Průmysl 4.0 – Dopravní logistika v transformaci

 

Průmysl 4.0 – termín, který se v poslední době stal populárním a vyvolává rozsáhlé diskuse v průmyslu i politice. V pravém slova smyslu se Průmysl 4.0 vztahuje k projektu německé spolkové vlády zaměřenému na budoucnost, který předpokládá úzkou integraci IT a výrobních technologií, aby se země připravila na budoucí výzvy.

Podle strategického dokumentu povede čtvrtá průmyslová revoluce, poháněná rychlým rozvojem internetu, ke sloučení reálného a virtuálního světa, což nakonec vyústí v internet věcí (IoT). Zde se samotné produkty nebo komponenty propojují s dalšími předměty, uživateli nebo dopravními prostředky a komunikují spolu, aby generovaly bezproblémové a ještě efektivnější procesy.

Znamením posunu směrem k Průmyslu 4.0 je rostoucí význam propojení IT systémů zabudovaných do výrobních a logistických procesů, a to jak mezi sebou navzájem, tak i s internetem obecně (tzv. kyberfyzikální systémy, CPS). Stále rostoucí a zrychlující se rozvoj automatizace a integrace v průmyslu je doprovázen vytvářením stále inteligentnějších monitorovacích a řídicích technologií, které firmám umožňují řídit a optimalizovat celé své sítě pro tvorbu hodnoty téměř v reálném čase. Tento vývoj nakonec povede k implementaci plně autonomních rozhodovacích procesů ve výrobě a dopravě.

Jedním z kroků k tomuto cíli je samoučící se inteligentní továrna (Smart Factory). Důraz je zde kladen na vývoj inteligentních, samoregulačních výrobních systémů a procesů a také na implementaci síťových výrobních zařízení, která spolu nezávisle komunikují.

Chytrá logistika: Logistika budoucnosti

Inovativní a chytré technologie si však stále častěji nacházejí cestu i do dopravní logistiky a právě probíhá proces revoluce v celém odvětví

Ale co přesně jsou chytré technologie?

Jedná se o počítačem podporované systémy, které plně automaticky řídí celé pracovní procesy a jsou schopny fungovat autonomně, a tak nezávisle řídit celý proces.

Dnešní logistika má jen málo společného s relativně jednorozměrným skladováním a přepravou zboží z doby před několika lety. To je způsobeno novými webovými technologiemi, které umožňují zcela novou úroveň interaktivity mezi účastníky. A tento vývoj nadále rychle pokračuje. Částečně nebo dokonce plně automatizované dopravní systémy se již testují v mnoha aplikacích.

Chytrá továrna – inteligentní továrna budoucnosti

Německé výzkumné centrum pro umělou inteligenci (DFKI) ve spolupráci s různými výrobci vyvinulo první prototyp inteligentní továrny budoucnosti – tzv. Smart Factory. Jejím hlavním rysem je složení nezávislých výrobních modulů, které spolu autonomně komunikují pomocí řady informačních systémů. Lidská práce hraje ve výrobním procesu pouze podpůrnou roli.

Základ vývoje tvoří tři klíčové stavební bloky:

• inteligentní, komunikující produkt
• síťový systém
• asistenční operátor systému

Inteligentní produkt je pomocí integrovaných senzorů (např. RFID nebo Bluetooth) neustále informován o aktuální objednávce, materiálu a výrobních datech, a tím ovlivňuje svůj vlastní výrobní proces. Síťový systém komunikuje s jednotlivými inteligentními produkty prostřednictvím komponent CPS a monitoruje každý pracovní krok. V tomto systému je lidský operátor asistující uživateli přímo informován produktem o detailech montážního procesu, včetně nezbytných pracovních kroků.

Chytrá továrna a datová logistika

V inteligentní továrně se eliminuje tradiční oddělení plánování výroby a řízení výroby. Místo toho se používá integrovaný přístup, v němž si stroje vyměňují informace a prognózy o výrobním procesu a koordinují následné pracovní kroky. Do procesu jsou integrována a zohledňována i data o toku materiálu, využití strojů a skladovacích systémů a spotřebě zdrojů. Aby tento tok informací neustále ovlivňoval probíhající výrobu, musí mezi zařízeními probíhat v reálném čase.

Zde hraje datová logistika obzvláště důležitou roli, protože musí zajistit, aby veškerá data, aktuální i prognózovaná, byla dostupná rychle a komplexně a aby byla předávána bez ztráty času.

Tento moderní typ výroby v žádném případě nekončí u bran chytré továrny. Integrovaný, na objednávky orientovaný přístup k výrobě, který zahrnuje celý hodnotový řetězec od surovin až po hotový průmyslový výrobek, vyžaduje myšlení napříč společnostmi a z pohledu datové logistiky i zajištění hladké výměny informací.

S tím spojené výzvy jsou obrovské. Na jedné straně se očekává masivní tok dat, který vyžaduje komplexní reorganizaci IT infrastruktury. Rychlé rozšíření síťové infrastruktury je proto pro úspěch projektu nezbytné.

Kromě kvalitativního a kvantitativního rozšíření datových linek čelí datová logistika další velmi složité a v současnosti hojně diskutované výzvě: zajištění komplexní bezpečnosti dat. Kromě zaručení dostupnosti dat pro oprávněné uživatele hraje ústřední roli zachování jejich důvěrnosti. Neoprávněnému přístupu, stejně jako ztrátě nebo neoprávněnému zveřejnění důvěrných dat, je třeba za každou cenu zabránit. Odborníci na datovou logistiku proto čelí úkolu prosazovat vývoj a provoz komplexních bezpečnostních konceptů a standardů.

Propojení dat a dopravní logistiky

Kromě datové logistiky bude v kontextu Průmyslu 4.0 hrát ještě důležitější roli dopravní logistika. To se konkrétně týká kompletního propojení všech objektů zapojených do dopravního řetězce. V mnoha oblastech je to již realita a denně se používá v mnoha aplikacích: flexibilní plánování tras na základě předpovězených dopravních podmínek nebo počasí a softwarově podporované řízení dopravních toků jsou jen dva příklady. Technologický vývoj však tím nekončí. Zavedení inteligentních, autonomních vozidel do dopravní infrastruktury založené na internetu věcí otevře dveře zcela novým dimenzím automatizovaných a flexibilních logistických řešení.

V této oblasti jdou data a dopravní logistika ruku v ruce, přičemž první z nich poskytuje informace potřebné k optimalizaci dopravní logistiky. Čím komplexnější je výměna informací o aktuální kapacitě, počasí, dopravě a vozidlech, tím efektivněji lze řídit rostoucí logistické toky. V době rostoucí produkce a přepravy stále menších dávek (klíčové slovo: elektronický obchod) jsou výrobní a distribuční strany prakticky závislé na výkonu a flexibilitě dopravní logistiky. Pouze pokud dokáže zaručit, že suroviny, polotovary nebo přepravitelné položky dorazí na místo včas, může být vize čtvrté průmyslové revoluce obecně a koncept chytré továrny zejména vůbec realizován.

Očekává se, že chytré technologie dříve či později ve výrobě převládnou. Jak to ale ovlivní skladovou logistiku? Bude tam vývoj probíhat stejným nebo podobným způsobem?

Existuje spousta náznaků toho.

Chytré přepravní systémy ve skladu

Hlavním trendem v budoucí intralogistice je zavádění „celulárních dopravních systémů“ ve skladech. Jedná se o roje autonomně provozovaných vozidel, která využívají laserové skenery, infračervené senzory a RFID čipy k nezávislému vnímání svého okolí a autonomnímu pohybu do příslušných cílů.

Bez centrálního řídicího systému tato vozidla mezi sebou vyjednávají příchozí přepravní příkazy, stanovují pravidla pro přednostní přepravu a vyměňují si data o svých příslušných pozicích ve skladu. Protože každý kyvadlový vůz zpracovává své informace decentralizovaně, je celý řídicí systém rozptýlen mezi mnoha virtuálními jednotkami. Pokud dojde k poruše, roj vozidel reaguje a problém sám vyřeší.

Autonomní transportní roboti

A právě zde přicházejí na řadu dvě společnosti Kardex Remstar a Servus Intralogistics, které vyvinuly nové řešení s názvem Smart Factory pro optimalizaci interní výrobní logistiky svých zákazníků

Základními komponentami řešení jsou dynamické vyzvedávací systémy od společnosti Kardex Remstar a specializovaný transportní systém od společnosti Servus Intralogistics, který se skládá z autonomních transportních robotů na kolejnicích. Produkty obou společností jsou již nějakou dobu k dispozici samostatně. Novinkou je, že komponenty jsou sloučeny do efektivního celkového řešení pomocí nově vyvinutého softwaru. Díly potřebné k montáži jsou skladovány prostorově úsporným způsobem ve vertikálních skladovacích výtahech, karuselových regálech nebo kontejnerových skladovacích systémech od společnosti Kardex Remstar. V okamžiku vyzvedávání transportní systém Servus automaticky vyzvedne díly ze skladu a pomocí autonomních transportních robotů je přepraví na montážní pracoviště. Roboti automaticky dostávají informace o požadovaných pracovních krocích a všechny následné kroky provádějí samostatně. Systém Servus tak nevyžaduje centrální řídicí jednotku, protože transportní roboti komunikují přímo s ostatními transportními roboty a pracovišti prostřednictvím infračerveného portu, což jim umožňuje reagovat na jejich bezprostřední okolí. Transportní systém Servus se ukazuje jako obzvláště flexibilní, protože umožňuje volné plánování trasy v rámci tovární haly a optimálně se přizpůsobuje stávajícím stavebním konstrukcím. To znamená, že kolejnici lze instalovat kdekoli – od podlahy až ke stropu – ve skladovacích a výrobních halách.

Rojová inteligence z Fraunhoferova institutu

V zásadě srovnatelný, ale ve své současné podobě pokročilejší přístup ukazuje systém pro skladování a přepravu kontejnerů s názvem Multishuttle , který navrhl Fraunhoferův institut pro tok materiálu a logistiku .

Základní myšlenkou je, že rozhodující výhoda skladovacího systému se neměří pouze jeho čistou skladovací a vychystávací kapacitou, ale také rychlostí, s jakou skladovací kontejnery dorazí do cíle. Specialisté z Fraunhofer IML předpokládají, že podíl dopravníkových a skladovacích systémů pro malé nosiče nákladu bude ve skladové logistice i nadále růst ve srovnání s paletovými dopravníky a skladovacími systémy. To je dáno neustálým snižováním velikosti zásilek a z toho vyplývajícími opatřeními na snižování zásob v průmyslu a obchodě.

Původní myšlenka spočívala ve vývoji přepravního systému s cenově dostupnými vozidly poháněnými kolejnicemi. Tato vozidla měla být také schopna samostatně provádět skladovací a vychystávací operace ve skladu, a umožnit tak celý přepravní proces ze skladu na pracovní stanici bez další manipulace. Tato myšlenka vedla k vývoji tzv. Multishuttle, který funguje podobně jako přepravní vozidlo Servus.

Inženýři však rychle rozpoznali omezení tohoto řešení: nepružný kolejnicový systém. Poté se pustili do dalšího vývoje multishuttleu, který by se pohyboval ve skladu bez kolejnic. Ve spolupráci se společností Dematic vyvinul institut MultiShuttle Move, který je kompatibilní s konvenčním kolejnicovým systémem, ale zároveň je vybaven podvozkem namontovaným na podlaze a inteligentním navigačním systémem. Vozidlo je vybaveno laserovými skenery vpředu i vzadu, které slouží jak k vyhledávání trasy, tak jako bezpečnostní prvek při provozu na podlaze. Díky integrované technologii polohování se může v prostoru zcela volně pohybovat bez vodicích kolejnic nebo jiných pevných značek a dynamicky reagovat na změny. Tím se minimalizuje potřeba pevné dopravníkové technologie a zároveň se dosahuje maximální flexibility.

Díky tomuto inovativnímu systému inteligentní a propojené přepravní vozidla zvládají veškeré přepravní operace, například z výškového skladu na pracovní stanice, kde jsou dále zpracovávány nebo vychystávány. Tito agilní pomocníci nejsou řízeni softwarem pro správu skladu, ale koordinují se autonomně bez jakéhokoli centrálního řízení. Vzhledem k tomu, že tento typ skladové logistiky vyžaduje velké množství těchto malých pomocníků, software by byl zahlcen složitostí řízení tohoto roje robotů. To jim umožňuje zcela volný pohyb ve výškovém skladu, a to jak po kolejích, tak i po podlaze.

Zařízení vzájemně komunikují a ovládají se na principu rojové inteligence. Toho je dosaženo použitím nově vyvinuté senzorové technologie vybavené funkcemi, jako je rádiové sledování, měření vzdálenosti a navigace. To umožňuje jednotlivým kyvadlovým vozidlům vždy najít nejpřímější a nejkratší trasu k cíli, vzájemně se koordinovat ohledně přijetí objednávek a optimálního plánování trasy, a tím zajistit maximální propustnost skladu a tím i efektivitu.

Kolizím se také předchází díky integrovanému senzorovému systému, který automaticky zastaví vozidla, pokud hrozí srážka s jiným zařízením nebo osobou. Jinak ve skladu platí pevně stanovená pravidla pro přednost v jízdě, podobně jako v silničním provozu.

Pokud jsou potřeba další zdroje, lze přepravní kapacitu systému flexibilně upravit zvýšením počtu vozidel. Investice do pevných zařízení nejsou nutné.