Automatisation d’entrepôts et entreposage frigorifique

Le marché de l’entreposage frigorifique se réchauffe alors que les préférences alimentaires évoluent et que nous nous rapprochons d’un vaccin prometteur pour le coronavirus.

L’entreposage frigorifique est essentiel pour les chaînes d’approvisionnement et sa demande ne fait qu’augmenter. Market Data Forecast prévoit que le marché global de l’entreposage frigorifique connaîtra une croissance de 203 milliards de dollars en 2020 à 293 milliards d’ici la fin de 2025.

Qu’il s’agisse d’un site existant ou d’un nouveau site, opérer une installation d’entreposage frigorifique nécessite un équilibre délicat entre l’efficacité énergétique et la productivité. Avec diverses zones, d’une température ambiante à une zone surgelée, chaque pied cube a une incidence sur les marges.

Malgré les complexités de la température dans les entrepôts frigorifiques, l’automatisation aide à une conformité et des flux de produits efficaces. L’automatisation est une pièce cruciale d’une stratégie d’entreposage frigorifique qui tire profit du mouvement des produits au sol et en hauteur.

Une stratégie globale d’entreposage frigorifique doit tout prendre en compte, de la fondation en passant par l’élévation et l’automatisation.  

Aperçu de l’entreposage frigorifique

La pandémie de coronavirus a mis l’entreposage frigorifique encore plus à l’avant-plan. Les consommateurs ont adopté la livraison et le ramassage de l’épicerie tout en faisant des provisions de nourriture surgelée et d’autres articles de base. La demande a rapidement dépassé l’offre. 

Ce test de résistance imprévu sur les installations d’entreposage frigorifique a révélé l’impact potentiel du commerce électronique pour l’industrie dans les années à venir. Les préférences alimentaires évoluent et l’adoption du commerce électronique est en croissance. Une recherche de Mercatus and Incisiv montre des ventes estimées à 250 milliards de dollars aux États-Unis d’ici 2025 en comparaison avec 54 milliards en 2019 rapportés par Digital Commerce 360.

L’industrie des aliments et boissons n’est pas la seule à mettre en lumière l’entreposage frigorifique. L’industrie pharmaceutique est engagée dans une course contre la montre. Avec près de 250 000 morts aux États-Unis et 1,32 million de décès dans le monde attribués au coronavirus au moment de cette publication, un vaccin approuvé est crucial.

Quelle incidence cela a-t-il sur l’entreposage frigorifique? Il y a deux volets.

D’abord, les vaccins contre la Covid-19 peuvent nécessiter des températures d’entreposage très froides pour rester viables. Un vaccin contre le coronavirus de Pfizer et BioNTech, un des principaux candidats à l’approbation, nécessite un entreposage à -94 degrés Fahrenheit.  Bien que l’automatisation ne fonctionne pas aussi bien à des températures aussi basses que -94 degrés Fahrenheit, cela met en évidence à quel point l’automatisation est nécessaire dans des conditions extrêmes.  Aujourd’hui, l’automatisation joue un rôle pivot à des températures aussi basses que -22 degrés Fahrenheit, ce qui est dans les plages de la plupart des applications.

Deuxièmement, plusieurs milliards de doses de vaccin doivent être produites, entreposées et distribuées à l’échelle mondiale tout en maintenant des niveaux de température sensibles. Plusieurs experts des chaînes d’approvisionnement soulèvent des inquiétudes à propos de la disponibilité et de la capacité de l’entreposage frigorifique, plus particulièrement dans les zones rurales.

Cependant, l’Organisation mondiale de la santé a établi un partenariat avec les pays les plus populeux au monde dans le cadre du programme international d’installations pour l’accès aux vaccins contre la COVID-19 (COVAX) pour distribuer équitablement des vaccins contre la COVID-19 à travers le monde.

Alors que des fabricants du secteur des aliments et boissons, du domaine pharmaceutique et d’autres industries s’engagent dans des initiatives d’entreposage frigorifique, le succès dépend largement de la construction de ces installations et du niveau d’automatisation déployé. 

Un entreposage frigorifique dernier cri, de haut en bas

Une installation d’entreposage frigorifique est essentiellement une boîte dans une boîte. La structure externe ressemble à un entrepôt. L’enveloppe interne maintient cependant des températures ambiantes, réfrigérées et congelées, selon la plage nécessaire.

La capacité d’entreposage varie selon les installations, mais Statista signale que la capacité réfrigérée brute aux É.-U. a atteint 3,65 milliards de pieds cubes en 2019.

Dans tout cet espace, la zone la plus cruciale pour l’enveloppe interne se trouve sous vos pieds.

Le tout commence avec la fondation. La meilleure automatisation au monde ne vaut pas grand-chose si la dalle de votre installation d’entreposage frigorifique est mal installée et isolée.

Dans son article, Ice Age: Designing for Cold Storage Facilities, David S. Miller, vice-président pour NuTec Design, explique que sans une épaisseur de dalle appropriée et un système de chauffage du plancher, l’humidité dans le sol en dessous de la dalle pourrait geler et se dilater.

De la glace se forme, ce qui entraîne des dalles de plancher soulevées qui peuvent causer des problèmes structuraux pour la fondation et les points d’appui de l’entrepôt.

Miller a indiqué : « le chauffage du plancher est présent pour s’assurer que le sol sous la dalle et les fondations demeurent à environ 32 degrés Fahrenheit ». Les techniques pour éviter que le sol ne gèle comprennent des tubes de ventilation, un chauffage électrique ou du glycol chauffé en dessous de l’isolation de plancher.

« L’isolation du plancher est placée entre le système de chauffage du plancher et la dalle de plancher du bâtiment. L’épaisseur de l’isolation dépend de la température du congélateur. Par exemple, à -10 degrés Fahrenheit, on recommande un minimum de six pouces ». 

Quelles sont les autres recommandations pour l’installation et la protection d’une dalle de congélateur?

Dans son article, The Do’s and Don’ts of Cold Storage, Jennifer Carr, architecte pour Gresham Smith, cite plusieurs meilleures pratiques pour une dalle de congélateur :

  • Fournir un pare-vapeur robuste au niveau de la dalle de congélateur.

  • Fournir une isolation adéquate au niveau des dalles de congélateur. Elle doit être installée en couches, avec des points échelonnés à la dalle et au toit pour éviter une transmission facile de la température.

  • Pour vous assurer qu’il n’y a pas de trous ou de perforations dans la tuyauterie, testez votre système au glycol avant de verser le béton.

  • Réalisez votre conception avec des boucles redondantes dans le système de chauffage—si une boucle connaît un problème, il y a tout de même une protection sous la dalle.

Pour concrétiser ces deux meilleures pratiques, Matt Rivenbark, directeur des ventes pour le marché des aliments et boissons de SSI SCHAEFER, conseille de travailler avec un fournisseur qui dispose d’une expérience approfondie dans la conception et l’installation de dalles pour des applications de congélateur.

« La dalle pour un refroidisseur—et plus particulièrement un congélateur—est très différente de la dalle pour un entrepôt normal », a déclaré Rivenbark. « Y compris dans la même installation d’entreposage frigorifique, les dalles sont traitées avec différents isolations et systèmes de chauffage selon les zones de température.

Si de la condensation et du gel se produisent entre le sol et la dalle, il est probable que vous expérimentiez des problèmes structuraux, particulièrement sous les charges de systèmes automatisés d’entreposage et de prélèvement (ASRS) et d’autres systèmes automatisés ».

La hauteur complète votre investissement dans les dalles. Beaucoup d’installations d’entreposage frigorifique intègrent des systèmes de gerbage d’entrepôt à très grande hauteur (HBW) sur leurs dalles. Le rendement du capital investi de cette technologie est extrêmement élevé pour les opérateurs d’entreposage frigorifique à travers le monde.

« Un bâtiment intégré vous permet d’observer des niveaux plus élevés de rentabilité par rapport à une construction conventionnelle », a déclaré Rivenbark. « Une fois que vous avez atteint 60 pieds, c’est habituellement le seuil de rentabilité où vous choisissez la structure d’un bâtiment intégré ».

En construisant plus en hauteur, dans la plage de 100 à 120 pieds ou plus, cela diminue votre superficie d’un demi ou même du tiers l’espace nécessaire dans un environnement manuel.

« Si nous installons un système automatisé dans un congélateur, neuf fois sur dix il s’agira d’une structure intégrée », a indiqué Rivenbark.

Le rayonnage doté de l’automatisation intégrée directement soutient le mur et le toit de l’installation de l’entreposage frigorifique permettant l’entreposage des boîtes le plus serré possible. Les panneaux muraux en métal isolés doivent avoir les caractéristiques adéquates.

Conséquences d’une mauvaise isolation?

Sans une isolation adéquate, la condensation et la vapeur d’humidité s’infiltrent dans l’entrepôt. De la glace peut se former entre les panneaux et les joints, et de la « neige » peut même tomber à l’intérieur de l’installation si elle n’est pas correctement étanchéisée. 

Un HBW d’entreposage frigorifique correctement structuré et isolé fournit plusieurs avantages :

  • Il fournit de l’entreposage pour divers produits, également en termes de dimension et de hauteur.

  • Il permet la manutention automatisée dans des conditions extrêmement exigeantes, comme des températures de surgélation.

  • Il permet la densité d’entreposage la plus élevée par l’optimisation de la superficie et l’utilisation de l’espace vertical.

  • Il est possible d’agrandir et de modifier des systèmes, même après plusieurs années.

Un HBW intégré élimine les préoccupations liées aux obstructions par des colonnes ou à un espace d’entreposage inutilisable que l’on retrouve dans une construction d’entrepôt conventionnelle. Un scénario idéal pour installer une automatisation. 

L’automatisation raccorde tout ensemble. Presque n’importe quelle fonction d’un entrepôt peut être automatisée pour offrir une plus grande efficacité et un meilleur rendement du capital investi. 

Dans le cas d’un HBW d’entreposage frigorifique, Rivenbark a déclaré que beaucoup de ses clients demandent régulièrement une analyse pour la construction d’un entrepôt manuel en comparaison à une installation automatisée.

« L’option automatisée revient souvent à la moitié du coût », a-t-il indiqué. « Ce chiffre ne comprend pas les coûts de main-d’œuvre et d’énergie, seulement la construction du bâtiment et de l’automatisation pour l’entrepôt lui-même ».

Il est probable que la croissance du commerce électronique augmente le besoin de HBW d’entreposage frigorifique. Research and Markets prévoit que le marché de l’automatisation des entrepôts connaîtra une croissance de 13 milliards de dollars en 2018 à 27 milliards d’ici 2025.

Dans le cadre de l’opération d’une installation d’entreposage frigorifique, les deux dépenses les plus importantes sont la main-d’œuvre et l’électricité. Un HBW jumelé à un ASRS crée une superficie dense, ce qui demande moins d’espace pour refroidir ou congeler tout en abaissant les coûts énergétiques.

Et la main-d’œuvre? Les congélateurs sont des environnements difficiles pour les travailleurs. Les ASRS et autres solutions automatisées suppriment le composant main-d’œuvre pour ces environnements difficiles. Les travailleurs peuvent alors effectuer des tâches d’entrepôt plus productives et efficaces ailleurs.

La plupart des opérateurs d’entrepôt frigorifique prélèvent par couches ou boîtes en plus des palettes complètes, indique Rivenbark. SSI Schaefer a établi un partenariat avec RO-BER, un fournisseur d’applications robotiques novateur. Les systèmes robotiques de portique de l’entreprise sont lancés à travers les États-Unis comme une solution de prélèvement dans les congélateurs, où une exposition humaine prolongée peut constituer un danger.

« Nous observons cette couche suivante de prélèvement par terre au niveau des boîtes avec des solutions de type portique ou navette raccordées à des machines de palettisation robotiques », a renchéri Rivenbark. « L’automatisation construit les palettes de prélèvement en couche ou de caisses avant qu’elles ne soient remises dans l’entrepôt et ensuite amenées au quai pour l’expédition ».

Avec des avancements dans le domaine des solutions automatisées, votre installation d’entreposage frigorifique doit-elle être semi-automatisée ou complètement automatisée? Ça dépend, a indiqué Rivenbark.

Quels sont vos indicateurs opérationnels et exigences? Quels sont vos niveaux d’efficacité?

Dans le cas d’une capacité de traitement élevée, il est logique d’adopter une solution complètement automatisée. Bien que l’investissement soit plus important, la réduction de la main-d’œuvre offre un meilleur rendement du capital investi que la solution semi-automatisée.

Une solution semi-automatisée a un coût inférieur à l’acquisition, mais le rendement du capital investi nécessite plus de temps. Une fois que vous passez en semi-automatisé, il est souvent très difficile de justifier une automatisation complète.

« Un entrepôt inefficace qui installe une automatisation intégrale atteindra sa cible de rendement du capital investi rapidement », a déclaré Rivenbark.

« Toutefois, si je suis semi-automatisé, ces échéanciers de rendement du capital investi pourraient s’étendre sur sept à dix ans. Le rendement du capital investi consiste à aller du point A au point B. Lorsque vous êtes à mi-chemin, il est difficile de justifier un investissement supplémentaire pour une automatisation intégrale ».

Investir dans une évolutivité future

Il est toujours utile de connaître la croissance potentielle de votre opération d’entreposage frigorifique lorsque vous faites des investissements en automatisation.

La question de l’automatisation dépend souvent du contexte : opérez-vous dans une installation existante ou investissez-vous dans un nouveau site.

Friche industrielle. Une installation existante limite le type ou la quantité d’automatisation que vous pouvez mettre en œuvre. Par exemple, toute installation de moins de 40 pieds ne serait pas un candidat adéquat pour une solution ASRS substantielle.

Ceci ne signifie pas que l’automatisation est hors d’atteinte des opérateurs d’entreposage frigorifique en friche industrielle.

Rivenbark indique qu’une solution semi-automatisée, comme la navette de palette Orbiter de SSI Schaefer, permet un entreposage dense sur une superficie plus modeste.

« Le système Orbiter est idéal pour les fabricants d’aliments et de boissons en raison de la grande quantité d’entreposage en hauteur et du nombre peu élevé d’UGS, ce qui permet des options d’entreposage à canaux dans des environnements à température ambiante, réfrigérée et congelée », a-t-il indiqué.

« Une autre solution d’automatisation qui fonctionne bien avec une installation d’entreposage frigorifique est un système de rayonnage mobile utilisant des chariots élévateurs à fourche ou des véhicules à guidage automatique ».

Un système Orbiter ou de rayonnage mobile sont des solutions automatisées à portée de la main que les installations en friche industrielle peuvent mettre à profit pour l’efficacité opérationnelle.

Nouveau site. Lors de la construction d’une nouvelle installation d’entreposage frigorifique, l’accent de la conception doit être mis sur l’automatisation. Le coût est presque la moitié lorsque l’automatisation est intégrée au début. Les opérateurs peuvent stocker la même quantité de palettes dans environ le tiers de l’espace d’entreposage requis pour un entrepôt conventionnel.

« Ces économies prennent en compte uniquement le coût du bâtiment, le coût de la réfrigération et le coût de l’automatisation », a indiqué Rivenbark. Ceci ne comprend pas le coût du terrain et d’autres pièces secondaires de la construction.

« Pourquoi commencer avec une opération d’entreposage manuel pour ensuite payer plus pour automatiser plus tard? »  

Liens :

https://www.marketdataforecast.com/market-reports/cold-storage-market

https://www.businesswire.com/news/home/20200917005176/en/Online-Grocery-Sales-Projected-to-Reach-250B-by-2025-According-to-New-Research-From-Mercatus-and-Incisiv

https://www.digitalcommerce360.com/article/online-food-report/#:~:text=U.S.%20online%20grocery%20sales%20hit,up%20from%203.4%25%20in%202018

https://www.prnewswire.com/news-releases/global-warehouse-automation-market-report-2020-2026-post-covid-19-opportunities-worth-30b-by-2026-at-a-cagr-of-14-301161726.html

https://www.sciencemag.org/news/2020/09/who-unveils-global-plan-fairly-distribute-covid-19-vaccine-challenges-await

https://www.discovermagazine.com/health/keeping-coronavirus-vaccines-at-subzero-temperatures-during-distribution

https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/pfizer-and-biontech-announce-vaccine-candidate-against

https://www.statista.com/statistics/750955/gross-refrigerated-warehouses-capacity-united-states/

https://www.nutecgroup.com/news/2018/7/11/ice-age-designing-for-cold-storage-facilities

https://www.refrigeratedfrozenfood.com/articles/98219-the-dos-and-donts-of-cold-storage

https://www.ssi-schaefer.com/en-us/products/storage/pallet-rack-systems/high-bay-warehouse-53292