Industri 4.0 – Transportlogistik i förändring

 

Industri 4.0 – en term som nyligen blivit ett modeord och genererat mycket diskussion inom industri och politik. I ordets rätta bemärkelse hänvisar Industri 4.0 till ett framtidsinriktat projekt från den tyska federala regeringen, som föreställer sig en nära integration av IT och tillverkningsteknik för att göra landet redo för framtida utmaningar.

Enligt strategidokumentet kommer den fjärde industriella revolutionen, driven av internets snabba utveckling, att leda till en sammanslagning av den verkliga och virtuella världen, vilket i slutändan resulterar i sakernas internet (IoT). Här nätverkar produkterna eller komponenterna själva med andra föremål, användare eller transportmedel och kommunicerar med varandra för att generera sömlösa och ännu effektivare processer.

Ett tecken på skiftet mot Industri 4.0 är den ökande betydelsen av att nätverka IT-system som är inbyggda i produktions- och logistikprocesser, både med varandra och med internet i allmänhet (så kallade cyberfysiska system, CPS). Den ständigt ökande och accelererande utvecklingen av automatisering och integration inom industrin åtföljs av skapandet av alltmer intelligenta övervaknings- och styrtekniker, vilket gör det möjligt för företag att hantera och optimera hela sina värdeskapande nätverk i nära realtid. Denna utveckling kommer i slutändan att leda till implementeringen av helt autonoma beslutsprocesser inom produktion och transport.

Ett steg mot detta mål är den självlärande, intelligenta fabriken (Smart Factory). Fokus här ligger på att utveckla intelligenta, självreglerande produktionssystem och processer, samt att implementera nätverksanslutna produktionsanläggningar som kommunicerar med varandra oberoende av varandra.

Smart logistik: Framtidens logistik

Innovativa, smarta tekniker hittar dock alltmer sin väg in i transportlogistiken och är i färd med att revolutionera en hel bransch

Men vad är egentligen smarta teknologier?

Det här är datorstödda system som helt automatiskt styr hela arbetsprocesser och kan arbeta autonomt, och därmed styra en hel process oberoende.

Dagens logistik har föga gemensamt med den relativt endimensionella lagerhållningen och transporten av varor från bara några år sedan. Detta beror på nya webbteknologier som möjliggör en helt ny nivå av interaktivitet mellan deltagarna. Och denna utveckling fortsätter att gå snabbt. Delvis eller till och med helautomatiserade transportsystem testas redan i ett flertal tillämpningar.

Smart Factory – framtidens intelligenta fabrik

Det tyska forskningscentret för artificiell intelligens (DFKI) har i samarbete med olika tillverkare utvecklat en första prototyp av en intelligent fabrik för framtiden – den så kallade Smart Factory. Dess huvudsakliga funktion är dess sammansättning av oberoende produktionsmoduler som kommunicerar autonomt med varandra med hjälp av en mängd olika informationssystem. Mänsklig arbetskraft spelar endast en assisterande roll i produktionsprocessen.

Tre viktiga byggstenar utgör grunden för utvecklingen:

• den intelligenta, kommunicerande produkten
• det nätverksanslutna systemet
• systemets assisterande operatör

Den intelligenta produkten, med hjälp av integrerade sensorer (t.ex. RFID eller Bluetooth), informeras ständigt om aktuell order, material och produktionsdata, och påverkar därmed sin egen tillverkningsprocess. Det nätverksanslutna systemet kommunicerar med de enskilda intelligenta produkterna via CPS-komponenter och övervakar varje arbetssteg. I detta system informeras den mänskliga operatören som assisterar användaren direkt av produkten om detaljerna i monteringsprocessen, inklusive de nödvändiga arbetsstegen.

Smart fabrik och datalogistik

I den smarta fabriken elimineras den traditionella separationen av produktionsplanering och produktionskontroll. Istället används en integrerad metod där maskiner utbyter information och prognoser om produktionsprocessen och koordinerar efterföljande arbetssteg. Data om materialflöde, maskin- och lagersystemsutnyttjande samt resursförbrukning integreras också i processen och beaktas i handlingsplaneringen. För att detta informationsflöde kontinuerligt ska påverka den löpande produktionen måste det ske i realtid mellan enheter.

Det är här datalogistik spelar en särskilt viktig roll, eftersom den måste säkerställa att all data, både aktuell och prognostiserad, är tillgänglig snabbt och omfattande och vidarebefordras utan tidsförlust.

Denna moderna produktionstyp slutar inte på något sätt vid den smarta fabrikens portar. Det integrerade, orderorienterade tillvägagångssättet för tillverkning, som omfattar hela värdekedjan från råmaterial till färdig industriprodukt, kräver företagsövergripande tänkande och, ur ett datalogistikperspektiv, en säkerställande av ett smidigt informationsutbyte.

Utmaningarna är enorma. Å ena sidan förväntas ett massivt dataflöde, vilket kräver en omfattande omorganisation av IT-infrastrukturen. En snabb utbyggnad av nätverksinfrastrukturen är därför avgörande för projektets framgång.

Utöver den kvalitativa och kvantitativa expansionen av datalinjer står datalogistiken inför en annan mycket komplex och för närvarande flitigt omdiskuterad utmaning: att säkerställa omfattande datasäkerhet. Förutom att garantera tillgången till data för behöriga användare spelar upprätthållandet av dess sekretess en central roll. Obehörig åtkomst, liksom förlust eller obehörigt avslöjande av konfidentiella data, måste förhindras till varje pris. Datalogistikpersonal står därför inför uppgiften att främja utvecklingen och driften av omfattande säkerhetskoncept och standarder.

Sambandet mellan data och transportlogistik

Förutom datalogistik kommer transportlogistik att spela en ännu viktigare roll i samband med Industri 4.0. Detta innebär specifikt fullständig nätverksuppkoppling av alla objekt som är involverade i transportkedjan. Inom många områden är detta redan verklighet och används dagligen i en mängd olika tillämpningar: flexibel ruttplanering baserad på förutspådda trafikförhållanden eller väder, och programvarubaserad trafikflödeshantering är bara två exempel. Men den tekniska utvecklingen slutar inte där. Införandet av intelligenta, självkörande fordon i en transportinfrastruktur baserad på sakernas internet kommer att öppna dörren för helt nya dimensioner av automatiserade och flexibla logistiklösningar.

Inom detta område går data och transportlogistik hand i hand, där den förra tillhandahåller den information som behövs för att optimera transportlogistiken. Ju mer omfattande utbytet av aktuell kapacitet, väder, trafik och fordonsinformation är, desto effektivare kan de växande logistikflödena hanteras. I tider av ökande produktion och transport av allt mindre partistorlekar (nyckelord: e-handel) är tillverknings- och distributionssidan i stort sett beroende av transportlogistikens prestanda och flexibilitet. Endast om det kan garanteras att råvaror, halvfabrikat eller leveransbara varor anländer till platsen i tid kan visionen om en fjärde industriell revolution i allmänhet, och konceptet med den smarta fabriken i synnerhet, överhuvudtaget förverkligas.

Det förväntas att smarta teknologier kommer att få dominans inom produktionen förr eller senare. Men hur kommer detta att påverka lagerlogistiken? Kommer utvecklingen där att fortskrida på samma eller ett liknande sätt?

Det finns gott om tecken på detta.

Smarta transportsystem i lagret

En viktig trend inom framtidens intralogistik är införandet av "cellulära transportsystem" i lagerlokaler. Det är svärmar av autonoma fordon som använder laserskannrar, infraröda sensorer och RFID-chip för att självständigt uppfatta sin omgivning och förflytta sig autonomt till sina respektive destinationer.

Utan ett centralt styrsystem förhandlar dessa fordon inkommande transportuppdrag sinsemellan, upprättar vägrättsregler och utbyter data om sina respektive positioner i lagret. Eftersom varje skyttel bearbetar sin information decentraliserat är hela styrsystemet distribuerat över många virtuella enheter. Om funktionsfel uppstår reagerar svärmen av fordon och löser problemet själva.

Autonoma transportrobotar

Det är här de två företagen Kardex Remstar och Servus Intralogistics kommer in i bilden, efter att ha utvecklat en ny lösning under rubriken Smart Factory för att optimera sina kunders interna produktionslogistik

Kärnkomponenterna i lösningen är dynamiska hämtningssystem från Kardex Remstar och ett specialiserat transportsystem från Servus Intralogistics, bestående av autonoma, spårbundna transportrobotar. Båda företagens produkter har funnits tillgängliga separat ett tag. Det nya är att komponenterna kombineras till en effektiv helhetslösning med hjälp av nyutvecklad programvara. De delar som behövs för montering lagras på ett platsbesparande sätt i Kardex Remstars hissautomater, karusellställ eller containerlagringssystem. Vid hämtningstillfället hämtar Servus transportsystem automatiskt delarna från lagret och transporterar dem till monteringsarbetsstationerna med hjälp av autonoma transportrobotar. Robotarna får automatiskt information om de nödvändiga arbetsstegen och slutför alla efterföljande steg oberoende av varandra. Följaktligen kräver Servus-systemet ingen central styrenhet, eftersom transportrobotarna kommunicerar direkt med andra transportrobotar och arbetsstationer via infrarött, vilket gör att de kan reagera på sin omedelbara omgivning. Servus transportsystem visar sig vara särskilt flexibelt, eftersom det möjliggör fri ruttplanering inom fabrikshallen och anpassar sig optimalt till befintliga byggnadsstrukturer. Det betyder att skenan kan installeras var som helst – från golv till tak – i lager- och produktionshallar.

Svärmintelligens från Fraunhofer-institutet

Ett fundamentalt jämförbart, men i sin nuvarande form mer avancerat tillvägagångssätt visas av ett containerlagrings- och transportsystem som kallas Multishuttle , designat av Fraunhofer-institutet för materialflöde och logistik .

Grundtanken är att den avgörande nyttan med ett lagersystem inte bara mäts i dess rena lagrings- och hämtningskapacitet, utan även i den hastighet med vilken lagercontainrarna når sin destination. Specialisterna på Fraunhofer IML antar att andelen transportband och lagersystem för små lastbärare kommer att fortsätta öka inom lagerlogistiken jämfört med palltransportband och lagersystem. Detta beror på den kontinuerliga minskningen av leveransstorlekar och de resulterande lagerreducerande åtgärderna inom industri och handel.

Den ursprungliga idén gick ut på att utveckla ett transportsystem med kostnadseffektiva, spårstyrda fordon. Dessa fordon var också avsedda att självständigt kunna hantera lagrings- och hämtningsoperationer inom lagret, vilket möjliggör hela transportprocessen från lagret till arbetsstationen utan ytterligare hantering. Denna idé ledde till utvecklingen av den så kallade Multishuttle, som fungerar på liknande sätt som transportfordonet Servus.

Ingenjörerna insåg dock snabbt begränsningarna med denna lösning: det oflexibla skensystemet. De började sedan vidareutveckla multishuttlen, en som skulle navigera lagret utan räls. I samarbete med Dematic utvecklade institutet MultiShuttle Move, som är kompatibel med det konventionella skensystemet men också utrustad med ett golvmonterat chassi och ett intelligent navigationssystem. Fordonet är utrustat med laserskannrar fram och bak, som fungerar både för vägvisning och som en säkerhetsfunktion vid drift på golvet. Med hjälp av integrerad positioneringsteknik kan den röra sig helt fritt inom utrymmet utan styrskenor eller andra fasta markörer och reagera dynamiskt på förändringar. Detta minimerar behovet av fast transportörteknik samtidigt som maximal flexibilitet uppnås.

Med detta innovativa system hanterar intelligenta och sammankopplade transportfordon alla transportoperationer, till exempel från ett höglager till arbetsstationerna där de vidarebearbetas eller plockas. Dessa smidiga hjälpare styrs inte av lagerhanteringsprogramvara, utan koordinerar sig själva autonomt utan någon central styrning. Eftersom denna typ av lagerlogistik kräver ett stort antal av dessa små hjälpare, skulle programvaran bli överväldigad av komplexiteten i att hantera denna svärm av robotar. Detta gör att de kan röra sig helt fritt inom höglagret, både på räls och på golvet.

Enheterna kommunicerar och styr varandra med hjälp av principen om svärmintelligens. Detta uppnås genom användning av nyutvecklad sensorteknik utrustad med funktioner som radiospårning, avståndsmätning och navigering. Detta gör att de enskilda skyttlarna alltid kan hitta den mest direkta och kortaste vägen till sin destination, koordinera med varandra gällande ordermottagning och optimal ruttplanering, och därmed säkerställa maximal genomströmning i lagret och därmed effektivitet.

Kollisioner undviks också av det integrerade sensorsystemet, som automatiskt stoppar fordonen om en kollision med en annan enhet eller en person är nära förestående. Annars gäller fasta företrädesregler i lagret, liknande vägtrafiken.

Om ytterligare resurser behövs kan systemets transportkapacitet flexibelt anpassas genom att öka antalet fordon. Investeringar i fasta anläggningar krävs inte.