra en la siguiente figura, nb y nc son el número de cestas alrededor de la periferia del raíl. Luego tenemos que el número total de cestas = nb * nc

Figura 19: Estructura de tipo carruselSistema de almacenamiento de tipo carrusel

Las cestas están separadas por una cierta distancia para maximizar la densidad de almacenamiento. Entonces, la relación siguiente debe estar satisfecha por los valores del espaciado y del número de cestas:

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sc · nc = C

,donde sc es la distancia entre cestas.

Análisis del rendimiento

El tiempo de ciclo de almacenamiento/recuperación puede ser sacado basándonos en las suposiciones siguientes. Primero, sólo se realizan ciclos de mando simples; se tiene acceso a una cesta en el carrusel para poner artículos para almacenar o recuperar uno o varios artículos. Segundo, el carrusel tendrá una velocidad constante, vc; no se tendrá en cuenta los efectos de la aceleración y de desaceleración. Tercero, se asume el arbitraje aleatorio, es decir, cualquier posición alrededor del carrusel puede ser igualmente seleccionada para una acción de S/R. Y cuarto, el carrusel puede moverse en una u otra dirección. Así que el tiempo de ciclo del S/R es de:

,donde Tpd es el tiempo medio requerido para una operación de P&D. Luego, el tiempo de acciones por hora es:

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