Jak optimalizovat intralogistiku k zefektivnění a zrychlení dodavatelských řetězců koncepce Industry 4.0 - první část ze dvou

Intralogistika (interní logistika) využívá autonomní mobilní roboty (AMR) a automaticky řízená vozidla (AGV) k efektivnímu přesunu materiálů po skladech a výrobních zařízeních koncepce Industry 4.0. Tento článek se zabývá problematikou související se způsobem využívání vozidel AMR a AGV na systémové úrovni pro implementaci vnitřní logistiky a rychlé a bezpečné přesuny materiálů podle potřeby. Část 2 této série se zaměřuje na případy použití a na způsob, jakým vozidla AMR a AGV využívají senzory k identifikaci a sledování položek a jakým ML a AI podporují identifikaci materiálů a jejich pohyb a dodávky ve skladech a výrobních zařízeních.

Rychlý přesun materiálů z místa příjmu do místa expedice ve skladu nebo z místa na místo ve výrobním závodě - nazývaný intralogistika (vnitřní logistika) - je kriticky důležitým aspektem zefektivnění a urychlení operací dodavatelského řetězce v koncepci Industry 4.0. Intralogistika je více než pouhá rychlost. K dosažení maximálního užitku musí být prováděna efektivně, přesně a se sníženým objemem odpadu. Klíčovým řešením pro vylepšení intralogistiky mohou být autonomní mobilní roboty („autonomous mobile robot“, AMR) a automaticky řízená vozidla „automated guided vehicle“, AGV).

AMR a AGV vypadají podobně, fungují však odlišně. Zatímco tradiční vozidla AGV jsou předprogramována tak, aby prováděla omezené funkce s co nejnižšími náklady, nové modely vozidel AGV jsou k dispozici se senzory, jako mají roboti AMR, čímž se rozdíly mezi nimi stírají. V důsledku obav o bezpečnost pracují tradiční vozidla AGV v oblastech oddělených od osob, novější modely však obsahují senzory pro předcházení kolizím a mohou zajišťovat vyšší úroveň bezpečnosti.

Tento článek začíná přehledem intralogistiky a způsobu, jakým ji lze využívat k urychlení dodavatelských řetězců. Poté porovnává provoz a používání vozidel AGV a robotů AMR a stručně posuzuje rozdíly mezi oběma typy, pokud jde o navigaci a schopnost vyhýbat se překážkám, flexibilitu, bezpečnost, problémy s nasazením, údržbu a náklady na vlastnictví. Článek se zároveň zabývá stírajícími se rozdíly mezi roboty AMR a vozidly AGV a končí pohledem na způsob, jakým může použití digitálních dvojčat zlepšit budoucí intralogistické operace. Druhý článek této série se bude hlouběji zabývat širokou škálou technologií senzorů, které roboti AMR a vozidla AGV potřebují. Společnost DigiKey nabízí pro oba typy celou řadu produktů automatizace pro intralogistiku.

Definice intralogistiky

Intralogistika je nasazována pomocí kyberneticko-fyzikálních systémů určených k optimalizaci interních distribučních a výrobních procesů. K tomu, aby byl systém intralogistiky plně efektivní, musí být také prostřednictvím internetu a místních provozních procesů integrován s větším dodavatelským řetězcem.

Ve skladech zahrnuje systém znalost toho, kde se v závodě nachází veškerý materiál, co je potřebné k vychystávání nevyřízených objednávek, co může chybět k dokončení objednávek a kde se v širším dodavatelském řetězci nachází příchozí materiál.

V továrnách zahrnuje intralogistika kromě znalosti dostupnosti strojů a obsluhy také znalost toho, který materiál je potřebný pro konkrétní výrobní procesy společně s podporu maximální efektivity plánování koordinací informací o tom, které materiály se aktuálně nacházejí v továrně a kdy budou doručeny další materiály.

Při plné integraci informace o dostupnosti materiálu, lidech, jejich dovednostech a pracovních lokacích, plus strojních zařízeních a jejich dostupnosti snižují náklady díky minimalizaci zásob, zvýšení flexibility hromadného přizpůsobování a zlepšení kvality (obrázek 1).

Obrázek 1: Intralogistika může integrovat informace o materiálech, osobách a strojích za účelem optimalizace operací koncepce Industry 4.0. (Zdroj obrázku: Getty Images)

Intralogistika ovlivňuje procesní inženýrství, návrh systémů, projektové řízení, plánování požadavků na materiál a řadu dalších funkcí. Klíčem k maximalizaci výhod intralogistiky je automatizovaný pohyb materiálu po celém závodě.

Možnosti manipulace s materiálem

Roboti AMR a vozidla AGV jsou navrženy tak, aby přemisťovaly materiál z místa na místo, čímž zvyšují efektivitu, přesnost, produktivitu a bezpečnost operací intralogistiky. Tyto systémy lze rozlišit na základě jejich konfigurací nosnosti. K dispozici je několik konfigurací robotů AMR a vozidel AGV vhodných pro specifické intralogistické funkce:

• Vozíky, které se také nazývají vozidla pod zátěží nebo vozidla v pohybu, se pohybují se pod přemísťovaným předmětem, zvedají jej ve svislé poloze a dopravují na místo určení. Tato vozidla mohou být určena pro zvedání a přepravu 1 tuny nebo i více.
• Tahače nebo vleky se spojí s jedním nebo více automatizovanými nebo neautomatizovanými vozíky naloženými materiálem, které převážejí z místa na místo. Většina z nich je dimenzována na přibližně 1 tunu, ale jsou k dispozici i modely určené pro zatížení 20 tun. Kromě toho jsou k dispozici modely, které mohou pracovat autonomně nebo být ručně řízeny obsluhou.
• Robotické vysokozdvižné vozíky jsou dostupné v několika konfiguracích, včetně paletových vozíků, vysokozdvižných vozíků s protizávažím a vozíků pro úzké uličky. V závislosti na provedení mohou zvládnout několik tun a zvednout náklad do výšky až 10 m.
• Nosiče nákladu jsou automatizované mobilní plošiny, které mohou odebírat materiály z konce dopravníkové linky, z robotických nakládacích stanic a dalších automatizovaných systémů. Jejich nosnost bývá nižší než u ostatních typů robotů AMR a vozidel AGV.

Vozidla AGV a roboti AMR - jaký je rozdíl?

Vozidla AGV a roboti AMR mohou mít podobné konfigurace, avšak nemají stejné schopnosti. Mezi základní rozdíly patří:

• Vozidla AG jsou navigována z místa na místo pomocí externích drah vyrobených z magnetických pásků, pásů/nátěrů nebo drátů v podlaze; bez těchto externích drah se nikam nedostanou.
• Roboti AMR využívají k plánování nejefektivnější trasy a dynamickému vyhýbání se překážkám kombinaci interních senzorů, bezdrátově připojených externích senzorů, umělé inteligence („artificial intelligence“, AI) a strojového učení („machine learning“, ML).

Vozidla AGV byla vyvinuta před zavedením skladů a továren koncepce Industry 4.0 a v poslední době se rozvinula spíše tak, aby vyhovovala aplikacím koncepce Industry 4.0. Rozdíly proto nejsou tak zřejmé jako dříve. Mezi podobnosti a rozdíly patří:

Navigace a vyhýbání se překážkám. Největším rozdílem je navigace. Vozidla AGV se mohou pohybovat pouze po předem definovaných trasách, zatímco roboti AMR se mohou pohybovat po různých trasách v předem definované oblasti nebo prostředí. Jelikož se roboti AMR pohybují autonomně, mají rozsáhlé schopnosti vyhýbat se překážkám, včetně identifikace nových překážek, jako je paleta umístěná v předtím volné uličce, a detekce a vyhýbání se personálu v jejich dráze. Dřívější modely vozidel AGV měly omezené schopnosti vyhýbat se překážkám a oblasti jejich provozu byly navrženy tak, aby se v nich nenacházely osoby. Novější vozidla AGV obsahují širší škálu senzorů, díky čemuž jsou pro použití v blízkosti lidí bezpečnější. Ačkoli vozidla AGV dokáží identifikovat překážky, nedokáží se kolem nich pohybovat tak, jako roboti AMR. Vozidla AGV se namísto toho zastaví, dokud nedojde k odstranění překážky. Některé modely mohou automaticky pokračovat v jízdě, jakmile se překážka odsune z cesty.

Flexibilita. Roboti AMR mohou poskytovat vyšší flexibilitu a lze je bez fyzických úprav přeprogramovat k nasazení do nových prostředí. Pokud se vozidla AGV zavádějí do nového prostředí, vodicí dráhy musejí být instalovány nebo upraveny tak, aby podporovaly potřebné jízdní trasy. Vozidla AGV jsou dále omezena na jeden úkon zahrnující přesun materiálu z jednoho předem definovaného bodu do druhého a jejich činnost může být narušena změnami v prostředí, například přidáním nového vybavení vyžadujícího změny jízdní trasy.

Bezpečnost. Kvůli své větší schopnosti vyhýbat se překážkám jsou roboti AMR obecně považovány za bezpečnější než vozidla AGV. Nejde však o jednoduchou otázku. Oba typy mohou být vybaveny nouzovými vypínači a senzory pro identifikaci překážek a zabránění nárazu do nich - včetně osob. Roboti AMR jsou navrženy na provoz v blízkosti osob a obsahují řadu bezpečnostních opatření. Vozidla AGV však jezdí po předem stanovených trasách a personál předem ví, kde se budou nacházet, a může se tak snáze vyhýbat střetům s nimi. Obě technologie podporují vysokou úroveň bezpečnosti.

Problémy s nasazením. K podpoře svého nasazení vyžadují vozidla AGV i roboti AMR specifickou infrastrukturu. Obecně lze nasazení robotů AMR dokončit rychleji a v porovnání s vozidly AVG jsou méně rušivé. Vozidla AGV vyžadují k podpoře navigace mezi dvěma body instalaci vodicích drah. Roboti AMR závisejí na různých senzorech instalovaných v celém závodě, pomáhají poskytovat podrobné situační povědomí a podporují navigaci. Roboti AMR jsou vhodní pro použití ve složitějších prostředích a aplikacích. Robota AMR lze například naprogramovat tak, aby při vychystávání objednávek v aplikaci typu „následuj mě“ spolupracoval s člověkem. Díky těmto rozdílům jsou roboti AMR obecně vhodnější pro použití v prostředí koncepce Industry 4.0, kde se očekávají změny vyžadující efektivní podporu (obrázek 2).

Obrázek 2: vozidla AGV jezdí po pevných drahách, čímž jsou méně vhodná pro mnoho aplikací koncepce Industry 4.0. (Zdroj obrázku: Getty Images)

Údržba. Jedná se o smíšenou situaci. Vozidla AGV jsou jednodušší stroje s menším počtem senzorů a mohou vyžadovat méně údržby než roboti AMR. Může však dojít k poškození pomocné infrastruktury potřebné k provozu vozidel AGV, což vyžaduje další údržbu. U robotů AMR může údržbu vyžadovat sada senzorů a pravidelně jsou potřebné aktualizace softwaru. Požadavek, aby vozidla AGV jezdila v oblastech oddělených od osob často znamená, že vozidla urazí do cíle ve srovnání s roboty AMR delší vzdálenost. Delší dojezdové vzdálenosti zvyšují opotřebení vozidel AGV a potenciálně zvyšují náklady na údržbu. Odpověď na otázku, zda vyžadují více údržby vozidla AGV nebo roboti AMR, tedy závisí na aplikaci.

Náklady. Vozidla AGV jsou jednodušší stroje a stojí méně než roboti AMR. Rozdíly v nákladech na instalaci je složitější definovat, protože vozidla AGV vyžadují instalaci vodicích drah, zatímco roboti AMR potřebují sadu externích senzorů a bezdrátové připojení. Provozní náklady jsou u vozidel AGV vyšší, protože jejich vodicí dráhy vyžadují více údržby než infrastruktura potřebná k podpoře robotů AMR. V neposlední řadě lze roboty AMR obvykle nasazovat rychleji, což snižuje náklady spojené s prostoji v závodu a zvyšuje jejich vhodnost pro použití v aplikacích koncepce Industry 4.0.

Digitální dvojčata, digitální vlákna a intralogistika

Digitální dvojčata a digitální vlákna mohou být cennými nástroji pro nasazení v intralogistice. Digitální dvojčata jsou detailní virtuální modely složitých kyberneticko-fyzikálních systémů, jako jsou systémy používané pro intralogistiku. Digitální dvojčata se vytvářejí pomocí dat z různých zdrojů, včetně senzorů v závodu, modelů CAD („computer-aided design“) závodu, zpětné vazby od senzorů na zařízení, která jsou v závodu v provozu atd. Používají se k poskytování simulací provozu skladu nebo továrny v reálném čase, aby pomohly optimalizovat procesy a určit potenciální problémy dříve, než nastanou (obrázek 3). Digitální dvojče je doprovázeno digitálním vláknem, které zahrnuje kompletní historii všech aktivit v digitálním dvojčeti po celou dobu jeho provozní životnosti.

Obrázek 3: digitální dvojče (vlevo) může pro podporu vyšší produktivity v továrnách koncepce Industry 4.0 poskytovat simulace v reálném čase. (Zdroj obrázku: Getty Images)

Digitální dvojčata a digitální vlákna jsou v intralogistice v raných fázích vývoje. Pro efektivní systémy intralogistiky jsou důležité předvídatelné operace. Roboti AMR, vozidla AGV ostatní roboti pracují s vysokou úrovní předvídatelnosti a opakovatelnosti a jejich nasazení v koncepci Industry 4.0 může zjednodušit používání technologie digitálních dvojčat. Jejich zahrnutí do digitálního dvojčete podporuje optimalizaci a správu vozového parku v závodu a umožňuje preventivní údržbu s minimálním dopadem na provozní efektivitu.

Digitální dvojčata jsou podporována velkým množstvím dat v reálném čase, včetně podmínek prostředím jakož i funkčních a provozních dat o stavu strojů a procesů. Digitální dvojče používá tato data k simulaci skutečných systémů a předvídání stavu kompletních strojů a jednotlivých součástí, jako jsou bateriové bloky ve vozidlech AGV a robotech AMR s cílem optimalizace jejich výkonu.

Čím blíže simuluje digitální dvojče skutečný svět, tím větší jsou výhody. Systém intralogistiky obvykle obsahuje automatizované systémy s lidmi. Zahrnutí lidských činností do digitálního dvojčete může dále zvýšit přesnost simulací a výhody intralogistiky. Očekává se, že kombinace intralogistiky, digitálních dvojčat a digitálních vláken s umělou inteligencí a strojovým učením se stanou důležitými prvky podporujícími vznik plně automatizovaných továren a skladů koncepce Industry 4.0.

Shrnutí

Intralogistika znamená pohyb materiálů v rámci průmyslového závodu, jako je sklad nebo továrna. Vozidla AGV a roboti AMR jsou důležité nástroje používané k automatizaci a urychlení toku materiálů. Ačkoli mají oba typy své výhody a nevýhody, pro použití v aplikacích koncepce Industry 4.0 jsou vhodnější roboti AMR. V kombinaci s digitálními dvojčaty, AI a strojovým učením (ML) může intralogistika podporovat rozvoj plně automatizovaných továren a skladů.