Jak wdrożyć roboty autonomiczne – od A do Z

Wstęp

Cyfryzacja zmienia przemysł. Coraz większe zainteresowanie rodzi nowa generacja urządzeń i systemów, których zadaniem jest automatyzacja procesów biznesowych w firmach. Chodzi o maszyny oraz systemy autonomiczne, które zamiast realizować w powtarzalny, niezmienny ciąg zadań, same planują swoją pracę, skupiając się na realizacji celów i misji. Misją może być np.: zapewnienie ciągłości produkcji poprzez terminowe zaopatrzenie linii produkcyjnej w komponenty i materiały. Szczegóły, takie jak dobór środka transportu, odebranie ładunku, dostarczenie go we właściwy sposób do punktu odbioru, weryfikacja misji, bierze na siebie system, inteligentne oprogramowanie, oraz mobilne roboty zdolne do samodzielnej, bezpiecznej nawigacji w dynamicznym środowisku fabryki.

Czym są roboty autonomiczne i jakie przynoszą korzyści?

Taką zaawansowane możliwości posiadają urządzenia klasy AMR (Autonomous Mobile Robots). Zastępują one dziś coraz częściej swoich nieco mniej „bystrych” krewnych, czyli urządzenia AGV (Automated Guided Vehicles). Roboty AGV bywają tańsze, ale do poprawnej pracy wymagają infrastruktury, (np. pasków magnetycznych), lub wręcz wydzielonych przestrzeni zapewniających bezpieczną eksploatację (urządzenia AMR same dbają o bezpieczeństwo działań). System AUTONOMY@WORK oferowany przez VERSABOX to rozwiązanie pozwalający na wdrożenie autonomicznych systemów transportowych (AST) w oparciu o VERSABOTY, czyli mobilne roboty klasy AMR.

Korzyści oferowane przez autonomiczne systemy transportowe to: przewidywalna, stabilna wydajność systemu transportowego, radykalne ograniczenie problemów związanych z brakiem pracowników i wypadkami w transporcie wewnętrznym, optymalne wykorzystanie urządzeń, a także duża elastyczność systemu, którego konfigurację łatwo zmienić bez negatywnego wpływu na ciągłość działania. W przypadku 3-zmianowej pracy okres zwrotu z takiej inwestycji nie przekracza 2 lat (bywa i poniżej roku).

Jak wygląda wdrożenie systemów automatyzacji procesów?

Zdefiniowanie założeń dla automatyzacji procesu transportowego

Automatyzacja procesów transportowych jest inwestycją w poprawę elastyczności i wydajności transportu wewnętrznego. Wymaga jasno zdefiniowanych wymagań, na podstawie których dostawca zaproponuje optymalną konfigurację autonomicznego systemu transportowego. Precyzyjne określenie wymagań daje gwarancję uwzględnienia ryzyk, które mogą zaważyć na sukcesie wdrożenia oraz pozwala ocenić opłacalność projektu na podstawie kosztów rozwiązania oferowanego przez dostawców i jego zgodności z wymaganiami.

W przypadku systemu AUTONOMY@WORK firmy VERSABOX symulator VIRTUAL FACTORY zapewnia prosty, szybki, a jednocześnie niezwykle skuteczny sposób definiowania wymagań. Aby wykorzystać te możliwości, musimy poznać na początek odpowiedzi na kilka pytań stanowiących „wsad” konieczny dlatego, aby symulacja była wiarygodna:

• Jak wygląda środowisko, w którym planujemy wdrożenie? Jaki jest plan obiektu, szerokość i dostępność traktów komunikacyjnych, jakość nawierzchni, intensywność ruchu ludzi i innych urządzeń na terenie obiektu?
• Jakie misje będą realizować roboty? Z jakich miejsc i urządzeń będą pobierać ładunek i na jakich miejscach/urządzeniach go odkładać? Gdzie możemy stworzyć strefy parkowania i/lub ładowania?
• Jakim parametrom wydajnościowym sprostać ma system transportowy? Jak często realizowane będę misje? Czy ich rozkład jest równomierny, czy pojawiają się istotne spiętrzenia zadań? Z jakimi wymaganiami wiąże się ciągłość pracy systemu?
• Czy poza pobraniem/odłożeniem ładunku pojawią się dodatkowe kroki (np weryfikacja poprawności ustawienia ładunku). Czy w trakcie pobierania/odkładania ładunku potrzebna będzie komunikacja z urządzeniami automatycznymi (np drzwiami, podajnikami rolkowymi, robotami realizującymi zadania związane z procesem produkcji).
• Jakie są parametry ładunku i jakie są możliwości automatyzacji jego pobrania/odkładania? Czy ładunek może być obsłużony przez standardowe narzędzia VERSABOTów (np. podnośnik palet, wózek, przenośnik rolkowy) czy wymaga zaprojektowania wyspecjalizowanego urządzenia?

Gdy znamy odpowiedzi na powyższe pytania, możemy przejść do budowy koncepcji technicznej autonomicznego systemu transportowego.

Koncepcja techniczna

Koncepcja techniczna to propozycja realizacji procesu transportowego opartego o zdefiniowane misje, przez konkretną konfigurację systemu. Stanowi ją flota VERSABOTów wyposażonych w odpowiednie narzędzia do manipulacji ładunkiem i akcesoria (ładowarki, stanowiska i bufory służące ładowaniu/odkładaniu towaru).

Najważniejszym elementem koncepcji technicznej są symulacje wariantów konfiguracji systemu umożliwiającej klientom wybór wariantu optymalnego z punktu widzenia kosztów i efektywności. Symulator VERSABOX to interaktywne narzędzie analityczne. Jego najważniejszym zadaniem jest weryfikacja czy system transportowy obsłuży misje o zadanej częstotliwości i liczbie zadań. Ta odpowiedź to jednak jedynie część możliwości symulatora.

Symulator wizualizuje działanie systemu z zadanym przyspieszeniem pokazując stan realizacji zadań, ruch robotów, poziomy naładowania, odwzorowując rzeczywiste algorytmy zarządzania pracą i ruchem. Na ten dynamiczny obraz nakłada mapy (heat maps) pokazujące intensywność ruchu czy obszary szczególnie częstych interwencji systemu koordynującego ruch robotów. Ta informacja pozwala szybko wykrywać anomalie, jakie mogłyby utrudnić działanie rzeczywistego systemu transportowego, diagnozować ich przyczyny i zmieniać koncepcję techniczną „w locie”.

Każda symulacja uzupełniana jest przez analizę parametrów biznesowych, takich jak czasy oczekiwania na realizację zadań, długości kolejek zadań we wszystkich punktach, statystyki utylizacji robotów pozwalające dobrać wielkość floty odpowiednią do oczekiwanej wydajności procesu, i wiele innych. Symulacja pozwala na analizę wielu wariantów konfiguracji i wybór najlepszej z punktu widzenia takich czynników jak koszt, wydajność, ryzyka dotyczące zmienności procesu, zabezpieczenie ciągłości działania, efektywność energetyczna. Pozwala to bardzo precyzyjnie określić ramy opłacalności dla inwestycji.

Wizja lokalna

Koncepcja techniczna wykonana jest na podstawie wywiadów i zbudowana na bazie dostarczonego przez użytkownika „layoutu” fabryki. Dla tego na kolejnym etapie potrzebna może być wizja lokalna. Pozwala ona na weryfikację założeń dotyczące środowiska zeskanowanie przestrzeni, w której ma działać system transportowy. Powstaje wówczas rzeczywista mapa tej przestrzeni. Przeniesienie koncepcji technicznej na taką mapę daje w efekcie finalną koncepcję techniczną systemu i pozwala potwierdzić jego parametry albo je skorygować. Z tego też powodu wizję lokalną warto przeprowadzić w każdym wdrożeniu.

Konfiguracja, instalacja i start systemu transportowego

Finalna koncepcja techniczna jest podstawą do skonfigurowania wszystkich elementów i komponentów systemu transportowego (operacji realizowanych w punktach akcji, floty, grup robotów, trajektorii dokowania, sieci). Konfiguracja realizowana jest równolegle z produkcją urządzeń i akcesoriów. Po ich wyprodukowaniu i dostarczeniu następuje instalacja i rozruch (start produkcyjny). Instalacja systemu, który został zweryfikowany w trakcie wizji lokalnej, i na tej podstawie skonfigurowany jest stosunkowo prostym i na ogół krótkim projektem. Sprowadza się do sprawdzenia, czy wszystkie elementy konfiguracji zostały prawidłowo wprowadzone oraz, czy od czasu wizji lokalnej nie pojawiły się jakieś zmiany w obiekcie, które należy uwzględnić w konfiguracji systemu.

Roboty mobilne VERSABOX i akcesoria nie wymagają żadnych „działań rozruchowych”, gdy tylko pojawi się pierwsze zlecenie – ruszają do akcji. Pozostaje śledzenie jak system działa w czasie rzeczywistym, za pomocą narzędzi monitorowania po to aby zidentyfikować ewentualne problemy, jakie mogą się pojawić w przedsiębiorstwie, w którym takie podejście do automatyzacji procesów biznesowych jest czymś nowym.

Proces automatyzacji wdrażania robotów – podsumowanie

Udana automatyzacja intralogistyki na podstawie możliwości autonomicznych systemów transportowych wymaga realistycznej koncepcji technicznej dostosowanej do potrzeb procesu produkcji czy przepływu towarów w magazynie. Samo wdrażanie, to projekt stosunkowo prosty i nie wymagający wielkich zasobów, zwłaszcza jeśli możemy w nim wykorzystać standardowe komponenty (roboty, narzędzia, akcesoria) oraz nie wiąże się z nim stworzenie wyspecjalizowanych urządzeń, czy konieczność skomplikowanej integracji.