Przemysł 4.0 – Logistyka transportu się zmienia

Opublikowano: 31 grudnia 2014 / Aktualizacja z: 28 września 2021 - Autor: Konrad Wolfenstein

 

Przemysł 4.0 – termin, który od jakiegoś czasu jest modny i jest przedmiotem wielu dyskusji w przemyśle i polityce. W rzeczywistym sensie Przemysł 4.0 odnosi się do przyszłego projektu rządu federalnego, który zakłada ścisłą integrację technologii informatycznych i produkcyjnych, aby przygotować lokalny przemysł na przyszłe wyzwania.

W związku z tym zapowiadana w dokumencie strategicznym czwarta rewolucja przemysłowa, napędzana niezwykle szybkim rozwojem Internetu, doprowadzi do połączenia świata rzeczywistego i wirtualnego, co ostatecznie doprowadzi do powstania Internetu Rzeczy (IoT). Tutaj to same produkty lub komponenty łączą się w sieć i komunikują z innymi przedmiotami, użytkownikami lub środkami transportu, aby generować bezproblemowe i jeszcze bardziej wydajne procesy.

Znakiem zmiany w kierunku Przemysłu 4.0 jest rosnące znaczenie sieciowych systemów informatycznych wbudowanych w procesy produkcyjne i logistyczne, zarówno między sobą, jak i w ogóle z Internetem (tzw. systemy cyberfizyczne, CPS). Coraz większemu i szybszemu rozwojowi automatyzacji i wzajemnych połączeń w przemyśle towarzyszy tworzenie coraz bardziej inteligentnych technologii monitorowania i sterowania, dzięki którym przedsiębiorstwa mogą kontrolować i optymalizować całą sieć tworzenia wartości w czasie niemal rzeczywistym. Rozwój, który początkowo będzie skutkować wdrożeniem całkowicie autonomicznych procesów decyzyjnych w produkcji i transporcie.

Krokiem w tym kierunku jest samoucząca się, inteligentna fabryka ( Smart Factory ). Nacisk położony jest na rozwój inteligentnych, samoregulujących się systemów i procesów produkcyjnych, a także na wdrażanie połączonych w sieć, niezależnie komunikujących się obiektów produkcyjnych.

Inteligentna logistyka: logistyka przyszłości

inteligentne technologie w coraz większym stopniu trafiają również do logistyki transportu

Ale czym w ogóle są inteligentne technologie?

Są to systemy wspomagane komputerowo, które w pełni automatycznie sterują całymi procesami pracy i są w stanie działać autonomicznie, a tym samym samodzielnie sterować całym procesem.

Dzisiejsza logistyka niewiele ma wspólnego ze stosunkowo jednowymiarowym magazynowaniem i wysyłką towarów sprzed kilku lat. Powodem są właśnie nowe technologie internetowe, które pozwalają na zupełnie nowy poziom interaktywności pomiędzy uczestnikami. A rozwój postępuje w szybkim tempie. Częściowo lub nawet w pełni zautomatyzowane systemy transportowe są już testowane na różne sposoby.

Smart Factory – inteligentna fabryka przyszłości

Niemieckie Centrum Badań nad Sztuczną Inteligencją (DFKI) we współpracy z różnymi producentami opracowało pierwszy prototyp inteligentnej fabryki przyszłości – tzw. Smart Factory . Główną cechą jest ich kompozycja z niezależnych modułów produkcyjnych, które niezależnie komunikują się ze sobą za pomocą różnych systemów informatycznych. Praca ludzka pełni jedynie rolę pomocniczą w procesie produkcyjnym.

Podstawą rozwoju są trzy główne elementy składowe:

• inteligentny, komunikujący się produkt
• systemu sieciowego
• asystent operatora systemu

Za pomocą zintegrowanych czujników (np. RFID lub Bluetooth) inteligentny produkt jest stale informowany o swoim aktualnym zamówieniu, danych materiałowych i produkcyjnych, a tym samym wpływa na własną produkcję. Połączony w sieć system komunikuje się równolegle z poszczególnymi inteligentnymi produktami za pośrednictwem komponentów CPS i monitoruje poszczególne etapy pracy. W tym systemie człowiek, asystent operatora, jest bezpośrednio informowany przez produkt o szczegółach montażu, w tym o niezbędnych etapach pracy.

Inteligentna fabryka i logistyka danych

W Smart Factory nie obowiązuje już zwykłe oddzielenie planowania produkcji od kontroli produkcji. Zamiast tego ma miejsce zintegrowane podejście, w którym maszyny wymieniają między sobą informacje i prognozy dotyczące procesu produkcyjnego oraz koordynują dalsze etapy pracy. Dane dotyczące przepływu materiałów, wykorzystania maszyn i systemów magazynowania oraz zużycia zasobów są również uwzględniane w procesie i brane pod uwagę przy planowaniu działań. Aby przepływ informacji miał trwały wpływ na bieżącą produkcję, musi odbywać się pomiędzy urządzeniami w czasie rzeczywistym.

W tym momencie logistyka danych odgrywa szczególnie ważną rolę, ponieważ musi zapewnić, że wszystkie dane, aktualne i prognozowane, będą dostępne szybko i kompleksowo oraz zostaną przesłane bez straty czasu.

Ten nowoczesny rodzaj produkcji nie kończy się na bramie firmy Smart Factory. Zintegrowane, zorientowane na zamówienia podejście do produkcji, które obejmuje cały łańcuch wartości od surowców do gotowego produktu przemysłowego, wymaga myślenia między firmami i logistyki danych, aby zapewnić płynną wymianę informacji.

Wyzwania z tym związane są ogromne. Z jednej strony należy spodziewać się ogromnego strumienia danych, który będzie wymagał kompleksowej reorganizacji infrastruktury IT. Dla powodzenia projektu kluczowa jest zatem szybka rozbudowa sieci rurociągów.

Oprócz jakościowej i ilościowej rozbudowy łączy danych, logistyka danych stoi przed innym bardzo złożonym i obecnie szeroko dyskutowanym zadaniem: zapewnieniem kompleksowego bezpieczeństwa danych. Oprócz zapewnienia dostępności danych osobom upoważnionym, kluczową rolę odgrywa zachowanie ich poufności. Ważne jest, aby uniknąć wtargnięcia osób nieuprawnionych, a także utraty lub nieuprawnionego ujawnienia poufnych danych. Specjaliści ds. logistyki danych stoją zatem przed zadaniem przyspieszenia rozwoju i funkcjonowania kompleksowych koncepcji i standardów bezpieczeństwa.

Powiązanie danych z logistyką transportu

Oprócz logistyki danych, logistyka transportu będzie odgrywać jeszcze ważniejszą rolę w obliczu Przemysłu 4.0. Chodzi tu w szczególności o pełne połączenie w sieć wszystkich obiektów biorących udział w łańcuchu transportowym. Zostało to już wdrożone na dużych obszarach i w codziennym użyciu w różnych zastosowaniach: elastyczne planowanie tras w oparciu o prognozowane warunki ruchu lub pogodę oraz sterowanie przepływem ruchu wspomagane oprogramowaniem to tylko dwa przykłady. Ale rozwój techniczny nie kończy się na tym. Wprowadzenie inteligentnych, autonomicznych pojazdów w infrastrukturze transportowej opartej na Internecie Rzeczy otworzy drzwi do zupełnie innych wymiarów zautomatyzowanych i elastycznych rozwiązań logistycznych.

W tym obszarze dane i logistyka transportu idą ze sobą w parze, gdyż ta pierwsza dostarcza informacji, które można wykorzystać do optymalizacji logistyki transportu. Im bardziej kompleksowa jest wymiana aktualnych informacji o przepustowości, pogodzie, ruchu i pojazdach, tym skuteczniej można kontrolować rosnące przepływy logistyczne. W czasach rosnącej produkcji i transportu coraz mniejszych partii (słowo kluczowe e-commerce) strona produkcyjna i sprzedażowa są praktycznie uzależnieni od wydajności i elastyczności logistyki transportu. Wizja czwartej rewolucji przemysłowej w ogóle, a koncepcja inteligentnej fabryki w szczególności może zostać zrealizowana tylko wtedy, gdy zagwarantuje to, że surowce, produkty wstępne lub przedmioty, które można wysłać, znajdą się na miejscu w odpowiednim czasie.

Należy się spodziewać, że prędzej czy później inteligentne technologie zadomowią się w produkcji. Ale jaki to ma wpływ na logistykę magazynową? Czy rozwój będzie tam przebiegał w takiej samej lub podobnej formie?

Jest na to wystarczająco dużo oznak.

Inteligentne systemy transportowe w magazynie

Głównym trendem w przyszłej intralogistyce jest wprowadzenie w magazynie „komórkowych systemów transportowych”. Są to roje autonomicznych pojazdów, które wykorzystują skanery laserowe, czujniki podczerwieni i chipy RFID do samodzielnego wykrywania otoczenia i autonomicznego przemieszczania się do odpowiednich miejsc docelowych.

Bez centralnego sterowania urządzenia te negocjują ze sobą przychodzące zlecenia transportowe, ustalają zasady pierwszeństwa przejazdu i wymieniają dane o swoich pozycjach w magazynie. Ponieważ każdy prom przetwarza informacje w sposób zdecentralizowany, cały system sterowania jest rozproszony na wiele wirtualnych ramion. W przypadku wystąpienia awarii rój pojazdów sam reaguje i usuwa problem.

Samowystarczalne roboty transportowe

W tym miejscu z pomocą przychodzą dwie firmy Kardex Remstar i Servus Intralogistics. Pod hasłem Smart Factory opracowały nowe rozwiązanie w celu optymalizacji wewnętrznej logistyki produkcji swoich klientów.

Podstawowymi elementami rozwiązania są rozwiązania dynamicznego zaopatrzenia firmy Kardex Remstar oraz specjalny system transportowy firmy Servus Intralogistics, na który składają się autonomiczne roboty transportowe poruszające się po szynach. Produkty obu firm od dłuższego czasu są dostępne osobno. Nowością jest to, że komponenty są łączone w wydajne, całościowe rozwiązanie przy użyciu nowo opracowanego oprogramowania. Części potrzebne do montażu są przechowywane w sposób oszczędzający miejsce w pionowych windach magazynowych, regałach cyrkulacyjnych lub systemach magazynowania kontenerów firmy Kardex Remstar. System transportowy Servus w momencie dostarczenia części automatycznie pobiera części z magazynu i transportuje je na stanowiska montażowe za pomocą autonomicznych robotów transportowych. Urządzenia automatycznie otrzymują informację o wymaganych etapach pracy i samodzielnie wykonują wszystkie dalsze kroki. System Servus nie wymaga zatem centralnego sterowania, gdyż roboty transportowe komunikują się bezpośrednio z innymi robotami transportowymi i stanowiskami pracy za pomocą podczerwieni i w ten sposób reagują na swoje bezpośrednie otoczenie. System transportowy Servus okazuje się szczególnie elastyczny, ponieważ umożliwia swobodne prowadzenie w hali fabrycznej i optymalnie dopasowuje się do istniejących konstrukcji budowlanych. Oznacza to, że trasę można zamontować w dowolnym miejscu – od podłogi po sufit – w halach magazynowych i produkcyjnych.

Inteligencja roju z Instytutu Fraunhofera

System przechowywania i transportu kontenerów o nazwie Multishuttle Instytut Przepływu Materiałów i Logistyki im. Fraunhofera, prezentuje zasadniczo porównywalne podejście, ale w swojej obecnej formie idzie dalej .

Podstawową ideą jest to, że znaczącą korzyść z systemu przechowywania mierzy się nie tylko samą wydajnością przechowywania i wyszukiwania, ale także szybkością, z jaką pojemniki do przechowywania docierają do miejsca przeznaczenia. W założeniu specjaliści Fraunhofer IML zakładają, że w logistyce magazynowej udział systemów przenośników i systemów magazynowania dla nośników małych ładunków będzie nadal rósł w porównaniu z przenośnikami paletowymi i systemami magazynowania. Powodem tego jest ciągłe zmniejszanie rozmiarów przesyłek i wynikające z tego działania mające na celu redukcję zapasów w przemyśle i handlu.

Pierwotny pomysł zakładał opracowanie systemu transportu z wykorzystaniem tanich pojazdów szynowych. Powinni także umieć samodzielnie realizować procesy składowania i wyszukiwania w magazynie, aby móc obsłużyć cały transport z magazynu do stanowiska pracy bez konieczności wykonywania dalszych operacji przeładunkowych. Z tego pomysłu powstał tzw. Multishuttle , który działa podobnie do wózka transportowego Servus.

Jednak inżynierowie szybko dostrzegli ograniczenia tego rozwiązania: sztywny system szyn. Następnie przystąpiono do dalszego rozwijania multi-shuttle, który poruszałby się po magazynie bez szyn. We współpracy z firmą Dematic instytut opracował MultiShuttle Move , który jest kompatybilny z systemem kolei konwencjonalnej, ale jest również wyposażony w podwozie podłogowe i inteligentny system nawigacji. Pojazd jest wyposażony w skanery laserowe z przodu i z tyłu, które służą zarówno do wyznaczania trasy, jak i jako funkcja bezpieczeństwa podczas operacji w korytarzach. Dzięki zintegrowanej technologii pozycjonowania może poruszać się całkowicie swobodnie w przestrzeni i dynamicznie reagować na zmiany, bez żadnych wskazówek i innych stałych oznaczeń. W ten sposób zainstalowana na stałe technologia przenośników została zredukowana do minimum, a jednocześnie osiągnięta została maksymalna elastyczność.

Dzięki nowemu systemowi inteligentne i połączone ze sobą pojazdy transportowe realizują wszystkie transporty, na przykład z magazynu wysokiego składowania do stanowisk pracy, gdzie są dalej przetwarzane lub kompletowane. Jednak zwinni pomocnicy nie kierują się w swojej podróży oprogramowaniem do zarządzania magazynem, ale koordynują działania niezależnie między sobą, bez żadnej centralnej kontroli. Ponieważ tego typu logistyka magazynowa wymaga dużej liczby małych pomocników, oprogramowanie byłoby przytłoczone złożonością zadań kontrolnych dla tego roju robotów. Dzięki temu mogą one w pełni swobodnie poruszać się po magazynie wysokiego składowania po szynach i po podłożu.

Urządzenia komunikują się i kontrolują wzajemnie zgodnie z zasadą inteligencji roju. Osiąga się to poprzez zastosowanie nowo opracowanej technologii czujników, która jest wyposażona w takie funkcjonalności, jak radiolokacja, odległość i instrumenty nawigacyjne. Oznacza to, że poszczególne transporty zawsze szukają bezpośredniej i najkrótszej trasy do miejsca przeznaczenia, koordynują ze sobą przyjmowanie zamówień i znajdowanie optymalnej trasy, zapewniając w ten sposób maksymalną przepustowość magazynu, a tym samym efektywność.

Kolizji unika się także dzięki zintegrowanej koncepcji czujników, która automatycznie zatrzymuje pojazdy w przypadku grożącej kolizji z innym urządzeniem lub osobą. W przeciwnym razie na terenie magazynu obowiązują stałe zasady pierwszeństwa, analogiczne do ruchu drogowego.

W przypadku zapotrzebowania na dodatkowe zasoby wydajność przewozową systemu można elastycznie dostosowywać zwiększając liczbę pojazdów. Inwestycje w systemy stacjonarne nie są konieczne.