Industrie 4.0: Slimme fabriek – Slimme logistiek – Afbeelding: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Industrie 4.0 – een term die de laatste tijd een modewoord is geworden en veel discussie oproept in het bedrijfsleven en de politiek. In de meest letterlijke zin verwijst Industrie 4.0 naar een toekomstgericht project van de Duitse federale overheid, dat een nauwe integratie van IT en productietechnologie beoogt om het land voor te bereiden op toekomstige uitdagingen.
Volgens het strategiedocument zal de vierde industriële revolutie, gedreven door de snelle ontwikkeling van het internet, leiden tot een samensmelting van de reële en virtuele wereld, met als uiteindelijk resultaat het Internet der Dingen (IoT). Hierbij vormen producten of componenten zelf een netwerk met andere objecten, gebruikers of transportmiddelen en communiceren ze met elkaar om naadloze en nog efficiëntere processen te creëren.
Een teken van de verschuiving naar Industrie 4.0 is het toenemende belang van netwerken tussen IT-systemen die zijn ingebed in productie- en logistieke processen, zowel onderling als met het internet in het algemeen (zogenaamde cyberfysische systemen, CPS). De steeds verdergaande en versnelde ontwikkeling van automatisering en integratie in de industrie gaat gepaard met de creatie van steeds intelligentere monitoring- en besturingstechnologieën, waardoor bedrijven hun gehele waardeketen in bijna realtime kunnen beheren en optimaliseren. Deze ontwikkeling zal uiteindelijk leiden tot de implementatie van volledig autonome besluitvormingsprocessen in productie en transport.
Een stap in de richting van dit doel is de zelflerende, intelligente fabriek ( Smart Factory ). De focus ligt hier op het ontwikkelen van intelligente, zelfregulerende productiesystemen en -processen, en op het implementeren van netwerkgebaseerde productiefaciliteiten die onafhankelijk met elkaar communiceren.
Slimme logistiek: de logistiek van de toekomst
slimme technologieën vinden echter ook steeds vaker hun weg naar de transportlogistiek
Maar wat zijn slimme technologieën nu precies?
Dit zijn computergestuurde systemen die complete werkprocessen volledig automatisch aansturen en autonoom kunnen functioneren, waardoor ze een heel proces zelfstandig kunnen beheren.
De logistiek van vandaag de dag heeft weinig gemeen met de relatief eendimensionale opslag en verzending van goederen van slechts enkele jaren geleden. Dit komt door nieuwe webtechnologieën die een compleet nieuw niveau van interactie tussen deelnemers mogelijk maken. En deze ontwikkeling zet zich in hoog tempo voort. Gedeeltelijk of zelfs volledig geautomatiseerde transportsystemen worden al in tal van toepassingen getest.
Smart Factory – de intelligente fabriek van de toekomst
Het Duitse onderzoekscentrum voor kunstmatige intelligentie (DFKI) heeft in samenwerking met diverse fabrikanten een eerste prototype ontwikkeld van een intelligente fabriek van de toekomst – de zogenaamde Smart Factory . Het belangrijkste kenmerk is de opbouw van onafhankelijke productiemodules die autonoom met elkaar communiceren via een veelheid aan informatiesystemen. Menselijke arbeid speelt slechts een ondersteunende rol in het productieproces.
De ontwikkeling vormt de basis van drie belangrijke bouwstenen:
- het intelligente, communicerende product
- het netwerksysteem
- de ondersteunende operator van het systeem
Het intelligente product wordt, met behulp van geïntegreerde sensoren (bijv. RFID of Bluetooth), continu op de hoogte gehouden van de huidige order, materiaal- en productiegegevens, en beïnvloedt zo het eigen productieproces. Het netwerksysteem communiceert via CPS-componenten met de individuele intelligente producten en bewaakt elke werkstap. In dit systeem wordt de operator die de gebruiker assisteert, rechtstreeks door het product geïnformeerd over de details van het assemblageproces, inclusief de benodigde werkstappen.
Slimme fabriek en datalogistiek
In de slimme fabriek is de traditionele scheiding tussen productieplanning en productiecontrole verdwenen. In plaats daarvan wordt een geïntegreerde aanpak gebruikt, waarbij machines informatie en prognoses over het productieproces uitwisselen en de daaropvolgende werkstappen coördineren. Gegevens over materiaalstromen, machine- en opslagsysteemgebruik en grondstoffenverbruik worden ook in het proces geïntegreerd en meegenomen in de actieplanning. Om ervoor te zorgen dat deze informatiestroom de lopende productie continu beïnvloedt, moet deze in realtime tussen de apparaten plaatsvinden.
Hier speelt datalogistiek een bijzonder belangrijke rol, omdat ervoor gezorgd moet worden dat alle gegevens, zowel actuele als verwachte, snel en volledig beschikbaar zijn en zonder tijdverlies worden doorgestuurd.
Deze moderne productiemethode eindigt zeker niet bij de poorten van de slimme fabriek. De geïntegreerde, ordergerichte aanpak van de productie, die de gehele waardeketen omvat, van grondstoffen tot het uiteindelijke industriële product, vereist bedrijfsoverstijgend denken en, vanuit een datalogistiek oogpunt, de garantie van een vlotte informatie-uitwisseling.
De uitdagingen zijn enorm. Enerzijds wordt een gigantische datastroom verwacht, wat een ingrijpende reorganisatie van de IT-infrastructuur noodzakelijk maakt. Een snelle uitbreiding van de netwerkinfrastructuur is daarom essentieel voor het succes van het project.
Naast de kwalitatieve en kwantitatieve uitbreiding van datalijnen, staat datalogistiek voor een andere zeer complexe en momenteel veelbesproken uitdaging: het waarborgen van alomvattende gegevensbeveiliging. Naast het garanderen van de beschikbaarheid van gegevens voor geautoriseerde gebruikers, speelt het handhaven van de vertrouwelijkheid ervan een centrale rol. Ongeautoriseerde toegang, evenals verlies of ongeautoriseerde openbaarmaking van vertrouwelijke gegevens, moet koste wat kost worden voorkomen. Professionals in datalogistiek staan daarom voor de taak om de ontwikkeling en implementatie van alomvattende beveiligingsconcepten en -normen te bevorderen.
De verbinding tussen data en transportlogistiek
Naast datalogistiek zal transportlogistiek een nog belangrijkere rol spelen in de context van Industrie 4.0. Dit betreft met name de volledige netwerkverbinding van alle objecten in de transportketen. In veel sectoren is dit al werkelijkheid en wordt het dagelijks toegepast in talloze scenario's: flexibele routeplanning op basis van voorspelde verkeersomstandigheden of weersvoorspellingen, en softwaregestuurd verkeersmanagement zijn slechts twee voorbeelden. Maar de technologische ontwikkeling stopt daar niet. De introductie van intelligente, zelfrijdende voertuigen in een transportinfrastructuur gebaseerd op het Internet der Dingen zal de deur openen naar geheel nieuwe dimensies van geautomatiseerde en flexibele logistieke oplossingen.
In dit gebied gaan data en transportlogistiek hand in hand, waarbij data de informatie levert die nodig is om de transportlogistiek te optimaliseren. Hoe uitgebreider de uitwisseling van actuele capaciteits-, weer-, verkeers- en voertuiginformatie, hoe efficiënter de groeiende logistieke stromen kunnen worden beheerd. In tijden van toenemende productie en het transport van steeds kleinere batches (trefwoord: e-commerce) zijn de productie- en distributiesector vrijwel volledig afhankelijk van de prestaties en flexibiliteit van de transportlogistiek. Alleen als gegarandeerd kan worden dat grondstoffen, halffabrikaten of verzendbare artikelen op tijd op de locatie aankomen, kan de visie van een vierde industriële revolutie in het algemeen, en het concept van de slimme fabriek in het bijzonder, überhaupt worden gerealiseerd.
Naar verwachting zullen slimme technologieën vroeg of laat de overhand krijgen in de productie. Maar wat zijn de gevolgen hiervan voor de magazijnlogistiek? Zal de ontwikkeling op dat gebied op dezelfde of een vergelijkbare manier verlopen?
Daar zijn tal van aanwijzingen voor.
Slimme transportsystemen in het magazijn
Zonder een centraal besturingssysteem onderhandelen deze voertuigen onderling over binnenkomende transportopdrachten, stellen ze voorrangsregels vast en wisselen ze gegevens uit over hun respectievelijke posities in het magazijn. Omdat elke shuttle zijn informatie decentraal verwerkt, is het gehele besturingssysteem verdeeld over vele virtuele eenheden. Als er storingen optreden, reageert de zwerm voertuigen en lost het probleem zelf op.
Autonome transportrobots
Hier komen de twee bedrijven Kardex Remstar en Servus Intralogistics in beeld. Zij hebben een nieuwe oplossing ontwikkeld, Smart Factory,
De kerncomponenten van de oplossing zijn dynamische ophaalsystemen van Kardex Remstar en een gespecialiseerd transportsysteem van Servus Intralogistics, bestaande uit autonome, op rails gemonteerde transportrobots. De producten van beide bedrijven zijn al enige tijd afzonderlijk verkrijgbaar. Nieuw is dat de componenten met behulp van nieuw ontwikkelde software zijn gecombineerd tot een efficiënte totaaloplossing. De voor de assemblage benodigde onderdelen worden ruimtebesparend opgeslagen in de verticale opslagliften, carrouselstellingen of containeropslagsystemen van Kardex Remstar. Bij het ophalen van de onderdelen haalt het Servus-transportsysteem de onderdelen automatisch uit de opslag en transporteert ze met behulp van autonome transportrobots naar de assemblagewerkstations. De robots ontvangen automatisch informatie over de benodigde werkstappen en voeren alle volgende stappen zelfstandig uit. Hierdoor heeft het Servus-systeem geen centrale besturingseenheid nodig, aangezien de transportrobots rechtstreeks via infrarood met andere transportrobots en werkstations communiceren, waardoor ze kunnen reageren op hun directe omgeving. Het transportsysteem van Servus is bijzonder flexibel, omdat het vrije routeplanning binnen de fabriekshal mogelijk maakt en zich optimaal aanpast aan bestaande gebouwstructuren. Dit betekent dat de rails op elke gewenste plek – van vloer tot plafond – in opslag- en productiehallen geïnstalleerd kunnen worden.
Zwermintelligentie van het Fraunhofer Instituut
Een fundamenteel vergelijkbare, maar in zijn huidige vorm geavanceerdere aanpak wordt getoond door het containeropslag- en transportsysteem Multishuttle Fraunhofer Instituut voor Materiaalstroom en Logistiek .
Het basisidee is dat het doorslaggevende voordeel van een opslagsysteem niet alleen wordt afgemeten aan de pure opslag- en ophaalcapaciteit, maar ook aan de snelheid waarmee de opslagcontainers hun bestemming bereiken. De specialisten van Fraunhofer IML gaan ervan uit dat het aandeel transportband- en opslagsystemen voor kleine ladingen in de magazijnlogistiek zal blijven toenemen ten opzichte van pallettransportband- en opslagsystemen. Dit komt door de voortdurende afname van de verzendvolumes en de daaruit voortvloeiende voorraadverminderende maatregelen in de industrie en handel.
Het oorspronkelijke idee was het ontwikkelen van een transportsysteem met kosteneffectieve, railgeleide voertuigen. Deze voertuigen moesten ook in staat zijn om zelfstandig opslag- en ophaalwerkzaamheden binnen het magazijn uit te voeren, waardoor het gehele transportproces van het magazijn naar de werkplek zonder verdere handelingen kon plaatsvinden. Dit idee leidde tot de ontwikkeling van de zogenaamde Multishuttle , die op een vergelijkbare manier werkt als het Servus-transportvoertuig.
De ingenieurs zagen echter al snel de beperkingen van deze oplossing in: het inflexibele railsysteem. Ze besloten daarom de multishuttle verder te ontwikkelen, een voertuig dat zich zonder rails door het magazijn kon bewegen. In samenwerking met Dematic ontwikkelde het instituut de MultiShuttle Move , die compatibel is met het conventionele railsysteem, maar ook is uitgerust met een vloeronderstel en een intelligent navigatiesysteem. Het voertuig is voorzien van laserscanners aan de voor- en achterkant, die zowel dienen voor routebepaling als voor de veiligheid tijdens het rijden op de vloer. Dankzij geïntegreerde positioneringstechnologie kan het voertuig zich volledig vrij door de ruimte bewegen zonder geleiderails of andere vaste markeringen en dynamisch reageren op veranderingen. Dit minimaliseert de behoefte aan vaste transportbanden en zorgt tegelijkertijd voor maximale flexibiliteit.
Met dit innovatieve systeem verzorgen intelligente en onderling verbonden transportvoertuigen alle transporttaken, bijvoorbeeld van een hoogbouwmagazijn naar de werkstations waar de producten verder worden verwerkt of gepickt. Deze wendbare helpers worden niet aangestuurd door magazijnbeheersoftware, maar coördineren zichzelf autonoom zonder centrale aansturing. Omdat dit type magazijnlogistiek een groot aantal van deze kleine helpers vereist, zou software de complexiteit van het beheren van deze robotzwerm niet aankunnen. Dankzij dit systeem kunnen ze zich volledig vrij bewegen in het hoogbouwmagazijn, zowel op rails als op de vloer.
De apparaten communiceren en besturen elkaar volgens het principe van zwermintelligentie. Dit wordt bereikt door het gebruik van nieuw ontwikkelde sensortechnologie met functionaliteiten zoals radiotracking, afstandsmeting en navigatie. Hierdoor kunnen de individuele shuttles altijd de meest directe en kortste route naar hun bestemming vinden, met elkaar coördineren met betrekking tot orderacceptatie en optimale routeplanning, en zo een maximale doorvoer in het magazijn en daarmee efficiëntie garanderen.
Botsingen worden ook voorkomen door het geïntegreerde sensorsysteem, dat de voertuigen automatisch stopt als een botsing met een ander apparaat of een persoon dreigt. Anders gelden er in het magazijn vaste voorrangsregels, vergelijkbaar met het wegverkeer.
Indien extra middelen nodig zijn, kan de transportcapaciteit van het systeem flexibel worden aangepast door het aantal voertuigen te verhogen. Investeringen in vaste voorzieningen zijn niet nodig.
Contact houden
