الصناعة 4.0 – لوجستيات النقل تتغير

 

الصناعة 4.0 – مصطلح ظل كلمة طنانة لبعض الوقت وكان موضوع الكثير من النقاش في الصناعة والسياسة. بالمعنى الفعلي، تشير الصناعة 4.0 إلى مشروع مستقبلي للحكومة الفيدرالية، والذي يتصور التكامل الوثيق بين تكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا التصنيع من أجل جعل الصناعة المحلية مناسبة للتحديات المستقبلية.

وبناء على ذلك، فإن الثورة الصناعية الرابعة المعلنة في ورقة الاستراتيجية، والتي يقودها التطور السريع للغاية للإنترنت، ستؤدي إلى دمج العالمين الحقيقي والافتراضي، وهو ما سيؤدي في النهاية إلى إنترنت الأشياء (IoT). هنا تكون المنتجات أو المكونات نفسها هي التي تتواصل وتتواصل مع العناصر الأخرى أو المستخدمين أو وسائل النقل من أجل إنشاء عمليات خالية من المشاكل وأكثر كفاءة.

من علامات التحول نحو الصناعة 4.0 الأهمية المتزايدة لشبكات أنظمة تكنولوجيا المعلومات المضمنة في عمليات الإنتاج والخدمات اللوجستية، سواء مع بعضها البعض أو مع الإنترنت بشكل عام (ما يسمى بالأنظمة الفيزيائية السيبرانية، CPS). يرافق التطور الأكبر والأسرع للأتمتة والربط البيني في الصناعة إنشاء تقنيات مراقبة وتحكم أكثر ذكاءً يمكن للشركات من خلالها التحكم في شبكة خلق القيمة بأكملها وتحسينها في الوقت الفعلي تقريبًا. تطور سيؤدي في البداية إلى تنفيذ عمليات صنع القرار المستقلة تمامًا في الإنتاج والنقل.

وإحدى الخطوات نحو ذلك هي المصنع الذكي للتعلم الذاتي ( المصنع الذكي ). وينصب التركيز هناك على تطوير أنظمة وعمليات إنتاج ذكية ذاتية التنظيم بالإضافة إلى تنفيذ مرافق الإنتاج المتصلة بالشبكة والمستقلة.

اللوجستيات الذكية: لوجستيات المستقبل

الذكية تجد طريقها بشكل متزايد

ولكن ما هي التقنيات الذكية على أية حال؟

هذه هي الأنظمة المدعومة بالكمبيوتر والتي تتحكم تلقائيًا بشكل كامل في عمليات العمل بأكملها وتكون قادرة على التصرف بشكل مستقل وبالتالي التحكم في العملية بأكملها بشكل مستقل.

ليس لدى الخدمات اللوجستية اليوم الكثير من القواسم المشتركة مع تخزين وشحن البضائع أحادي البعد نسبيًا منذ بضع سنوات مضت. والسبب هو على وجه التحديد تقنيات الويب الجديدة، التي تسمح بمستوى جديد تمامًا من التفاعل بين المشاركين. ويستمر التطور بوتيرة سريعة. يتم بالفعل اختبار أنظمة النقل المؤتمتة جزئيًا أو حتى بالكامل بطرق مختلفة.

المصنع الذكي – المصنع الذكي للمستقبل

قام مركز الأبحاث الألماني للذكاء الاصطناعي (DFKI)، بالتعاون مع العديد من الشركات المصنعة، بتطوير أول نموذج أولي لمصنع ذكي للمستقبل - ما يسمى بالمصنع الذكي . السمة الرئيسية هي تكوينها لوحدات إنتاج مستقلة تتواصل بشكل مستقل مع بعضها البعض باستخدام مجموعة متنوعة من أنظمة المعلومات. إن العمل البشري ليس له سوى دور مساعد في عملية الإنتاج.

تشكل ثلاث وحدات بناء مركزية أساس التطوير:

• المنتج الذكي والمتواصل
• النظام المتصل بالشبكة
• مساعد مشغل النظام

بمساعدة أجهزة الاستشعار المدمجة (مثل RFID أو Bluetooth)، يتم إعلام المنتج الذكي بشكل دائم بالطلب الحالي والمواد وبيانات الإنتاج وبالتالي يؤثر على إنتاجه. يتصل النظام المتصل بالشبكة بالتوازي مع المنتجات الذكية الفردية عبر مكونات CPS ويراقب خطوات العمل الفردية. في هذا النظام، يتم إبلاغ المشغل البشري المساعد مباشرة من خلال المنتج بتفاصيل التجميع، بما في ذلك خطوات العمل الضرورية.

المصنع الذكي ولوجستيات البيانات

في المصنع الذكي، لم يعد الفصل المعتاد بين تخطيط الإنتاج والتحكم في الإنتاج قابلاً للتطبيق. وبدلاً من ذلك، يتم اتباع نهج متكامل تقوم فيه الآلات بتبادل المعلومات والتنبؤات حول عملية الإنتاج مع بعضها البعض وتنسيق خطوات العمل الإضافية. يتم أيضًا دمج البيانات المتعلقة بتدفق المواد واستخدام الآلات وأنظمة التخزين واستهلاك الموارد في العملية ويتم أخذها في الاعتبار عند تخطيط التدابير. لكي يكون لتدفق المعلومات تأثير دائم على الإنتاج المستمر، يجب أن يتم بين الأجهزة في الوقت الفعلي.

هذه هي النقطة التي تلعب فيها لوجستيات البيانات دورًا مهمًا بشكل خاص، حيث يجب أن تضمن أن جميع البيانات، الحالية والمتوقعة، متاحة بسرعة وشاملة ويتم إرسالها دون أي ضياع للوقت.

هذا النوع الحديث من الإنتاج لا ينتهي عند بوابة شركة سمارت فاكتوري. يتطلب النهج المتكامل الموجه نحو الطلب في التصنيع، والذي يغطي سلسلة القيمة بأكملها بدءًا من المواد الخام وحتى المنتج الصناعي النهائي، تفكيرًا عبر الشركة ولوجستيات البيانات لضمان التبادل السلس للمعلومات.

والتحديات المرتبطة بهذا هائلة. فمن ناحية، من المتوقع وجود تدفق هائل من البيانات، الأمر الذي سيتطلب إعادة تنظيم شاملة للبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات. ولذلك فإن التوسع السريع لشبكة خطوط الأنابيب يعد أمرًا ضروريًا لنجاح المشروع.

بالإضافة إلى التوسع النوعي والكمي لخطوط البيانات، تواجه لوجستيات البيانات مهمة أخرى معقدة للغاية والتي تمت مناقشتها كثيرًا حاليًا: ضمان الأمن الشامل للبيانات. بالإضافة إلى ضمان توفر البيانات للأشخاص المرخص لهم، فإن الحفاظ على سريتها يلعب دورًا رئيسيًا. من المهم تجنب تطفل الأشخاص غير المصرح لهم وكذلك فقدان البيانات السرية أو الكشف عنها بشكل غير مصرح به. ولذلك يواجه المتخصصون في لوجستيات البيانات مهمة تطوير وتشغيل مفاهيم ومعايير الأمان الشاملة.

العلاقة بين البيانات ولوجستيات النقل

بالإضافة إلى لوجستيات البيانات، ستلعب لوجستيات النقل أيضًا دورًا أكثر أهمية في أعقاب الصناعة 4.0. يتعلق هذا على وجه التحديد بالربط الشبكي الكامل لجميع الكائنات المشاركة في سلسلة النقل. وقد تم تنفيذ ذلك بالفعل في مناطق واسعة وفي الاستخدام اليومي في مجموعة متنوعة من التطبيقات: التخطيط المرن للطريق بناءً على ظروف حركة المرور المتوقعة أو الطقس والتحكم المدعوم بالبرمجيات في تدفقات حركة المرور هما مجرد مثالين. لكن التطور التقني لا يتوقف عند هذا الحد. إن إدخال المركبات الذكية ذاتية القيادة في البنية التحتية للنقل القائمة على إنترنت الأشياء سيفتح الباب أمام أبعاد مختلفة تمامًا للحلول اللوجستية الآلية والمرنة.

في هذا المجال، تسير البيانات ولوجستيات النقل جنبًا إلى جنب، حيث توفر الأولى المعلومات التي يمكن استخدامها لتحسين لوجستيات النقل. وكلما كان تبادل المعلومات المتعلقة بالسعة الحالية والطقس وحركة المرور والمركبات أكثر شمولاً، كلما أمكن التحكم في التدفقات اللوجستية المتزايدة بكفاءة أكبر. في أوقات تزايد الإنتاج والنقل بكميات أصغر من أي وقت مضى (التجارة الإلكترونية بالكلمات الرئيسية)، يعتمد جانب الإنتاج والمبيعات فعليًا على أداء ومرونة لوجستيات النقل. إن رؤية الثورة الصناعية الرابعة بشكل عام ومفهوم المصنع الذكي بشكل خاص لا يمكن أن تتحقق إلا إذا كان ذلك يضمن وصول المواد الخام أو المنتجات الأولية أو العناصر التي يمكن شحنها إلى الموقع في الوقت المناسب.

ومن المتوقع أن تصبح التقنيات الذكية راسخة في الإنتاج عاجلاً أم آجلاً. ولكن كيف يؤثر ذلك على لوجستيات المستودعات؟ هل سيتم التطوير هناك بنفس الشكل أو بشكل مشابه؟

هناك ما يكفي من العلامات على ذلك.

أنظمة النقل الذكية في المستودعات

الاتجاه الرئيسي في الخدمات اللوجستية المستقبلية هو إدخال "أنظمة النقل الخلوي" في المستودع. هذه عبارة عن أسراب من المركبات ذاتية القيادة التي تستخدم الماسحات الضوئية الليزرية وأجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء ورقائق RFID لاكتشاف المناطق المحيطة بها بشكل مستقل والتحرك بشكل مستقل إلى وجهاتها الخاصة.

وبدون تحكم مركزي، تتفاوض هذه الأجهزة مع بعضها البعض حول أوامر النقل الواردة، وتضع قواعد حق الطريق، وتتبادل البيانات حول مواقعها في المستودع. وبما أن كل مكوك يعالج معلوماته بشكل لا مركزي، يتم توزيع نظام التحكم بأكمله عبر العديد من الأكتاف الافتراضية. في حالة حدوث أعطال، يقوم سرب المركبات بالتفاعل مع نفسه ويصحح المشكلة.

روبوتات النقل مكتفية ذاتيا

وهنا يأتي دور الشركتين Kardex Remstar وServus Intralogytics. وتحت الكلمة الرئيسية Smart Factory، قامتا بتطوير حل جديد لتحسين لوجستيات الإنتاج الداخلي لعملائهما.

اللبنات الأساسية للحل هي حلول توفير ديناميكية من Kardex Remstar ونظام نقل خاص من Servus Intralogics، والذي يتكون من روبوتات نقل مستقلة تسافر على السكك الحديدية. كانت المنتجات من كلا الشركتين متاحة بشكل منفصل لفترة طويلة. والجديد هو أنه تم دمج المكونات في حل شامل فعال باستخدام البرامج المطورة حديثًا. يتم تخزين الأجزاء المطلوبة للتجميع بطريقة توفر المساحة في مصاعد التخزين العمودية أو رفوف التدوير أو أنظمة تخزين الحاويات من Kardex Remstar. في وقت التوفير، يقوم نظام النقل Servus تلقائيًا بأخذ الأجزاء من المستودع ونقلها إلى محطات عمل التجميع بمساعدة روبوتات النقل المستقلة. تتلقى الأجهزة تلقائيًا معلومات حول خطوات العمل المطلوبة وتنفذ جميع الخطوات الإضافية بشكل مستقل. وبالتالي فإن نظام Servus لا يتطلب تحكمًا مركزيًا، حيث تتواصل روبوتات النقل مباشرة مع روبوتات النقل الأخرى ومحطات العمل باستخدام الأشعة تحت الحمراء وبالتالي تتفاعل مع بيئتها المباشرة. أثبت نظام النقل Servus أنه مرن بشكل خاص لأنه يسمح بالتوجيه الحر في قاعة المصنع ويتكيف بشكل مثالي مع هياكل المباني الحالية. وهذا يعني أنه يمكن تركيب المسار في أي نقطة - من الأرض إلى السقف - في المستودعات وقاعات الإنتاج.

سرب الاستخبارات من معهد فراونهوفر

نظام تخزين ونقل الحاويات المسمى Multishuttle معهد فراونهوفر لتدفق المواد والخدمات اللوجستية، نهجًا مشابهًا بشكل أساسي، ولكنه في شكله الحالي يذهب إلى أبعد من ذلك .

الفكرة الأساسية هي أن الفائدة الكبيرة لنظام التخزين لا تقاس فقط بأداء التخزين والاسترجاع النقي، ولكن أيضًا بالسرعة التي تصل بها حاويات التخزين إلى وجهتها. كفرضية، يفترض المتخصصون في Fraunhofer IML أنه في لوجستيات المستودعات، ستستمر نسبة أنظمة النقل والتخزين لناقلات الأحمال الصغيرة في الزيادة مقارنة بأنظمة نقل البليت والتخزين. والسبب في ذلك هو الانخفاض المستمر في أحجام الشحنات وما ينتج عن ذلك من تدابير خفض المخزون في الصناعة والتجارة.

تضمنت الفكرة الأصلية تطوير نظام نقل باستخدام مركبات منخفضة التكلفة موجهة بالسكك الحديدية. يجب أن يكونوا أيضًا قادرين على تنفيذ عمليات التخزين والاسترجاع في المستودع بشكل مستقل حتى يتمكنوا من التعامل مع عملية النقل بالكامل من المستودع إلى محطة العمل دون أي عمليات مناولة أخرى. أدت هذه الفكرة إلى ظهور ما يسمى بـ Multishuttle ، والتي تعمل بشكل مشابه لعربة النقل Servus.

ومع ذلك، أدرك المهندسون بسرعة حدود هذا الحل: نظام السكك الحديدية غير المرنة. ثم شرعوا في مواصلة تطوير المكوكات المتعددة، التي يمكنها التنقل في المستودع بدون قضبان. بالتعاون مع شركة Dematic، قام المعهد بتطوير MultiShuttle Move ، المتوافق مع نظام السكك الحديدية التقليدي، ولكنه مجهز أيضًا بهيكل أرضي ونظام ملاحة ذكي. تم تجهيز السيارة بماسحات ضوئية ليزرية في الأمام والخلف، والتي تعمل على تحديد الطريق وكوظيفة أمنية في عمليات الممر. وبمساعدة تقنية تحديد المواقع المتكاملة، يمكنه التحرك بحرية تامة في الفضاء والتفاعل ديناميكيًا مع التغييرات دون أي إرشادات أو علامات ثابتة أخرى. وبالتالي يتم تقليل تقنية الناقل المثبتة بشكل دائم إلى الحد الأدنى وفي نفس الوقت يتم تحقيق أقصى قدر من المرونة.

مع النظام الجديد، تقوم مركبات النقل الذكية والمترابطة بتنفيذ جميع عمليات النقل، على سبيل المثال من مستودع مرتفع إلى محطات العمل حيث تتم معالجتها أو اختيارها. ومع ذلك، لا يتم توجيه مساعدي Agile بواسطة برنامج إدارة المستودعات في رحلتهم، ولكنهم ينسقون بشكل مستقل مع بعضهم البعض دون أي تحكم مركزي. نظرًا لأن هذا النوع من لوجستيات المستودعات يتطلب عددًا كبيرًا من المساعدين الصغار، فإن البرامج ستكون غارقة في تعقيد مهام التحكم لهذا السرب من الروبوتات. كما هو الحال، فهم قادرون على التحرك بحرية تامة في المستودع المرتفع على القضبان وعلى الأرض.

تتواصل الأجهزة وتتحكم في بعضها البعض وفقًا لمبدأ ذكاء السرب. ويتم تحقيق ذلك من خلال استخدام تكنولوجيا الاستشعار المطورة حديثًا والمجهزة بوظائف مثل أدوات تحديد الموقع اللاسلكي والمسافة والملاحة. وهذا يعني أن المكوكات الفردية تبحث دائمًا عن الطريق المباشر والأقصر إلى وجهتها، وتنسق مع بعضها البعض حول تلقي الطلبات وإيجاد الطريق الأمثل، وبالتالي ضمان أقصى قدر من الإنتاجية في المستودع وبالتالي الكفاءة.

ويتم أيضًا تجنب الاصطدامات بفضل مفهوم المستشعر المدمج، الذي يوقف المركبات تلقائيًا في حالة حدوث تصادم وشيك مع جهاز آخر أو شخص. وبخلاف ذلك، يتم تطبيق قواعد حق الطريق الثابتة في المستودع، على غرار حركة المرور على الطرق.

إذا كانت هناك حاجة إلى موارد إضافية، فيمكن تعديل أداء النقل للنظام بمرونة عن طريق زيادة عدد المركبات. الاستثمارات في الأنظمة الثابتة ليست ضرورية.