Індустрія 4.0 – Транспортна логістика в перехідний період

 

Промисловість 4.0 – термін, який нещодавно став модним словом і викликає багато дискусій у промисловості та політиці. У найістиннішому сенсі Промисловість 4.0 стосується орієнтованого на майбутнє проекту Федерального уряду Німеччини, який передбачає тісну інтеграцію ІТ та виробничих технологій, щоб підготувати країну до майбутніх викликів.

Згідно зі стратегічним документом, четверта промислова революція, зумовлена ​​стрімким розвитком інтернету, призведе до об'єднання реального та віртуального світів, що зрештою призведе до появи Інтернету речей (IoT). Тут самі продукти або компоненти з'єднуються з іншими предметами, користувачами або транспортними засобами та взаємодіють один з одним для створення безперебійних та ще ефективніших процесів.

Ознакою переходу до Індустрії 4.0 є зростаюча важливість мережевого об'єднання ІТ-систем, вбудованих у виробничі та логістичні процеси, як між собою, так і з Інтернетом загалом (так звані кіберфізичні системи, КФС). Постійно зростаючий та прискорений розвиток автоматизації та інтеграції в промисловості супроводжується створенням дедалі інтелектуальніших технологій моніторингу та управління, що дозволяє компаніям керувати та оптимізувати всі свої мережі створення цінності майже в режимі реального часу. Цей розвиток зрештою призведе до впровадження повністю автономних процесів прийняття рішень у виробництві та транспортуванні.

Одним із кроків до досягнення цієї мети є самонавчальна інтелектуальна фабрика (Smart Factory). Основна увага тут приділяється розробці інтелектуальних, саморегульованих виробничих систем та процесів, а також впровадженню мережевих виробничих потужностей, які взаємодіють одне з одним незалежно.

Розумна логістика: логістика майбутнього

Однак інноваційні, розумні технології також дедалі більше впроваджуються в транспортну логістику та перебувають у процесі революціонізування цілої галузі

Але що ж таке, власне, розумні технології?

Це комп'ютеризовані системи, які повністю автоматично контролюють усі робочі процеси та здатні працювати автономно, таким чином незалежно контролюючи весь процес.

Сучасна логістика має мало спільного з відносно одномірним складуванням та транспортуванням товарів, що було лише кілька років тому. Це пов'язано з новими веб-технологіями, які дозволяють досягти абсолютно нового рівня інтерактивності між учасниками. І цей розвиток продовжує стрімко розвиватися. Частково або навіть повністю автоматизовані транспортні системи вже проходять випробування в численних застосуваннях.

Розумна фабрика – інтелектуальна фабрика майбутнього

Німецький дослідницький центр штучного інтелекту (DFKI) у співпраці з різними виробниками розробив перший прототип інтелектуальної фабрики майбутнього – так званої «Розумної фабрики». Її головною особливістю є поєднання незалежних виробничих модулів, які автономно взаємодіють один з одним за допомогою безлічі інформаційних систем. Людська праця відіграє лише допоміжну роль у виробничому процесі.

Три ключові структурні блоки формують основу розвитку:

• інтелектуальний, комунікабельний продукт
• мережева система
• допоміжний оператор системи

Інтелектуальний продукт, за допомогою інтегрованих датчиків (наприклад, RFID або Bluetooth), постійно отримує інформацію про поточне замовлення, матеріали та виробничі дані, впливаючи таким чином на власний виробничий процес. Мережева система зв'язується з окремими інтелектуальними продуктами через компоненти CPS та контролює кожен робочий етап. У цій системі оператор, який допомагає користувачеві, безпосередньо отримує інформацію від продукту про деталі процесу складання, включаючи необхідні робочі етапи.

Розумна фабрика та логістика даних

У розумній фабриці традиційне розділення планування виробництва та контролю виробництва усувається. Натомість використовується інтегрований підхід, за якого машини обмінюються інформацією та прогнозами щодо виробничого процесу й координують наступні робочі етапи. Дані про потік матеріалів, використання машин і систем зберігання, а також споживання ресурсів також інтегруються в процес і враховуються при плануванні дій. Щоб цей інформаційний потік постійно впливав на поточне виробництво, він повинен відбуватися в режимі реального часу між пристроями.

Саме тут логістика даних відіграє особливо важливу роль, оскільки вона повинна забезпечувати швидкий та повний доступ до всіх даних, як поточних, так і прогнозованих, а також їх пересилання без втрати часу.

Цей сучасний тип виробництва аж ніяк не закінчується біля воріт розумної фабрики. Інтегрований, орієнтований на замовлення підхід до виробництва, який охоплює весь ланцюжок створення вартості від сировини до готового промислового продукту, вимагає міжкомпанійного мислення та, з точки зору логістики даних, забезпечення безперебійного обміну інформацією.

Пов'язані з цим завдання величезні. З одного боку, очікується величезний потік даних, що вимагає комплексної реорганізації ІТ-інфраструктури. Тому швидке розширення мережевої інфраструктури є важливим для успіху проекту.

Окрім якісного та кількісного розширення ліній передачі даних, логістика даних стикається з ще одним дуже складним і наразі широко обговорюваним завданням: забезпеченням комплексної безпеки даних. Окрім гарантування доступності даних для авторизованих користувачів, центральну роль відіграє збереження їхньої конфіденційності. Несанкціонований доступ, а також втрата або несанкціоноване розголошення конфіденційних даних повинні бути запобігнуті будь-якою ціною. Тому фахівці з логістики даних стикаються із завданням просування розробки та впровадження комплексних концепцій і стандартів безпеки.

Зв'язок між даними та транспортною логістикою

Окрім логістики даних, транспортна логістика відіграватиме ще важливішу роль у контексті Індустрії 4.0. Це, зокрема, передбачає повне об'єднання всіх об'єктів, задіяних у транспортному ланцюжку. У багатьох сферах це вже є реальністю та використовується щодня в безлічі застосувань: гнучке планування маршрутів на основі прогнозованих дорожніх умов або погоди, а також програмно-підтримуване управління транспортними потоками – це лише два приклади. Але технологічний розвиток на цьому не зупиняється. Впровадження інтелектуальних, безпілотних транспортних засобів у транспортну інфраструктуру на основі Інтернету речей відкриє двері до абсолютно нових вимірів автоматизованих та гнучких логістичних рішень.

У цій галузі дані та транспортна логістика йдуть пліч-о-пліч, причому перша надає інформацію, необхідну для оптимізації транспортної логістики. Чим повніший обмін інформацією про поточні потужності, погоду, дорожній рух та транспортні засоби, тим ефективніше можна керувати зростаючими логістичними потоками. У часи зростання виробництва та транспортування дедалі менших партій (ключове слово: електронна комерція), виробнича та дистриб'юторська сторони практично залежать від продуктивності та гнучкості транспортної логістики. Тільки якщо вона може гарантувати своєчасне надходження сировини, напівфабрикатів або товарів, що відвантажуються, можна реалізувати бачення четвертої промислової революції загалом та концепцію розумної фабрики зокрема.

Очікується, що рано чи пізно розумні технології переважатимуть у виробництві. Але як це вплине на складську логістику? Чи буде розвиток там відбуватися таким самим чи подібним чином?

Цього є чимало ознак.

Розумні транспортні системи на складі

Головною тенденцією майбутньої інтралогістики є впровадження «стільникових транспортних систем» на складах. Це рої автономно працюючих транспортних засобів, які використовують лазерні сканери, інфрачервоні датчики та RFID-чіпи для самостійного сприйняття навколишнього середовища та автономного переміщення до відповідних пунктів призначення.

Без централізованої системи керування ці транспортні засоби узгоджують між собою вхідні транспортні замовлення, встановлюють правила проїзду та обмінюються даними про своє відповідне положення на складі. Оскільки кожен човник обробляє свою інформацію децентралізовано, вся система керування розподілена між багатьма віртуальними одиницями. У разі виникнення несправностей група транспортних засобів реагує та самостійно вирішує проблему.

Автономні транспортні роботи

Саме тут з'являються дві компанії Kardex Remstar та Servus Intralogistics, які розробили нове рішення під назвою «Розумна фабрика» для оптимізації внутрішньої виробничої логістики своїх клієнтів

Основними компонентами рішення є динамічні системи пошуку від Kardex Remstar та спеціалізована транспортна система від Servus Intralogistics, що складається з автономних транспортних роботів, встановлених на рейках. Продукти обох компаній вже деякий час доступні окремо. Новинкою є те, що компоненти об'єднані в ефективне комплексне рішення за допомогою нещодавно розробленого програмного забезпечення. Деталі, необхідні для складання, зберігаються компактно у вертикальних складських підйомниках, карусельних стелажах або системах контейнерного зберігання Kardex Remstar. Під час пошуку транспортна система Servus автоматично витягує деталі зі складу та транспортує їх до складальних робочих станцій за допомогою автономних транспортних роботів. Роботи автоматично отримують інформацію про необхідні робочі кроки та самостійно виконують усі наступні кроки. Отже, система Servus не потребує центрального блоку керування, оскільки транспортні роботи безпосередньо зв'язуються з іншими транспортними роботами та робочими станціями через інфрачервоний зв'язок, що дозволяє їм реагувати на безпосереднє оточення. Транспортна система Servus виявляється особливо гнучкою, оскільки вона дозволяє вільне планування маршрутів у заводському цеху та оптимально адаптується до існуючих будівельних конструкцій. Це означає, що рейки можна встановити в будь-якій точці – від підлоги до стелі – у складських та виробничих цехах.

Ройовий інтелект від Інституту Фраунгофера

Принципово порівнянний, але в нинішньому вигляді більш просунутий підхід демонструє система зберігання та транспортування контейнерів під назвою Multishuttle , розроблена Інститутом матеріальних потоків та логістики Фраунгофера .

Основна ідея полягає в тому, що вирішальна перевага системи зберігання вимірюється не лише її чистою ємністю зберігання та вилучення, але й швидкістю, з якою контейнери для зберігання досягають місця призначення. Фахівці Fraunhofer IML припускають, що частка конвеєрних та складських систем для невеликих вантажоперевезень продовжуватиме зростати в складській логістиці порівняно з палетними конвеєрними та складськими системами. Це пов'язано з постійним зменшенням розмірів відправлень та пов'язаними з цим заходами щодо скорочення запасів у промисловості та торгівлі.

Початкова ідея полягала в розробці транспортної системи з економічно ефективними транспортними засобами на рейковому керуванні. Ці транспортні засоби також мали бути здатними самостійно виконувати операції зі зберігання та вилучення на складі, що забезпечувало б повний процес транспортування зі складу до робочого місця без будь-яких подальших робіт. Ця ідея призвела до розробки так званого мультишатла, який працює аналогічно транспортному засобу Servus.

Однак інженери швидко усвідомили обмеження цього рішення: негнучку рейкову систему. Потім вони взялися за подальший розвиток мультишатла, який би пересувався складом без рейок. У співпраці з Dematic інститут розробив MultiShuttle Move, сумісний зі звичайною рейковою системою, але також оснащений шасі, встановленим на підлозі, та інтелектуальною системою навігації. Транспортний засіб оснащений лазерними сканерами спереду та ззаду, які служать як для пошуку шляху, так і для забезпечення безпеки під час роботи на підлозі. Завдяки інтегрованій технології позиціонування він може повністю вільно переміщатися в просторі без будь-яких напрямних рейок чи інших фіксованих маркерів та динамічно реагувати на зміни. Це мінімізує потребу в технології фіксованого конвеєра, одночасно досягаючи максимальної гнучкості.

Завдяки цій інноваційній системі інтелектуальні та взаємопов'язані транспортні засоби виконують усі транспортні операції, наприклад, від висотного складу до робочих станцій, де вони додатково обробляються або комплектуються. Ці гнучкі помічники не керуються програмним забезпеченням для управління складом, а координують свою роботу автономно без будь-якого централізованого керування. Оскільки цей тип складської логістики вимагає великої кількості цих маленьких помічників, програмне забезпечення буде перевантажене складністю управління цим роєм роботів. Це дозволяє їм повністю вільно пересуватися в межах висотного складу, як по рейках, так і по підлозі.

Пристрої взаємодіють та керують один одним за принципом ройового інтелекту. Це досягається завдяки використанню нещодавно розробленої сенсорної технології, оснащеної такими функціями, як радіостеження, вимірювання відстані та навігація. Це дозволяє окремим човникам завжди знаходити найпряміший та найкоротший маршрут до місця призначення, координувати дії один з одним щодо прийняття замовлень та оптимального планування маршруту, і таким чином забезпечувати максимальну пропускну здатність на складі та, отже, ефективність.

Зіткнень також запобігає інтегрована сенсорна система, яка автоматично зупиняє транспортні засоби, якщо зіткнення з іншим пристроєм або людиною неминуче. В іншому випадку на складі діють фіксовані правила руху, подібні до правил дорожнього руху.

Якщо потрібні додаткові ресурси, транспортну потужність системи можна гнучко регулювати, збільшуючи кількість транспортних засобів. Інвестиції у стаціонарне обладнання не потрібні.