Tööstus 4.0 - transpordilogistika muutuste osas

Avaldatud: 31. detsember 2014 / Uuendatud: 28. september 2021 – Autor: Konrad Wolfenstein

Tööstus 4.0: nutikas tehas – nutikas logistika – pilt: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com

Tööstus 4.0 – termin, mis on viimasel ajal muutunud moesõnaks ja tekitab palju arutelusid nii tööstuses kui ka poliitikas. Oma kõige otsesemas tähenduses viitab Tööstus 4.0 Saksamaa föderaalvalitsuse tulevikku suunatud projektile, mis näeb ette IT ja tootmistehnoloogia tihedat integreerimist, et muuta riik tulevasteks väljakutseteks valmis.

Strateegiadokumendi kohaselt viib interneti kiire arengu poolt juhitud neljas tööstusrevolutsioon reaalse ja virtuaalse maailma ühinemiseni, mille tulemuseks on asjade internet (IoT). Siin tooted või komponendid ise loovad võrgustikke teiste esemete, kasutajate või transpordivahenditega ning suhtlevad omavahel, et luua sujuvaid ja veelgi tõhusamaid protsesse.

Üks märk nihkest Tööstus 4.0 suunas on tootmis- ja logistikaprotsessidesse integreeritud IT-süsteemide võrgustamise kasvav tähtsus nii omavahel kui ka internetiga üldiselt (nn küberfüüsilised süsteemid). Automatiseerimise ja integratsiooni pidevalt kasvava ja kiireneva arenguga tööstuses kaasneb üha intelligentsemate jälgimis- ja juhtimistehnoloogiate loomine, mis võimaldab ettevõtetel hallata ja optimeerida kogu oma väärtusloomevõrgustikku peaaegu reaalajas. See areng viib lõpuks täielikult autonoomsete otsustusprotsesside rakendamiseni tootmises ja transpordis.

Üks samm selle eesmärgi suunas on iseõppiv ja intelligentne tehas ( Smart Factory ). Siin keskendutakse intelligentsete ja isereguleeruvate tootmissüsteemide ja -protsesside arendamisele ning võrgustatud tootmisüksuste rakendamisele, mis suhtlevad omavahel iseseisvalt.

Nutikas logistika: tuleviku logistika

nutikad tehnoloogiad üha enam teed ka transpordilogistikasse

Aga mis täpselt on nutikad tehnoloogiad?

Need on arvutipõhised süsteemid, mis juhivad täisautomaatselt kogu tööprotsessi ja on võimelised töötama autonoomselt, juhtides seega kogu protsessi iseseisvalt.

Tänapäeva logistika sarnaneb vähe vaid mõne aasta taguse suhteliselt ühemõõtmelise ladustamise ja kauba saatmisega. See on tingitud uutest veebitehnoloogiatest, mis võimaldavad osalejate vahel täiesti uut interaktiivsuse taset. Ja see areng jätkub kiiresti. Osaliselt või isegi täielikult automatiseeritud transpordisüsteeme katsetatakse juba arvukates rakendustes.

Nutikas tehas – tuleviku intelligentne tehas

Saksa tehisintellekti uurimiskeskus (DFKI) on koostöös erinevate tootjatega välja töötanud tuleviku intelligentse tehase esimese prototüübi – nn nutika tehase . Selle peamine omadus on sõltumatute tootmismoodulite koosseis, mis suhtlevad omavahel autonoomselt, kasutades arvukalt infosüsteeme. Inimtööjõud mängib tootmisprotsessis vaid abistavat rolli.

Arengu aluseks on kolm peamist ehitusplokki:

• intelligentne ja suhtlev toode
• võrgustatud süsteem
• süsteemi abioperaator

Integreeritud andurite (nt RFID või Bluetooth) abil saab intelligentne toode pidevalt teavet oma praeguse tellimuse, materjali ja tootmisandmete kohta, mõjutades seeläbi oma tootmisprotsessi. Võrgustatud süsteem suhtleb üksikute intelligentsete toodetega CPS-komponentide kaudu ja jälgib iga tööetappi. Selles süsteemis teavitab toode kasutajat abistavat inimoperaatorit otse montaažiprotsessi üksikasjadest, sealhulgas vajalikest tööetappidest.

Nutikas tehas ja andmelogistika

Nutikas tehases kaotatakse traditsiooniline tootmisplaneerimise ja -juhtimise eraldatus. Selle asemel kasutatakse integreeritud lähenemisviisi, kus masinad vahetavad teavet ja prognoose tootmisprotsessi kohta ning koordineerivad järgnevaid tööetappe. Andmed materjalivoo, masina ja ladustussüsteemi kasutamise ning ressursside tarbimise kohta integreeritakse samuti protsessi ja neid arvestatakse tegevuskava koostamisel. Selleks, et see infovoog mõjutaks pidevalt käimasolevat tootmist, peab see seadmete vahel toimuma reaalajas.

Siin mängib eriti olulist rolli andmelogistika, kuna see peab tagama, et kõik andmed, nii praegused kui ka prognoositavad, oleksid kiiresti ja terviklikult kättesaadavad ning edastataks ajakaotuseta.

See moodne tootmisviis ei lõpe kaugeltki nutika tehase väravas. Integreeritud, tellimustele orienteeritud tootmisviis, mis hõlmab kogu väärtusahelat toorainest kuni valmis tööstustooteni, nõuab ettevõtetevahelist mõtlemist ja andmelogistika seisukohast sujuva teabevahetuse tagamist.

Sellega seotud väljakutsed on tohutud. Ühelt poolt on oodata massiivset andmevoogu, mis nõuab IT-infrastruktuuri põhjalikku ümberkorraldamist. Seetõttu on projekti edu saavutamiseks hädavajalik võrguinfrastruktuuri kiire laiendamine.

Lisaks andmeliinide kvalitatiivsele ja kvantitatiivsele laienemisele seisab andmelogistika silmitsi veel ühe väga keerulise ja praegu palju arutatud väljakutsega: igakülgse andmeturbe tagamine. Lisaks andmete kättesaadavuse tagamisele volitatud kasutajatele mängib keskset rolli ka nende konfidentsiaalsuse säilitamine. Volitamata juurdepääsu, samuti konfidentsiaalsete andmete kadumist või volitamata avalikustamist tuleb iga hinna eest vältida. Seetõttu seisavad andmelogistika spetsialistid silmitsi ülesandega edendada igakülgsete turvakontseptsioonide ja -standardite väljatöötamist ja rakendamist.

Andmete ja transpordilogistika seos

Lisaks andmelogistikale mängib transpordilogistika Tööstus 4.0 kontekstis veelgi olulisemat rolli. See hõlmab eelkõige kõigi transpordiahelas osalevate objektide täielikku võrgustamist. Paljudes valdkondades on see juba reaalsus ja seda kasutatakse igapäevaselt paljudes rakendustes: paindlik marsruudi planeerimine, mis põhineb ennustatud liiklusoludel või ilmal, ja tarkvarapõhine liiklusvoogude juhtimine on vaid kaks näidet. Kuid tehnoloogiline areng ei piirdu sellega. Intelligentsete, isejuhtivate sõidukite kasutuselevõtt asjade internetil põhinevas transporditaristus avab ukse täiesti uutele automatiseeritud ja paindlike logistikalahenduste dimensioonidele.

Selles valdkonnas käivad andmed ja transpordilogistika käsikäes, kusjuures andmed pakuvad transpordilogistika optimeerimiseks vajalikku teavet. Mida põhjalikum on praeguse mahutavuse, ilma, liikluse ja sõidukite teabe vahetamine, seda tõhusamalt saab hallata kasvavaid logistikavooge. Kasvava tootmise ja üha väiksemate partiide transpordi ajal (märksõna: e-kaubandus) sõltuvad tootmise ja levitamise pooled praktiliselt transpordilogistika toimivusest ja paindlikkusest. Ainult siis, kui see suudab tagada tooraine, pooltoodete või saadetavate kaupade õigeaegse kohalejõudmise, saab neljanda tööstusrevolutsiooni visioon üldiselt ja eriti nutika tehase kontseptsioon üldse teoks teha.

On oodata, et nutikad tehnoloogiad hakkavad tootmises varem või hiljem domineerima. Aga kuidas see mõjutab laologistikat? Kas areng jätkub seal samamoodi või sarnaselt?

Selle kohta on küllaga märke.

Nutikad transpordisüsteemid laos

Tuleviku intralogistika peamine trend on nn kärgtranspordisüsteemide kasutuselevõtt ladudes. Need on autonoomselt töötavate sõidukite parved, mis kasutavad laserskannereid, infrapunasensoreid ja RFID-kiipe, et iseseisvalt oma ümbrust tajuda ja autonoomselt oma sihtkohta liikuda.

Ilma keskse juhtimissüsteemita peavad need sõidukid omavahel sissetulevaid transpordikorraldusi läbirääkimisi, kehtestavad teeõiguse reeglid ja vahetavad andmeid oma vastavate asukohtade kohta laos. Kuna iga buss töötleb oma teavet detsentraliseeritult, on kogu juhtimissüsteem jaotatud paljude virtuaalsete üksuste vahel. Rikke korral reageerib sõidukite parv ja lahendab probleemi ise.

Autonoomsed transpordirobotid

Siin tulevadki mängu kaks ettevõtet, Kardex Remstar ja Servus Intralogistics, kes on välja töötanud uue lahenduse Smart Factory,

Lahenduse põhikomponentideks on Kardex Remstari dünaamilised väljastussüsteemid ja Servus Intralogisticsi spetsiaalne transpordisüsteem, mis koosneb autonoomsetest rööbastel liikuvatest transpordirobotitest. Mõlema ettevõtte tooted on juba mõnda aega eraldi saadaval olnud. Uus on see, et komponendid on ühendatud tõhusaks terviklahenduseks, kasutades uut tarkvara. Monteerimiseks vajalikud osad ladustatakse ruumisäästlikult Kardex Remstari vertikaalsetes ladustusliftides, karussellriiulites või konteinerladusüsteemides. Väljastamise ajal võtab Servuse transpordisüsteem osad automaatselt laost välja ja transpordib need autonoomsete transpordirobotite abil montaažitööjaamadesse. Robotid saavad automaatselt teavet vajalike tööetappide kohta ja viivad kõik järgnevad etapid iseseisvalt lõpule. Seetõttu ei vaja Servuse süsteem keskset juhtseadet, kuna transpordirobotid suhtlevad teiste transpordirobotite ja tööjaamadega otse infrapuna kaudu, võimaldades neil reageerida oma vahetule ümbrusele. Servuse transpordisüsteem osutub eriti paindlikuks, kuna see võimaldab tehasehallis vaba marsruudi planeerimist ja kohandub optimaalselt olemasolevate hoonekonstruktsioonidega. See tähendab, et rööpa saab paigaldada lao- ja tootmishallidesse ükskõik kuhu – põrandast laeni.

Fraunhoferi Instituudi parveluure

Põhimõtteliselt võrreldavat, kuid praegusel kujul arenenumat lähenemisviisi demonstreerib Fraunhoferi materjalivoogude ja logistika instituudi konteinerladustamise ja -transpordi süsteem nimega Multishuttle .

Põhiidee on see, et ladustussüsteemi otsustavat eelist ei mõõdeta mitte ainult selle puhta ladustamis- ja väljavõtmismahu järgi, vaid ka kiiruse järgi, millega ladustuskonteinerid sihtkohta jõuavad. Fraunhofer IML-i spetsialistid eeldavad, et väikeveoste transportimiseks mõeldud konveieri- ja ladustussüsteemide osakaal lao logistikas jätkab suurenemist võrreldes kaubaaluste konveieri- ja ladustussüsteemidega. See on tingitud saadetiste suuruse pidevast vähenemisest ja sellest tulenevatest varude vähendamise meetmetest tööstuses ja kaubanduses.

Algne idee hõlmas transpordisüsteemi väljatöötamist kulutõhusate rööbastel juhitavate sõidukitega. Need sõidukid pidid olema võimelised laos iseseisvalt ladustamis- ja väljavõtmistoiminguid teostama, võimaldades seega kogu transpordiprotsessi laost tööjaama ilma edasise käitlemiseta. See idee viis nn Multishuttle'i väljatöötamiseni , mis töötab sarnaselt Servuse transpordivahendiga.

Insenerid mõistsid aga kiiresti selle lahenduse piiranguid: paindumatut rööbassüsteemi. Seejärel asusid nad edasi arendama multishuttle'it, mis navigeeriks laos ilma rööbasteta. Koostöös Dematicuga töötas instituut välja MultiShuttle Move'i , mis ühildub tavapärase rööbassüsteemiga, kuid on varustatud ka põrandale paigaldatud šassii ja intelligentse navigatsioonisüsteemiga. Sõiduk on varustatud laserskanneritega ees ja taga, mis aitavad leida teed ja on põrandal töötades ohutusfunktsiooniks. Integreeritud positsioneerimistehnoloogia abil saab see ruumis täiesti vabalt liikuda ilma juhtrööbaste või muude fikseeritud markeriteta ning reageerida muutustele dünaamiliselt. See minimeerib vajadust fikseeritud konveieritehnoloogia järele, saavutades samal ajal maksimaalse paindlikkuse.

Selle uuendusliku süsteemi abil saavad intelligentsed ja omavahel ühendatud transpordivahendid hakkama kõigi transporditoimingutega, näiteks kõrglaost tööjaamadeni, kus kaupu edasi töödeldakse või komplekteeritakse. Neid paindlikke abilisi ei juhi laohaldustarkvara, vaid nad koordineerivad end autonoomselt ilma igasuguse keskse juhtimiseta. Kuna seda tüüpi laologistika nõuab suurt hulka selliseid väikeseid abilisi, oleks tarkvara selle robotite parve haldamise keerukusega ülekoormatud. See võimaldab neil kõrglaos täiesti vabalt liikuda, nii rööbastel kui ka põrandal.

Seadmed suhtlevad ja juhivad üksteist parveintellekti põhimõttel. See saavutatakse uudselt väljatöötatud anduritehnoloogia abil, mis on varustatud selliste funktsioonidega nagu raadiosaatmine, kauguse mõõtmine ja navigeerimine. See võimaldab üksikutel transpordivahenditel alati leida kõige otsesema ja lühima marsruudi sihtkohta, koordineerida omavahel tellimuste vastuvõtmist ja optimaalset marsruudi planeerimist ning tagada seeläbi laos maksimaalne läbilaskevõime ja seega ka efektiivsus.

Kokkupõrkeid aitab vältida ka integreeritud andurite süsteem, mis peatab sõidukid automaatselt, kui kokkupõrge teise seadme või inimesega on otsene. Muul juhul kehtivad laos fikseeritud eesõiguse reeglid, sarnaselt teeliiklusega.

Kui on vaja lisaressursse, saab süsteemi transpordivõimsust paindlikult kohandada sõidukite arvu suurendamise teel. Investeeringuid statsionaarsetesse rajatistesse pole vaja.