תעשייה 4.0: מפעל חכם – לוגיסטיקה חכמה – תמונה: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
תעשייה 4.0 – מונח שהפך לאחרונה למילת באזז, ומעורר דיון רב בתעשייה ובפוליטיקה. במובן האמיתי ביותר, תעשייה 4.0 מתייחסת לפרויקט עתידי של ממשלת גרמניה הפדרלית, אשר צופה שילוב הדוק של טכנולוגיית IT וטכנולוגיית ייצור כדי להפוך את המדינה מוכנה לאתגרים עתידיים.
על פי מסמך האסטרטגיה, המהפכה התעשייתית הרביעית, המונעת על ידי ההתפתחות המהירה של האינטרנט, תוביל למיזוג של העולם האמיתי והווירטואלי, ובסופו של דבר יביא לאינטרנט של הדברים (IoT). כאן, המוצרים או הרכיבים עצמם מתחברים לפריטים, משתמשים או אמצעי תחבורה אחרים ומתקשרים זה עם זה כדי לייצר תהליכים חלקים ויעילים אף יותר.
סימן למעבר לעבר תעשייה 4.0 הוא החשיבות הגוברת של חיבור מערכות IT ברשת המוטמעות בתהליכי ייצור ולוגיסטיקה, הן זו עם זו והן עם האינטרנט באופן כללי (מה שנקרא מערכות סייבר-פיזיות, CPS). הפיתוח הגובר והמואץ של אוטומציה ואינטגרציה בתעשייה מלווה ביצירת טכנולוגיות ניטור ובקרה חכמות יותר ויותר, המאפשרות לחברות לנהל ולמטב את כל רשתות יצירת הערך שלהן כמעט בזמן אמת. פיתוח זה יוביל בסופו של דבר ליישום תהליכי קבלת החלטות אוטונומיים לחלוטין בייצור ובתחבורה.
צעד אחד לקראת מטרה זו הוא מפעל חכם, בעל למידה עצמית (Smart Factory). המוקד כאן הוא על פיתוח מערכות ותהליכי ייצור חכמים בעלי ויסות עצמי, וכן יישום מתקני ייצור מרושתים המתקשרים זה עם זה באופן עצמאי.
לוגיסטיקה חכמה: לוגיסטיקת העתיד
עם זאת, טכנולוגיות חדשניות וחכמות מוצאות את דרכן יותר ויותר גם ללוגיסטיקה של התחבורה ונמצאות בתהליך של מהפכה בתעשייה שלמה
אבל מהן בעצם טכנולוגיות חכמות?
אלו הן מערכות בעזרת מחשב אשר שולטות באופן אוטומטי לחלוטין על תהליכי עבודה שלמים ומסוגלות לפעול באופן אוטונומי, ובכך לשלוט בתהליך שלם באופן עצמאי.
ללוגיסטיקה של ימינו יש מעט מאוד במשותף עם אחסון ומשלוח סחורות חד-ממדיים יחסית מלפני מספר שנים בלבד. זאת בשל טכנולוגיות אינטרנט חדשות המאפשרות רמה חדשה לחלוטין של אינטראקטיביות בין המשתתפים. ופיתוח זה ממשיך להתקדם במהירות. מערכות תחבורה אוטומטיות חלקית או אפילו אוטומטיות לחלוטין כבר נבדקות ביישומים רבים.
מפעל חכם – המפעל החכם של העתיד
מרכז המחקר הגרמני לבינה מלאכותית (DFKI), בשיתוף פעולה עם יצרנים שונים, פיתח אב טיפוס ראשון של מפעל חכם של העתיד - מה שנקרא " מפעל חכם". המאפיין העיקרי שלו הוא הרכב מודולי ייצור עצמאיים המתקשרים זה עם זה באופן אוטונומי באמצעות מגוון מערכות מידע. עבודה אנושית ממלאת רק תפקיד מסייע בתהליך הייצור.
שלושה אבני בניין מרכזיות מהוות את הבסיס לפיתוח:
- המוצר החכם והמתקשר
- המערכת המקושרת
- מפעיל המערכת המסייע
המוצר החכם, בעזרת חיישנים משולבים (למשל, RFID או Bluetooth), מקבל מידע מתמיד על נתוני ההזמנה, החומר והייצור הנוכחיים שלו, ובכך משפיע על תהליך הייצור שלו. המערכת המקושרת מתקשרת עם המוצרים החכמים השונים באמצעות רכיבי CPS ומנטרת כל שלב בעבודה. במערכת זו, המפעיל האנושי המסייע למשתמש מקבל מידע ישירות מהמוצר על פרטי תהליך ההרכבה, כולל שלבי העבודה הנדרשים.
מפעל חכם ולוגיסטיקה של נתונים
במפעל החכם, ההפרדה המסורתית בין תכנון הייצור לבקרת הייצור מבוטלת. במקום זאת, נעשה שימוש בגישה משולבת, שבה מכונות מחליפות מידע ותחזיות לגבי תהליך הייצור ומתאמות את שלבי העבודה הבאים. נתונים על זרימת חומרים, ניצול מכונות ומערכות אחסון וצריכת משאבים משולבים גם הם בתהליך ונלקחים בחשבון בתכנון הפעולות. כדי שזרימת מידע זו תשפיע באופן רציף על הייצור השוטף, היא חייבת להתרחש בזמן אמת בין מכשירים.
כאן לוגיסטיקת הנתונים ממלאת תפקיד חשוב במיוחד, שכן היא חייבת להבטיח שכל הנתונים, הן הנוכחיים והן החזויים, יהיו זמינים במהירות ובמקיפות ויועברו ללא כל אובדן זמן.
סוג ייצור מודרני זה בשום אופן אינו מסתיים בשערי המפעל החכם. הגישה המשולבת, מוכוונת הזמנות, לייצור, הכוללת את כל שרשרת הערך מחומרי הגלם ועד למוצר התעשייתי המוגמר, דורשת חשיבה חוצת-חברה, ומנקודת מבט של לוגיסטיקת נתונים, הבטחה של חילופי מידע חלקים.
האתגרים הכרוכים בכך הם עצומים. מצד אחד, צפויה זרימת נתונים מסיבית, המחייבת ארגון מחדש מקיף של תשתית ה-IT. לפיכך, הרחבה מהירה של תשתית הרשת חיונית להצלחת הפרויקט.
בנוסף להרחבה האיכותית והכמותית של קווי הנתונים, לוגיסטיקת הנתונים ניצבת בפני אתגר מורכב נוסף שכיום נדון רבות: הבטחת אבטחת נתונים מקיפה. מלבד הבטחת זמינות הנתונים למשתמשים מורשים, שמירה על סודיותם ממלאת תפקיד מרכזי. יש למנוע בכל מחיר גישה בלתי מורשית, כמו גם אובדן או חשיפה בלתי מורשית של נתונים סודיים. לכן, אנשי מקצוע בתחום לוגיסטיקת הנתונים ניצבים בפני המשימה לקדם את הפיתוח והתפעול של תפיסות ותקני אבטחה מקיפים.
הקשר בין נתונים ולוגיסטיקה של תחבורה
בנוסף ללוגיסטיקת נתונים, לוגיסטיקת התחבורה תמלא תפקיד חשוב אף יותר בהקשר של תעשייה 4.0. זה כולל באופן ספציפי רשת מלאה של כל האובייקטים המעורבים בשרשרת התחבורה. בתחומים רבים, זוהי כבר מציאות ומשמשת מדי יום במגוון רחב של יישומים: תכנון מסלולים גמיש המבוסס על תנאי תנועה או מזג אוויר צפויים, וניהול זרימת תנועה נתמך תוכנה הן רק שתי דוגמאות. אבל הפיתוח הטכנולוגי לא נעצר שם. הכנסתם של כלי רכב חכמים אוטונומיים לתשתית תחבורה המבוססת על האינטרנט של הדברים תפתח את הדלת לממדים חדשים לחלוטין של פתרונות לוגיסטיקה אוטומטיים וגמישים.
בתחום זה, נתונים ולוגיסטיקה של תחבורה הולכים יד ביד, כאשר הראשונה מספקת את המידע הדרוש לייעול לוגיסטיקת התחבורה. ככל שחילופי המידע הנוכחיים על קיבולת, מזג אוויר, תנועה וכלי רכב יהיו מקיפים יותר, כך ניתן לנהל את זרימות הלוגיסטיקה הגדלות ביעילות רבה יותר. בתקופות של ייצור גובר והובלת קבוצות קטנות יותר ויותר (מילת מפתח: מסחר אלקטרוני), צדדי הייצור וההפצה תלויים למעשה בביצועים ובגמישות של לוגיסטיקת התחבורה. רק אם ניתן להבטיח שחומרי גלם, מוצרים מוגמרים למחצה או פריטים הניתנים למשלוח יגיעו לאתר בזמן, ניתן יהיה להגשים את חזון המהפכה התעשייתית הרביעית בכלל, ואת מושג המפעל החכם בפרט.
צפוי כי טכנולוגיות חכמות ישלטו בייצור במוקדם או במאוחר. אך כיצד הדבר ישפיע על הלוגיסטיקה של המחסנים? האם הפיתוח שם יתקדם באותו אופן או באופן דומה?
יש לכך שפע של סימנים.
מערכות הובלה חכמות במחסן
ללא מערכת בקרה מרכזית, כלי רכב אלה מנהלים משא ומתן בינם לבין עצמם על הזמנות הובלה נכנסות, קובעים כללי זכות קדימה ומחליפים נתונים על מיקומם במחסן. מכיוון שכל מעבורת מעבדת את המידע שלה באופן מבוזר, מערכת הבקרה כולה מפוזרת על פני יחידות וירטואליות רבות. אם מתרחשות תקלות, נחיל כלי הרכב מגיב ופותר את הבעיה בעצמו.
רובוטי תחבורה אוטונומיים
כאן נכנסות לתמונה שתי החברות Kardex Remstar ו-Servus Intralogistics, שפיתחו פתרון חדש תחת הכותרת Smart Factory כדי לייעל את הלוגיסטיקה הפנימית של הייצור של לקוחותיהן
מרכיבי הליבה של הפתרון הם מערכות אחזור דינמיות של Kardex Remstar ומערכת הובלה ייעודית של Servus Intralogistics, המורכבת מרובוטים אוטונומיים המותקנים על מסילה. מוצרי שתי החברות זמינים בנפרד מזה זמן מה. החידוש הוא שהרכיבים משולבים לפתרון כולל יעיל באמצעות תוכנה שפותחה לאחרונה. החלקים הדרושים להרכבה מאוחסנים בצורה חוסכת מקום במעלונים אנכיים, מדפי קרוסלה או מערכות אחסון מכולות של Kardex Remstar. בזמן האחזור, מערכת ההובלה של Servus אחזור אוטומטית את החלקים מהאחסון ומעבירה אותם לתחנות העבודה של ההרכבה באמצעות רובוטי הובלה אוטונומיים. הרובוטים מקבלים אוטומטית מידע על שלבי העבודה הנדרשים ומשלימים את כל השלבים הבאים באופן עצמאי. כתוצאה מכך, מערכת Servus אינה דורשת יחידת בקרה מרכזית, שכן רובוטי ההובלה מתקשרים ישירות עם רובוטי הובלה ותחנות עבודה אחרים באמצעות אינפרא אדום, מה שמאפשר להם להגיב לסביבתם הקרובה. מערכת ההובלה של Servus מוכיחה את עצמה כגמישה במיוחד, שכן היא מאפשרת תכנון מסלולים חופשי בתוך אולם המפעל ומתאימה את עצמה בצורה אופטימלית למבני בניין קיימים. משמעות הדבר היא שניתן להתקין את המסילה בכל נקודה - מהרצפה ועד התקרה - באולמות אחסון וייצור.
מודיעין נחיל ממכון פראונהופר
גישה דומה ביסודה, אך בצורתה הנוכחית מתקדמת יותר, מוצגת על ידי מערכת אחסון והובלת מכולות בשם Multishuttle , שתוכננה על ידי מכון פראונהופר לזרימת חומרים ולוגיסטיקה .
הרעיון הבסיסי הוא שהיתרון המכריע של מערכת אחסון אינו נמדד רק על ידי כושר האחסון והשליפה הטהור שלה, אלא גם על ידי המהירות שבה מיכלי האחסון מגיעים ליעדם. המומחים ב-Fraunhofer IML מניחים כי חלקן של מערכות מסוע ואחסון עבור נושאי מטען קטנים ימשיך לעלות בלוגיסטיקה של מחסן בהשוואה למערכות מסוע ואחסון משטחים. זאת בשל ההפחתה המתמשכת של גודל המשלוחים והצעדים הנובעים מכך להפחתת המלאי בתעשייה ובמסחר.
הרעיון המקורי כלל פיתוח מערכת הובלה עם כלי רכב מונחים מסילתית וחסכוניים. כלי רכב אלה נועדו גם להיות מסוגלים לטפל באופן עצמאי בפעולות אחסון ושליפה בתוך המחסן, ובכך לאפשר את כל תהליך ההובלה מהמחסן לתחנת העבודה ללא כל טיפול נוסף. רעיון זה הוביל לפיתוח מה שנקרא Multishuttle, הפועל באופן דומה לרכב ההובלה Servus.
עם זאת, המהנדסים זיהו במהרה את המגבלות של פתרון זה: מערכת המסילות הנוקשה. לאחר מכן הם החלו בפיתוח נוסף של מערכת המסעות המולטי-שאטל, כזו שתנווט את המחסן ללא מסילות. בשיתוף פעולה עם Dematic, המכון פיתח את MultiShuttle Move, התואמת למערכת המסילות הקונבנציונלית אך מצוידת גם בשלדה המותקנת על הרצפה ומערכת ניווט חכמה. הרכב מצויד בסורקי לייזר מלפנים ומאחור, המשמשים הן לאיתור מסלולים והן כאמצעי בטיחות בעת פעולה על הרצפה. באמצעות טכנולוגיית מיקום משולבת, הוא יכול לנוע בחופשיות מלאה בתוך החלל ללא מסילות הנחיה או סמנים קבועים אחרים ולהגיב באופן דינמי לשינויים. זה ממזער את הצורך בטכנולוגיית מסועים קבועה תוך השגת גמישות מרבית בו זמנית.
בעזרת מערכת חדשנית זו, רכבי הובלה חכמים ומחוברים מטפלים בכל פעולות ההובלה, למשל, ממחסן גבוה ועד לתחנות העבודה בהן הן עוברות עיבוד נוסף או איסוף. עוזרים זריזים אלה אינם מונחים על ידי תוכנת ניהול מחסן, אלא מתאמים את עצמם באופן אוטונומי ללא כל בקרה מרכזית. מכיוון שסוג זה של לוגיסטיקה במחסן דורש מספר רב של עוזרים קטנים אלה, התוכנה תוצף ממורכבות ניהול נחיל הרובוטים הזה. זה מאפשר להם לנוע בחופשיות מוחלטת בתוך מחסן הגבוה, הן על מסילות והן על הרצפה.
המכשירים מתקשרים ושולטים זה בזה באמצעות עקרון אינטליגנציית הנחיל. הדבר מושג באמצעות טכנולוגיית חיישנים חדשה שפותחה, המצוידת בפונקציונליות כגון מעקב רדיו, מדידת מרחק וניווט. זה מאפשר לכל אחד מהשאטלים למצוא תמיד את המסלול הישיר והקצר ביותר ליעדו, לתאם זה עם זה בנוגע לקבלת הזמנות ותכנון מסלול אופטימלי, ובכך להבטיח תפוקה מקסימלית במחסן ולכן יעילות.
התנגשויות נמנעות גם על ידי מערכת חיישנים משולבת, אשר עוצרת אוטומטית את כלי הרכב אם התנגשות עם מכשיר אחר או אדם קרובה. אחרת, כללי זכות קדימה קבועים חלים במחסן, בדומה לתנועת כבישים.
אם נדרשים משאבים נוספים, ניתן להתאים את קיבולת התחבורה של המערכת באופן גמיש על ידי הגדלת מספר כלי הרכב. אין צורך בהשקעות במתקנים קבועים.
שמור על קשר
