Индустрия 4.0 – Транспортная логистика в переходный период

 

Индустрия 4.0 – термин, недавно ставший модным словом и вызвавший много дискуссий в промышленности и политике. В самом прямом смысле Индустрия 4.0 относится к ориентированному на будущее проекту федерального правительства Германии, который предусматривает тесную интеграцию информационных технологий и производственных технологий, чтобы подготовить страну к будущим вызовам.

Согласно стратегическому документу, четвертая промышленная революция, движимая стремительным развитием интернета, приведет к слиянию реального и виртуального миров, что в конечном итоге приведет к появлению интернета вещей (IoT). В этом случае сами продукты или компоненты будут взаимодействовать друг с другом посредством сети, соединяясь с другими предметами, пользователями или средствами транспорта, и обмениваться данными для создания бесперебойных и еще более эффективных процессов.

Признаком перехода к Индустрии 4.0 является возрастающая важность сетевых ИТ-систем, встроенных в производственные и логистические процессы, как между собой, так и с интернетом в целом (так называемые киберфизические системы, CPS). Постоянно растущее и ускоряющееся развитие автоматизации и интеграции в промышленности сопровождается созданием все более интеллектуальных технологий мониторинга и управления, позволяющих компаниям управлять и оптимизировать всю свою сеть создания стоимости практически в режиме реального времени. Это развитие в конечном итоге приведет к внедрению полностью автономных процессов принятия решений в производстве и транспортировке.

Одним из шагов к этой цели является самообучающаяся интеллектуальная фабрика (Smart Factory). В данном случае основное внимание уделяется разработке интеллектуальных, саморегулирующихся производственных систем и процессов, а также внедрению сетевых производственных объектов, которые независимо взаимодействуют друг с другом.

Интеллектуальная логистика: логистика будущего

Однако инновационные, интеллектуальные технологии все чаще находят применение в транспортной логистике и находятся в процессе революционизации всей отрасли

Но что же именно представляют собой интеллектуальные технологии?

Это автоматизированные системы, которые полностью автоматически контролируют все рабочие процессы и способны работать автономно, таким образом, управляя всем процессом независимо.

Современная логистика мало чем отличается от относительно одномерного складирования и отгрузки товаров, существовавших всего несколько лет назад. Это связано с новыми веб-технологиями, которые позволяют достичь совершенно нового уровня взаимодействия между участниками. И это развитие продолжает стремительно прогрессировать. Частично или даже полностью автоматизированные транспортные системы уже проходят тестирование в многочисленных приложениях.

«Умная фабрика» — интеллектуальная фабрика будущего

Немецкий исследовательский центр искусственного интеллекта (DFKI) в сотрудничестве с различными производителями разработал первый прототип интеллектуальной фабрики будущего – так называемой «умной фабрики». Ее главная особенность – это сочетание независимых производственных модулей, которые автономно взаимодействуют друг с другом, используя множество информационных систем. Человеческий труд играет лишь вспомогательную роль в производственном процессе.

В основе проекта лежат три ключевых элемента:

• интеллектуальный, коммуникативный продукт
• сетевая система
• оператор-помощник системы

Интеллектуальный продукт, благодаря встроенным датчикам (например, RFID или Bluetooth), постоянно получает информацию о текущем заказе, материалах и производственных данных, тем самым влияя на собственный производственный процесс. Сетевая система взаимодействует с отдельными интеллектуальными продуктами через компоненты киберфизической системы и контролирует каждый этап работы. В этой системе оператор, помогающий пользователю, получает от продукта информацию о деталях процесса сборки, включая необходимые этапы работы.

«Умное производство» и логистика данных

В «умном» производстве устраняется традиционное разделение планирования и управления производством. Вместо этого используется интегрированный подход, при котором машины обмениваются информацией и прогнозами о производственном процессе и координируют последующие этапы работы. Данные о потоке материалов, использовании машин и систем хранения, а также потреблении ресурсов также интегрируются в процесс и учитываются при планировании действий. Для того чтобы этот информационный поток постоянно влиял на текущее производство, он должен происходить в режиме реального времени между устройствами.

Здесь особенно важную роль играет логистика данных, поскольку она должна обеспечивать быструю и полную доступность всех данных, как текущих, так и прогнозируемых, а также их бесперебойную передачу.

Современный тип производства отнюдь не ограничивается воротами «умного завода». Интегрированный, ориентированный на заказ подход к производству, охватывающий всю цепочку создания стоимости от сырья до готовой промышленной продукции, требует межкорпоративного мышления и, с точки зрения логистики данных, обеспечения бесперебойного обмена информацией.

Предстоят огромные сложности. С одной стороны, ожидается масштабный поток данных, требующий всесторонней реорганизации ИТ-инфраструктуры. Поэтому быстрое расширение сетевой инфраструктуры имеет решающее значение для успеха проекта.

Помимо качественного и количественного расширения каналов передачи данных, логистика данных сталкивается с еще одной крайне сложной и широко обсуждаемой проблемой: обеспечением всесторонней защиты данных. Помимо гарантирования доступности данных для авторизованных пользователей, центральное место занимает обеспечение их конфиденциальности. Несанкционированный доступ, а также потеря или несанкционированное разглашение конфиденциальных данных должны быть предотвращены любой ценой. Поэтому перед специалистами в области логистики данных стоит задача продвижения разработки и внедрения комплексных концепций и стандартов безопасности.

Связь между данными и транспортной логистикой

Помимо логистики данных, транспортная логистика будет играть еще более важную роль в контексте Индустрии 4.0. Это, в частности, подразумевает полную интеграцию всех объектов, участвующих в транспортной цепочке, в единую сеть. Во многих областях это уже реальность, и это используется ежедневно в самых разных приложениях: гибкое планирование маршрутов на основе прогнозируемых дорожных условий или погоды, а также программное управление транспортными потоками — лишь два примера. Но технологическое развитие на этом не останавливается. Внедрение интеллектуальных беспилотных транспортных средств в транспортную инфраструктуру на основе Интернета вещей откроет двери для совершенно новых измерений автоматизированных и гибких логистических решений.

В этой области данные и транспортная логистика идут рука об руку, причем первые предоставляют информацию, необходимую для оптимизации транспортных перевозок. Чем более полным будет обмен информацией о текущих мощностях, погоде, дорожном движении и транспортных средствах, тем эффективнее можно будет управлять растущими логистическими потоками. В условиях роста производства и транспортировки все меньших партий товаров (ключевое слово: электронная коммерция) производственная и распределительная стороны практически зависят от эффективности и гибкости транспортной логистики. Только если удастся гарантировать своевременную доставку сырья, полуфабрикатов или товаров на место, можно будет реализовать концепцию четвертой промышленной революции в целом и концепцию «умной фабрики» в частности.

Ожидается, что рано или поздно интеллектуальные технологии возобладают в производстве. Но как это повлияет на складскую логистику? Будет ли развитие в этой области происходить так же или аналогично?

Признаков этому предостаточно.

Интеллектуальные транспортные системы на складе

Одной из главных тенденций в будущей внутрискладской логистике является внедрение «сотовых транспортных систем» на складах. Это рои автономно работающих транспортных средств, использующих лазерные сканеры, инфракрасные датчики и RFID-чипы для самостоятельного восприятия окружающей среды и автономного перемещения к месту назначения.

Отсутствие централизованной системы управления позволяет этим транспортным средствам согласовывать между собой поступающие заказы на перевозку, устанавливать правила приоритета и обмениваться данными о своем местоположении на складе. Поскольку каждый челнок обрабатывает информацию децентрализованно, вся система управления распределена между множеством виртуальных блоков. В случае сбоев рой транспортных средств реагирует и устраняет проблему самостоятельно.

Автономные транспортные роботы

Именно здесь на сцену выходят две компании, Kardex Remstar и Servus Intralogistics, разработавшие новое решение под названием «Умная фабрика» для оптимизации внутренней производственной логистики своих клиентов

Основные компоненты решения — это динамические системы поиска от Kardex Remstar и специализированная транспортная система от Servus Intralogistics, состоящая из автономных транспортных роботов, установленных на рельсах. Продукция обеих компаний уже некоторое время доступна по отдельности. Новизна заключается в том, что компоненты объединены в эффективное комплексное решение с использованием недавно разработанного программного обеспечения. Детали, необходимые для сборки, хранятся в компактном виде в вертикальных складских подъемниках, карусельных стеллажах или контейнерных системах хранения Kardex Remstar. В момент поиска транспортная система Servus автоматически извлекает детали из хранилища и транспортирует их к сборочным рабочим местам с помощью автономных транспортных роботов. Роботы автоматически получают информацию о необходимых этапах работы и самостоятельно выполняют все последующие этапы. Следовательно, система Servus не требует центрального блока управления, поскольку транспортные роботы напрямую взаимодействуют с другими транспортными роботами и рабочими местами через инфракрасный порт, что позволяет им реагировать на окружающую обстановку. Транспортная система Servus отличается особой гибкостью, поскольку позволяет свободно планировать маршруты внутри цеха и оптимально адаптируется к существующим конструкциям здания. Это означает, что рельсы можно устанавливать в любой точке — от пола до потолка — в складских и производственных цехах.

Роевой интеллект от Института Фраунгофера

По сути, сопоставимый, но в своем нынешнем виде более совершенный подход демонстрирует система хранения и транспортировки контейнеров под названием Multishuttle , разработанная Институтом материальных потоков и логистики им. Фраунгофера .

Основная идея заключается в том, что решающее преимущество системы хранения измеряется не только ее чистой вместимостью для хранения и извлечения, но и скоростью доставки контейнеров к месту назначения. Специалисты Института Фраунгофера IML предполагают, что доля конвейерных и складских систем для малогабаритных грузов в складской логистике будет продолжать расти по сравнению с паллетными конвейерными и складскими системами. Это связано с постоянным уменьшением размеров отгрузок и, как следствие, мерами по сокращению запасов в промышленности и торговле.

Первоначальная идея заключалась в разработке транспортной системы с экономичными рельсовыми транспортными средствами. Эти транспортные средства также должны были быть способны самостоятельно осуществлять операции хранения и извлечения товаров внутри склада, что позволило бы осуществлять весь процесс транспортировки со склада к рабочему месту без каких-либо дополнительных манипуляций. Эта идея привела к разработке так называемого Multishuttle, который работает аналогично транспортному средству Servus.

Однако инженеры быстро осознали ограничения этого решения: негибкая рельсовая система. Тогда они приступили к дальнейшей разработке мультишаттла, способного перемещаться по складу без рельсов. В сотрудничестве с компанией Dematic институт разработал MultiShuttle Move, совместимый с традиционной рельсовой системой, но также оснащенный шасси, установленным на полу, и интеллектуальной навигационной системой. Транспортное средство оборудовано лазерными сканерами спереди и сзади, которые служат как для поиска пути, так и в качестве средства обеспечения безопасности при работе на полу. Благодаря интегрированной технологии позиционирования, он может полностью свободно перемещаться в пространстве без каких-либо направляющих или других фиксированных маркеров и динамически реагировать на изменения. Это минимизирует потребность в стационарной конвейерной технологии, одновременно обеспечивая максимальную гибкость.

Благодаря этой инновационной системе интеллектуальные и взаимосвязанные транспортные средства обрабатывают все транспортные операции, например, от высотного склада до рабочих мест, где они подвергаются дальнейшей обработке или комплектации. Эти маневренные помощники не управляются программным обеспечением для управления складом, а координируют свои действия автономно, без централизованного контроля. Поскольку такой тип складской логистики требует большого количества таких небольших помощников, программное обеспечение не справилось бы со сложностью управления этим роем роботов. Это позволяет им полностью свободно перемещаться внутри высотного склада, как по рельсам, так и по полу.

Устройства взаимодействуют и управляют друг другом, используя принцип роевого интеллекта. Это достигается за счет применения недавно разработанной сенсорной технологии, оснащенной такими функциями, как радиослежение, измерение расстояния и навигация. Это позволяет отдельным челнокам всегда находить наиболее прямой и кратчайший маршрут к месту назначения, координировать свои действия в отношении принятия заказов и оптимального планирования маршрута, и тем самым обеспечивать максимальную пропускную способность склада и, следовательно, эффективность.

Встроенная система датчиков также предотвращает столкновения, автоматически останавливая транспортные средства в случае неизбежного столкновения с другим устройством или человеком. В остальном на территории склада действуют установленные правила приоритета движения, аналогичные правилам дорожного движения.

В случае необходимости дополнительных ресурсов пропускная способность системы может быть гибко скорректирована за счет увеличения количества транспортных средств. Инвестиции в стационарные объекты не требуются.