Hoe intra-logistiek optimaliseren om Industry 4.0-toeleveringsketens te stroomlijnen en te versnellen - Deel één van twee

Intra-logistiek (interne logistiek) maakt gebruik van autonome mobiele robots (AMR's) en automatisch geleide voertuigen (AGV's) om materialen efficiënt te verplaatsen in Industry 4.0-magazijnen en -productiefaciliteiten. In dit artikel wordt besproken hoe AMR's en AGV's op systeemniveau worden gebruikt voor het implementeren van intra-logistiek en het snel en veilig verplaatsen van materialen. Deel 2 van deze serie richt zich op use cases en hoe AMR's en AGV's sensors gebruiken om items te identificeren en te volgen, hoe ML en AI materiaalidentificatie, verplaatsing en levering van materialen in magazijnen en productiefaciliteiten ondersteunen.

Het snel verplaatsen van materialen van het ontvangstdok naar het verzenddok in een magazijn of van locatie naar locatie in een productiefaciliteit - de zogenaamde intra-logistiek (voor interne logistiek) - is een cruciaal aspect van het stroomlijnen en versnellen van de toeleveringsketenactiviteiten in Industry 4.0. Bij intra-logistiek komt meer kijken dan rauwe snelheid; het moet efficiënt, nauwkeurig en met minder afval gebeuren voor maximale voordelen. Autonome mobiele robots (AMR's) en automatisch geleide voertuigen (AGV's) kunnen van cruciaal belang zijn voor een verbeterde intralogistiek.

AMR's en AGV's lijken op elkaar maar werken anders. Terwijl traditionele AGV's voorgeprogrammeerd zijn om beperkte functies uit te voeren tegen de laagste kosten, zijn er nieuwe modellen AGV's beschikbaar met sensors zoals AMR's, waardoor het onderscheid tussen de twee vervaagt. Als gevolg van veiligheidsoverwegingen werken traditionele AGV's in gebieden die gescheiden zijn van mensen, maar nieuwere modellen bevatten sensors om botsingen te vermijden en kunnen een hoger veiligheidsniveau garanderen.

Dit artikel begint met een overzicht van intra-logistiek en hoe dit kan worden gebruikt om toeleveringsketens te versnellen. Vervolgens worden de werking en het gebruik van AGV's en AMR's vergeleken en wordt kort ingegaan op de verschillen tussen de twee op het gebied van navigatie en mogelijkheden om obstakels te vermijden, flexibiliteit, veiligheid, uitdagingen bij de inzet, onderhoud en eigendomskosten. Tegelijkertijd wordt gekeken naar het vervagende onderscheid tussen AMR's en AVG's en wordt afgesloten met een blik op hoe het gebruik van digitale twins toekomstige intra-logistieke operaties kan verbeteren. Het tweede artikel in deze serie gaat dieper in op het brede scala aan sensortechnologieën die AMR's en AGV's nodig hebben. Digi-Key biedt in beide gevallen een volledig assortiment automatiseringsproducten voor intra-logistiek.

Intra logistiek gedefinieerd

Intra-logistiek wordt ingezet met behulp van cyberfysische systemen die zijn ontworpen om interne distributie- en productieprocessen te optimaliseren. Om volledig effectief te zijn, moet een intra-logistiek systeem ook geïntegreerd zijn met de grotere toeleveringsketen via het internet en lokale operationele processen.

In magazijnen omvat het systeem weten waar al het materiaal zich in de faciliteit bevindt, wat er nodig is om uitstaande orders te vervullen, wat er mogelijk ontbreekt om orders te voltooien en waar inkomend materiaal zich bevindt in de bredere toeleveringsketen.

In fabrieken omvat intra-logistiek het weten welk materiaal nodig is voor specifieke productieprocessen en het ondersteunen van maximale planningsefficiëntie door het coördineren van informatie over wat er op dat moment in de fabriek aanwezig is en wanneer extra materialen zullen arriveren, in combinatie met de beschikbaarheid van machines en operators.

Wanneer informatie over de beschikbaarheid van materiaal, mensen, hun vaardigheden en locaties, plus machines en de beschikbaarheid daarvan volledig geïntegreerd is, worden de kosten verlaagd door voorraden te minimaliseren, de flexibiliteit voor maatwerk te verhogen en de kwaliteit te verbeteren (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Intra-logistiek kan informatie over materiaal, mensen en machines integreren om Industry 4.0-activiteiten te optimaliseren. (Bron afbeelding: Getty Images)

Intra-logistiek heeft invloed op procestechniek, systeemontwerp, projectbeheer, planning van materiaalvereisten en talloze andere functies. De geautomatiseerde verplaatsing van materiaal door de faciliteit is de sleutel tot het maximaliseren van de voordelen van intra-logistiek.

Opties voor materiaalverwerking

AMR's en AGV's zijn ontworpen om materiaal van plaats naar plaats te verplaatsen, waardoor de efficiëntie, nauwkeurigheid, productiviteit en veiligheid van intra-logistieke activiteiten worden verbeterd. Deze systemen kunnen worden onderscheiden op basis van hun belastingsconfiguraties. Er zijn verschillende configuraties van AMR's en AGV's die geschikt zijn voor specifieke intralogistieke functies:

• Ze bewegen zich onder het te verplaatsen voorwerp, tillen het verticaal op en vervoeren het naar zijn bestemming. Deze voertuigen kunnen worden ontworpen om 1 ton of meer te tillen en vervoeren.
• Trekkers of slepers maken verbinding met een of meer geautomatiseerde of niet-geautomatiseerde karren die geladen zijn met materiaal en brengen ze van plaats naar plaats. De meeste zijn geschikt voor ongeveer 1 ton, maar er zijn ook modellen verkrijgbaar die geschikt zijn voor lasten van 20 ton. Daarnaast zijn er modellen beschikbaar die autonoom kunnen werken of handmatig kunnen worden bestuurd door een operator.
• Er zijn robotheftrucks verkrijgbaar in verschillende configuraties, waaronder palletverplaatsers, vorkheftrucks met contragewicht en smallegangentrucks. Afhankelijk van het ontwerp kunnen ze meerdere tonnen hanteren en de lading meer dan 10 meter hoog tillen.
• Ladingdragers zijn geautomatiseerde mobiele platforms die materialen kunnen oppikken aan het einde van een transportband, van gerobotiseerde laadstations en andere geautomatiseerde systemen. Hun laadvermogen is meestal lager dan dat van andere types AMR's en AGV's.

AGV vs AMR, wat is het verschil?

AGV's en AMR's kunnen vergelijkbare configuraties hebben, maar ze hebben niet dezelfde mogelijkheden. De basisverschillen zijn onder andere:

• AGV's navigeren met behulp van externe sporen gemaakt met magnetische strips, tape/verf op de vloer of draden in de vloer om van plaats naar plaats te gaan; ze kunnen nergens heen zonder die externe sporen.
• AMR's gebruiken een combinatie van interne sensors, draadloos verbonden externe sensors, kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML) om de meest efficiënte route te plannen en obstakels dynamisch te vermijden.

AGV's werden ontwikkeld vóór de introductie van Industry 4.0-magazijnen en -fabrieken en zijn recentelijk enigszins geëvolueerd om Industry 4.0-toepassingen aan te kunnen, dus de verschillen zijn niet meer zo duidelijk als ze ooit waren. Overeenkomsten en verschillen zijn onder andere:

Navigatie en vermijden van obstakels. Navigatie is de grootste onderscheidende factor. AGV's kunnen alleen rijden op vooraf bepaalde paden, terwijl AMR's variabele routes kunnen rijden door een vooraf bepaald gebied of omgeving. Omdat ze autonoom bewegen, hebben AMR's uitgebreide mogelijkheden om obstakels te vermijden, waaronder het identificeren van nieuwe obstakels zoals een pallet die in een eerder vrij gangpad is geplaatst en het detecteren en vermijden van personeel in hun pad. Vroege modellen van AGV's hadden beperkte mogelijkheden om obstakels te ontwijken en de gebieden waar ze werden gebruikt waren ontworpen om vrij van mensen te zijn. Nieuwere AGV's bevatten een grotere verscheidenheid aan sensors, waardoor ze veiliger zijn voor gebruik in de buurt van mensen. Hoewel AVG's obstakels kunnen identificeren, kunnen ze er niet omheen navigeren zoals AMR's dat kunnen. In plaats daarvan stoppen AVG's totdat het obstakel is verwijderd. Sommige modellen kunnen automatisch verder rijden als een obstakel uit de weg wordt gehaald.

Flexibiliteit. AMR's bieden meer flexibiliteit en kunnen worden geherprogrammeerd voor gebruik in nieuwe omgevingen zonder fysieke aanpassingen. Wanneer een AGV in een nieuwe omgeving wordt geïntroduceerd, moeten de geleiderails worden geïnstalleerd of aangepast om de benodigde rijroutes te ondersteunen. AGV's zijn ook beperkt tot één enkele taak, namelijk het verplaatsen van materiaal van het ene vooraf bepaalde punt naar het andere, en kunnen worden verstoord door veranderingen in de omgeving, zoals de toevoeging van nieuwe apparatuur die veranderingen in de rijroute vereist.

Veiligheid. Omdat AMR's obstakels beter kunnen ontwijken, worden ze over het algemeen veiliger geacht dan AGV's. Maar het is geen eenvoudige vraag. Beide kunnen worden uitgerust met noodstopschakelaars en sensors om obstakels te herkennen en te voorkomen dat ze geraakt worden - inclusief mensen. AMR's zijn ontworpen voor gebruik in de buurt van mensen en bevatten tal van veiligheidsmaatregelen. AGV's rijden echter vooraf bepaalde routes en het personeel weet van tevoren waar ze zich zullen bevinden en kan gemakkelijker contact met ze vermijden. Beide technologieën ondersteunen een hoog veiligheidsniveau.

Uitdagingen voor implementatie. AGV's en AMR's vereisen specifieke infrastructuur om hun inzet te ondersteunen. In het algemeen kunnen AMR-implementaties sneller worden voltooid en zijn ze minder storend in vergelijking met AGV's. AGV's vereisen de installatie van geleiderails om point-to-point navigatie te ondersteunen. AMR's zijn afhankelijk van verschillende sensors die overal in de faciliteit zijn geïnstalleerd en helpen om een gedetailleerd situationeel bewustzijn en navigatieondersteuning te bieden. AMR's zijn geschikt voor gebruik in complexere omgevingen en toepassingen. Een AMR kan bijvoorbeeld worden geprogrammeerd om samen te werken met een menselijke orderverzamelaar in een "follow-me" toepassing. Deze verschillen maken AMR's over het algemeen geschikter voor gebruik in Industry 4.0-omgevingen waar veranderingen worden verwacht en efficiënt moeten worden ondersteund (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: AGV's rijden vaste routes waardoor ze minder geschikt zijn voor veel Industry 4.0-toepassingen. (Bron afbeelding: Getty Images)

Onderhoud. Dit is een gemengde situatie. AGV's zijn eenvoudigere machines met minder sensors en hebben minder onderhoud nodig dan AMR's. De ondersteunende infrastructuur die nodig is voor AGV's kan echter beschadigd raken, waardoor extra onderhoud nodig is. In het geval van AMR's kan de reeks sensors onderhoud nodig hebben en zijn er periodiek software-updates nodig. De vereiste dat AGV's in gebieden moeten rijden die gescheiden zijn van mensen, betekent vaak dat ze langere afstanden moeten afleggen om een bestemming te bereiken in vergelijking met AMV's. Langere reisafstanden verhogen de slijtage van AGV's, waardoor de onderhoudskosten kunnen stijgen. De vraag wat meer onderhoud nodig heeft - AGV's of AMR's - is dus afhankelijk van de toepassing.

Kosten. AGV's zijn eenvoudigere machines en kosten minder dan AMR's. Verschillen in installatiekosten zijn moeilijker te definiëren omdat AGV's geleiderails moeten installeren, terwijl AMR's een reeks externe sensors en draadloze connectiviteit nodig hebben. De bedrijfskosten zijn hoger voor AGV's omdat hun geleiderails meer onderhoud vereisen dan de infrastructuur die nodig is om AMR's te ondersteunen. Tot slot kunnen AMR's meestal sneller worden ingezet, waardoor de kosten voor downtime in de faciliteit dalen en ze geschikter zijn voor gebruik in Industry 4.0-toepassingen.

Digitale twins, digitale threads en intra-logistiek

Digital twins en digital threads kunnen waardevolle hulpmiddelen zijn voor intra-logistieke inzet. Digitale twins zijn gedetailleerde virtuele modellen van complexe cyberfysische systemen zoals die voor intra-logistiek worden gebruikt. Digitale twins worden gecreëerd met behulp van gegevens uit verschillende bronnen, waaronder sensors in de faciliteit, CAD-modellen (computerondersteund ontwerp) van de faciliteit, feedback van sensors op apparatuur die in de faciliteit werkt, enzovoort. Ze worden gebruikt om realtime simulaties van het magazijn of de fabriek te maken om processen te optimaliseren en potentiële problemen op te sporen voordat ze zich voordoen (Afbeelding 3). Een digitale thread vergezelt de digitale twin en bevat de volledige geschiedenis van alle activiteiten in de digitale tweeling tijdens zijn operationele levensduur.

Afbeelding 3: Een digitale twin (links) kan realtime simulaties bieden ter ondersteuning van een hogere productiviteit in Industry 4.0-fabrieken. (Bron afbeelding: Getty Images)

Digitale twins en digitale threads in intra-logistiek staan nog in de kinderschoenen. Voorspelbare operaties zijn belangrijk voor efficiënte intra-logistieke systemen. AMR's, AGV's en robots werken met een hoge mate van voorspelbaarheid en herhaalbaarheid, en hun gebruik in Industry 4.0 kan het gebruik van digital twin-technologie vereenvoudigen. Door ze op te nemen in de digitale twin wordt vlootoptimalisatie en -beheer in de faciliteit ondersteund en wordt preventief onderhoud mogelijk gemaakt met een minimale impact op de operationele efficiëntie.

Digitale twins worden ondersteund door grote hoeveelheden realtime gegevens, waaronder omgevingscondities en functionele en operationele gegevens over de toestand van machines en processen. De digitale twin gebruikt die gegevens om de werkelijke systemen te simuleren en de conditie van complete machines en afzonderlijke onderdelen zoals de accu's in AGV's en AMR's te voorspellen om hun prestaties te optimaliseren.

Hoe dichter de digitale twin de echte wereld benadert, hoe groter de voordelen. Een infralogistiek systeem integreert meestal geautomatiseerde systemen met mensen. Het opnemen van menselijke activiteiten in de digitale twin kan de nauwkeurigheid van de simulaties en de voordelen van intra-logistiek verder verbeteren. De combinatie van intra-logistiek, digital twins en digital threads met kunstmatige intelligentie en machine learning zullen naar verwachting belangrijke elementen zijn ter ondersteuning van de opkomst van volledig geautomatiseerde Industry 4.0-fabrieken en -magazijnen.

Samenvatting

Intra-logistiek is de verplaatsing van materialen binnen een industriële faciliteit zoals een magazijn of fabriek. AGV's en AMR's zijn belangrijke hulpmiddelen om de materiaalstroom te automatiseren en te versnellen. Hoewel beide voor- en nadelen hebben, zijn AMR's meer geschikt voor gebruik in Industry 4.0-toepassingen. In combinatie met digital twins, AI en ML kan intra-logistiek de ontwikkeling van volledig geautomatiseerde fabrieken en magazijnen ondersteunen.