2.2 Notranja logistika
2.2.3 AGV
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 potrebno zagnati istočasno. S tem dosežemo, da se pri morebitnem srečevanju AGV-jev le-ti srečajo pri polnem teku in tako najbolje uprizorimo dejanski proces manipulacije materiala. Če pri danem preizkusu dimenzije zadostujejo za nemoteno obratovanje (AGV-ji nemoteno potujejo po transportnih poteh in se srečujejo), je preizkus uspešen. Če te dimenzije ne zadostujejo, je potrebno povečati trenutne dimenzije in znova konfigurirati poligon in zemljevid ter na novo sprogramirati pot. Ta postopek je nato potrebno izvajati tako dolgo, da je rezultat uspešen.
3.1.2 Simulacija
Za vsako spremembo v proizvodnem procesu je potrebno predhodno preveriti, kako bo ta vplivala na celoten proces. To lahko storimo na mnogo različnih načinov in med njih spadajo tudi simulacije. Simulacije nam omogočajo, da v celoti predvidimo obnašanje sistema, še preden izvedemo kakršnekoli spremembe. S tem lahko preprečimo morebitne napake, preverimo, katera izvedba je najboljša, in s posameznimi parametri optimiziramo sistem do
Metodologija raziskave
24
želenega stanja. Tako se izognemo stroškom, ki bi lahko morebiti nastali, če sprememba v sistemu ni bila preverjena, zaradi česar je prišlo do napake oz. da sistem ni deloval tako, kot smo si zamislili. Toda kljub temu, da lahko s simulacijami mnogo pridobimo, lahko prav tako mnogo izgubimo. Če proces ni natančno opisan oz. so v simulacijski model vneseni napačni vhodni podatki, bomo dobili napačne izhodne podatke, na podlagi katerih lahko sprejemamo napačne in posledično stroškovno drage odločitve. Da se temu izognemo, smo v nadaljevanju opisali metodologijo, kako kreirati simulacijski model.
3.1.2.1 Poznavanje procesa
Osnova za dobro zastavljen simulacijski model je zelo dobro poznavanje trenutnega procesa.
V primeru optimizacije trenutnega procesa bo to znanje služilo za vhodne podatke in opis poteka procesa, ki jih moramo vnesti v program. Če vpeljujemo povsem nov proces, je to znanje podlaga za proces, ki ga nameravamo vpeljati. Proces je predvsem pomembno razumeti, saj lahko le tako poznamo njegovo obnašanje in kaj vse nanj vpliva. Tako vemo, katere spremenljivke so za proces pomembne, katere je potrebno upoštevati in katere so nepomembne. Poleg tega – če ne poznamo procesa – pri verifikaciji simulacije ne bomo razumeli dobljenih rezultatov in posledično ne bomo opazili morebitnih napak, ki vplivajo na proces in zaradi katerih lahko sprejemamo nadaljnje napačne odločitve.
3.1.2.2 Poznavanje simulacijskega programa
Ker so procesi, ki jih želimo simulirati, običajno kompleksni, je potrebno dobro poznati simulacijski program, ki že sam po sebi ni ravno enostaven za uporabo. S kompleksnostjo realnega modela se tako povečuje tudi kompleksnost simulacijskega modela, zato je program potrebno razumeti in obvladati; le tako lahko zagotovimo, da se s simulacijskem modelom povsem približamo realnemu.
3.1.2.3 Kreiranje AGV simulacijskega modela
Ker se želimo s simulacijskim modelom čim bolj približati realnemu, je potrebno imeti osnovo, na podlagi katere bomo kreirali model. Za osnovo predlagamo, da se v ozadje simulacijskega programa vstavi tloris postavitve proizvodnega obrata, po katerem bodo AGV-ji obratovali. Potrebno je paziti, da se enote simulacijskega programa in tlorisa postavitve proizvodnje povsem ujemajo. Tako zagotovimo, da se AGV-ji gibajo po točno določenih poteh, procese izvajajo na točno določenih mestih in pri tem opravljajo povsem enake razdalje, kot bi jih v realnem okolju. Ko imamo osnovo, začnemo na njej definirati transportne poti in kakšen režim obratovanja (enosmeren, dvosmeren) se bo na njih izvajal.
Na poteh je potrebno tudi označiti, ali se lahko prehitijo oz. morajo čakati vozilo pred sabo.
Če na osnovi niso označena polnilna oz. čakalna mesta za AGV-je, jih je potrebno dodati.
Polnilna in čakalna mesta je najbolje postaviti na območje, kjer ni moten ostali promet in ki je blizu transportnim potem, ki jih AGV-ji uporabljajo. V nadaljevanju je potrebno dodati ostala transportna sredstva, ki uporabljajo iste transportne poti in posledično vplivajo na AGV-je. Potrebno je dodati tudi predhoden in nadaljnji proces, saj je notranja logistika podporni proces in mora zagotavljati neprestano delovanje predhodnih oz. nadaljnjih
Metodologija raziskave
25 procesov. Ko imamo v modelu dodane vse objekte, je potrebno v programskem jeziku opisati procesni tok, ki čim bolje popisuje realno stanje. Zadnji korak pri popisu realnega stanja izvedemo tako, da vnesemo vhodne parametre.
Pri vnašanju vhodnih parametrov moramo zagotoviti, da so ti takšni kot v realnosti. To zagotovimo tako, da za vrednosti uporabimo povprečje izmerjenih vrednosti ali normirane vrednosti, ki so trenutno v veljavi. Vhodni parametri, ki jim moramo posvetiti več pozornosti, so:
• procesni časi predhodnih in nadaljnjih procesov,
• delovnik predhodnih in nadaljnjih procesov,
• hitrosti (naravnost, v ovinku, pri vzvratni vožnji) vseh transportnih sredstev,
• časi posameznih operacij AGV-ja (priklop, odklop vozička) in
• kapaciteta baterije AGV-jev
3.1.2.4 Izvedba simulacije in verifikacija rezultatov
Ko smo prepričani, da je naš model pripravljen, izvedemo simulacije. Simulacije izvedemo za vse možne scenarije, ki jih želimo preveriti, in pri tem opazujemo obnašanje simulacijskega modela. V primarni fazi izvedb je pomembno, da so simulacije izvedene pri realnih hitrostih (ali le malo pospešene), saj lahko tako preverjamo možnost napak. Ko so vse napake popravljene in se proces izvaja po naših željah, nam ostane samo, da še zberemo rezultate. Na podlagi teh rezultatov nato sprejemamo odločitve in jih preverimo v realnem okolju.
Metodologija raziskave
26
27
4 Rezultati in diskusija
V tem poglavju je predstavljeno trenutno stanje v tovarni in obravnavani so dobljeni rezultati poizkusov, ki smo jih izvedli. Predstavljene so vrednosti za prostorske zahteve in simulacije.
4.1 Opis trenutnega stanja
Za uspešno integracijo AGV-jev v proces odvoza gotovih aparatov je potrebno razumeti trenutno stanje. S tem ugotovimo, katerim spremenljivkam je potrebno posvetiti pozornost, da bi se zagotovila morebitna uspešna implementacija. Pomembne spremenljivke, na katere imamo vpliv, so:
• lokacija za prevzem vozičkov z gotovimi aparati,
• postavitve transportnih poti od skladišča za gotove izdelke do proizvodnih linij,
• prometni režim,
• širine transportnih poti (omejen vpliv).
Spremenljivki, na kateri nimamo vpliva, sta:
• lokacija skladišča za gotove izdelke,
• lokacija proizvodnih linij.
4.1.1 Postavitev proizvodnje in lastnosti transportnih poti
Na sliki 4.1 je predstavljeno trenutno stanje v tovarni, kjer transportne poti obkrožajo proizvodne linije za zagotavljanje konstantnega materialnega toka. Na tem območju je želja vpeljati AGV, ki bi nadomestil transporterje.
Rezultati in diskusija
28
Slika 4.1: Tloris tovarne
Lokacije, ki so označene na sliki 4.1 kot pravokotniki, pomenijo naslednje:
• vijoličen pravokotnik: lokacija skladišča za gotove izdelke,
• oranžen pravokotnik: lokacija proizvodnih linij,
• moder pravokotnik: lokacija za odklop polnih vozičkov z gotovimi aparati,
Rezultati in diskusija
29
• rdeč pravokotnik: lokacija za prevzem vozička z gotovimi aparati.
Opazimo, da je na lokaciji proizvodnih linij večina transportnih poti enosmernih. Enosmerne poti predstavljajo tveganje za zastoje, saj so ozke. Njihova širina variira od 1,8 do 2 m. 1,8 m je minimalna vrednost za enosmerno pot, ki je določena na podlagi minimalnih varnostnih zahtev za varno obratovanje vlačilcev s kompozicijami. Za dvosmerne poti ta vrednost znaša 2,6 m. Na področju skladišča za gotove izdelke in na poteh do proizvodnih linij so poti dvosmerne. Širina teh variira od 2,6 do 3 m. Najširše so v skladišču za gotove izdelke. Vse transportne poti imajo talne označbe (puščice, prehodi za pešce), ki imajo vlogo signalizacije in nakazujejo smer prometa oz. prikazujejo mesta, kjer jih lahko pešci prečkajo. Pri ovinkih dimenzije poti ostajajo enake in ni nobenih širitev. Poleg tega so skoraj vsi ovinki 90° brez posnetja, le pri nekaterih je kot manjši kot 90°. Transportna sredstva, ki uporabljajo te poti, so omejena na hitrost 5 km/h.
4.1.2 Opis in izziv procesa odvoza gotovih izdelkov
Trenutno proces odvoza gotovih izdelkov poteka tako, da se transporter z vlačilcem in kompozicijo, ki ima štiri prazne vozičke priklopljene drugega za drugim, odpravi iz skladišča proti proizvodni liniji. Ko prispe do proizvodne linije, se ustavi na transportni poti v bližini lokacije, označene za prevzem gotovih aparatov. Transporter nato iz kompozicije odklopi prazen voziček in ga odpelje na mesto, ki je označeno za prazen voziček. Zraven mesta za prazen voziček je mesto za voziček, ki je poln z gotovimi aparati, ki ga transporter odpelje in priklopi na kompozicijo. Pot nato nadaljuje po določeni poti, kjer opazuje, ali je potrebno odpeljati voziček z gotovimi aparati še iz katere druge proizvodne linije. Če da, potem postopek priklapljanja in odklapljanja ponovi. Ko preveri vse proizvodne linije, za katere je zadolžen, se odpravi nazaj v skladišče. Tam odklopi vozičke, ki imajo gotove aparate in jih zamenja s praznimi vozički. Nato je pripravljen za naslednji cikel.
Med procesom, ko transporter priklaplja/odklaplja vozičke, je vlačilec s kompozicijo parkiran na transportni poti in s tem ovira gibanje ostalih transporterjev z vlačilcih. Če je vlačilec parkiran na enosmerni transportni poti, mora drug transporter čakati toliko dolgo, da transporter pred njim opravi svoje delo in umakne vlačilec. Če je vlačilec parkiran na dvosmerni poti, mora transporter čakati tako dolgo, da se sprosti drug pas, kjer se lahko varno zapelje mimo. Podatke o medsebojnem čakanju je trenutno zelo težko pridobiti, saj ni nobene opreme, ki bi sledila vlačilcem. Tako ne poznamo lokacij, kjer je promet najbolj gost in kjer prihaja do največ zastojev. Pomanjkanje podatkov onemogoča nadaljnjo optimizacijo notranjega transporta v celoti.
4.2 Prostorske zahteve
Preizkuse, s katerimi smo ugotavljali prostorske zahteve AGV MiR 200 Hook, smo izvedli na podlagi prej popisane metodologije. Cilj je bil ugotoviti minimalne dimenzije transportnih poti, pri katerih bo AGV še obratoval brez težav. Zato smo izvedli serijo preizkusov, kjer smo ugotavljali naslednje vrednosti:
• potrebna minimalna širina enosmerne ulice,
Rezultati in diskusija
30
• potrebna minimalna širina enosmerne ulice z 90° ovinkom, brez posnetja notranjega vogala
• potrebna minimalna širina enosmerne ulice z 90° ovinkom, kjer je notranji vogal posnet za 1 m/45° (slika 4.2),
• potrebna minimalna širina dvosmerne ulice,
• potrebna minimalna širina dvosmerne ulice z 90° ovinkom brez posnetja notranjega vogala,
• potrebna minimalna širina dvosmerne ulice z 90° ovinkom, kjer je notranji vogal posnet za 1 m/45° (slika 4.2),
• potrebna minimalna širina enosmerne ulice pri priklapljanju/odklapljanju vozička.
Pri preizkušanju smo uporabili en AGV za enosmerne ulice ter dva AGV-ja za dvosmerne ulice. AGV-ja sta imela za seboj vedno priklopljen po en voziček. Upoštevali smo dimenzije vozička, ki ga trenutno uporabljamo za odvoz gotovih materialov. Ta v dolžino meri 1,3 m, v širino pa 0,9 m. Če k tem dimenzijam dodamo še dolžino AGV, znaša dolžina kompozicije 2,57 m.
4.2.1 Izhodiščne širine transportnih poti
Pred začetkom izvajanja preizkusov je bilo potrebno določiti, pri katerih širinah transportnih poti bomo testirali uspešnost delovanja AGV. Za izhodišče smo upoštevali trenutne transportne poti ter empirični izračun, pri katerem smo uporabili dosedanje izkušnje z obratovanjem AGV.
Minimalne širine za trenutne transportne poti so določene s strani varnostnega oddelka v tovarni na podlagi tipov transportnih sredstev in vozičkov, ki se gibajo po njih. Te vrednosti znašajo:
• enosmerna ulica: 1,8 m,
• dvosmerna ulica: 2,6 m.
Izračun za enosmerno ulico (EU) je bil sestavljen iz širine vozička (X = 0,9 m), minimalnega
Izračun za enosmerno ulico (EU) je bil sestavljen iz širine vozička (X = 0,9 m), minimalnega