Come dimensionare una flotta di AMR: tempi di lavoro, batterie e numero di robot

Perché il dimensionamento della flotta AMR è così importante

Il dimensionamento è la decisione che determina se la flotta sosterrà il processo o lo rallenterà. Non è un dettaglio tecnico da lasciare a valle del progetto.

Gli errori possibili, in questo caso, vanno in due direzioni opposte ed entrambi hanno un costo.

• Sottodimensionamento: quando il numero di AMR è insufficiente rispetto al carico di lavoro, si generano code e tempi di attesa, missioni che non vengono completate nei tempi previsti, una maggiore dipendenza dall’intervento umano per compensare i ritardi e, nei casi più critici, l’impossibilità di garantire la continuità del processo produttivo.
• Sovradimensionamento: l’errore opposto ha conseguenze meno visibili ma altrettanto concrete, tra cui un investimento iniziale superiore al necessario, una gestione della flotta più complessa di quanto dovrebbe essere e mezzi che restano inattivi per gran parte del turno senza generare valore.

L’obiettivo non è avere il maggior numero possibile di AMR restando nel budget, ma avere abbastanza capacità di trasporto per sostenere il processo anche nei momenti di maggiore richiesta. È un principio che vale la pena tenere a mente per tutto il resto dell’articolo, perché è la base di ogni calcolo che segue.

Da cosa dipende il numero di AMR necessari?

Il punto di partenza è una relazione concettuale semplice:

Numero di AMR ≈ carico di lavoro richiesto / capacità di trasporto disponibile per ogni AMR

Semplice nella formula, meno immediata nella pratica, perché la capacità effettiva di un robot non è un numero fisso, ma dipende da diversi parametri che vanno misurati sul processo reale, non stimati a tavolino.

Quanto dura una missione?

Il primo parametro da considerare è il tempo ciclo completo di una missione, che non è il solo tempo di percorrenza. Il tempo ciclo comprende la presa del carico o del carrello, il trasferimento, il rilascio/consegna, il ritorno, le eventuali attese e anche tutta l’interazione prevedibile lungo il percorso con macchine, operatori o porte automatiche.

Facciamo un esempio semplificato, con valori puramente indicativi. Se un AMR naviga alla velocità di 1,5 m/s e deve percorrere un rettilineo di 100 metri, la navigazione andata e ritorno richiederà poco meno di 3 minuti. Ma se, analizzando il processo reale, una missione completa richiede 10 minuti e il processo genera una richiesta ogni 3 minuti, un singolo AMR non può sostenere il flusso, neanche se la distanza da percorrere richiede 2 minuti. Infatti, ci troviamo in un caso in cui il tempo ciclo è più lungo dell’intervallo tra le richieste, e la coda di missioni in attesa cresce inevitabilmente. In questo scenario servono più mezzi, oppure una diversa organizzazione delle missioni, ad esempio creando dei piccoli buffer e raggruppando più carichi in un unico trasferimento.

Quante ore lavora l’AMR?

Il secondo parametro importante riguarda l’organizzazione dei turni, e cambia sensibilmente il ragionamento sul dimensionamento. Nonché il modo in cui va progettata la strategia energetica della flotta.

Con un turno, il robot lavora tipicamente per 8 ore, e gran parte del tempo restante può essere dedicato alla ricarica senza impattare sulla produzione. Significa che una parte significativa della giornata può essere dedicata alla ricarica senza creare problemi, soprattutto se il processo ammette pause naturali.

Con due turni, la flotta deve sostenere un numero molto maggiore di ore operative giornaliere e quindi la finestra disponibile per la ricarica si riduce.

Con tre turni o un processo continuo, la logica cambia ancora: il robot deve poter lavorare praticamente senza interruzioni significative, e la gestione energetica diventa un fattore centrale nel dimensionamento, non più un dettaglio da risolvere a margine. In questo scenario la domanda decisiva diventa: quando un AMR della flotta si ferma per ricaricarsi, chi continua a svolgere le sue missioni? Qui il dimensionamento diventa un ragionamento sulla disponibilità energetica dell’intera flotta.

Lo stesso processo produttivo, con lo stesso layout e le stesse missioni, può quindi richiedere flotte diverse a seconda di come è organizzato il lavoro. È un aspetto che spesso viene sottovalutato durante la preventivazione.

Tempi di lavoro e tempi di pausa: il robot non si muove per il 100% del turno

Questo è uno degli aspetti che distingue un dimensionamento accurato da una stima approssimativa. Un AMR presente in reparto per 8 ore non lavora necessariamente 8 ore consecutive: una parte del tempo viene assorbita da ricarica, attese, gestione delle missioni, traffico e interazione con l’ambiente circostante.

È la distinzione tra tempo disponibile e tempo realmente produttivo, quello che in ambito industriale si definisce duty cycle. Un esempio, sempre a titolo indicativo:

I numeri variano da impianto a impianto e vanno sempre verificati sul processo specifico, ma il principio resta valido: un turno di 8 ore non equivale a 8 ore di capacità produttiva dell’AMR. Se il dimensionamento considera il robot disponibile per l’intero turno, senza tenere conto di attese, ricariche, traffico e altre attività non produttive, rischia di sovrastimare la capacità di ogni AMR e quindi di sottodimensionare la flotta necessaria. Questo errore porta quasi sempre a un sottodimensionamento silenzioso, che emerge solo dopo l’avvio dell’impianto.

Il ruolo delle batterie nel dimensionamento degli AMR

Un errore comune è ragionare esclusivamente in termini di “batteria da X Ah”, come se l’autonomia fosse un valore assoluto e indipendente dal contesto operativo.

L’autonomia realmente necessaria dipende da una combinazione di fattori: il consumo per missione, la distanza percorsa, la velocità operativa, il carico trasportato, la frequenza delle accelerazioni e delle frenate, il tempo operativo giornaliero complessivo e soprattutto la possibilità di effettuare ricariche durante il ciclo produttivo, senza dover fermare il robot per ore.

Due impianti con lo stesso tipo di missione possono avere esigenze di autonomia molto diverse (e quindi flotte con più o meno robot), semplicemente perché uno dei due permette microricariche distribuite durante il turno e l’altro no. È questo il motivo per cui il dimensionamento energetico va sempre calato sul processo specifico, non dedotto da una generica scheda tecnica.

Cos’è il biberonaggio ossia come ricaricare senza fermare la produzione

Uno degli elementi che cambia realmente le carte in tavola nel dimensionamento di una flotta è il concetto di “biberonaggio”: il robot non aspetta necessariamente di scaricarsi completamente prima di ricaricare, ma può effettuare brevi ricariche nei momenti in cui ha meno lavoro.

Invece che fermarsi per un ciclo di ricarica completo, l’AMR può completare alcune missioni, entrare in una finestra di ricarica breve, recuperare parte dell’energia disponibile e tornare rapidamente operativo. Questo approccio è particolarmente utile in presenza di più turni, con flotte ad alta saturazione, in processi continui o comunque in tutti i contesti dove non è possibile fermare i robot per periodi prolungati senza impattare sulla produzione.

Il biberonaggio, però, ha un rovescio della medaglia: richiede che il sistema di fleet management sappia decidere in autonomia quando ricaricare e quale robot mettere in pausa, senza compromettere la copertura delle missioni in corso. Non è una funzione che si può gestire manualmente su una flotta di più unità. Serve un livello di coordinamento software che va oltre il singolo robot.

Batteria, ricarica e Fleet Manager devono lavorare insieme

A questo punto è utile separare concettualmente tre elementi che vengono spesso confusi in un unico discorso sulla “batteria”:

• la batteria determina quanta energia è disponibile complessivamente;
• la capacità di ricarica determina quanto rapidamente quell’energia può essere recuperata;
• il Fleet Manager decide quali robot possono fermarsi, quali devono continuare a lavorare e come redistribuire le missioni tra le unità disponibili in tempo reale. È così, il dimensionamento di una flotta non si esaurisce nella scelta dell’hardware.

Nel caso di HELKO, ad esempio, questi tre livelli lavorano insieme grazie a NAVARCO, il software che coordina missioni, priorità e stato di carica di ogni singolo robot. È il software, più che la singola batteria, a determinare quanto efficacemente una flotta riesce a sfruttare l’energia disponibile.

Quando serve aumentare il numero di AMR?

Beh, non necessariamente quando aumenta la distanza percorsa dai robot. Il bisogno di ampliare la flotta emerge tipicamente quando aumenta il numero di missioni richieste, quando cresce la durata media delle missioni stesse, quando diminuisce il tempo disponibile per la ricarica, quando il processo passa da uno a più turni, quando aumenta la domanda nei momenti di picco, o più semplicemente quando un singolo AMR non riesce più a mantenere il livello di servizio richiesto dal processo.

Da qui discende un principio che vale la pena ribadire: la flotta va dimensionata sul momento di maggiore carico, non sulla media giornaliera. Una flotta che regge la media ma non i picchi è, di fatto, una flotta sottodimensionata.

Come calcolare il dimensionamento di una flotta AMR

Riassumendo quanto sopra, il dimensionamento di una flotta AMR può essere impostato in cinque passaggi.

1. Misurare le missioni: quante richieste di trasporto vengono generate per ora dal processo.
2. Calcolare il tempo ciclo: quanto impiega realmente un AMR a completare una missione, dalla presa alla riconsegna.
3. Considerare il fattore di utilizzo: quanto tempo il robot lavora davvero, al netto di attese, ricarica e interazioni con l’ambiente.
4. Inserire la variabile energetica: quando e quanto il robot può ricaricarsi senza compromettere il servizio.
5. Dimensionare la flotta sui picchi: quanti AMR servono per mantenere il livello di servizio anche nei momenti di maggiore domanda, non solo nella media della giornata.

Questi cinque passaggi non sostituiscono un’analisi tecnica approfondita, ma offrono un metodo per impostare correttamente il ragionamento sul numero di robot necessari.

Un esempio pratico: dimensionare una flotta di HELKO

Vediamo come questi elementi si traducono in una scelta concreta, con uno scenario semplificato ma tuttalpiù realistico.

In questo nostro scenario, un reparto deve movimentare dei carrelli lungo un percorso che fa punto A → punto B → punto A, su due turni da 8 ore ciascuno, con una missione richiesta ogni pochi minuti e un periodo di punta concentrato nella parte centrale del turno. Una parte del tempo ciclo è dedicata al trasferimento vero e proprio, il resto ad aggancio, sgancio e attese.

1. Opzione 1: applicazione con un solo HELKO. Il singolo robot riesce a coprire il flusso medio della giornata, ma nei momenti di picco il tempo ciclo supera l’intervallo tra le richieste e quindi si formano code, e alcune missioni slittano oltre il tempo previsto. L’autonomia regge nella media quotidiana, ma non nei picchi, che sono proprio i momenti in cui conterebbe di più.
2. Opzione 2: flotta di 2 HELKO. La capacità di trasporto raddoppia, e il flusso di picco viene assorbito senza creare ritardi sistematici. Restano margini limitati per la ricarica, che va pianificata con attenzione nelle finestre di minore richiesta.
3. Opzione 3: flotta di 3 HELKO con gestione intelligente delle ricariche. Con una terza unità e una strategia di biberonaggio coordinata da NAVARCO, la flotta può permettersi che un robot si fermi temporaneamente per una ricarica breve, senza impattare sulla copertura complessiva delle missioni. È in questo scenario che il valore del Fleet Manager diventa evidente.

Il dimensionamento non si fa una volta sola

Un impianto può partire con due AMR e, con la crescita della produzione, passare nel tempo a tre o quattro unità. Per questo motivo il software di gestione della flotta deve essere pensato fin dall’inizio per scalare. Bisogna poter aggiungere nuovi robot senza riconfigurare l’intero sistema, redistribuire le missioni tra le unità disponibili, gestire le priorità operative, coordinare il traffico e lo stato di carica di ogni mezzo e adattarsi a nuovi flussi produttivi man mano che il processo evolve.

Un sistema già pensato per la scalabilità evita che ogni crescita della flotta diventi un nuovo progetto di integrazione da zero.

Dimensionare una flotta AMR: il ruolo del System Integrator

Come abbiamo visto, insomma, il dimensionamento corretto parte dal processo produttivo e logistico, non dal catalogo robot. È una distinzione che sembra scontata, ma che nella pratica fa la differenza tra un investimento efficace e uno sovra o sottodimensionato. In altre parole, il dimensionamento corretto nasce dall’incrocio tra carico di lavoro, tempi di ciclo, turnazione, autonomia e strategia di ricarica.

In Eureka System, il dimensionamento di una flotta HELKO parte sempre dall’analisi dei flussi reali: missioni, turni, tempi ciclo, autonomia energetica e integrazione con i sistemi software esistenti. Solo a partire da questi elementi si arriva alla configurazione della flotta: numero di robot, strategia di ricarica, logica di coordinamento e tantissimi altri dettagli propri di ogni singola applicazione.