Autor: Edward Kozak Senior Konsultant

„Potrzeba matką wynalazków” – to przysłowie znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, również w szeroko pojętej logistyce. Choć ciężko wyznaczyć dokładną datę i miejsce produkcji pierwszego wózka widłowego, gdyż jego formy dalece odbiegają od dzisiejszych rozwiązań technicznych i podobne do siebie prototypy powstawały w różnych częściach świata w podobnym okresie, to należy zwrócić uwagę na wynalazek z 1915 roku z Wielkiej Brytanii. Był to stalowy podnośnik, który umożliwiał przenoszenie ładunków zarówno w poziomie, jak i w pionie. Początkowo mechanizm podnoszenia był obsługiwany za pomocą ręcznej korby, w kolejnych latach pojawiły się rozwiązania niewymagające użycia siły ludzkiej.

Okres wojen światowych obfitował w wynalazki, a ze względu na dużą ilość mężczyzn, którzy zgłosili się do wojska, nastąpił znaczny spadek produkcyjnej siły roboczej, który spowodował konieczność podniesienia wydajności i optymalizacji ówczesnych procesów logistycznych (choć jeszcze tak nie nazywanych). Problem braku siły roboczej nadal jest aktualny, na szczęście nie z przyczyn wojennych, a znaczącego wzrostu konsumpcji, produkcji oraz wyzwań, które stawia nam obecny rynek.

Siła postępu: Robotyzacja i automatyzacja magazynu

Rozwój robotyzacji i automatyzacji wkracza również do magazynów. Tam, gdzie jest to możliwe i opłacalne, wózki widłowe są zastępowane przez inne systemy do transportu towaru, jak na przykład przenośniki czy systemy monorail. Jednak tam, gdzie nie możemy sobie pozwolić na zabudowę powierzchni stałą infrastrukturą lub gdy musimy połączyć transport poziomy z wstawieniem palety np. na regał, wózki widłowe znajdują nadal zastosowanie. Nie wyklucza to jednak automatyzacji, czyli zastąpienia pracy operatora wózka przez automatyczne sterowanie.

Na rynku dostępne jest wiele rozwiązań: od manualnych, przez automatycznie prowadzone AGV (Automated Guided Vehicle), po autonomiczne AIV (Autonomous Intelligent Vehicle). Różnice między nimi polegają na sposobie prowadzenia wózka od punktu do punktu i orientowania położenia wózka w otaczającej go przestrzeni (nawigacji).

Metody nawigacji pojazdów automatycznych

Na przestrzeni lat, wraz z rozwojem techniki, pojawiły się różne metody nawigacji automatycznych pojazdów stosowanych w intralogistyce:

  • Indukcyjna – jest to najstarsza metoda nawigacji, wózek prowadzony jest wzdłuż przewodu elektrycznego zatopionego w posadzce.

  • Magnetyczna – w posadzce wycinana jest bruzda i umieszczana w niej magnetyczna taśma, wzdłuż której porusza się wózek;

  • Punktowa magnetyczna – technika podobna do magnetycznej, z tą różnicą, że zamiast taśmy umieszczane są punkty magnetyczne;

  • Optyczna – wózek identyfikuje swoje położenie za pomocą kamery rozpoznającej namalowane lub naklejone na posadzce linie i/lub kody QR;

  • Laserowa – korzysta z czujników triangulacyjnych kierowanych na odbłyśniki znajdujące się na trasie pojadu;

  • Przestrzenna/ Naturalna (SLAM – Simultaneous Localisation and Mapping) – wykorzystuje czujniki urządzenia do mapowania obszaru i tworzenia wirtualnej mapy za pomocą skanerów 2D i 3D.

Wyżej wymienione techniki nawigacji wózków w przestrzeni magazynu różnią się od siebie stopniem wolności, jaką ma wózek w wyborze trasy oraz poziomem trudności dostosowania tras wózków w przypadku zmian w rozkładzie przestrzennym magazynu. Najmniej takiej wolności i elastyczności zapewniają techniki prowadzenia wózków po linii, najwięcej możliwości oferuje technologia SLAM, stosowana w wózkach autonomicznych AIV. Jakie są praktyczne konsekwencje stosowania opisanych technologii i w jakich wózkach znajdują one zastosowanie?

AGV (Automated Guided Vehicle)

AGV są to bezzałogowe pojazdy elektryczne, które poruszają się po ustalonych trasach zgodnie ze zleceniami transportowymi generowanymi przez nadrzędny system sterowania. Chociaż AGV są formą automatyzacji i zastępują pracę człowieka, nie są maszynami inteligentnymi. Wózek AGV ma minimalną inteligencję pokładową i może wykonywać jedynie proste instrukcje. Aby móc się poruszać, musi być prowadzony za pomocą wspomnianych wyżej przewodów, pasków magnetycznych lub czujników, których instalacja stanowi dodatkowy koszt wdrożenia.

Wózek AGV jest ograniczony do podążania ustalonymi trasami, co wiąże się z dodatkowymi kosztami i zakłóceniami w ciągłości pracy w przypadku konieczności wprowadzenia zmian w przyszłości. Wózki takie najefektywniej pracują w przestrzeniach z ograniczonym dostępem ludzi lub innych urządzeń. Dlaczego? Wózek AGV potrafi wykrywać przeszkody na swojej drodze, ale nie jest w stanie nawigować wokół nich, więc po prostu zatrzymuje się w miejscu, dopóki przeszkoda nie zostanie usunięta.

Pojazdy automatycznie kierowane podążają po wcześniej zdefiniowanych i odpowiednio wyposażonych trasach. Nie zawsze oznacza to jedno jedyne możliwe połączenie punktu startowego i docelowego. Systemy AGV mogą zadecydować o wykonaniu zadania z punktu A do punktu B korytarzem X lub korytarzem Y, w zależności od zajętości korytarza lub oczekiwanego czasu dotarcia do celu, ale jeśli tak zadecydują, nie będą w stanie skorygować trasy wózka w trakcie jej wykonywania, jeżeli zostanie zaburzona przez czynniki zewnętrzne. Mówimy „Systemy AGV”, ponieważ wyboru trasy dokonuje oprogramowanie zarządzające flotą wózków, a nie sam wózek.

Wózki automatyczne AGV sprawdzają się w dużych magazynach lub zakładach produkcyjnych o stałym układzie funkcjonalnym, gdzie istnieje potrzeba powtarzalnych, cyklicznych przemieszczeń ładunków. Pracują znacznie wolniej od analogicznych wózków manualnych, jednak oferują stabilną wydajność i uniezależniają proces od typowych problemów związanych z personelem. Wózek nie korzysta z przerw obiadowych, jednak musi mieć zapewnione przerwy na ładowanie baterii. Baterie najnowszej generacji umożliwiają krótkotrwałe doładowywanie. Pozwala to na doładowanie wózka w czasie, gdy nie otrzymuje on zleceń transportowych (tzw. Opportunity Charging), stosowane przez systemy zarządzania pracą wózków, zarówno AGV, jak i opisanych poniżej AIV.

AIV (Autonomous Intelligent Vehicle)

Wózek AIV nawiguje za pomocą map tworzonych przez oprogramowanie na miejscu lub na podstawie wstępnie załadowanych layoutów obiektu. Jeżeli chcemy mieć pewność, że obszar obecny w systemie, po którym porusza się pojazd odpowiada 1:1 rzeczywistemu układowi w magazynie, wózek pokonuje wszystkie możliwe trasy i „uczy” się infrastruktury budynku. Możliwości te można porównać do samochodu z GPS-em i załadowanym zestawem map, gdzie generuje on optymalną trasę na podstawie prostych pozycji na mapie.

AIV wykorzystuje dane z kamer, wbudowanych czujników i skanerów laserowych, a także zaawansowane oprogramowanie, które umożliwia mu wykrywanie otoczenia i wybieranie najbardziej efektywnej trasy do celu. Działa on całkowicie autonomicznie i jeśli przed nim pojawią się wózki widłowe, palety, ludzie lub inne przeszkody, urządzenie bezpiecznie manewruje wokół nich, wybierając najlepszą alternatywną trasę. Dzięki temu wydajność takich wózków, zwłaszcza w dynamicznym otoczeniu, jest wyższa od AGV.

Zadaniami wózka AIV można sterować za pomocą interfejsu urządzenia lub konfigurować je za pomocą oprogramowania sterującego flotą wielu wózków, które automatycznie nadaje priorytet zleceniom i wybiera pojazd najlepiej nadający się do wykonania danego zadania na podstawie pozycji i dostępności. Elastyczność pojazdów AIV ma kluczowe znaczenie dla nowoczesnych środowisk produkcyjnych, które wymagają zwinności i elastyczności w przypadku konieczności wprowadzenia zmian w produktach lub linii produkcyjnej.

Systemy operacyjne wózków mają duże możliwości adaptacji do potrzeb zwinnej produkcji w zakładach dowolnej wielkości. Jeśli komórki produkcyjne są przenoszone, lub dodawane są nowe komórki lub procesy, można szybko i łatwo przesłać nową mapę obszaru lub zmienić mapę na miejscu, dzięki czemu urządzenie AIV może być natychmiast wykorzystane do nowych zadań. Ta możliwość daje organizacjom pełną kontrolę nad wózkami i ich funkcjami bez konieczności angażowania dostawcy, co jest dużo bardziej elastycznym rozwiązaniem w porównaniu do AGV. Mimo że AIV wykorzystuje znacznie bardziej zaawansowaną technologię niż AGV i sam wózek o porównywalnych parametrach jest droższy, jednak nie wymaga dodatkowych modyfikacji infrastruktury budynku, dlatego jego wdrożenie i uruchomienie jest szybsze i tańsze oraz nie zakłóca procesu produkcji.

Pociąg, trolejbus czy taksówka? Analiza porównawcza

Trafną analogią pozwalającą zrozumieć różnice pomiędzy przenośnikami lub systemami monorail, wózkami AGV i wózkami AIV jest porównanie ich do znanych powszechnie środków komunikacji miejskiej.

  1. Pociąg (Przenośnik/Monorail): Paleta porusza się wytyczonym torem. Dostęp do niej mamy tylko na wybranych stacjach transferowych. Trasa przenośnika przecinająca drogę komunikacyjną jest zawsze problemem znacznie zakłócającym płynność procesów.

  2. Trolejbus (Wózek AGV): Bardziej elastyczny, jego trasa może przecinać się z ruchem innych pojazdów. Jej przebieg jest w dalszym ciągu wytyczony przez niezbędną infrastrukturę (trakcja elektryczna / systemy prowadzenia), nie stanowiącą jednak przeszkody dla ruchu innych pojazdów.

  3. Taksówka (Wózek autonomiczny AIV): Daje największą wolność. Odbierze towar z wyznaczonego miejsca i przetransportuje do celu najlepszą drogą z ominięciem przeszkód.

Porównanie wydaje się trywialne, jednak dobrze ilustruje obszary zastosowań. Wózki monorail sprawdzą się w transporcie palet na większe odległości, z większą prędkością, tam, gdzie trasa nie będzie wchodziła w kolizję z innymi środkami transportu. Wózki automatyczne są dobrym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie nie możemy pozwolić sobie na przecięcie tras komunikacyjnych zainstalowanym na stałe przenośnikiem.

Wózki AGV lub AIV sprawdzają się szczególnie tam, gdzie warunki pracy dla człowieka są uciążliwe lub obwarowane dodatkowymi regulacjami – na przykład w chłodniach, mroźniach, clean roomach czy przy dużym hałasie. Wózki autonomiczne AIV dobrze pracują w dynamicznych środowiskach i w strefach, gdzie pracują ludzie lub inne środki transportu.

Wyzwania i ograniczenia automatyzacji

Należy oczywiście mieć świadomość wszystkich niedoskonałości wózków AGV lub AIV. Obydwa typy wózków są zdecydowanie wolniejsze niż ich odpowiedniki obsługiwane przez operatora. W obydwu przypadkach ich wydajność spada jeszcze dodatkowo przy interakcji z wszelkiego rodzaju ruchomymi obiektami.

Kolejnym problemem jest styk procesu obsługiwanego przez wózek automatyczny z procesem manualnym. Nieprecyzyjne ustawienie nośnika towaru przez pracownika może uniemożliwić podjęcie go przez wózek lub spowodować sytuację awaryjną. O wszystkim tym należy pamiętać, rozważając zastosowanie wózków AGV lub AIV.

Jak zaprojektować proces z wykorzystaniem wózków automatycznych?

Co należy zatem wziąć pod uwagę, projektując proces magazynowy z możliwym wykorzystaniem wózków automatycznych lub autonomicznych?

  • Po pierwsze: Liczby – przepływ materiałów, ilości ruchów na dobę, godzinę, średnio i w szczycie.

  • Po drugie: Layout – rozmieszczenie stref funkcyjnych, odległości, szerokości dróg komunikacyjnych, słupy, bramy, ściany.

  • Po trzecie: Interfejsy – przekazywanie towaru, zarządzanie procesem end-to-end, interakcja z procesami manualnymi.

  • Po czwarte: Bezpieczeństwo pracy – reakcje na przeszkody stałe i ruchome, sygnalizacja ruchu, strefy ograniczonej prędkości, koncepcja ppoż.

  • Po piąte: Integracja informatyczna – zarządzanie środkami transportu i zleceniami, komunikacja z systemami WMS/ERP oraz infrastrukturą budynku (Machine-to-Machine).

To tylko wybrane najważniejsze aspekty projektowania. I na koniec ten najważniejszy: czy to się opłaca – stopa zwrotu z inwestycji (ROI) w automatykę dzięki zastąpieniu pracy ludzkiej, plus niepieniężne czynniki, jak elastyczność, ryzyko i dostępność siły roboczej. Odpowiedź da tylko poprawnie przeprowadzony projekt koncepcyjny i porównanie z rozwiązaniem wykorzystującym inne techniki.

Może zainteresować Cię również: