Amerykanie rozpoczynają prezentację od powiedzenia żartu, aby nawiązać kontakt z publicznością, ja zaczynam często od spraw poważnych. Zapewniam jednak, że nie będzie nudno.
Ostatnie lata, szczególnie okres COVID-19, uwidoczniły niedopasowanie i brak elastyczności na zdarzenia o charakterze losowym w dystrybucji i organizacji globalnych łańcuchów dostaw. Rynek konsumenta i poszerzenie kanałów dystrybucji spowodowały intensyfikację prac wzmacniających odporność łańcucha dostaw na wszelkie fluktuacje i zaburzenia. Przy czym dąży się do optymalizacji odległości i skrócenia czasu dostaw poprzez sytuowanie zakładów produkcyjnych jak najbliżej rynków zbytu. Warunkiem koniecznym jest posiadanie surowców i dysponowanie odpowiednimi środkami wytwórczymi w danym miejscu.
W celu zmniejszenia pracochłonności w łańcuchu dostaw dąży się do tego, aby jednostka ładunkowa była jednostką produkcyjną, magazynową i pełniła rolę jednostki sprzedażowej. Rozformowanie jednostki ładunkowej następuje dopiero w momencie, kiedy kolejny odbiorca w łańcuchu dostaw zgłosi zapotrzebowanie na ilość towaru, która jest mniejsza niż ta znajdująca się na urządzeniu pomocniczym. Należy również pamiętać o zapewnieniu pełnej kontroli w identyfikacji i możliwości jej śledzenia. W celu zrozumienia poruszanego tematu należy przywołać jedną z definicji jednostki ładunkowej.
Jednostka ładunkowa to ładunek drobnicowo-zbiorczy określonej ilości dóbr materialnych, powstały w procesie formowania lub podziału ładunków o większych wymiarach lub dużej masie [1],[2].
Traktowana jako zwarta całość, uformowana w taki sposób, aby zachować trwałość kształtu, wymiarów i odpowiedniej wagi. Właściwie zabezpieczona, aby chronić ładunek przed uszkodzeniami mechanicznymi występującymi podczas czynności przeładunku, przewozu i składowania, w tym przed niekorzystnymi warunkami klimatycznymi [3].
Ze względu na postać fizyczną i podobieństwo technologiczne, jednostki ładunkowe możemy podzielić na:
- mikrojednostki (niespaletyzowane),
- jednostki paletowe,
- jednostki pakietowe,
- jednostki kontenerowe.
Podział ten jest powiązany z wykorzystaniem urządzeń pomocniczych do formowania jednostek ładunkowych i ich standaryzacją.
Podstawą normalizacji było ustanowienie międzynarodowego modułu wymiarowego (600 x 400 mm). Na jego podstawie opracowano system wymiarowy opakowań [4],[5]. Dostosowano go do wymiarów powierzchni najczęściej stosowanych urządzeń pomocniczych. Są nimi dwa typy palet EUR o wymiarach podstawy: 800 x 1200 mm, 1000 x 1200 mm. W [4] podano zalecane wymiary zewnętrzne opakowań transportowych o przekroju prostokątnym i kołowym oraz schematy rozmieszczenia opakowań na paletach o wymiarze podstawy 800 x 1200 mm i 1000 x 1200 mm. Uzupełnieniem [4] jest norma PN-69/O-79020 [5]. Opisuje ona wzajemne zależności opakowań transportowych, palet, kontenerów, pomocniczego wyposażenia transportowego, środków transportu i pomieszczeń magazynowych. W [5] nie uwzględniono palet o wymiarach 1000 x 1200 mm. Do wymiarów modułu podstawowego odwołują się również zapisy normy PN-82/M-78202: 1982 Paletowe i bezpaletowe jednostki ładunkowe. Parametry podstawowe [6].
Prace nad standaryzacją jednostek ładunkowych podjął Europejski Komitet Normalizacyjny w ramach projektu prEN 1732-1 Podstawy, prEN 1732-2 Terminologia, prEN 17-32-3 Reguły i wymiary [7].
Również Międzynarodowa Organizacja Standaryzująca ISO opracowała i wprowadziła do stosowania normę ISO 3394: 2012 Dimension of rigid rectangular packages – Transport Packages [8].
W polskiej normie PN-87/M-8106 Pojemniki magazynowe-transportowe. Główne wymiary [9], określono parametry pojemnika: nośność 50-1000 [N], masę brutto na 70 kg i pojemność maksymalną 0,96 m3. Masa pojemnika wynika z zapisów normatywnych dotyczących dopuszczalnych wag maksymalnych przy podnoszeniu i przemieszczaniu ładunku w przypadku prac ręcznych. W przypadku mechanizacji prac magazynowych masa brutto pojemnika może wynosić 1000-1500 kg.
Przy czym w zakresie ręcznych prac transportowych obowiązuje Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 25 kwietnia 2017 r. (Dz.U. z dnia 27 kwietnia 2017r., poz.854) [10].
Masa przedmiotów podnoszonych i przenoszonych przez jednego pracownika nie może przekraczać: dla kobiet – 12 kg przy pracy stałej oraz 20 kg przy pracy dorywczej, dla mężczyzn – 30 kg przy pracy stałej oraz 50 kg przy pracy dorywczej. Wskazano również, że masa przedmiotów podnoszonych przez jednego pracownika na wysokość powyżej obręczy barkowej nie może przekraczać: dla kobiet – 8 kg przy pracy stałej oraz 14 kg przy pracy dorywczej, dla mężczyzn – 21 kg przy pracy stałej oraz 35 kg przy pracy dorywczej.
W przypadkach masy pojemnika powyżej wartości zapisanych w [10] i ze względu na charakter pracy, należy stosować urządzenia pomocnicze, np. chwytaki podciśnieniowe, redukujące wysiłek ludzki potrzebny do wykonania danej czynności.
Z praktyki własnej autora, na podstawie projektów logistycznych, maksymalna waga brutto pojemników obsługiwanych ręcznie wynosi do 50 kg.
Pojemniki transportowo-magazynowe mogą mieć przy tym konstrukcję stałą, otwartą lub też mogą być składane. Wykonuje się je z różnego materiału: tworzywa sztucznego, drewna, metalu (blachy pełnej lub siatkowe). Trwałość kształtu, odporność na narażenia mechaniczne powoduje, że można je układać w warstwy i piętrzyć.
Pojemniki mogą również stanowić opakowanie zbiorcze/transportowe dla elementów drobnych, o małej objętości lub niskiej wadze jednostkowej.
Na rys.1. przedstawiono schemat i zależności wymiarowe w ramach formowania jednostki ładunkowej.
W artykule opisano jedną z grup, które stanowią mikrojednostki oraz przedstawiono sposoby ich składowania. Na potrzeby artykułu jednostka sztukowa jest tożsama z mikrojednostką. Podzielono składowanie na składowanie statyczne i składowanie dynamiczne. Kryterium podziału było miejsce ułożenia w urządzeniu do składowania. W pierwszym przypadku jednostki ładunkowe znajdują się w stałym miejscu ułożenia względem urządzenia (składowanie w regałach stałych). W przypadku składowania dynamicznego jednostka ładunkowa zmienia swoje położenie względem urządzenia, przebywając drogę od miejsca umieszczenia do miejsca pobrania (regały przepływowe grawitacyjne, regały obrotowe, regały okrężne, regały windowe). Zaakcentowano również możliwość zastosowania regałów półkowych w systemach z podwieszanymi podłogami. Przedstawiono również rozwiązanie popularne na rynku, a zabezpieczające strefę buforową w technologię automatyczną wspierającą proces kompletacji np. w kanale e-commerce (AutoStore).
Regały ramowe półkowe
Regały półkowe przeznaczone są do składowania towarów w różnego rodzaju pojemnikach magazynowych: opakowaniach jednostkowych, zbiorczych lub transportowych, wykonanych z kartonu, tworzywa sztucznego lub metalowych.
To najbardziej rozpowszechniony typ regałów w procesie magazynowania, od małego archiwum przyzakładowego do budowy stref kompletacji w systemach wielopoziomowych. Jest tak z kilku powodów. Przede wszystkim ze względu na łatwość montażu. Typowy regał półkowy składa się z dwóch podstawowych elementów: ramy przestawnej i, jak wskazano w samej nazwie, półek. Z czasem zrezygnowano z połączeń śrubowych ram i półek ze względu na dużą pracochłonność i niewygodę podczas montażu. Rodzaj połączeń zamieniono na haki lub zaczepy. Wymiary regałów i półek w zabudowach jednopoziomowych ograniczone są do wysokości 2-2,5 m przy głębokości regału do 0,8 m i długości półki do 2,3 m. Racjonalne, stosowane obciążenie półek z praktyki autora to 300 kg. Ramy regałów wykonuje się z blach cienkościennych profilowanych, rzadziej z gotowych profili zamkniętych. Półki natomiast mogą być wykonane z metalu, drewna lub dodatkowo pokryte tworzywami sztucznymi.
Wysokość zawieszenia półek możemy regulować. Wskazania użytkowe mówią o tym, że przy proporcjach podstawy do wysokości regału ≤ 1:5 regał nie musi być mocowany do posadzki czy innych elementów zabudowy, budynku. Autor ze swojego doświadczenia zaleca, szczególnie w sytuacjach wykorzystania do obsługi regałów pomostów przejezdnych, kotwienie regałów do posadzki. Wymiary regałów i obciążenia półek związane są z wymaganiami BHP i możliwościami obsługi ręcznej. Materiały na tego typu regałach układane są najczęściej ręcznie, za pomocą wózków unoszących, pomostów przejezdnych lub przesuwnych drabin. Głębokość tych regałów powinna gwarantować swobodny ręczny dostęp do produktów na nich przechowywanych. Szeroki zakres dostępnych akcesoriów takich jak przegrody, szuflady itp. czyni rozwiązanie systemowym, elastycznym oraz dostosowanym do indywidualnych potrzeb użytkownika. Dużym atutem systemu jest możliwość stosowania paneli zewnętrznych do obudowy regałów. Poprzez zastosowanie różnego typu wygrodzeń (siatka, panele melaminowe pełne), drzwi, możemy ograniczyć dostęp do zamkniętej w ten sposób strefy i zgromadzonego w tym obszarze towaru.
Nie należę do kategorii dinozaurów logistyki, pamiętam jednak rozmowę sprzed kilkunastu lat z ówczesnym i obecnym dyrektorem logistyki jednej z największych firm odzieżowych w kraju: „Co myślisz o tym rozwiązaniu?”. W ówczesnym czasie można było traktować omawiane rozwiązanie jako ciekawostkę, które z czasem bardzo się spopularyzowało ze względu na niskie koszty i łatwość wdrożenia. Chodzi o regały wykonane z kartonu wielowarstwowego. Łatwość wykonania, niskie koszty wytworzenia (wykrojnik musimy zakupić), bardzo krótki czas dostawy i łatwość montażu. Wysokość regałów do 2,5 m, głębokość 0,5-0,6 m, długość półki 0,5-0,75 m. Dedykowane dla produktów o niskich wagach jednostkowych, np. ubrania, buty.
W przypadku uszkodzeń są łatwe do wymiany i cechują je niskie nakłady na zakup w przypadku umów kontraktowych operatorów logistycznych.
Regały grawitacyjne dla pojemników i kartonów
Stosowane jako samodzielna konstrukcja gniazdowa w procesach produkcyjnych, pozwalająca na zasilanie stanowiska montażowego w niezbędną ilość elementów w założonych cyklach uzupełniania. Często wspierają kompletację lub stanowią jej główny element w systemach zintegrowanych z przenośnikami. Użyteczne w procesach kompletacyjnych, gdzie składujemy określoną liczbę asortymentu w określonych ilościach dla zabezpieczenia procesu kompletacji np. dla jednej zmiany.
Półki grawitacyjne mogą też być adaptowane i wbudowane w konstrukcję regałów paletowych. W regale obsługujemy na zasadzie FIFO wszelki asortyment, który jest opakowany w karton, znajduje się w pojemnikach. Wagi jednostkowe opakowań z doświadczenia autora to przedział od 0,5 kg do 15-25 kg. Wszystko, co możemy podnieść na wysokość od strony załadunkowej ręcznie. Liczba listew rolkowych oraz ich rozstaw dobierany jest indywidualnie w zależności od wymiarów opakowania i jego wagi.
Przepływ opakowań na listwach rolkowych następuje pod wpływem sił grawitacji, zalecane nachylenie regałów wynosi od 3,75% do 4,25%. Półki grawitacyjne mogą być wyposażone w separatory oddzielające poszczególny asortyment. Montowane są również tzw. półki wystawiennicze od strony pobrań, umożliwiające wyjęcie z kartonu czy pojemnika sztuki danego towaru, gdy dostęp do opakowania ograniczony jest tylko od góry.
Regały okrężne, zastosowanie i zasada działania
Regały okrężne, jak sama nazwa wskazuje, pracują w cyklu zamkniętym po torze zbliżonym do spłaszczonej elipsy. Ze względu na płaszczyznę ruchu mechanizmu napędowego mogą pracować w oparciu o ruch w płaszczyźnie pionowej lub poziomej. Kierunek ruchu w regale uzależniony jest od odległości półki od okna dostępowego, zawsze tak, aby ruch w obrębie urządzenia był najkrótszy. Pracę regału karuzelowego cechuje to, że do jego obsługi nie będą nam potrzebne urządzenia transportu wewnętrznego. Czynność wprowadzania i pobrań z regału odbywa się w tzw. oknie dostępowym do regału, na wysokości ergonomicznej dla pracy człowieka.
Zwarta konstrukcja o długości nawet do kilkudziesięciu metrów do wysokości 8 m. Idealne rozwiązanie do magazynowania materiałów o znormalizowanych wymiarach lub drobnych elementów w pojemnikach, opakowaniach kartonowych bądź luzem. Przechowywanym materiałem mogą być narzędzia, części zapasowe, elektronika, części unikalne czy też cenne ze względu na wartość materialną lub funkcje, którą pełnią.
Konstrukcja regału karuzelowego składa się z kilku lub kilkunastu stosunkowo wąskich i płytkich regałów półkowych, ustawionych na wózkach szynowych przemieszczających się po torze ukształtowanym w postaci wzdłużnej pętli zamkniętej (spłaszczonej elipsie). Obciążenie pojedynczej półki mieści się w przedziale od kilkunastu do nawet kilkuset kilogramów.
Do głównych zalet regału karuzelowego możemy zaliczyć:
- wykorzystanie powierzchni i kubatury pomieszczeń,
- szybki dostęp do każdego asortymentu,
- redukcja pomyłek w pobraniach,
- integracja z systemem nadrzędnym zarządzania magazynem,
- możliwość sterowania, wyboru, zarządzania przepływem w oparciu o identyfikację bazującą np. na kodach kreskowych,
- niezawodność i precyzja działania.
Regał windowy, zastosowanie i zasada działania
Regały windowe, podobnie jak regały okrężne i system AutoStore, stanowią element ekosystemu magazynowego i są z nim ściśle związane. W wydzielonym obszarze optymalizują zajmowaną powierzchnię, a wysoka wydajność powoduje, że są chętnie i na coraz szerszą skalę stosowane. Zarówno na zapleczu logistyki produkcji, jak również w szeroko pojmowanej logistyce dystrybucji i różnych jej kanałach.
Ze względu na cechy konstrukcyjne, regał windowy składa się z 2 kolumn składowania, pomiędzy którymi porusza się winda odpowiadająca za transport półek pomiędzy kolumnami a oknem dostępowym. Szybki ruch windy pozwala dostarczać artykuły w krótkim czasie bezpośrednio do operatora. Żądany towar wraz z daną półką jest umieszczany w oknie dostępowym, skąd operator może go wygodnie odebrać. Kontrolowana jest maksymalna wysokość produktu na półce i dopasowywany rozstaw pomiędzy półkami. W odróżnieniu od regału okrężnego regał windowy nie ma stałych, ustalonych odległości pomiędzy półkami.
Cechy regału windowego
- maksymalna wysokość systemu do 16,1 m,
- szerokość półki od 1,5 m do 4,1 m,
- do 990 kg ładowności na półkę,
- możliwość stosowania półek o różnych nośnościach,
- możliwość zastosowania przegród i separatorów w celu pełnego wykorzystania powierzchni półki,
- automatyczny pomiar wysokości artykułów pozwala maksymalnie zagęścić półki w kolumnach składowania,
- opcja podwójnego systemu dostarczania półek zapewnia skrócenie czasu oczekiwania na materiał,
- wewnętrzne lub zewnętrzne okno dostępowe na ergonomicznej wysokości,
- możliwość zastosowania kilku okien dostępowych, np. po dwóch stronach regału czy na różnych poziomach do obsługi z kilku kondygnacji budynku,
- możliwość integracji z robotami,
- możliwość ustawienia wielu regałów szeregowo,
- możliwość budowy systemu na zewnątrz budynku,
- intuicyjny w obsłudze dotykowy pulpit operatorski.
Zalety i korzyści z wdrożenia regału windowego
- redukcja powierzchni magazynowej do 90%,
- kontrola stanów magazynowych dzięki integracji z informatycznymi systemami magazynowymi klasy ERP i WMS,
- bezbłędna kompletacja dzięki licznym akcesoriom,
- skrócenie czasu operacji magazynowych,
- usprawnienie procesu kompletacji,
- uporządkowanie składowanych materiałów,
- łatwa inwentaryzacja,
- wykorzystanie dostępnej wysokości hali,
- wzrost bezpieczeństwa pracy.
System AutoStore
System AutoStore jest rozwiązaniem, które już jakiś czas istnieje na rynku i zyskuje na popularności. Łączy cechy składowania blokowego i automatyki. Wykorzystuje roboty mobilne do przemieszczania i składowania znormalizowanych pojemników z tworzywa sztucznego w konstrukcji – stelażu przeznaczonym do składowania blokowego. Znajduje zastosowanie przede wszystkim w obszarach logistyki dystrybucji jako wydzielony podsystem magazynowo-kompletacyjny.
System AutoStore składa się w każdym projekcie z kilku głównych elementów, do których możemy zaliczyć:
- konstrukcje „regałowe”, aluminiowe, do składowania pojemników,
- pojemniki specjalizowane, zwykle z tworzywa sztucznego z pojedynczym lub podwójnym dnem w zależności od masy przechowywanego materiału, odpowiednia konstrukcja ścianek i dna, pozwalająca na odprowadzanie czynnika gaszącego w razie pożaru – pojemniki dostępne są w różnych wymiarach,
- wózki wahadłowe, zwane także robotami,
- stacje kompletacyjne, zwane także portami.
Technicznie rzecz biorąc, roboty to konwencjonalne pojazdy wahadłowe. Sam proces magazynowania, przechowywania i wyszukiwania odbywa się w kolumnach ułożonych pionowo. Dostęp do pojemników uzyskujemy poprzez opuszczenie specjalnego chwytaka. Robot zasilany akumulatorowo jest prowadzony po siatce prowadzeń przy pomocy oprogramowania wyznaczającego trasę. Działanie robota jest czterokierunkowe (do przodu, do tyłu, w prawo, w lewo). W praktyce robot podnosi docelowy pojemnik i kieruje go do żądanego miejsca kompletacji (portu), gdzie pojemnik wraz z towarem opuszczany jest do miejsca kompletacji. Oczywiście w przypadku umieszczenia pożądanego pojemnika głębiej w stosie, roboty wykonują operacje alokacji pojemników znajdujących się powyżej niego, wykorzystując wolne lokacje w systemie. Komunikacja pomiędzy systemem nadrzędnym a robotami oparta jest na sieci lokalnej, a sterowanie robotami odbywa się za pomocą łącza radiowego.
Opisane powyżej roboty poruszają się po tzw. konstrukcji szynowej (siatce). Każde pole oferuje miejsce na kilka pojemników, są one trwale zintegrowane z aluminiową konstrukcją i są odwzorowane na schemacie bloku jako prostokątne komórki. Pojemność składowania wynosi od 2 000 do 200 000 kontenerów na system.
Wydajność systemu AutoStore
Wydajność kompletacji systemu AutoStore wynosi 180-500 artykułów na godzinę / 120-500 skrzynek na stanowisko robocze. Z reguły przy przyspieszeniu 0,8 m/s2 i prędkości 3,1 m/s na godzinę przypada około 25 pełnych cykli na jednostkę robota. W przypadku średnio 2000 operacji dostarczenia i odbioru pojemnika należy przygotować system i organizację pracy na obsługę przez 120 szt. robotów.
W związku z tym system AutoStore może również stać się bardzo drogi i nieopłacalny. Podstawę decyzji o wyborze systemu powinna stanowić analiza logistyczna przepływu materiałów oraz korzyści wynikające z technologii: wydajność, obniżenie kosztów przejścia jednostki towaru przez magazyn. Gdy posiadamy szeroką gamę produktów i przewagę pobrań sztukowych preferowana jest klasyczna topologia magazynu z procesami ręcznej kompletacji – np. kompletacja dwuetapowa. W przypadku mniejszej liczby pozycji asortymentowych i wysokiego wolumenu obrotu system AutoStore jest rozwiązaniem wręcz dedykowanym. W systemie AutoStore możemy obsługiwać wolumeny składające się z kilkunastu do kilkunastu tysięcy pozycji asortymentowych.
Zalety systemu AutoStore
- wysoki współczynnik wykorzystania powierzchni i kubatury pomieszczeń – do kilkudziesięciu procent w odniesieniu do standardowych systemów składowania i kompletacji,
- niezawodność, możliwość pracy 24h, z przestojami na planowane konserwacje,
- kompaktowa, skonsolidowana budowa obszaru przechowywania,
- system wyizolowany i zamknięty przestrzennie, otwarty na komunikaty zarządcze z zewnątrz,
- możliwość rozbudowy i dobudowy stacji kompletacyjnych,
- sumaryczna oszczędność energii w porównaniu do konwencjonalnych rozwiązań automatycznych,
- możliwość w miarę prostego skalowania i rozbudowy,
- zmniejszenie sumarycznej liczby osób zaangażowanych w proces kompletacji,
- możliwość budowy stref wyodrębnionych pożarowo ze względu na przekroczenie wielkości strefy i/lub rodzaj przechowywanego materiału.
Wady (raczej ograniczenia i niedogodności) systemu
- waga towaru zredukowana do dopuszczalnej masy pojemnika (maksymalnie 35 kilogramów),
- ograniczona technicznie i organizacyjnie wysokość zabudowy <12 m,
- bardzo wysokie koszty inwestycji,
- wymagana regularna/stała konserwacja przez ludzi,
- zastosowania ograniczają się do prostych procesów logistycznych,
- ograniczenie nośności stosu poprzez ograniczenie statycznej wytrzymałości pojedynczego pojemnika.
Jak widzicie, wyboru sposobu składowania możemy dokonać na wiele sposobów. W artykule przedstawiono kilka z możliwości. W każdym przypadku powinniśmy dokonać oceny naszej decyzji, odpowiadając sobie na pytanie, czy przyjęte rozwiązanie rozwiązuje nam problem i jest uzasadnione ekonomicznie.
Zawsze możesz poprosić o konsultację.
mgr inż. Zbigniew Marcjaniak
www.konsultancilogistyczni.pl
Literatura:
- Niemczyk A.: Zapasy i Magazynowanie Tom II. Biblioteka Logistyka, Poznań 2008.
- Raczyk R.: Środki transportu bliskiego i magazynowania. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2013.
- Jankowski S.: Opakowania transportowe. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2017.
- Polska Norma PN-89/O-79021. Opakowania, system wymiarowy.
- Polska Norma PN-69/O-79020. System wymiarowy opakowań, środków transportu i składowania. Podstawowe wymiary współzależne.
- Polska Norma PN-82/M-78202. Paletowe i bezpaletowe jednostki ładunkowe uformowane z ładunków sztukowych.
- Norma pr. EN 17-32-1 Podstawy, pr. EN 1732-2. Terminologia.
- Norma ISO 3394: 2012. Dimension of rigid rectangular packages – Transport packages.
- Polska Norma PN-87/M-8106. Pojemniki magazynowo-transportowe. Główne wymiary.
- Rozporządzenie Ministra Rodziny, Pracy i Polityki Społecznej z dnia 25 kwietnia 2017. Dziennik Ustaw Rzeczypospolitej Polskiej. Warszawa, dnia 27 kwietnia 2017 r., poz. 854.
