Sistemas Integrados de Fabricación
Tema 10:
Sistemas de almacenamiento
Paola Lora Thola
Alicia López González
CONTENIDOS
1. Introducción
2. Rendimiento del sistema de almacenamiento
3. Estrategias para la localización del almacenamiento
4. Métodos y equipos convencionales de almacenamiento
5. Sistemas de almacenamiento automatizados
6. Análisis de sistemas de almacenamiento
1. INTRODUCCIÓN
•
Función de un sistema de almacenamiento:
almacenar materiales por un período de tiempo y permitir el acceso a
dichos materiales cuando éstos sean necesarios.
•
Materiales que pueden ser almacenados:
materias primas, partes adquiridas o compradas, Work-In-Process,
productos acabados, material sobrante, residuos, herramientas, piezas
de repuesto, material de oficina, registros y otros documentos de la
planta, etc.
•
Almacenamiento
automatizado
manual
vs.
Almacenamiento
•
Los materiales son almacenados en unidades de carga.
2. RENDIMIENTO DE UN SISTEMA DE
ALMACENAMIENTO
•
Capacidad:
espacio volumétrico total disponible o número total de compartimentos
de almacenamiento disponibles en el sistema.
•
Densidad:
relación entre el espacio volumétrico disponible para el almacenamiento
real y el espacio volumétrico total del sistema de almacenamiento.
•
Accesibilidad:
capacidad de tener acceso a cualquier artículo deseado o carga
almacenada en el sistema.
2. RENDIMIENTO DE UN SISTEMA DE
ALMACENAMIENTO
•
Rendimiento:
tasa por hora de transacciones de almacenamiento y/o recuperación que
se llevan a cabo.
•
Utilización:
relación entre el tiempo que se utiliza realmente el sistema para realizar
su función y el tiempo que éste está disponible.
•
Disponibilidad:
proporción de tiempo que el sistema es capaz de funcionar sin
estropearse.
3. ESTRATEGIAS PARA LA LOCALIZACIÓN
DEL ALMACENAMIENTO
•
Cada tipo de artículo almacenado se conoce como Stock
Keeping Unit (SKU).
•
Dos estrategias:
•
•
Almacenamiento aleatorio.
•
Almacenamiento especializado.
Almacenamiento
especializado
aleatorio
vs.
Almacenamiento
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Requieren un trabajor humano para acceder a los
artículos almacenados.
•
Diferentes métodos y equipos:
•
Bulk storage (Almacenamiento de bulto)
•
Rack Systems (Sistemas de estante)
•
Estanterías y arcas
•
Almacenamiento de cajón
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Bulk storage (Almacenamiento de bulto):
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Rack Systems (Sistemas de estante):
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Rack Systems (Sistemas de estante):
•
Cantilever racks (Estantes voladizos):
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Rack Systems (Sistemas de estante):
•
Portable racks (Estantes portátiles):
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Rack Systems (Sistemas de estante):
•
Drive-through racks:
•
Drive-in racks:
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Rack Systems (Sistemas de estante):
•
Flow-through racks:
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Estanterías y arcas:
4. MÉTODOS Y EQUIPOS
CONVENCIONALES DE ALMACENAMIENTO
•
Almacenamiento de cajón:
5. SISTEMAS AUTOMATIZADOS DE
ALMACENAMIENTO
•
Según el grado de automatización, reducen o eliminan la
cantidad de intervención humana requerida para manejar
el sistema.
•
Dos tipos:
•
Sistemas Automatizados de
Almacenamiento/Recuperación (AS/RS)
•
Sistemas de carrusel
5.1. AS/RS
•
Definición: Sistema controlado por ordenador que realiza operaciones
•
Consisten en:
de almacenamiento y recuperación con velocidad y exactitud bajo un
determinado grado de automatización.
•
Pasillos de almacenaje.
•
Estantes.
•
Máquina de S/R (Storage/Retrieval).
•
Estaciones P&D (Pickup-and-Deposit).
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Unit Load AS/RS (AS/RS de carga de unidad): Gran sistema
automatizado diseñado para manipular cargas de unidad
almacenadas sobre plataformas o en otros contenedores estándar.
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Deep-Lane AS/RS (AS/RS de vía/carril profunda): 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.
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Miniload AS/RS (AS/RS de minicarga): Se utiliza para manejar
pequeñas cargas que están contenidas en arcas o cajones en el
sistema de almacenaje.
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Man-On-Board AS/RS (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.
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Automated item retrieval system (Sistema automatizado de
recuperación de artículo): Cuando se quiere recuperar un
artículo, éste es empujado de su carril y se deja caer en un
transportador para la entrega en la estación de recogida.
5.1. AS/RS
•
Tipos de AS/RS:
•
Vertical lift storage modules (Módulos de almacenaje de
levantamiento verticales): Emplean un pasillo central vertical
para tener acceso a las cargas.
5.1. AS/RS
•
Aplicaciones de los AS/RS:
•
Almacenamiento y recuperación de unidades de carga. Esta
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 son utilizados para esta segunda área
de aplicación.
•
Almacenaje de WIP. 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.
5.1. AS/RS
•
Aplicaciones de los AS/RS:
•
Motivos:
•
Compatibilidad con sistemas de identificación
automática.
•
Control por ordenador y rastreo de materiales.
•
Integración.
5.1. AS/RS
•
Componentes de un AS/RS:
5.1. AS/RS
•
Componentes de un AS/RS:
•
Sistema de control:
•
Maneja el AS/RS.
•
Principal problema de control: posicionar la máquina de S/R.
•
Identificación del compartimento: posiciones horizontal y
vertical, o lado derecho o izquierdo del pasillo.
•
Localización del compartimento:
•
Combinación basada en códigos alfanuméricos.
•
Procedimiento de conteo de posiciones.
•
Marca reflectante con identificaciones de posición cifradas en
binario.
5.1. AS/RS
•
Componentes de un AS/RS:
•
Sistema de control:
•
Determina la posición requerida y dirige la máquina de S/R
a su destino.
•
El control por ordenador permite:
•
•
Integración del AS/RS con el sistema de mantenimiento de
registros.
•
Mantener de manera precisa los registros de inventario.
•
Monitorizar el funcionamiento de sistema.
•
Comunicación con otros sistemas de ordenador de la fábrica.
Los controles automáticos pueden ser reemplazados o
complementados por controles manuales.
5.2. Sistemas de carrusel
•
Consisten en una pista transportadora ovalada de
cadena de la cual se suspenden una serie de arcas o
cestas.
5.2. Sistemas de carrusel
•
Tipos y diseño de sistemas de carrusel:
•
Horizontal:
•
Vertical:
5.2. Sistemas de carrusel
•
Tecnología de carrusel:
•
Control:
•
•
Manual:
•
Pedales
•
Interruptores
•
Teclado
Por ordenador.
5.2. Sistemas de carrusel
•
Usos de los sistemas de carrusel:
(Alternativa al uso de los AS/RS de minicarga)
•
Operaciones de almacenamiento y recuperación.
•
Transporte y acumulación.
•
Almacenamiento temporal de WIP.
5.3. Ventajas y desventajas de los sistemas
automatizados de almacenamiento
•
Ventajas:
•
Desventajas:
- Menor número de trabajadores.
- Alto coste.
- Mejora del control del material.
- Gastos de mantenimiento.
- Incremento de la capacidad de
almacenamiento.
- Dificultad de modificar el
sistema.
- 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.
6. ANÁLISIS DE SISTEMAS DE
ALMACENAJE.
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
6.2. Sistemas Carrusel de almacenamiento.
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS
Capacidadde pasillo  2  ny  nz
ny es el número de compartimentos de carga a lo largo del pasillo.
nz es el número de los compartimentos de carga que completan la
Altura del pasillo.
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS
Dimensiones de la estantería:
W  3 x  a 
L  n y  y  b
H  n z ( z  c)
W, L y H son la longitud, anchura y altura de uno de los
pasillos de este tipo de AS/RS.
X, Y y Z 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.
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS
Ejemplo de estantería con 9 compartimentos horizontales
(ny) y 6 compartimentos verticales (nz).
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Rendimiento AS/RS.
Trayectoria de un ciclo de mando simple.
P&D
½H
½L
Trayectoria de un ciclo de doble mando.
¼ H
P&D
½H
½L
¼ L
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Rendimiento AS/RS.
Podemos expresar el ciclo de mando simple de la siguiente
manera:
TCS
 0,5  L 0,5  H 
L H
 2  Max
,
  2  TPd  Max ,   2  TPd
VZ 
 VY
VY VZ 
TCS = tiempo de ciclo de mando simple
L = longitud
Vy = velocidad de la máquina S/R a lo largo de la altura
H = altura de la estructura de la estantería
Vz = velocidad de la S/R en dirección vertical
Tpd = tiempo de recogida y almacenaje
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Rendimiento AS/RS.
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

T

Max
,


  4  TPd
Pd
VZ 
VZ 
 VY
 VY
TCS = tiempo de ciclo de mando doble
L = longitud
Vy = velocidad de la máquina S/R a lo largo de la altura
H = altura de la estructura de la estantería
Vz = velocidad de la S/R en dirección vertical
Tpd = tiempo de recogida y almacenaje
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Rendimiento AS/RS.
El rendimiento de sistema depende de los números
relativos de ciclos de mando simple y doble realizados por
el sistema.
RCS  TCS  RCD  TCD  60  U
U es la utilización del sistema en una hora
RCS es el número de ciclos de mando simple por hora
RCD es el número de ciclos de mando doble por hora.
6.1. Sistemas de almacenamiento/recuperación
automatizados.
• Rendimiento AS/RS.
Donde la tasa del ciclo total viene dado por:
RC  RCS  RCD
Y el número total de acciones hechas en una hora es de:
RT  RCS  2  RCD
6.2. Sistemas carrusel de almacenamiento.
• Capacidad de almacenamiento.
La circunferencia del carril viene dada por:
C = circunferencia del carril
L = longitud de la vía ovalada
W = ancho de la vía ovalada
C  2( L  W )    W
6.2. Sistemas carrusel de almacenamiento.
• Capacidad de almacenamiento.
Número total de cestas = nb · nc
la relación siguiente debe estar satisfecha por los valores
del espaciado y de el número de cestas:
sc · nc = C
sc = la distancia entre cestas.
6.2. Sistemas carrusel de almacenamiento.
• Análisis del rendimiento.
El tiempo de ciclo del S/R es de:
Tc = tiempo de ciclo del S/R
C = circunferencia del carril
Vc = velocidad del carrusel
Tpd = el tiempo medio requerido para una operación de
P&D
El tiempo de acciones por hora es:
PROBLEMAS
• Tamaño de la estructura de las estanterías del AS/RS
1.- Cada pasillo de un sistema automatizado de almacenaje
y recuperación está formado por 6 pasillos, que
contienen 50 compartimentos de almacenaje de
longitud y 8 de altura. Todos los compartimentos de
almacenaje serán de igual tamaño para acomodar un
tamaño estándar de las dimensiones de los paléts:
X = 0,91m y Y = 1,21m. La altura de una unidad de
carga es Z = 0,76m. Teniendo en cuenta estas
consideraciones a = 0,15m, b = 0,2m, y c = 0,25m.
Determinar:
a) cuantas unidades de carga pueden ser almacenadas en
un AS/RS
b) la altura, ancho y longitud de AS/RS.
PROBLEMAS
SOLUCIÓN:
a) Para saber la capacidad por pasillo aplicamos la
siguiente ecuación:
Capacidad por pasillo = 2 · ny · nz = 2 · 50 · 8 = 800 cargas
unitarias.
Debido a que tenemos 6 pasillos, la capacidad será
6 · 800 = 4800 cargas unitarias.
b) Sólo se trata de aplicar las fórmulas:
W = 3 (0,91 + 0,15) = 3,18  3,18 · 6=19,08m.
Anchura total de los 6 pasillos
L=50 (1,21+0,2) = 70,5m
H = 8(0,76+0,25) =8,08m
PROBLEMAS
• Análisis del rendimiento
2.- La longitud de un pasillo de almacenamiento en un
AS/RS es de 8,35m y la altura es de 2m. Suponer que la
velocidad en horizontal y vertical de la máquina S/R es
de 10,44m/min y 2,08m/min respectivamente. La
máquina requiere 18seg para llevar a cabo con éxito la
operación de recoger y almacenar (P&D). Encontrar:
a) los tiempos ciclo de un mando simple y uno doble.
b) el rendimiento por el pasillo bajo la suposición de que el
sistema de almacenamiento tiene una utilización = 85%
y el número de ciclos de mando simple y dobles son
iguales.
PROBLEMAS
SOLUCIÓN:
a) Tiempos de ciclo de un mando simple:
18
 8,35 2 
,
TCS = Max 
  2   0,96  0,6  1,56 min/ciclo
60
10,44 2,08
Tiempo de un ciclo de doble mando:
1,5  8,35 1,5  2   18 
,
  4   1,44  1,2  2,64 min/ciclo
 10,44 2,08   60 
TCD = max 
PROBLEMAS
b) Teniendo los resultados anteriores y teniendo en cuenta
que el número de ciclos de mando simple y dobles son
iguales, tenemos lo siguiente:
Rcs · 1,56 + Rcd · 2,77 = 60 · 0,85
Rcs = Rcd = 11,778 ciclos /hora
Debido a que el rendimiento del del sistema es igual al
número total de acciones S/R por tanto:
RT = 11,778 + 2 · 11,778 = 35,334 acciones / h
PROBLEMAS
• Sistemas carrusel
3.- Un único sistema de almacenamiento de carrusel está
en una fábrica haciendo pequeños montajes. Si consta
de 20m de longitud y 1m de ancho. La operación de
recoger y almacenar se hace en 0,25 min. La velocidad a
la cual el carrusel opera es de 0.5 m/seg. Determinar la
tasa por horas del sistema.
PROBLEMAS
SOLUCIÓN:
Calculamos la circunferencia:
C = 2 (20-1) + 1p = 41,14m
Vc = 0.5m/seg = 30 m/min.
41,14
TC 
 0,25  0,593 min .
4  30
RT = 60/0,593 = 101,2 acciones/h
PROBLEMAS
4.- Una unidad de carga de AS/RS para almacenamiento de WIP en
una fábrica debe ser diseñado para el almacenamiento de 2000
cargas de palets, con una consideración de no más del 20%
adicional de los compartimentos del almacén para picos de
periodos y flexibilidad. Las dimensiones de una unidad de carga
de palets son:profundidad= (X) 91,44cm y altura (Y) =
121,92cm. Como máxima altura de una unidad de carga
tenemos que es 106,68cm. Ha sido determinado que el AS/RS
constará de 4 pasillos con una máquina S/R por pasillo. La
máxima altura del techo (interior) del edificio permite una
localización normal de 208,8cm, la AS/RS debe encajar dentro
de la limitación de la altura. La estructura de la estantería debe
estar construida a 6,96cm por encima del nivel del suelo y el
espacio libre entre la estructura de la estantería y el techo del
edificio debe ser por lo menos de 45,72cm.
Determinar las dimensiones (altura, ancho y longitud) de la
estructura de la estantería.
PROBLEMAS
SOLUCIÓN:
Altura (H) como máximo de
2,088 – (0,4572 + 0,0696) = 1,56m
Debido a que la altura de la unidad de carga es como
máximo de 1,0668m; a consecuencia de esto tendremos
que como máximo podremos tener una
nz = 1.Capacidad total de los pasillos = 2 · ny · nz · 4 =
8 · ny · nz = 2000 cargas unitarias.
8 · ny · 1 = 2000  ny = 2000 / 8 = 250
compartimentos horizontales.
PROBLEMAS
Suponemos que tenemos a = 0,15m, b = 0,2m, y
c = 0,25m:
W = 3 (0,9144 + 0,15) = 3,193
 3,193 · 4=12,77m. Anchura total de los 4 pasillos
L=250 (1,2195+0,2) = 354.875m
H = 1(1,0668+0,25) =1.3168m
MUCHAS GRACIAS POR
VUESTRA ATENCIÓN.
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