Cum să optimizăm intralogistica pentru a eficientiza și accelera lanțurile de aprovizionare din Industria 4.0 - Prima parte din două

Intralogistica (logistică internă) utilizează roboți mobili autonomi (AMR) și vehicule cu ghidaj automat (AGV) pentru a deplasa eficient materialele în depozitele și unitățile de producție din Industria 4.0. În acest articol se prezintă aspectele legate de modul în care AMR-urile și AGV-urile se utilizează la nivel de sistem pentru implementarea intralogisticii și pentru deplasarea rapidă și sigură a materialelor, în funcție de necesități. Partea a doua a acestei serii se concentrează pe cazurile de utilizare și pe modul în care AMR-urile și AGV-urile utilizează senzori pentru a identifica și urmări articolele, pe modul în care ML și AI sprijină identificarea materialelor, mișcarea și livrarea materialelor în depozite și unitățile de producție.

Deplasarea rapidă a materialelor de la docul de recepție la docul de expediere într-un depozit sau de la o locație la alta într-o unitate de producție – numită intralogistică (de la logistică internă) – este un aspect esențial pentru eficientizarea și accelerarea operațiunilor lanțului de aprovizionare în Industria 4.0. Intralogistica nu se rezumă doar la viteză; pentru a obține beneficii maxime, trebuie să fie eficientă, precisă și cu pierderi reduse. Roboții mobili autonomi (AMR) și vehiculele cu ghidaj automat (AGV) pot fi esențiali pentru îmbunătățirea intralogisticii.

AMR-urile și AGV-urile arată similar, dar funcționează diferit. În timp ce AGV-urile tradiționale sunt preprogramate pentru a îndeplini funcții limitate pentru a asigura cele mai mici costuri, noile modele de AGV-uri sunt disponibile cu senzori precum AMR-urile, ceea ce estompează distincția dintre cele două. Ca urmare a preocupărilor legate de siguranță, AGV-urile tradiționale funcționează în zone separate de oameni, dar modelele mai noi includ senzori pentru evitarea coliziunilor și pot garanta niveluri mai ridicate de siguranță.

Acest articol începe cu o trecere în revistă a intralogisticii și a modului în care aceasta poate fi utilizată pentru a accelera lanțurile de aprovizionare. În continuare, compară funcționarea și utilizarea AGV-urilor și a AMR-urilor și analizează pe scurt diferențele dintre cele două în ceea ce privește capacitățile de navigare și de evitare a obstacolelor, flexibilitatea, siguranța, provocările legate de implementare, întreținerea și costul de proprietate. În același timp, analizează distincția neclară dintre AMR și AGV și se încheie cu o privire asupra modului în care utilizarea gemenilor digitali poate îmbunătăți viitoarele operațiuni intralogistice. Cel de-al doilea articol din această serie va analiza mai în profunzime gama largă de tehnologii de senzori de care au nevoie AMR-urile și AGV-urile. În ambele cazuri, Digi-Key oferă o gamă completă de produse de automatizare pentru intralogistică.

Intralogistica definită

Intralogistica este implementată cu ajutorul unor sisteme cibernetice-fizice concepute pentru a optimiza procesele interne de distribuție și producție. Pentru a fi complet eficient, un sistem intralogistic trebuie, de asemenea, să fie integrat cu lanțul de aprovizionare mai larg prin intermediul internetului și al proceselor operaționale locale.

În cazul depozitelor, sistemul include cunoașterea locului în care se află toate materialele din instalație, a ceea ce este necesar pentru a onora comenzile restante, a ceea ce ar putea lipsi pentru a finaliza comenzile și a locului în care se află materialele primite în lanțul de aprovizionare mai larg.

În fabrici, intralogistica include cunoașterea materialelor necesare pentru anumite procese de producție și sprijinirea unei eficiențe maxime a programării prin coordonarea informațiilor despre ceea ce se află în prezent în unitate și când vor sosi materialele suplimentare, în combinație cu disponibilitatea utilajelor și a operatorilor.

Atunci când sunt complet integrate, informațiile despre disponibilitatea materialelor, despre oameni, competențele și locațiile acestora, precum și despre utilaje și disponibilitatea acestora, reduc costurile prin reducerea la minimum a stocurilor, creșterea flexibilității pentru personalizarea în masă și îmbunătățirea calității (Figura 1).

Figura 1: Intralogistica poate integra informații despre materiale, oameni și utilaje pentru a optimiza operațiunile din Industria 4.0. (Sursa imaginii: Getty Images)

Intralogistica are un impact asupra ingineriei proceselor, proiectării sistemelor, managementului de proiect, planificării necesarului de materiale și a numeroase alte funcții. Deplasarea automatizată a materialelor în întreaga unitate este esențială pentru a maximiza beneficiile intralogisticii.

Opțiuni de manipulare a materialelor

AMR-urile și AGV-urile sunt concepute pentru a deplasa materiale dintr-un loc în altul, îmbunătățind eficiența, acuratețea, productivitatea și siguranța operațiunilor intralogistice. Aceste sisteme pot fi diferențiate în funcție de configurațiile lor de încărcare. Există mai multe configurații de AMR-uri și AGV-uri adecvate pentru anumite funcții intralogistice:

• Cărucioarele sunt numite și vehicule sub sarcină și se deplasează pe sub obiectul care urmează să fie mutat, îl ridică pe verticală și îl transportă la destinație. Aceste vehicule pot fi concepute pentru a ridica și transporta 1 tonă sau mai mult.
• Tractoarele de tractare sau remorcherele se conectează la unul sau mai multe cărucioare automate sau neautomate încărcate cu materiale și le transportă dintr-un loc în altul. Cele mai multe sunt proiectate pentru aproximativ 1 tonă, dar sunt disponibile modele proiectate pentru sarcini de 20 de tone. În plus, sunt disponibile modele care pot funcționa în mod autonom sau pot fi conduse manual de un operator.
• Stivuitoarele robotizate sunt disponibile în mai multe configurații, inclusiv dispozitive de deplasare a paleților, stivuitoare cu furcă contrabalansată și vehicule pentru culoare înguste. În funcție de proiectare, acestea pot manipula mai multe tone și pot ridica încărcătura la peste 10 metri înălțime.
• Platformele de transport sunt platforme mobile automatizate care pot prelua materiale de la capătul unei linii de benzi transportoare, de la stațiile de încărcare robotizate și de la alte sisteme automatizate. Capacitățile lor de încărcare tind să fie mai mici decât cele ale altor tipuri de AMR și AGV.

AGV vs. AMR, care este diferența?

AGV-urile și AMR-urile pot avea configurații similare, dar nu au aceleași capacități. Diferențele de bază includ:

• AGV-urile se deplasează cu ajutorul unor șine externe realizate cu benzi magnetice, benzi/vopsea pe podea sau fire în podea pentru a se deplasa dintr-un loc în altul; acestea nu pot merge nicăieri fără aceste șine externe.
• AMR-urile utilizează o combinație de senzori interni, senzori externi conectați wireless, inteligență artificială (IA) și învățare automată (ML) pentru a planifica cel mai eficient traseu și pentru a evita obstacolele în mod dinamic.

AGV-urile au fost dezvoltate înainte de introducerea depozitelor și fabricilor din Industria 4.0 și au evoluat recent pentru a se adapta la aplicațiile Industriei 4.0, astfel că diferențele nu mai sunt atât de clare ca altădată. Asemănările și diferențele includ:

Navigarea și evitarea obstacolelor. Navigarea este cel mai mare diferențiator. AGV-urile se pot deplasa doar pe trasee predefinite, în timp ce AMR-urile pot parcurge trasee variabile într-o zonă sau într-un mediu predefinit. Deoarece se deplasează în mod autonom, AMR-urile au capacități extinse de evitare a obstacolelor, inclusiv identificarea de noi obstacole, cum ar fi un palet amplasat pe un culoar anterior liber, precum și detectarea și evitarea personalului din traseul lor. Primele modele de AGV-uri aveau capacități limitate de evitare a obstacolelor, iar zonele în care erau utilizate erau concepute fără prezența oamenilor. AGV-urile mai noi includ o varietate mai mare de senzori, ceea ce le face mai sigure pentru utilizarea în apropierea persoanelor. Cu toate acestea, în timp ce AGV-urile pot identifica obstacolele, nu pot naviga în jurul lor, așa cum pot face AMR-urile. În schimb, AGV-urile se opresc până când obstacolul este îndepărtat. Unele modele își pot relua automat deplasarea în cazul în care un obstacol este îndepărtat din drum.

Flexibilitate. AMR-urile pot oferi mai multă flexibilitate și pot fi reprogramate pentru a fi utilizate în medii noi fără modificări fizice. Atunci când un AGV este introdus într-un mediu nou, șinele de ghidare trebuie să fie instalate sau modificate pentru a susține traseele de deplasare necesare. AGV-urile sunt, de asemenea, limitate la o singură sarcină care implică deplasarea materialelor dintr-un punct predeterminat la altul și pot fi perturbate de schimbările din mediul înconjurător, cum ar fi adăugarea de noi echipamente care necesită modificări ale traseului de deplasare.

Siguranță. Datorită capacității lor mai mari de a evita obstacolele, AMR-urile sunt în general considerate mai sigure decât AGV-urile. Dar nu este o chestiune simplă. Ambele pot fi echipate cu întrerupătoare de oprire de urgență și cu senzori pentru a identifica obstacolele și a evita lovirea lor, inclusiv a persoanelor. AMR-urile sunt concepute pentru a fi utilizate în preajma persoanelor și includ numeroase măsuri de siguranță. Cu toate acestea, AGV-urile se deplasează pe trasee prestabilite, iar personalul știe dinainte unde se vor afla și poate evita mai ușor contactul cu acestea. Ambele tehnologii susțin un nivel ridicat de siguranță.

Provocări legate de implementare. AGV-urile și AMR-urile necesită o infrastructură specifică pentru a le susține implementarea. În general, implementările AMR pot fi finalizate mai rapid și sunt mai puțin perturbatoare în comparație cu AGV-urile. AGV-urile necesită instalarea unor șine de ghidare pentru a susține navigarea de la un punct la altul. AMR-urile depind de diverși senzori instalați în întreaga unitate și contribuie la furnizarea de informații detaliate de asistență și legate de anumite situații pentru navigare. AMR-urile sunt potrivite pentru utilizarea în medii și aplicații mai complexe. De exemplu, un AMR poate fi programat să lucreze în colaborare cu un operator uman de preluare a comenzilor într-o aplicație de tip „follow-me” (Urmărește-mă). Aceste diferențe fac, în general, ca AMR-urile să fie mai potrivite pentru utilizarea în mediile Industriei 4.0, unde se așteaptă schimbări, și trebuie să fie susținute în mod eficient (Figura 2).

Figura 2: AGV-urile parcurg trasee fixe, ceea ce le face mai puțin potrivite pentru multe aplicații din Industria 4.0. (Sursa imaginii: Getty Images)

Întreținere. Aceasta este o situație mixtă. AGV-urile sunt utilaje mai simple, cu mai puțini senzori și pot necesita mai puțină întreținere decât AMR-urile. Cu toate acestea, infrastructura de sprijin necesară pentru AGV-uri poate fi deteriorată și necesită o întreținere suplimentară. În cazul AMR-urilor, suita de senzori poate necesita întreținere, iar actualizările de software sunt necesare periodic. Cerința ca AGV-urile să se deplaseze în zone separate de oameni înseamnă adesea că acestea parcurg distanțe mai mari pentru a ajunge la destinație, în comparație cu AMR-urile. Distanțele mai lungi de deplasare cresc uzura AGV-urilor, ceea ce poate duce la creșterea costurilor de întreținere. Așadar, aplicațiile dictează dacă una dintre acestea – AGV sau AMR – necesită mai multă întreținere.

Costul. AGV-urile sunt utilaje mai simple și costă mai puțin decât AMR-urile. Definirea diferențelor de costuri pentru instalare este mai complexă, deoarece AGV-urile necesită instalarea unor șine de ghidare, în timp ce AMR-urile au nevoie de o serie de senzori externi și de conectivitate wireless. Costurile de exploatare sunt mai mari pentru AGV-uri, deoarece șinele lor de ghidare necesită mai multă întreținere decât infrastructura necesară pentru a susține AMR-urile. În cele din urmă, AMR-urile pot fi, de obicei, implementate mai rapid, reducând costurile asociate cu perioadele de nefuncționare a instalației și făcându-le mai potrivite pentru utilizarea în aplicațiile Industriei 4.0.

Gemeni digitali, fire digitale și intralogistică

Gemenii digitali și firele digitale pot fi instrumente valoroase pentru implementările intralogistice. Gemenii digitali sunt modele virtuale detaliate ale unor sisteme cibernetice-fizice complexe, cum ar fi cele utilizate pentru intralogistică. Gemenii digitali sunt creați folosind date din diverse surse, inclusiv senzori din instalație, modele de proiectare asistată pe calculator (CAD) ale instalației, feedback de la senzorii echipamentelor care funcționează în unitate și așa mai departe. Aceștia sunt utilizați pentru a furniza simulări în timp real ale depozitului sau ale operațiunilor din fabrică, pentru a ajuta la optimizarea proceselor și pentru a identifica eventualele probleme înainte ca acestea să apară (Figura 3). Un fir digital însoțește geamănul digital și include istoricul complet al tuturor activităților din geamănul digital pe toată durata sa de viață operațională.

Figura 3: Un geamăn digital (stânga) poate oferi simulări în timp real pentru a sprijini o productivitate mai mare în fabricile din Industria 4.0. (Sursa imaginii: Getty Images)

Utilizarea gemenilor digitali și a firelor digitale în intralogistică se află în stadii incipiente de dezvoltare. Operațiunile previzibile sunt importante pentru sistemele intralogistice eficiente. AMR-urile, AGV-urile și roboții funcționează cu un nivel ridicat de predictibilitate și repetabilitate, iar utilizarea lor în Industria 4.0 poate simplifica utilizarea tehnologiei gemenilor digitali. Includerea acestora în geamănul digital sprijină optimizarea și gestionarea flotei în cadrul instalației și permite întreținerea preventivă cu un impact minim asupra eficienței operaționale.

Gemenii digitali sunt susținuți de cantități mari de date în timp real, inclusiv despre condițiile de mediu, precum și date funcționale și operaționale despre starea utilajelor și a proceselor. Geamănul digital utilizează aceste date pentru a simula sistemele reale și pentru a prezice starea utilajelor complete și a componentelor individuale, cum ar fi acumulatoarele din AGV-uri și AMR-uri, în scopul de a le optimiza performanța.

Cu cât geamănul digital simulează mai bine lumea reală, cu atât mai mari sunt beneficiile. Un sistem intralogistic integrează, de obicei, sisteme automatizate și oameni. Includerea activităților umane în geamănul digital poate spori și mai mult acuratețea simulărilor și beneficiile intralogisticii. Se preconizează că o combinație dintre intralogistică, gemenii digitali și firele digitale cu inteligența artificială și învățarea automată vor fi elemente importante care vor sprijini apariția fabricilor și a depozitelor complet automatizate din Industria 4.0.

Rezumat

Intralogistica reprezintă deplasarea materialelor în cadrul unei instalații industriale, cum ar fi un depozit sau o fabrică. AGV-urile și AMR-urile sunt instrumente importante utilizate pentru a automatiza și accelera fluxul de materiale. Deși ambele au avantaje și dezavantaje, AMR-urile sunt mai potrivite pentru utilizarea în aplicațiile din Industria 4.0. Atunci când este combinată cu gemeni digitali, inteligență artificială și ML, intralogistica poate sprijini dezvoltarea de fabrici și depozite complet automatizate.