BODEGAS AUTOMATIZADAS
5 Sistemas automatizados de almacenamiento.Los sistemas
automatizados de almacenamiento reducen o eliminan (segn el grado
de automatizacin) la cantidad de intervencin humana requerida para
manejar el sistema. Generalmente, los sistemas automatizados de
almacenamiento se dividen en dos tipos: sistemas automatizados de
almacenamiento/recuperacin (AS/RS) y sistemas de carrusel. 5.1
Sistemas Automatizados de Almacenamiento/Recuperacin (AS/RS) Un
AS/RS consiste, generalmente, en un sistema controlado por
ordenador que realiza operaciones de almacenamiento y recuperacin
con velocidad y exactitud bajo un determinado grado de
automatizacin. En el AS/RS existen uno o varios pasillos de
almacenaje que son recorridos por una mquina de S/R
(Storage/Retrieval). Cada pasillo tiene estantes para almacenar
artculos y las mquinas S/R se emplean para colocar o recuperar los
artculos en o de dichos estantes. Cada pasillo del AS/RS tiene una
o varias estaciones P&D (pickupand-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, tpicamente, un gran sistema
automatizado diseado para manipular unidades de carga almacenadas
sobre plataformas o en otros contenedores estndar. El sistema se
controla por ordenador y las mquinas de S/R se automatizan y disean
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 nmero de SKUs diferentes es
relativamente pequeo. En este sistema se almacenan una carga detrs
de la otra. Las cargas se cogen por un lado del estante por un tipo
de mquina S/R diseada para la recuperacin, y se usa otra mquina 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 pequeas cargas (partes individuales o provisiones) que estn
contenidas en arcas o cajones en el sistema de almacenaje. La
mquina de S/R se disea para recuperar el arca y entregarla a una
estacin P&D al final del pasillo, donde los artculos
individuales se extraen de las arcas. La estacin 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 artculos individuales directamente de
sus posiciones de almacenaje por un operador humano que va montado
en el carro de la mquina S/R. - Automated item retrieval system
(Sistema automatizado de recuperacin de artculo). Estos sistemas
permiten la recuperacin de artculos individuales. Los artculos se
almacenan en carriles. Cuando se quiere recuperar un artculo, ste
se empuja de su carril y se deja caer en un transportador para la
entrega en la estacin de recogida. El sistema se rellena
peridicamente por la parte trasera, permitiendo as una rotacin
firstin/first-out del inventario. - Vertical lift storage modules
(Mdulos de almacenaje de levantamiento verticales). Tambin se
conocen como sistemas automatizados de almacenamiento/recuperacin
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 recuperacin de
unidades. Est aplicacin 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 recuperacin de artculo se utilizan para esta
segunda rea de aplicacin. - Almacenaje de WIP, sobre todo en
produccin por lotes y de tipo Job Shop. El AS/RS se utilizar como
buffer entre procesos con tasas de produccin 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 identificacin automtica. Los AS/RS
son sistemas compatibles con identificacin automtica, como lectores
de cdigo 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
identificacin automtica, un sistema automatizado de almacenamiento
permite conocer la localizacin y el estado de los materiales o
artculos. - Integracin. El sistema automatizado de almacenamiento
se convierte en un subsistema importante en una fbrica totalmente
automatizada.
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Componentes y caractersticas de funcionamiento de un AS/RS.
Figura 13: Unit Load AS/RS con componentes indicados.
Prcticamente 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 disear para
aceptar y sostener los mdulos de almacenaje utilizados para
contener los materiales. Otra funcin de esta estructura es soportar
el hardware (carriles gua, paradas finales, etc) de pasillo
requerido para alinear las mquinas de S/R con respecto a los
compartimentos de almacenaje del AS/RS. - Una mquina S/R. La mquina
S/R se emplea para recoger cargas en la estacin de entrada y
colocarlas en su lugar de almacenamiento y recuperar cargas para
entregarlas en la estacin de salida. La mquina 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 diseo de este
mecanismo tambin debe permitir transferir cargas de la mquina de
S/R a la estacin P&D u otro interfaz de manejo material con el
AS/RS. - Mdulos de almacenaje. Los mdulos de almacenaje son los
contenedores de unidad de carga del material almacenado. Pueden ser
plataformas, cestas, cajones especiales, etc. Estos mdulos son,
generalmente, de un tamao estndar para que puedan ser manejados
automticamente por la mquina 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 estacin P&D se debe disear
para ser compatible tanto con la mquina de S/R como con el sistema
de manejo externo. Los mtodos comunes para manejar cargas en la
estacin 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 mquina 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
mquina de S/R a un compartimento de almacenaje particular. Cada
compartimento se identifica por sus posiciones horizontal y
vertical, o si est en el lado derecho o el lado izquierdo del
pasillo. Para la localizacin del compartimento se puede usar una
combinacin basada en cdigos alfanumricos, un procedimiento de
conteo de posiciones o un mtodo de identificacin numrica en el cual
cada compartimento es provedo de una marca reflectante con
identificaciones de posicin cifradas en binario. Con este ltimo
mtodo se emplean escneres pticos para leer la marca y colocar la
mquina AS/RS para depositar o recuperar una carga. Los mandos del
ordenador y los controladores lgicos programables se utilizan para
determinar la posicin requerida y dirigir la mquina de S/R a su
destino. El control por ordenador permite la integracin del AS/RS
con la informacin 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 fbrica. Estos controles automticos pueden ser
reemplazados o complementados por controles manuales cuando se
requiera, en condiciones de emergencia o para la operacin de hombre
a bordo de la mquina. 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 diseo de
Sistemas de carrusel. Los sistemas de carrusel pueden ser
horizontales (configuracin ms comn) o verticales. Los sistemas de
carrusel horizontales pueden encontrarse suspendidos del techo
(top-driven unit) o montados sobre la superfcie del suelo
(bottom-driven unit). stos ltimos proporcionan una mayor capacidad
y solventa algn 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
tamao. Por tanto, la capacidad de los sistemas de carrusel
verticales es menor que la de los sistemas horizontales.
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El diseo de las arcas o cestas del carrusel debe ser compatible
con las cargas que van a ser almacenadas.
Figura 14: Sistema de carrusel horizontal.
Figura 15: Sistema de carrusel vertical.
Tecnologa de carrusel. La mayor parte de los sistemas de
carrusel son manejados por un trabajador ubicado en la estacin de
carga/descarga. El trabajador activa el carrusel para que haga
llegar el arca deseada a la estacin, se recogen o aaden uno o
varios artculos del o al arca, y luego, el ciclo se repite. La
activacin del carrusel se lleva a cabo con mandos de control
manuales como son los pedales, interruptores o teclados. Tambin
existen sistemas de carrusel con control por ordenador. Este
control por ordenador, que aumenta el grado de automatizacin del
sistema, permite operaciones de carga y descarga automticas (sin
necesidad de trabajadores) y un buen control sobre las posiciones
de las arcas, los artculos 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 comn en la industria electrnica. Sus
aplicaciones tpicas son: - Operaciones de almacenamiento y
recuperacin de artculos individuales, herramientas, materias
primas, piezas de repuesto, etc. - Transporte y acumulacin. El
sistema es empleado para transportar y/o clasificar los materiales
o artculos siendo almacenados en las cestas o arcas. -
Almacenamiento temporal de WIP.
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5.3. Ventajas y desventajas de los sistemas automatizados de
almacenamiento. Ventajas - Menor nmero 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 funcin de almacenamiento. - Mejora de
la rotacin del stock. - Mejora del servicio al consumidor. -
Incremento del rendimiento. Desventajas - Alto coste. - Gastos de
mantenimiento. - Dificultad de modificar el sistema.
6. Anlisis de sistemas de almacenaje.A continuacin 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/Recuperacin Automatizados Tamao de la estructura de las
estanteras del AS/RS La capacidad de almacenaje total de un pasillo
depende de cuntos 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: Tamao de la estructura de las estanteras del
AS/RS
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Esto puede ser expresado as:Capacidad del pasillo = 2 n y n
z
,donde ny es el nmero de compartimentos de carga a lo largo del
pasillo, y nz es el nmero de los compartimentos de carga que
completan la altura del pasillo. La constante, 2, considera el
hecho que est contenido a ambos lados del pasillo. Si asumimos un
compartimiento de tamao estndar, entonces las dimensiones del
compartimiento que afronta el pasillo deben ser ms 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 nmero de compartimentos as:W
= 3( x + a ) L = n y ( y +b ) H = n z ( z + c)
,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 estndar, 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 mltiples
pasillos, simplemente se multiplica a la W el nmero de pasillos
para obtener la anchura total del sistema de almacenaje.
Rendimiento AS/RS Este sistema se define segn la tasa por horas de
acciones de almacenamiento y recuperacin (S/R, Storage/Retrieval)
que un sistema de almacenamiento puede hacer. Una accin viene a
ser, o bien almacenar una carga, o bien, recuperar una carga. En un
ciclo de mando simple se ejecuta slo una de las acciones, en
cambio, en un ciclo de mando doble se ejecuta ambas acciones; esto
reduce el tiempo de viaje por accin, y el rendimiento aumenta en
los ciclos de mando doble. El mtodo 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 accin). - los compartimentos tienen el mismo tamao. - la
estacin P&D se encuentra en la base y al final de el pasillo. -
la velocidad de la mquina de S/R es constante. - la mquina S/R
puede ir tanto horizontal como verticalmente. Para un ciclo de
mando simple se asume que la carga ser almacenada o recuperada en
el centro del estante. As que, la mquina S/R tendr 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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P&DH LFigura 17: Ciclo de mando simple
Podemos expresar el ciclo de mando simple de la siguiente
manera:0,5 L 0,5 H L H TCS = 2 Max , + 2 TPd = Max , + 2 TPd VZ VY
VY VZ
,donde TCS = tiempo de ciclo de mando simple, L = longitud, Vy =
velocidad de la mquina S/R a lo largo de la altura de la AS/RS, H =
altura de la estructura de la estantera, Vz = velocidad de la S/R
en direccin 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 mquina de S/R. Para un ciclo de doble
mando se asume que la mquina S/R viajar al centro de la estructura
para dejar la carga, y luego viajar de la longitud y de la altura
para recuperar la carga, tal y como se muestra en la figura
siguiente:
P&D
H H LFigura 18: Ciclo de doble mando
Podemos expresar el ciclo de mando doble de la siguiente
manera:0,75 L 0,75 H 1,5 L 1,5 H TCD = 2 Max , , + 4 TPd = Max + 4
TPd VZ VZ VY VY
El rendimiento de sistema depende de los nmeros relativos de
ciclos de mando simple y doble realizados por el sistema. Para
ello, podemos formular una ecuacin para las cantidades de tiempo
gastadas en el mando simple y doble cada hora:RCS TCS + RCD TCD =
60 U
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,donde U es la utilizacin del sistema en una hora, RCS es el
nmero de ciclos de mando simple por hora, y RCD es el nmero de
ciclos de mando doble por hora. Donde la tasa del ciclo total viene
dado por:RC = RCS + RCD
Y el nmero total de acciones hechas en una hora es de:RT = RCS +
2 RCD
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 construccin, los sistemas de
carrusel no poseen la capacidad volumtrica de un AS/RS. Sin
embargo, un sistema de carrusel tpico probablemente tiene tasas de
rendimiento ms 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:C = 2( L W ) +
W
La capacidad del sistema de carrusel depende del nmero y el
tamao de las cestas en el sistema. Si suponemos que el tamao de las
cestas es estndar y tienen una capacidad determinada, luego el
nmero de cestas puede ser utilizado para medir la capacidad. Como
se ilustra en la siguiente figura, n b y nc son el nmero de cestas
alrededor de la periferia del ral. Luego tenemos que el nmero total
de cestas = nb * nc
Figura 19: Estructura de tipo carrusel
Sistema de almacenamiento de tipo carrusel
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Las cestas estn separadas por una cierta distancia para
maximizar la densidad de almacenamiento. Entonces, la relacin
siguiente debe estar satisfecha por los valores del espaciado y del
nmero de cestas: sc nc = C ,donde sc es la distancia entre cestas.
Anlisis del rendimiento El tiempo de ciclo de
almacenamiento/recuperacin puede ser sacado basndonos en las
suposiciones siguientes. Primero, slo se realizan ciclos de mando
simples; se tiene acceso a una cesta en el carrusel para poner
artculos para almacenar o recuperar uno o varios artculos. Segundo,
el carrusel tendr una velocidad constante, vc; no se tendr en
cuenta los efectos de la aceleracin y de desaceleracin. Tercero, se
asume el arbitraje aleatorio, es decir, cualquier posicin alrededor
del carrusel puede ser igualmente seleccionada para una accin de
S/R. Y cuarto, el carrusel puede moverse en una u otra direccin. As
que el tiempo de ciclo del S/R es de:TC = C + TPd 4VC
,donde Tpd es el tiempo medio requerido para una operacin de
P&D. Luego, el tiempo de acciones por hora es:RC = 60 TC
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