Materialni tok od dobaviteljev imenujemo vhodna logistika; materialni tok do kupcev je zunanja logistika; materialni tok v organizaciji imenujemo upravljanje z materiali ali notranja logistika [13]. Slednji izraz je uporabljen v magistrski nalogi.
Teoretične osnove in pregled literature
10
Notranja logistika je interdisciplinarna dejavnost za notranji materialni in informacijski tok.
Odgovorna je za pokrivanje poslovnih nalog nabavne logistike, proizvodnje in distribucijske logistike. Pri tem prevzema organizacijo, nadzor, implementacijo in optimizacijo materialnih in informacijskih tokov ter ravnanja z blagom znotraj tovarne. Primarne operativne funkcije notranje logistike so manipulacija, skladiščenje in prevzem, notranji transport, komisioniranje in pakiranje. Notranja logistika prevzame medsektorsko funkcijo in je v celoti odgovorna za notranji pretok materiala in informacij od vhodnega blaga, skladišča, komisioniranja, proizvodnje in montaže do odhodnega blaga [14]. Njeno osnovno načelo je čim bolj izrabiti prostor ter pri tem skrajšati čas in pot za pretok raznih materialov skladno z zahtevami proizvodnje [15].
2.2.1 Prometne poti v notranjem transportu
Vsako podjetje, ki pri svojih procesih proizvaja, predeluje, uporablja, skladišči, prodaja/kupuje materialne dobrine oz. opravlja druge vrste storitev, mora zagotoviti transport le-teh med posameznimi lokacijami v tovarni. Posledično morajo biti v tovarni izpolnjeni infrastrukturni pogoji za notranji transport, ki se razlikujejo glede na potrebe tovarne. Bistveni so:
• prometne poti, po katerih se gibajo transportna sredstva,
• transportna sredstva, ki omogočajo transportiranje raznoraznih vrst materialov,
• prostori za skladiščenje,
• prometne površine za parkiranje in manevriranje ter
• prometne površine za raztovarjanje/natovarjanje [16].
Prometne poti za notranji transport so vodoravne in so namenjene transportu znotraj ene zgradbe oz. proizvodnje. Površine teh prometnic so praviloma betonske ali asfaltirane.
Transportne poti praviloma prilagajamo tehnološkemu procesu z željo, da se izognemo nepotrebnim povratnim vožnjam praznih vozil in križanjem poti. Pri tem igra veliko vlogo razmestitev proizvodnih linij, skladišč končnih izdelkov, skladišč materialov ter vrsta uporabljenih transportnih sredstev [15]. Pri načrtovanju prometnic je potrebno nameniti pozornost dimenzioniranju in obliki. Razlog za to so omejene prostorske razpoložljivosti notranjega transporta. Toda ne glede na to je potrebno zadostiti minimalnim kriterijem za zagotavljanje varnosti kot tudi uporabnosti prometnih poti [16].
Ob upoštevanju varnostnega segmenta in namena uporabe je potrebno zagotoviti zadostno širino transportnih poti (slika 2.5). V praksi bi to pomenilo, da je pot široka toliko, da omogoča nemoteno in varno gibanje transportnih sredstev, katerim je namenjena. Kjer poti zavijajo, je potrebno zagotoviti dovolj velik radij zavijanja. Ta je pri transportnih sredstvih odvisen predvsem od njegovih manevrskih sposobnosti in dolžine [16].
Teoretične osnove in pregled literature
11 Slika 2.5: Širina prometnih poti v notranjem transportu [16]
Pri enosmernem prometu je skupna širina transportne poti odvisna od širine transportnega sredstva (npr. vlačilec) in stranskih varnostnih širin. V primeru dvosmernega prometa je odvisna od dvojne širine transportnega sredstva, vmesne varnostne širine in stranskih varnostnih širin. Pri določevanju dimenzij se priporoča upoštevanje kriterijev, ki so podani v preglednici 2.3 [16].
Preglednica 2.3: Karakteristične dimenzije notranjih transportnih poti [16]
AL (širina transportnih sredstev) AL2 = 0 m → za enosmerni promet
hmax – maksimalna višina transportnega sredstva vključno s tovorom
Pri označevanju potrebne širine za delovanje transportnih sredstev je potrebno upoštevati njihove tehnološko-eksploatacijske in tehnične značilnosti. Torej poleg dimenzij tudi, ali omogočajo možnost čelnega ali bočnega natovarjanja, ali so ročno upravljana in drugo. Z vidika tako funkcionalnosti kot tudi varnosti morajo prometne površine prav tako biti označene s prometno signalizacijo. Pri signalizaciji se uporabi tista, ki je v uporabi v cestnem prometu. Prav tako, za varnost pešcev se poskrbi s tem, da se označijo peš poti, ki lahko prečkajo transportne na označenem mestu (zebra). Za dodatno varnost pešcev, se hitrost vožnje omeji na 5km/h, kar je prilagojeno njihovi hoji. S tem je prometna ureditev v tovarni razumljiva in usklajena z varnostnim načrtom. [16].
Teoretične osnove in pregled literature
12
2.2.2 Notranja logistika prihodnosti
Analiza notranjega logističnega toka (NLT) je pomembna tema za podjetja, zlasti za tista, ki se soočajo s scenarijem z velikim spremenljivim povpraševanjem. Ustrezna simulacijska študija NLT omogoča podjetju, da izvede analizo naslednjih postavk:
• ozka grla pretoka,
• ocena postavitve,
• uvedba novih prostorov, vnos novih prometnih pravil ali novega produkta.
Prav tako je zelo priporočljiva, kadar pride do pomembnih sprememb v sistemu, kot je delovanje proizvodnih linij, uvedba novega logističnega toka ali uvajanje logistike 4.0 [17].
Izraz Logistika 4.0 (L4.0) uporabljamo za kombinacijo uporabe logistike z inovacijami in aplikacijami, ki so posledica integracije CPS v logistiko. CPS so bili uvedeni v proizvodni proces kot integracijski koncept za izboljšanje dvosmernega pretoka informacij med izvršilnimi in sistemi odločanja. Te sisteme je treba upoštevati tudi v logistiki. Tehnološki napredek in inovacije v logistiki vodijo do sistemov z večjimi računalniškimi in komunikacijskimi zmogljivostmi, pri čemer bodo vsi elementi sistema med seboj komunicirali z namenom izmenjave potrebnih informacij [18, 19].
V sklopu L4.0 pogosto uporabljamo izraz ˝Pametna logistika˝. To je logistični sistem, ki lahko izboljša prilagajanje spremembam na trgu, s tem se zviša fleksibilnost in posledično se podjetje približa potrebam strank. To bo omogočilo izboljšanje ravni storitev za stranke, optimizacijo proizvodnje ter znižanje stroškov skladiščenja in proizvodnje. Ker se bo pametna logistika spreminjala v skladu z dejansko tehnologijo, je odvisna od časa, zato je bistveno opredeliti najsodobnejšo tehnologijo. Ta nova paradigma je rezultat vse večje uporabe interneta, ki omogoča medsebojno komunikacijo med stroji in ljudmi v realnem času, ter uporabo tako imenovane napredne digitalizacije. Za učinkovito L4.0 se je treba zanašati na naslednje tehnološke aplikacije:
• načrtovanje virov,
• sisteme za skladiščenje,
• sisteme za upravljanje prometa,
• inteligentne transportne sisteme,
• varnost informacij [18, 19].
Zaradi njihove senzorike, fleksibilnosti in medsebojne komunikacije štejemo AGV-je med inteligentne transportne sisteme.
2.2.3 AGV
AGV je mobilen robot oz. vozilo brez voznika. Je transportno sredstvo, ki se obsežno uporablja v industriji za prevoz blaga od točke A do točke B [20, 21]. Običajno se uporabljajo v objektih, kot so proizvodni obrati, skladišča, distribucijski centri in pretovorni terminali [22]. Blago je sposoben prevažati v prilagojenih vozičkih, na katere se lahko samostojno priklopi. Ti vozički so uporabljeni za premikanje surovin do končnih izdelkov. Manipulacija blaga je bila včasih v celoti opravljena ročno in s tem je bila učinkovitost nizka [23].
Alternativa je avtomatizacija materialnega toka. V kontekstu avtomatizacije materialnega
Teoretične osnove in pregled literature
13 toka se kaže temeljna prednost AGV-jev zaradi njihove velike fleksibilnosti in učinkovitosti.
Z leti so avtomatizirani vodeni sistemi vozil že dokazali, da so primerni za širok spekter nalog na področju pretoka materiala. To velja enako za transport v zaprtih prostorih v zgradbah in na prostem v območju obrata [24].
2.2.3.1 Prednosti
Trenuten trg AGV-jev hitro raste in je zelo dinamičen. Prihodnja rast sistemov AGV bo posledica:
• pojava prilagodljivih proizvodnih sistemov,
• naraščajočega povpraševanja po prilagojenih AGV-jih,
• sprejetje industrijske avtomatizacije s strani malih in srednje velikih podjetij [21].
Vzrok za rast števila AGV-jev so tudi njihove številne prednosti pred alternativnimi sistemi, zato postajajo AGV-ji pomembna metoda za ravnanje z materiali v prihodnosti. AGV-ji lahko nudijo številne prednosti pred potisnimi vozički, viličarji ali fiksnimi napravami za ravnanje z materialom, kot so transportni trakovi. Njihove glavne prednosti so fleksibilnost, izkoriščenost prostora, varnost in skupni obratovalni stroški. AGV-ji so izjemno prilagodljivi, saj je mogoče transportno pot spremeniti v nekaj minutah in celo žično vodene AGV-je je mogoče dinamično preusmeriti, da se odzovejo na spreminjajoče se prioritete znotraj obstoječega sistema. Za razliko od transportnih trakov AGV-ji le začasno zasedajo delovni prostor na določenem območju, kjer v tem trenutku obratujejo ali ko so parkirani.
Ker ne ustvarjajo fizičnih ovir znotraj tovarne, kot to počnejo transportni trakovi, lahko AGV-ji delijo prostor z drugimi uporabniki, kot so pešci ali viličarji, s čimer se izboljša splošna izkoriščenost prostora v tovarni. AGV-ji so varnejši od konkurenčnih tehnologij, saj so vsa vozila opremljena z varnostnimi senzorji, lučmi in hupami za opozarjanje pešcev na svojo prisotnost. Za razliko od viličarjev ali transporterjev je možnost napake upravljavca odstranjena. Čeprav so bistveno dražji od viličarjev, vlačilcev ali druge opreme za manipulacijo materiala, je njihova donosnost investicije visoka, saj se znižajo obratovalni stroški na enoto, zlasti v večizmenskih operacijah [25].
2.2.3.2 Različni tipi vodenja AGV
Ročno delo je najprej nadomestila uporaba AGV-jev, ki sledijo liniji, t. i. linijski sledilci. Ti so razvrščeni v več vrst glede na njihovo uporabnost. Pri žičnem sledilniku, je v tleh narejena reža in v nje nameščena žica, ki ji AGV sledi s pomočjo senzorja, ki zazna relativno pozicioniranje radijskega signala. Glavna pomanjkljivost žičnega sledilnika je, da postane namestitev zelo zamudna v primeru dinamičnih industrij. Žični sledilniki so posodobljeni z vodenim trakom, ki ga AGV uporablja za vodilno pot. Ti trakovi so dveh vrst: magnetni ali barvni. AGV je opremljen s primernim vodilnim senzorjem, ki se uporablja za sledenje poti traku. Prednost vodenih trakov pred žično vodenimi je, da jih je mogoče enostavno odstraniti in prestaviti. Druga prednost magnetnega vodilnega traku je dvojna polarnost. Majhni koščki magnetnega traku se lahko namestijo, da spremenijo stanje avtomatskega vodilnega krmilnika na podlagi polarnosti in oznak zaporedja. Kljub prednostim ima vodeni trak pomanjkljivost. če je vgrajen v območja z velikim prometom, saj se trak lahko poškoduje ali umaže [23].
Teoretične osnove in pregled literature
14
Poleg linijsko vodenih AGV-jev obstajajo lasersko vodeni, kjer se usmerjanje izvede z montažo odsevnega traku na stene, drog ali fiksno opremo. AGV ima laserske oddajnike na vrtljivi kupoli. Z njihovo pomočjo se samodejno izračunata kot in razdalja do vseh reflektorjev, ki so v vidnem polju. Ti podatki se primerjajo z zemljevidom postavitve reflektorja, shranjenim v pomnilniku AGV. Dosežejo zahtevano navigacijo. Pomanjkljivost laserskega vodenja je, da povzroča večje stroške in zahteva več vzdrževanja sistemov [23].
V svetu potrošniške družbe, kjer si korporacije trenutno prizadevajo izboljšati delovno učinkovitost, skrajšati čas proizvodnega cikla in zmanjšati stroške delovne sile v logistiki, lahko primerna uporaba avtomatizacije izboljša delovanje delovnega postopka tako, da ga v večji meri poenostavi. Takšen napredek je mogoč zaradi AGV-jev, ki delujejo brez človekovega posredovanja. V primerjavi s prejšnjimi trendi AGV-ji za vodenje pogosteje uporabljajo signalne poti, linijske poti ali oddajnike. Dopolnjeni so z uporabo navigacijskih senzorjev, kot so optični senzorji, magnetni senzorji in laserski skener. Moderni AGV se razlikuje od konvencionalnega tako, da je namesto uporabe fiksnih poti sodobni AGV v prostem teku. Tako so njegove prednostne poti programsko programirane in jih je mogoče dokaj enostavno spremeniti, ko se postavijo nove postaje ali poti. Pri premikanju vozil je potrebno zagotoviti varnost okolja. Za osebje poskrbi vozilo samo. Za to skrbi vrsta senzorjev, ki zaznavajo ovire in bližajočo se nevarnost na njihovi poti [23].
2.2.3.3 Proces načrtovanja in nadzora
Procesi načrtovanja in nadzora AGV-jev spadajo v različne ravni procesa odločanja in vključujejo veliko vprašanj. Glavna so: načrtovanje vodilne poti, ocena števila potrebnih vozil (ali določitev zahtev vozil), načrtovanje tipa vozil, pozicioniranje vozila v prostem teku, upravljanje baterije, usmerjanje vozil in reševanje zastojev. Zasnovo vodilne poti je mogoče obravnavati kot problem na strateški ravni [22]. Če primerjamo z načrtovanjem in nadzorom s sedanjimi sistemi, se lahko trenutna transportna vozila premikajo po sistemu brez skrbi za zamude, ki jih povzročajo druga vozila. Vodena vozila pa se premikajo po fiksni poti in se lahko med seboj borijo za prostor na tej poti. Še posebej, če skozi sistem potuje več vozil in so na voljo dvosmerne poti, se pojavi težava pri usmerjanju vozil.
Usmerjanje vozil je v literaturi znano kot težaven problem. Za rešitev tega problema je treba razviti različne politike. Tudi pri doseganju sprejemljive rešitve tega problema ima struktura obravnavanega sistema ključno vlogo [26].
Na trgu lahko trenutno najdemo veliko proizvajalcev AGV-jev, ki imajo svoje rešitve za vodenje, tip in dizajn vozila. Med večje proizvajalce z višjim tržnim deležem štejemo Bastian Solutions, Dematic, Hyster & Yale, JBT, Jungerech, KION, Konecranes, Kuka, Seegrid, Swisslog itd. V magistrski nalogi smo se osredotočili na proizvajalca Mobile Industrial Robots, saj imamo v tovarni AGV MiR 200 z modulom Hook. Uporabili smo jih v magistrski nalogi.
Teoretične osnove in pregled literature
15 2.2.3.4 MiR Hook 200
MiR200 (slika 2.6) je fleksibilno in avtonomno vozilo, ki prevaža tovore do 200 kg [27].
Slika 2.6: AGV MiR 200
Nanj se lahko namestijo prilagojeni zgornji moduli, kot so zaboji, regali, dvigala ali celo robotska roka [27].
Zgornje module je enostavno spremeniti, tako da je AGV mogoče prerazporediti za različne naloge. Med obstoječimi moduli je tudi modul Hook (slika 2.7). Gre za kavelj, pritrjen na AGV, s pomočjo katerega AGV vpne voziček in ga lahko vleče [27].
Slika 2.7: AGV MiR 200 z modulom Hook
Modul MiR Hook 200 je AGV za popolnoma avtomatiziran prevzem in dostavo vozičkov.
Uporaben je za širok spekter vlečnih opravil, kot je učinkovito premikanje težkih izdelkov med lokacijami v proizvodnem obratu in skladišču ali premikanje vozičkov za perilo in
Teoretične osnove in pregled literature
16
hrano v bolnišnicah. Podpira prevoz tovora do 550 kg, kar zagotavlja nove interne logistične možnosti za težke ali okorne tovore [27].
MiR 200 Hook prepozna vozičke po QR označevalnikih in jih avtonomno prevaža, kot je določeno v njegovi nalogi. Mogoče ga je vključiti v floto AGV-jev MiR in ga enostavno prerazporediti, da izpolni spreminjajoče se zahteve. Sprememba naloge je enostavna in kadarkoli mogoča z uporabo pametnega telefona, tablice ali računalnika preko standardne komunikacije Wi-Fi ali Bluetooth za dostop do intuitivnih krmilnikov AGV-ja [27].
Pri modulu MiR 200 Hook je potrebno izmeriti dimenzije vozička in podatke vnesti v programsko opremo. Vgrajeni senzorji, kamere in prefinjena programska oprema zagotovijo, da lahko robot z vozičkom varno manevrira okoli ljudi in ovir ter se lahko celo zapelje po klančinah [27].
Tehnične specifikacije AGV-ja
V preglednicah 2.4 do 2.6 so opisane tehnične specifikacije robota [27].
Preglednica 2.4: Dimenzije AGV MiR Hook [27]
dolžina (od najnižje do najvišje pozicije
kavlja) [mm] 1275 – 1180
širina [mm] 580
višina (od najvišje do najnižje pozicije kavlja) [mm]
900 – 550
minimalen odmik kavlja od tal [mm] 50
višina vpenjanja (od tal) [mm] 80 – 350
Preglednica 2.5: Nosilnost AGV MiR Hook [27]
maksimalna nosilnost pri naklonu do 1 %
[kg] do 550
Preglednica 2.6: Zmogljivost AGV MiR Hook [27]
maksimalna hitrost (pri polni obremenitvi)
MiR Hook lahko sprejme vozičke z naslednjimi dimenzijami:
• širina: med 400 mm in 1500 mm,
• višina: največ 2000 mm,
• dolžina: med 500 mm in 2400 mm [28].
Teoretične osnove in pregled literature
17 Poleg tega morajo imeti vozički prijemalni drog (ali cev), ki je prikazan na sliki 2.8.
Slika 2.8: Prikaz položaja prijemalnega droga
Ta mora biti na sprednjem ali spodnjem delu vozička; običajno gre za kvadratno prijemalno ploščo z naslednjimi merami:
• položaj: 80 do 350 mm nad tlemi,
• debelina: 15 do 25 mm,
• dolžina: min. 300 mm [28].
Prostorske zahteve
Na sliki 2.9 imamo prikaz prostorskih zahtev, potrebnih za nemoteno vožnjo AGV-ja z vozičkom po ravni ulici [28].
Teoretične osnove in pregled literature
18
Slika 2.9: Priporočene prostorske zahteve pri vožnji naravnost
Očitno je, da mora ulica biti široka vsaj toliko, kot je voziček (ki je širši od AGV-ja), in še dodatnih 0,3 m na vsaki strani [28].
Za obračanje okoli vogala je potreben prostor, prikazan na sliki 2.10, ki je odvisen od skupne dolžine MiR Hook in vozička [28].
Slika 2.10: Priporočen prostor za zavijanje transportne poti
Teoretične osnove in pregled literature
19 Da zagotovimo optimalen prostor za zavijanje okoli pravokotnega vogala, morata širini obeh ulic (s katere AGV zavija in na tisto, ki zavija) biti široki toliko, kot znaša skupna dolžina MiR Hook in vozička, ter še 0,5 m [28].
Prostorske zahteve za voziček, ki je parkiran vzvratno, so prikazane na sliki 2.11 [28].
Slika 2.11: Parkirni prostor za vozičke
Pri vzvratnem parkiranju vozička je priporočljivih vsaj 0,5 m prostora na vsaki strani vozička in 0,25 m za vozičkom. Pri priklapljanju vozička lahko AGV vpne voziček, četudi je za njim manj prostora kot 0,25 m [28].
Pri vzvratnem parkiranju je potreben tudi prostor, prikazan na sliki 2.12, ki je namenjen manevriranju AGV-ja in vozička [28].
Teoretične osnove in pregled literature
20
Slika 2.12: Priporočene prostorske zahteve za manevriranje pri vzvratnem parkiranju
Za manevriranje je priporočen prostor, ki ga MiR Hook potrebuje, kvadrat s stranico, ki je dolga celotni dolžini MiR Hook z vozičkom in še dodatnega 0,50 m [28].
21
3 Metodologija raziskave
3.1 Metodologija preizkusov
Pri metodologiji smo opisali postopke izvajanja preizkusov, ki so definirani pred njihovo izvedbo. To je potrebno zaradi sistematičnosti, lažje izvedbe preizkusov ter zaradi boljše transparentnosti. Metode so opisane pri obeh izvedenih preizkusih, prostorskih zahtevah in simulacijah.
3.1.1 Prostorske zahteve
Za vsak proizvodni obrat, kjer je v prihodnje planirana vpeljava AGV-ja v proces manipulacije materiala, je potrebno ugotoviti osnove za nemoteno obratovanje AGV-ja v danem obratu. Ključni del za preverbo zmožnosti in optimalnih pogojev obratovanja so njegove prostorske zahteve. Potrebno je ugotoviti, kakšne širine transportnih poti je potrebno imeti, da bo lahko AGV obratoval po njegovih najboljših zmožnostih. Torej je potrebno sestaviti serijo preizkusov z določeno metodologijo, ki je predstavljena na sliki 3.1. S preizkusi preverjamo minimalne vrednosti širin transportnih poti, ki zadostujejo za nemoteno obratovanje AGV-ja v proizvodnem obratu. Zaradi večje transparentnosti je metodologija predstavljena v obliki blokovnega diagrama in je nato detajlno opisana v nadaljevanju.
Metodologija raziskave
22
Slika 3.1: Blokovni diagram ugotavljanja prostorskih zahtev AGV-jev
3.1.1.1 Določitev izhodiščnih dimenzij za preizkušanje
Pred izvedbo preizkusov je potrebno določiti izhodiščne dimenzije, pri katerih se bodo preizkusi začeli izvajati. Za izhodiščne širine transportnih poti lahko upoštevamo proizvajalčeva priporočila, izkušnje z dosedanjim upravljanjem AGV-ja ali dimenzije, ki se trenutno uporabljajo v proizvodnem obratu.
Metodologija raziskave
23 3.1.1.2 Preizkuševališče
Osnova za dobro opravljene preizkuse je primerna izbira in postavitev preizkuševališča.
Potrebno je zagotoviti velik prostor, kjer je na razpolago dovolj prostora za izvedbo vseh preizkusov. Prav tako mora imeti podlago, ki čim bolje simulira podlago, na kateri bo kasneje AGV dejansko obratoval. Nazadnje je potrebno v čim večji meri zmanjšati vplive okolice, ki bi lahko na kakršen koli način vplivale na izhod preizkusov.
3.1.1.3 Posnetje okolice in kreiranje zemljevida
Ko je preizkuševališče pripravljeno za uporabo, ga je potrebno posneti in tako kreirati zemljevid, ki ga bo AGV kasneje uporabljal za izvajanje preizkusov. To se izvede z AGV-jem, s standardnim postopkom, katerega proizvajalec predstavi v navodilih za uporabo. Ko je zemljevid kreiran, ga je potrebno še posodobiti. Dodati mu je potrebno območja, kjer je vožnja prepovedana, in tako AGV omejimo samo na delovno območje.
3.1.1.4 Konfiguriranje poligona in programiranje poti
Na začetku je potrebno postaviti poligon glede na izhodiščne dimenzije; nato ga je potrebno posodabljati glede na testirane vrednosti. Za vsak izveden preizkus je posebej potrebno konfigurirati zemljevid, tako da ustreza realnemu stanju. Poligon in zemljevid nato služita za lažjo predstavo, kako se AGV obnaša v omejenem prostoru. Temu sledi programiranje poti, s katerim se zagotovi želeno delovanje AGV-ja.
3.1.1.5 Izvedba preizkusa
Zadnji korak predstavlja izvedba preizkusa, kjer se programirana pot zažene in opazuje delovanje AGV-ja skupaj z vozički. Če se preizkuša dva AGV-ja z vozički ali več, jih je
Zadnji korak predstavlja izvedba preizkusa, kjer se programirana pot zažene in opazuje delovanje AGV-ja skupaj z vozički. Če se preizkuša dva AGV-ja z vozički ali več, jih je