Przemysł 4.0: Inteligentna fabryka – Inteligentna logistyka – Zdjęcie: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
Przemysł 4.0 – termin, który ostatnio stał się modny i wywołuje wiele dyskusji w przemyśle i polityce. W najprawdziwszym znaczeniu Przemysł 4.0 odnosi się do przyszłościowego projektu rządu federalnego Niemiec, który zakłada ścisłą integrację technologii informatycznych i produkcyjnych, aby przygotować kraj na przyszłe wyzwania.
Zgodnie z dokumentem strategicznym, czwarta rewolucja przemysłowa, napędzana szybkim rozwojem internetu, doprowadzi do połączenia świata realnego z wirtualnym, czego ostatecznym rezultatem będzie Internet Rzeczy (IoT). W tym przypadku produkty lub komponenty same w sobie łączą się z innymi przedmiotami, użytkownikami lub środkami transportu i komunikują się ze sobą, tworząc płynne i jeszcze bardziej wydajne procesy.
Znakiem przejścia w kierunku Przemysłu 4.0 jest rosnące znaczenie sieciowania systemów informatycznych wbudowanych w procesy produkcyjne i logistyczne, zarówno między sobą, jak i z internetem w ogóle (tzw. systemy cyberfizyczne, CPS). Stale rosnącemu i przyspieszającemu rozwojowi automatyzacji i integracji w przemyśle towarzyszy powstawanie coraz bardziej inteligentnych technologii monitorowania i sterowania, umożliwiających firmom zarządzanie i optymalizację całych sieci tworzenia wartości w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Rozwój ten doprowadzi ostatecznie do wdrożenia w pełni autonomicznych procesów decyzyjnych w produkcji i transporcie.
Jednym z kroków w tym kierunku jest samoucząca się, inteligentna fabryka (Smart Factory). Nacisk kładziony jest tu na rozwój inteligentnych, samoregulujących się systemów i procesów produkcyjnych, a także na wdrażanie sieciowych instalacji produkcyjnych, które komunikują się ze sobą niezależnie.
Inteligentna logistyka: logistyka przyszłości
Jednak innowacyjne, inteligentne technologie coraz częściej znajdują zastosowanie także w logistyce transportowej i rewolucjonizują całą branżę
Ale czym właściwie są inteligentne technologie?
Są to systemy wspomagane komputerowo, które w pełni automatycznie kontrolują całe procesy robocze i są w stanie działać autonomicznie, a tym samym niezależnie kontrolować cały proces.
Dzisiejsza logistyka ma niewiele wspólnego z relatywnie jednowymiarowym magazynowaniem i wysyłką towarów sprzed zaledwie kilku lat. Dzieje się tak dzięki nowym technologiom internetowym, które pozwalają na zupełnie nowy poziom interaktywności między uczestnikami. Rozwój ten stale i dynamicznie postępuje. Częściowo, a nawet w pełni zautomatyzowane systemy transportowe są już testowane w licznych zastosowaniach.
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. Jej główną cechą jest złożenie niezależnych modułów produkcyjnych, które komunikują się ze sobą autonomicznie za pomocą wielu systemów informatycznych. Praca ludzka pełni jedynie rolę pomocniczą w procesie produkcyjnym.
Podstawę rozwoju stanowią trzy kluczowe elementy:
- inteligentny, komunikujący się produkt
- system sieciowy
- operator wspomagający system
Inteligentny produkt, za pomocą zintegrowanych czujników (np. RFID lub Bluetooth), jest stale informowany o aktualnym zamówieniu, materiałach i danych produkcyjnych, wpływając w ten sposób na własny proces produkcyjny. System sieciowy komunikuje się z poszczególnymi inteligentnymi produktami za pośrednictwem komponentów CPS i monitoruje każdy etap pracy. W tym systemie operator wspomagający użytkownika jest informowany bezpośrednio przez produkt o szczegółach procesu montażu, w tym o niezbędnych krokach roboczych.
Inteligentna fabryka i logistyka danych
W inteligentnej fabryce wyeliminowano tradycyjny podział planowania i kontroli produkcji. Zamiast tego zastosowano zintegrowane podejście, w którym maszyny wymieniają się informacjami i prognozami dotyczącymi procesu produkcyjnego oraz koordynują kolejne etapy pracy. Dane dotyczące przepływu materiałów, wykorzystania maszyn i systemów magazynowych oraz zużycia zasobów są również zintegrowane z procesem i uwzględniane w planowaniu działań. Aby przepływ informacji mógł stale wpływać na bieżącą produkcję, musi odbywać się w czasie rzeczywistym między urządzeniami.
W tym miejscu logistyka danych odgrywa szczególnie ważną rolę, ponieważ musi zagwarantować, że wszystkie dane, zarówno bieżące, jak i prognozowane, będą szybko i kompleksowo dostępne oraz przesyłane bez straty czasu.
Ten nowoczesny typ produkcji bynajmniej nie kończy się u bram inteligentnej fabryki. Zintegrowane, zorientowane na zamówienia podejście do produkcji, obejmujące cały łańcuch wartości, od surowców do gotowego produktu przemysłowego, wymaga myślenia międzyfirmowego i, z perspektywy logistyki danych, zapewnienia płynnej wymiany informacji.
Wyzwania są ogromne. Z jednej strony spodziewany jest ogromny przepływ danych, co wymaga kompleksowej reorganizacji infrastruktury IT. Szybka rozbudowa infrastruktury sieciowej jest zatem niezbędna dla sukcesu projektu.
Oprócz jakościowej i ilościowej rozbudowy linii danych, logistyka danych stoi przed kolejnym, niezwykle złożonym i obecnie szeroko dyskutowanym wyzwaniem: zapewnieniem kompleksowego bezpieczeństwa danych. Oprócz zagwarantowania dostępności danych dla uprawnionych użytkowników, kluczową rolę odgrywa zachowanie ich poufności. Należy za wszelką cenę zapobiegać nieautoryzowanemu dostępowi, a także utracie lub nieautoryzowanemu ujawnieniu poufnych danych. Specjaliści ds. logistyki danych stoją zatem przed zadaniem rozwoju i wdrożenia kompleksowych koncepcji i standardów bezpieczeństwa.
Związek danych z logistyką transportu
Oprócz logistyki danych, logistyka transportu będzie odgrywać jeszcze ważniejszą rolę w kontekście Przemysłu 4.0. Dotyczy to w szczególności pełnego połączenia w sieć wszystkich obiektów zaangażowanych w łańcuch transportowy. W wielu obszarach jest to już rzeczywistością i jest wykorzystywane codziennie w wielu zastosowaniach: elastyczne planowanie tras w oparciu o przewidywane warunki ruchu lub pogodę, a także wspomagane oprogramowaniem zarządzanie przepływem ruchu to tylko dwa przykłady. Ale rozwój technologiczny na tym się nie kończy. Wprowadzenie inteligentnych, autonomicznych pojazdów do infrastruktury transportowej opartej na Internecie Rzeczy otworzy drzwi do zupełnie nowych wymiarów zautomatyzowanych i elastycznych rozwiązań logistycznych.
W tym obszarze dane i logistyka transportu idą ręka w rękę, przy czym te pierwsze dostarczają informacji niezbędnych do optymalizacji logistyki transportu. Im bardziej kompleksowa wymiana informacji o aktualnych możliwościach produkcyjnych, pogodzie, ruchu drogowym i pojazdach, tym efektywniej można zarządzać rosnącymi przepływami logistycznymi. W czasach rosnącej produkcji i transportu coraz mniejszych partii (słowo kluczowe: e-commerce), strony produkcyjne i dystrybucyjne są praktycznie uzależnione od wydajności i elastyczności logistyki transportu. Wizja czwartej rewolucji przemysłowej w ogóle, a w szczególności koncepcja inteligentnej fabryki, może się w ogóle urzeczywistnić tylko wtedy, gdy będzie ona w stanie zagwarantować terminowe dostarczenie surowców, półproduktów lub towarów nadających się do wysyłki.
Oczekuje się, że prędzej czy później inteligentne technologie zdominują produkcję. Ale jak wpłynie to na logistykę magazynową? Czy rozwój w tym obszarze będzie przebiegał w ten sam lub podobny sposób?
Jest wiele na to oznak.
Inteligentne systemy transportowe w magazynie
Bez centralnego systemu sterowania, pojazdy te negocjują między sobą przychodzące zlecenia transportowe, ustalają zasady pierwszeństwa przejazdu i wymieniają dane o swoich pozycjach w magazynie. Ponieważ każdy wahadłowiec przetwarza informacje w sposób zdecentralizowany, cały system sterowania jest rozproszony na wiele wirtualnych jednostek. W przypadku awarii, rój pojazdów reaguje i samodzielnie rozwiązuje problem.
Autonomiczne roboty transportowe
Tutaj właśnie pojawiają się dwie firmy: Kardex Remstar i Servus Intralogistics, które opracowały nowe rozwiązanie pod nazwą Smart Factory , mające na celu optymalizację wewnętrznej logistyki produkcyjnej swoich klientów
Głównymi komponentami rozwiązania są dynamiczne systemy pobierania od Kardex Remstar i specjalistyczny system transportowy od Servus Intralogistics, składający się z autonomicznych, montowanych na szynach robotów transportowych. Produkty obu firm są dostępne oddzielnie od pewnego czasu. Nowością jest to, że komponenty są łączone w wydajne, całościowe rozwiązanie przy użyciu nowo opracowanego oprogramowania. Części wymagane do montażu są przechowywane w sposób oszczędzający miejsce w pionowych windach magazynowych, regałach karuzelowych lub systemach magazynowania kontenerów od Kardex Remstar. W momencie pobierania system transportowy Servus automatycznie pobiera części z magazynu i transportuje je do stanowisk montażowych za pomocą autonomicznych robotów transportowych. Roboty automatycznie otrzymują informacje o wymaganych krokach roboczych i samodzielnie wykonują wszystkie kolejne kroki. W związku z tym system Servus nie wymaga centralnej jednostki sterującej, ponieważ roboty transportowe komunikują się bezpośrednio z innymi robotami transportowymi i stanowiskami roboczymi za pomocą podczerwieni, co pozwala im reagować na bezpośrednie otoczenie. System transportowy Servus okazuje się szczególnie elastyczny, ponieważ umożliwia swobodne planowanie tras w hali fabrycznej i optymalnie dostosowuje się do istniejących konstrukcji budowlanych. Oznacza to, że torowisko można zainstalować w dowolnym miejscu – od podłogi do sufitu – w halach magazynowych i produkcyjnych.
Inteligencja roju z Instytutu Fraunhofera
Zasadniczo porównywalnym, lecz w obecnej formie bardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest system magazynowania i transportu kontenerów o nazwie Multishuttle , zaprojektowany przez Instytut Fraunhofera ds. Przepływu Materiałów i Logistyki .
Podstawową ideą jest to, że decydująca korzyść z systemu magazynowego nie jest mierzona wyłącznie jego wydajnością w zakresie składowania i pobierania, ale także szybkością, z jaką pojemniki magazynowe docierają do miejsca przeznaczenia. Specjaliści z Fraunhofer IML zakładają, że udział przenośników i systemów magazynowych do transportu małych ładunków będzie nadal rósł w logistyce magazynowej w porównaniu z przenośnikami i systemami magazynowymi do palet. Wynika to z ciągłego zmniejszania rozmiarów przesyłek i wynikających z tego działań redukujących zapasy w przemyśle i handlu.
Pierwotny pomysł zakładał opracowanie systemu transportowego z wykorzystaniem ekonomicznych pojazdów szynowych. Pojazdy te miały również umożliwiać samodzielne wykonywanie operacji składowania i pobierania w magazynie, umożliwiając w ten sposób cały proces transportu z magazynu do stanowiska roboczego bez konieczności dalszej obsługi. Pomysł ten doprowadził do opracowania tzw. Multishuttle, który działa podobnie do pojazdu transportowego Servus.
Inżynierowie szybko jednak dostrzegli ograniczenia tego rozwiązania: nieelastyczny system szynowy. Zajęli się więc dalszym rozwojem wózka wahadłowego, który poruszałby się po magazynie bez szyn. We współpracy z Dematic, instytut opracował wózek wahadłowy MultiShuttle Move, który jest kompatybilny z konwencjonalnym systemem szynowym, ale wyposażony jest również w podwozie montowane na podłodze i inteligentny system nawigacji. Pojazd jest wyposażony w skanery laserowe z przodu i z tyłu, które służą zarówno do wyznaczania ścieżki, jak i jako element bezpieczeństwa podczas pracy na podłodze. Dzięki zintegrowanej technologii pozycjonowania może on poruszać się całkowicie swobodnie w przestrzeni bez szyn prowadzących lub innych stałych znaczników i dynamicznie reagować na zmiany. Minimalizuje to potrzebę stosowania stałej technologii przenośników, jednocześnie zapewniając maksymalną elastyczność.
Dzięki temu innowacyjnemu systemowi inteligentne i połączone w sieć pojazdy transportowe obsługują wszystkie operacje transportowe, na przykład z magazynu wysokiego składowania do stanowisk roboczych, gdzie są one dalej przetwarzane lub kompletowane. Te zwinne maszyny nie są sterowane przez oprogramowanie do zarządzania magazynem, lecz koordynują się autonomicznie, bez centralnego sterowania. Ponieważ ten rodzaj logistyki magazynowej wymaga dużej liczby tych małych maszyn, oprogramowanie byłoby przeciążone złożonością zarządzania tym rojem robotów. Pozwala im to na całkowicie swobodne poruszanie się w magazynie wysokiego składowania, zarówno po szynach, jak i po podłodze.
Urządzenia komunikują się i sterują sobą nawzajem, wykorzystując zasadę inteligencji roju. Osiąga się to dzięki zastosowaniu nowo opracowanej technologii czujników, wyposażonych w takie funkcje jak śledzenie radiowe, pomiar odległości i nawigacja. Dzięki temu poszczególne transportery zawsze znajdują najkrótszą i najkrótszą drogę do celu, koordynują się ze sobą w zakresie przyjmowania zamówień i optymalnego planowania tras, zapewniając tym samym maksymalną przepustowość magazynu, a tym samym jego wydajność.
Zderzenia są również unikane dzięki zintegrowanemu systemowi czujników, który automatycznie zatrzymuje pojazdy w przypadku nieuchronnego zderzenia z innym urządzeniem lub osobą. W przeciwnym razie w magazynie obowiązują zasady pierwszeństwa przejazdu, podobne do tych obowiązujących w ruchu drogowym.
W razie potrzeby dodatkowych zasobów, przepustowość systemu można elastycznie dostosować poprzez zwiększenie liczby pojazdów. Inwestycje w infrastrukturę stacjonarną nie są wymagane.
Kontaktować się
