Szymon Olszewski, Senior Konsultant
Jacek Olszewski, Senior Principal & Partner
Jeden… dwa… trzy… cztery…
XVIII wiek, Anglia, ówcześnie najbogatszy kraj świata, zmaga się ze narastającym kryzysem energetycznym spowodowanym niedoborami drewna i tzw. małą epoką lodowcową. Anglicy sięgają zatem po węgiel kamienny. Wkrótce pojawiają się innowacje techniczne: maszyna tkacka i silnik parowy, wykorzystujący wysokokaloryczne paliwo, jakim jest węgiel. Jednocześnie rozwijają się technologie metalurgii żelaza. Pierwsze krosno napędzane silnikiem parowym użyte zostało około 1784 roku. Mechanizacja produkcji i środki transportu (napędzane silnikami parowymi pociągi i statki) umożliwiły produkcję dużych ilości towarów i szybsze przemieszczanie ich na znaczne odległości. Ten skok cywilizacyjny nazywany jest dziś pierwszą rewolucją przemysłową.
Pod koniec XIX wieku pojawiają się kolejne epokowe wynalazki: elektryczność i silnik spalinowy. To one, wraz z ideą produkcji seryjnej na taśmie montażowej (podpatrzoną przez Henry’ego Forda w rzeźni w Chicago) stanowią podwaliny drugiej rewolucji przemysłowej.
Na kolejną rewolucję nie musieliśmy czekać przez kolejne sto lat. W latach siedemdziesiątych XX wieku rozpoczyna się era automatyzacji. Dzięki zastosowaniu programowalnych sterowników i komputerów coraz więcej procesów produkcyjnych może odbywać się bez udziału człowieka, zastępowanego przez roboty, wykonujące zaprogramowane wcześniej, powtarzalne sekwencje czynności. To trzecia rewolucja przemysłowa. Jej skutki widzimy nie tylko w fabrykach, ale również w magazynach. Pojawiają się magazyny typu High Bay z automatycznymi układnicami, automatyczne przenośniki, automatyczne wózki i informatyczne systemy zarządzania magazynami. Mnożą się kolejne techniki automatycznego składowania i transportu wewnętrznego.
Z pojawieniem się komputerów praktycznie natychmiast pojawia się konieczność wymiany danych pomiędzy nimi i pierwsze koncepcje łączenia ich w sieci. Najpierw lokalne, następnie rozległe (łączące odległe od siebie placówki naukowe), wreszcie sieć globalna, obecnie zwana Internetem. Internet to początkowo tylko usługa www, poczta elektroniczna i wymiana danych peer-2-peer. Internetowe protokoły komunikacyjne wraz z rozwojem technologii (a co za tym idzie szybkości) przetwarzania i transmisji danych szybko otwierają kolejne możliwości: rozproszone środowiska obliczeniowe (Cloud Computing – chmura), systemy samouczące (sztuczna inteligencja), urządzenia i maszyny podłączone do Internetu (Internet of Things – Internet Rzeczy). Różnorodne urządzenia, realizujące przeróżne funkcje oraz czujniki mierzące istotne parametry procesów mogą być zarządzane przez algorytmy, tworząc wspólnie tzw. systemy cyberfizyczne. Właśnie te cztery wspomniane powyżej pojęcia stanowią komponenty kolejnej, czwartej rewolucji przemysłowej, nazwanej tak po raz pierwszy w 2011 roku na targach w Hanowerze.
Jej dzieckiem jest Inteligentna Fabryka (Smart Factory) – rozległy system cyberfizyczny komunikujących się między sobą jednostek sterujących, produkcyjnych i logistycznych. Takie cyberfizyczne systemy mają za zadanie monitorować faktyczny przebieg procesu i podejmować zdecentralizowane decyzje dzięki takim narzędziom, jak uczenie maszynowe, czy cyfrowy bliźniak (ang. Digital Twin), czyli wirtualna kopia rzeczywistego systemu. Ze zwiększeniem stopnia integracji pojedynczych jednostek, lepszej koordynacji uczestniczących systemów / jednostek oraz dzięki zwiększeniu stopnia automatyzacji i przepływu informacji zwiększa się efektywność łańcuchów wartości dodanej.
Czy „Smart Factory” wymaga „Smart Logistics”? Z pewnością. Skoro mówimy o inteligentnej fabryce, możemy mówić też o inteligentnym magazynie. Czym taki magazyn powinien się charakteryzować, aby zasłużyć na miano „Smart Warehouse”?
Magazyn 4.0
Automatyzacja w magazynach to dziś już nie tylko modny temat artykułów i konferencji, lecz również przedmiot inwestycji. Magazyny automatyczne typu high bay, miniload, czy shuttle, przenośniki, sortery, jednostki ładunkowe z tagami RFID czy kodami kreskowymi, automatyczne stacje kontroli jakości z wagami wykrywającymi błędy, itp. – wszystko zarządzane przez system WMS – u naszych zachodnich sąsiadów nie są już niczym niezwykłym, w Polsce również przestają zaskakiwać. Są to jednak ciągle technologie charakterystyczne dla Przemysłu 3.0, zastępujące lub wspomagające pracę ludzi w wybranych strefach funkcyjnych magazynu.
Przemysł 4.0 w swoich założeniach zakłada komunikujące się ze sobą inteligentne komponenty „Smart Objects”, spięte w system cyberfizyczny. Takim systemem jest już na przykład magazyn automatyczny współpracujący z systemem przenośników i stacjami roboczymi, zarządzany przez system sterowania przepływem materiałów (WCS – Warehouse Control System). Algorytm WCS decyduje tu na przykład, który pojemnik z żądanym towarem przekazać z magazynu Shuttle do stacji kompletacyjnej. Decyzja, który spośród kilkudziesięciu pojemników z danym towarem wybrać podejmowana jest bez udziału człowieka w taki sposób, aby zoptymalizować zaangażowanych w proces urządzeń i zminimalizować zużycie energii. Kolejnym przykładem takiej „bańki 4.0” w magazynie 3.0 może być flota autonomicznych wózków AMR zarządzana przez system typu Fleet Management. System ten przypisuje wybranemu przez algorytm wózkowi AMR zlecenie transportu jednostki od punktu do punktu, otrzymane od WMS. Wózek AMR realizuje to zlecenie, autonomicznie wybierając optymalną trasę i omijając przeszkody. Zarówno przekazanie zlecenia, jak i wybór wózka oraz samo prowadzenie go po trasie, odbywają się bez udziału człowieka. We współczesnych zautomatyzowanych magazynach pojawiają się też już kolejne komponenty charakterystyczne dla Przemysłu 4.0, na przykład systemy WMS w chmurze, czy cyfrowe bliźniaki.
Czego zatem brakuje jeszcze, aby nasz magazyn zasłużył na miano Magazynu 4.0? Wskazalibyśmy tutaj następujące funkcje:
- Sensoryka – wyposażenie urządzeń w czujniki zdolne do detekcji zakłóceń w pracy (np. temperatura, wibracje), wskazujących na możliwość wystąpienia awarii, zanim ona się pojawi.
- Sztuczna Inteligencja – algorytmy samouczące się, korygujące samodzielnie schematy działania na podstawie analizy danych z przeszłości.
- Integracja wewnętrzna – połączenie odrębnych podsystemów – „baniek 4.0” – w jeden system cyberfizyczny i wyeliminowanie roli człowieka jako podmiotu koordynującego ich pracę i podejmującego decyzje.
- Integracja zewnętrzna – z inteligentną fabryką, z inteligentnym budynkiem, z innymi inteligentnymi magazynami w sieci oraz z algorytmami i narzędziami do rozbudowanej analizy danych (zarówno operacyjnych, jak i Big Data, stosowanych do budowania modeli predykcyjnych, często z zastosowaniem cyfrowych bliźniaków i uczenia maszynowego).
Brzmi jak science fiction? Patrząc na pickerów układających kartony na paletach i na wózkowych przewożących te palety w magazynie możemy tak pomyśleć. Jednak zarodki wspomnianych wyżej funkcji już zakiełkowały i pilotowe wdrożenia zaczynają się pojawiać. Na przejście od pierwszej do drugiej rewolucji przemysłowej potrzebowaliśmy stu lat. Na czwartą czekaliśmy już tylko czterdzieści. Tempo zmian wraz z opisanymi w naszym artykule zajawkami mogą spowodować, że idea Przemysłu 4.0 spięta z najnowszymi rozwiązaniami technologicznymi i informatycznymi może upowszechnić się wcześniej, niż można się tego spodziewać.
