Az intralogisztika optimalizálása az Ipar 4.0-s ellátási láncok észszerűsítése és felgyorsítása érdekében – 1/2. rész

Az intralogisztikában (belső logisztikában) önjáró robotokat (AMR) és automatizált irányított járműveket (AGV) használnak az anyagok hatékony mozgatására az Ipar 4.0-s raktárakban és gyártóüzemekben. Ez a cikk az önjáró robotok és az automatizált irányított járművek rendszerszintű használatával kapcsolatos kérdésekkel foglalkozik az intralogisztika megvalósítása és az anyagok szükség szerinti gyors és biztonságos mozgatása szempontjából. A cikksorozat 2. része a felhasználási esetekre összpontosít, valamint arra, hogy az önjáró robotoknál és az automatizált irányított járműveknél hogyan alkalmaznak érzékelőket a szállítandó tárgyak azonosítására és nyomon követésére, valamint hogyan támogatja a gépi tanulás (ML) és a mesterséges intelligencia (AI) az anyagok azonosítását, mozgatását és szállítását a raktárakban és gyártóüzemekben.

Az anyagok gyors átszállítása a raktárban lévő átvevődokkból a kiszállítódokkba vagy a gyártóüzemben lévő egyik helyszínről a másikra – ezt nevezzük intralogisztikának (belső logisztika) – az Ipar 4.0-ban az ellátási lánc működésének észszerűsítése és felgyorsítása szempontjából kritikus fontosságú. Az intralogisztika többről szól, mint a nyers sebességről: a maximális előnyök érdekében hatékonyan, pontosan és kevesebb hulladékkal kell végezni. Az önjáró robotok (AMR, autonomous mobile robot) és az automata irányított járművek (AGV, automated guided vehicle) döntő szerepet játszhatnak az intralogisztika jobbá tételében.

Az önjáró robotok és az automata irányított járművek hasonlóan néznek ki, de másképp működnek. Míg a hagyományos automata irányított járműveket előre programozzák, hogy a legalacsonyabb költségek elérése érdekében korlátozott funkciókat hajtsanak végre, az újabb típusaik már olyan érzékelőkkel is el vannak látva, mint az önjáró robotok, elmosva a két kategória közti különbséget. Biztonsági szempontok miatt a hagyományos automata irányított járművek az emberektől elkülönített területeken működnek, de az újabb típusok az ütközések elkerülésére szolgáló érzékelőket is tartalmaznak, és magasabb szintű biztonságot tudnak nyújtani.

Ez a cikk az intralogisztika áttekintésével kezdődik, és azzal, hogy az hogyan használható fel az ellátási láncok felgyorsítására. Ezután összehasonlítja az automata irányított járműveket és az önjáró robotokat és felhasználásukat, és röviden megvizsgálja a kettő közötti különbségeket a navigációs és akadályelkerülési képességek, a rugalmasság, a biztonság, a telepítési kihívások, a karbantartás és a tulajdonlási költségek tekintetében. Ugyanakkor megvizsgálja az önjáró robotok és az automata irányított járművek közötti, egyre inkább elmosódó különbségeket, és azzal zárul, hogy bemutatja, hogyan javíthatja a digitális ikrek használata a jövőbeni intralogisztikai műveleteket. A sorozat második cikke mélyebben elmerül az önjáró robotok és automata irányított járművek által igényelt érzékelőtechnikák széles körében. A Digi-Key mindkét esetben az automatizálási termékek teljes skáláját kínálja az intralogisztikához.

Az intralogisztika meghatározása

Az intralogisztika a belső elosztási és termelési folyamatok optimalizálására tervezett kiberfizikai rendszerek segítségével valósul meg. A teljes hatékonyság érdekében az intralogisztikai rendszernek az interneten és a helyi működési folyamatokon keresztül be kell épülnie a nagyobb ellátási láncba.

A raktárakban a rendszer magában foglalja annak ismeretét, hogy hol van a különféle összes anyag a létesítményen belül, mire van szükség a fennálló megrendelések teljesítéséhez, mi hiányzik a megrendelések teljesítéséhez, és hol vannak a beérkező anyagok a tágabban vett ellátási láncban.

A gyárakban az intralogisztika magában foglalja annak ismeretét, hogy milyen anyagokra van szükség az egyes gyártási folyamatokhoz, és a maximális ütemezési hatékonyság támogatását azáltal, hogy összehangolja az arra vonatkozó információkat, hogy mi van jelenleg a létesítményben, és mikor érkeznek be további anyagok, és ötvözi mindezt a gépek és a kezelőszemélyzet rendelkezésre állására vonatkozó adatokkal.

A rendszerbe való teljes körű beépítettség esetén az anyagok elérhetőségére, az emberekre, képzettségükre és elhelyezkedésükre, valamint a gépekre és azok rendelkezésre állására vonatkozó információk a készletek minimálisra csökkentésével, a tömeges testreszabáshoz szükséges rugalmasság növelésével és a minőség javításával csökkentik a költségeket (1. ábra).

1. ábra: Az intralogisztika az Ipar 4.0-s műveletek optimalizálása érdekében képes bevinni a rendszerbe az anyagokra, emberekre és gépekre vonatkozó információkat (kép: Getty Images)

Az intralogisztika hatással van a folyamattervezésre, a rendszertervezésre, a projektirányításra, az anyagszükséglet-tervezésre és számos más funkcióra. A létesítményen belüli automatizált anyagmozgatás kulcsfontosságú az intralogisztika előnyeinek lehető legnagyobb mértékű kihasználásához.

Anyagmozgatási lehetőségek

Az önjáró robotokat és automata irányított járműveket úgy tervezték, hogy anyagokat szállítsanak egyik helyről a másikra, növelve az intralogisztikai műveletek hatékonyságát, pontosságát, termelékenységét és biztonságát. Ezeket a rendszereket a teherbíró képességük alapján lehet megkülönböztetni. Az önjáró robotok és automata irányított járművek többféle kialakítása megfelelő az egyes intralogisztikai funkciókhoz:

• A kocsikat alábújó vagy alácsúszó járműveknek is nevezik, mert bebújnak a szállítandó tárgyak alá, majd függőlegesen felemelik és a rendeltetési helyükre viszik azokat. Ezek a járművek általában 1 tonna vagy annál nagyobb tömeg megemelésére és szállítására alkalmasak.
• A vontatók egy vagy több automatizált vagy automatizálatlan, anyaggal megrakott kocsihoz csatlakoznak, és egyik helyről a másikra húzzák azokat. A legtöbbjük körülbelül 1 tonnára van méretezve, de kaphatók 20 tonnás terhelésre méretezett típusok is. Ezen túlmenően olyan típusok is beszerezhetőek, amelyek képesek önjáró gépként működni, de egy kezelő is irányíthatja őket kézzel.
• A robot villástargoncák többféle kialakításban kaphatóak, beleértve a raklapmozgatókat, az ellensúlyos targoncákat és a keskeny folyosókra készült járműveket. Kialakítástól függően több tonnát is elbírnak, és több mint 10 méter magasra emelhetik a terhet.
• A teherszállító gépek olyan automata mozgó platformok, amelyek képesek felvenni az anyagokat a szállítószalag végéről, a robot rakodóállomásokról és más automatizált rendszerekről. Terhelhetőségük általában alacsonyabb, mint a többi fajta önjáró roboté és automata irányított járműé.

Önjáró robot vagy automata irányított jármű, mi a különbség?

Az automata irányított járművek és az önjáró robotok lehetnek hasonló kialakításúak, de nem ugyanazokkal a képességekkel rendelkeznek. Az alapvető különbségek a következők:

• Az automata irányított járművek mágnescsíkok, a padlóra ragasztott szalagok, a padlón lévő felfestések vagy a padlóba épített vezetékek segítségével navigálva jutnak el egyik helyről a másikra. Ezek nélkül a külső nyomvonalak nélkül sehová sem tudnak menni.
• Az önjáró robotok belső érzékelők, vezeték nélkül csatlakozó külső érzékelők, a mesterséges intelligencia (MI vagy az angol artificial intelligence kifejezésből alkotott betűszóval AI) és a gépi tanulás (ML, machine learning) kombinációját használják a leghatékonyabb útvonal megtervezésére és az akadályok dinamikus elkerülésére.

Az automata irányított járműveket az Ipar 4.0-s raktárak és gyárak bevezetése előtt fejlesztették ki, és nemrégiben némileg átalakultak az Ipar 4.0-s felhasználási területek igényeinek megfelelően, így a különbségek napjainkban már nem olyan egyértelműek, mint korábban. A hasonlóságok és különbségek a következők:

Navigáció és akadályelkerülés. A navigáció a leglényegesebb megkülönböztető jegy. Az automata irányított járművek csak előre meghatározott útvonalakon képesek közlekedni, míg az önjáró robotok képesek változó útvonalakon mozogni egy előre meghatározott területen vagy környezetben. Mivel önállóan mozognak, az önjáró robotoknak kiterjedt akadályelkerülő képességeik vannak, beleértve az új akadályok, például egy korábban szabad folyosóra helyezett raklap felismerését, valamint az útjukba kerülő emberek érzékelését és elkerülését. Az automata irányított járművek korai típusainak korlátozott akadályelkerülési képességei voltak, és a területeket, ahol használták őket, úgy tervezték, hogy ne legyenek ott emberek. Az újabb automata irányított járművek többféle érzékelőt tartalmaznak, ami biztonságosabbá teszi a használatukat emberek közelében. Az automata irányított járművek képesek ugyan azonosítani az akadályokat, de nem tudják úgy megkerülni őket, mint az önjáró robotok. Ehelyett megállnak, és ott várakoznak, amíg az akadályt el nem távolítják. Egyes típusok képesek automatikusan továbbhaladni, ha az akadályt eltávolítják az útjukból.

Rugalmasság. Az önjáró robotok nagyobb rugalmasságot kínálnak, és új környezetbe történő való áthelyezés esetén fizikai módosítások nélkül átprogramozhatók. Amikor egy automata irányított járművet új környezetbe helyeznek át, a vezetőpályákat úgy kell kialakítani vagy módosítani, hogy azok kirajzolják a szükséges útvonalakat. Ezenkívül az automata irányított járművek egyetlen feladatra korlátozódnak, ez az anyag egy előre meghatározott pontról egy másikra történő átszállítása, és a környezet olyan módosításai – például egy új berendezés felállítása –, amelyek a szállítási útvonal megváltoztatását igénylik, megzavarhatják őket.

Biztonság. Az akadályok elkerülésére való jobb képességeik miatt az önjáró robotokat általában biztonságosabbaknak tekintik, mint az automata irányított járműveket. De ez a kérdés nem ennyire egyszerű. Mindkettő felszerelhető vészleállító kapcsolókkal és érzékelőkkel, amelyek felismerik az akadályokat, és elkerülik az ütközést – beleértve az emberekkel való ütközést is. Az önjáró robotokat emberek közelében történő használatra tervezték, és számos biztonsági megoldással vannak ellátva. Az automata irányított járművek azonban előre meghatározott útvonalakon közlekednek, és a személyzet előre tudja, hogy hol lesznek, így az emberek könnyebben elkerülhetik a velük való érintkezést. Mindkét technika nagyfokú biztonságot nyújt.

Telepítési kihívások. Az automata irányított járművek és az önjáró robotok is speciális infrastruktúrát igényelnek a működésük támogatásaként. Általánosságban elmondható, hogy az önjáró robotok telepítése gyorsabban elvégezhető, és kevesebb problémával jár, mint az automata irányított járműveké. Az automata irányított járművek a pontról pontra történő navigáció támogatásához vezetőpályák kiépítését igénylik. Az önjáró robotok a létesítményben elhelyezett különböző érzékelőktől függenek, amelyek segítenek nekik a részletes helyzetfelismerésben és a navigációban. Az önjáró robotok bonyolultabb környezetekben és felhasználási területeken való használatra is alkalmasak. Például egy önjáró robot programozható úgy, hogy együttműködjön egy emberi rendelés-összeállítóval (komissiózóval) egy felhasználókövető megoldásban. Ezek a különbségek általánosságban alkalmassá teszik az önjáró robotokat az olyan Ipar 4.0-s környezetekben való használatra, ahol változások várhatóak, és ezeket hatékonyan kell támogatni (2. ábra).

2. ábra: Az automata irányított járművek kötött útvonalakon közlekednek, így számos Ipar 4.0-s felhasználási területre kevésbé alkalmasak (kép: Getty Images)

Karbantartás. Ez egy vegyes helyzet. Az automata irányított járművek egyszerűbb gépek, kevesebb érzékelővel, és kevesebb karbantartást igényelnek, mint az önjáró robotok. Az automata irányított járművek által igényelt támogató infrastruktúra azonban károsodhat, ami további karbantartást igényel. Az önjáró robotok esetében a szükséges érzékelők karbantartást igényelhetnek, és rendszeresen szükség van szoftverfrissítésekre. Az a követelmény, hogy az automata irányított járművek az emberektől elkülönített területeken közlekedjenek, gyakran azt jelenti, hogy az önjáró robotokhoz képest nagyobb távolságokat tesznek meg a rendeltetési hely eléréséig. A nagyobb távolságok miatt nő a kopásuk, ami nagy eséllyel növeli a karbantartási költségeket. Tehát a kérdés, hogy melyik igényel több karbantartást – az automata irányított járművek vagy az önjáró robotok –, az adott felhasználástól függ.

Költségek. Az automata irányított járművek egyszerűbb gépek, és kevesebbe kerülnek, mint az önjáró robotok. A telepítési költségek közötti különbségeket bonyolultabb meghatározni, mivel az automata irányított járművek esetében vezetőpályák kiépítésére van szükség, míg az önjáró robotok esetében külső érzékelőkre és vezeték nélküli kapcsolatra. Az automata irányított járművek üzemeltetési költségei magasabbak, mivel a vezetőpályáik több karbantartást igényelnek, mint az önjáró robotok támogatásához szükséges infrastruktúra. Végezetül az önjáró robotok általában gyorsabban telepíthetők, ami csökkenti a létesítmény leállásával járó költségeket, és alkalmasabbá teszi ezeket a gépeket az Ipar 4.0-s felhasználási területeken való használatra.

Digitális ikrek, digitális szálak és intralogisztika

A digitális ikrek és a digitális szálak értékes kiegészítő eszközök lehetnek az intralogisztikai rendszerekhez. A digitális ikrek olyan összetett kiberfizikai rendszerek részletes virtuális modelljei, mint amilyeneket az intralogisztikában használnak. A digitális ikreket különböző forrásokból származó adatok felhasználásával hozzák létre, beleértve a létesítményben található érzékelőket, a létesítmény számítógéppel tervezett (CAD) modelljeit, a létesítményben működő berendezések érzékelőinek visszajelzéseit és így tovább. A digitális ikrek a raktár vagy gyár működésének valós idejű szimulációjára szolgálnak, hogy segítsenek a folyamatok optimalizálásában és a lehetséges problémák felismerésében, még mielőtt azok valóban bekövetkeznének (3. ábra). A digitális szál a digitális iker velejárója, amely tartalmazza a digitális iker minden tevékenységének teljes történetét annak teljes élettartama alatt.

3. ábra: A digitális iker (balra) valós idejű szimulációkkal segítheti a nagyobb termelékenységet az Ipar 4.0-s gyárakban (kép: Getty Images)

A digitális ikrek és a digitális szálak az intralogisztikában még a fejlesztés korai szakaszában vannak. A hatékony intralogisztikai rendszerekhez fontosak a kiszámítható tevékenységek. Az önjáró robotok, automata irányított járművek és robotok nagyfokú kiszámíthatósággal és megismételhetőséggel működnek, és az Ipar 4.0-ban való használatuk egyszerűsítheti a digitális iker technika használatát. A digitális ikrekbe való bevonásuk támogatja a létesítményen belüli flottaoptimalizálást és flottakezelést, és az működési hatékonyságra gyakorolt minimális hatás mellett teszi lehetővé a megelőző karbantartást.

A digitális ikreket nagy mennyiségű valós idejű adat segíti, beleértve a környezeti viszonyokat, valamint a gépek és folyamatok állapotára vonatkozó funkcionális és működési adatokat. A digitális ikrek ezeket az adatokat a tényleges rendszerek szimulálására, valamint a teljes gépek és az egyes alkatrészek, például az automata irányított járművek és önjáró robotok akkumulátorai állapotának előrejelzésére használják, optimalizálva azok teljesítményét.

Minél jobban szimulálja a digitális iker a valóságot, annál nagyobb az előnye. Az intralogisztikai rendszerek jellemzően automatizált rendszereket és embereket vonnak egységbe. Az emberi tevékenységek bevitele a digitális ikerbe tovább növelheti a szimulációk pontosságát és az intralogisztika előnyeit. Az intralogisztikának, a digitális ikreknek és a digitális szálaknak a mesterséges intelligenciával és a gépi tanulással való kombinációja várhatóan fontos eleme lesz a teljesen automatizált Ipar 4.0-s gyárak és raktárak kialakulásának.

Összegzés

Az intralogisztika az anyagok mozgatását jelenti az ipari létesítményeken, például egy raktáron vagy gyáron belül. Az automata irányított járművek és az önjáró robotok fontos eszközök az anyagmozgatás automatizálásában és felgyorsításában. Bár mindkettőnek vannak előnyei és hátrányai, az önjáró robotok jobban megfelelnek az Ipar 4.0-s felhasználási területeken való használatra. A digitális ikrekkel, a mesterséges intelligenciával és a gépi tanulással kombinálva az intralogisztika képes elősegíteni a teljesen automatizált gyárak és raktárak kifejlesztését.