Vpeljava avtomatsko vodenih vozil za notranji transport končnih izdelkov

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Vpeljava avtomatsko vodenih vozil za notranji transport končnih izdelkov

Magistrsko delo magistrskega študijskega programa II. stopnje Strojništvo

Milan Carević

Ljubljana, februar 2022

(2)

(3)

(4)

(5)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Vpeljava avtomatsko vodenih vozil za notranji transport končnih izdelkov

Magistrsko delo magistrskega študijskega programa II. stopnje Strojništvo

Milan Carević

Mentor: izr. prof. dr. Boris Jerman, univ. dipl. inž.

Somentor: doc. dr. Tomaž Berlec, univ. dipl. inž.

Ljubljana, februar 2022

(6)

(7)

(8)

(9)

v

Zahvala

Najprej bi se rad zahvalil mentorju Borisu Jermanu in somentorju Tomažu Berlecu za vodenje in pomoč pri nastajanju magistrskega dela. Zahvalil bi se tudi podjetju BSH hišni aparati d. o. o. Nazarje, ki je s svojimi resursi zagotovilo uspešno izvedbo vseh preizkusov.

Rad bi se zahvalil mentorici v podjetju, Adini Mlivić, za vzpodbudo in nasveti pri nastajanju magistrskega dela. Prav tako bi se zahvalil ostalim sodelavcem, ki so pomagali pri izvedbi eksperimentalnega dela.

Nazadnje bi se rad zahvalil še družini, partnerki in prijateljem, ki so me v procesu nastajanja magistrske naloge spodbujali in mi nudili pomoč.

(10)

vi

(11)

vii

(12)

viii

(13)

ix

Izvleček

UDK 629+004.8:004.451.62(043.2) Tek. štev.: MAG II/1056

Vpeljava avtomatsko vodenih vozil za notranji transport končnih izdelkov Milan Carević

Ključne besede: industrija 4.0 notranja logistika simulacije

AGV

širine transportnih poti prometni režimi

Industrija 4.0 predstavlja orodje za digitalno transformacijo podjetij in utira pot številnim inovacijam, zaradi česar jo v vse več podjetjih vedno resneje obravnavajo. Primer približevanja industriji 4.0 z nastavki digitalne transformacije in povezane avtomatizacije, je ideja podjetja, da se na področje notranje logistike vpeljejo AGV-ji. V ta namen je bila v okviru magistrske naloge izpeljana raziskava, v kateri se je preverjala možnost vpeljave AGV-jev v proces odvoza končnih izdelkov s proizvodnje linije v skladišče. S preizkusi se je ugotavljalo kakšne širine transportnih poti so dejansko potrebne, da se zagotovi nemoteno delovanje konkretnega modela AGV, ki ga podjetje že poseduje. Kreirani so bili tudi trije različni simulacijski modeli, s pomočjo katerih je bilo ugotovljeno, kateri prometni režim bi bil za obravnavan transportni proces najbolj primeren. Rezultati so pokazali, da je obravnavan tip AGV-ja možno vpeljati v proizvodni proces, če se nekoliko razširi obstoječe transportne poti. Kot najbolj optimalen prometni režim se je pokazal smerno reguliran promet.

(14)

x

(15)

xi

Abstract

UDC 629+004.8:004.451.62(043.2) No.: MAG II/1056

Introduction of automated guided vehicles for internal transport of finished products

Milan Carević

Keywords: industry 4.0 internal logistics simulations AGV

width of transport routes traffic regime

Industry 4.0 represents a tool for digital transformation of companies and paves the way for many innovations, therefore, it is being taken more seriously by a growing number of companies. An example of approaching Industry 4.0 with commencement of digital transformation and related automation is the company's idea to introduce AGVs in the field of internal logistics. For this purpose, research was conducted as part of the master's thesis, which examined the possibility of introducing AGVs in the process of transportation of finished products from the production line to the warehouse. With the tests, width of the transport routes was determined that is needed to ensure the smooth operation of the specific AGV model that the company already owns. Also, three different simulation models were created for the determination, of the traffic regime, which would be the most suitable for the discussed transport process. The results shows that the considered type of AGV can be introduced into the production process if the existing transport routes are slightly widened.

Furthermore, directionally regulated traffic proved to be the most optimal traffic regime.

(16)

xii

(17)

xiii

Kazalo

1 Uvod ... 1

1.1 Ozadje problema ...1

1.2 Problematika ...1

1.3 Cilji ...2

1.4 Struktura ...2

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 3

2.1 Industrija 4.0 ...3

2.1.1 Digitalni dvojček...4

2.1.1.1 Koncept digitalnega dvojčka ...4

2.1.1.2 Aplikacije DD v industriji ...6

2.1.1.3 Izboljšanje poslovnega rezultata ...7

2.1.1.4 Simulacija...8

2.2 Notranja logistika ...9

2.2.1 Prometne poti v notranjem transportu ... 10

2.2.2 Notranja logistika prihodnosti ... 12

2.2.3 AGV ... 12

2.2.3.1 Prednosti ... 13

2.2.3.2 Različni tipi vodenja AGV ... 13

2.2.3.3 Proces načrtovanja in nadzora ... 14

2.2.3.4 MiR Hook 200 ... 15

3 Metodologija raziskave ... 21

3.1 Metodologija preizkusov ... 21

3.1.1 Prostorske zahteve ... 21

3.1.1.1 Določitev izhodiščnih dimenzij za preizkušanje ... 22

3.1.1.2 Preizkuševališče ... 23

3.1.1.3 Posnetje okolice in kreiranje zemljevida... 23

3.1.1.4 Konfiguriranje poligona in programiranje poti ... 23

3.1.1.5 Izvedba preizkusa ... 23

3.1.2 Simulacija ... 23

3.1.2.1 Poznavanje procesa ... 24

3.1.2.2 Poznavanje simulacijskega programa ... 24

3.1.2.3 Kreiranje AGV simulacijskega modela ... 24

3.1.2.4 Izvedba simulacije in verifikacija rezultatov ... 25

(18)

xiv

4 Rezultati in diskusija ...27

4.1 Opis trenutnega stanja ... 27

4.1.1 Postavitev proizvodnje in lastnosti transportnih poti ... 27

4.1.2 Opis in izziv procesa odvoza gotovih izdelkov... 29

4.2 Prostorske zahteve ... 29

4.2.1 Izhodiščne širine transportnih poti ... 30

4.2.2 Preizkuševališče ... 32

4.2.3 Skeniranje okolice in kreiranje zemljevidov... 33

4.2.4 Konfiguriranje zemljevidov in poligona ter programiranje poti ... 37

4.2.5 Izvedba preizkusov ... 37

4.2.6 Kriterij za uspešen preizkus ... 38

4.2.7 Rezultati preizkusov ... 38

4.3 Simulacije ... 41

4.3.1 Sestava modelov ... 42

4.3.2 Vstavljanje objektov ... 45

4.3.3 Programiranje procesov ... 45

4.3.4 Izvedba in verifikacija simulacij ... 47

4.3.5 Rezultati simulacij ... 47

4.4 Diskusija rezultatov ... 53

4.4.1 Diskusija rezultatov preizkusov ... 53

4.4.2 Diskusija rezultatov simulacij ... 55

5 Zaključki ...57

Literatura...59

(19)

xv

Kazalo slik

Slika 2.1: Shematski prikaz digitalnega modela [9]...5

Slika 2.2: Shematski prikaz digitalne sence [9] ...5

Slika 2.3: Shematski prikaz DD [9] ...6

Slika 2.4: Vloga logistike [13] ...9

Slika 2.5: Širina prometnih poti v notranjem transportu [16] ... 11

Slika 2.6: AGV MiR 200... 15

Slika 2.7: AGV MiR 200 z modulom Hook ... 15

Slika 2.8: Prikaz položaja prijemalnega droga ... 17

Slika 2.9: Priporočene prostorske zahteve pri vožnji naravnost ... 18

Slika 2.10: Priporočen prostor za zavijanje transportne poti ... 18

Slika 2.11: Parkirni prostor za vozičke ... 19

Slika 2.12: Priporočene prostorske zahteve za manevriranje pri vzvratnem parkiranju ... 20

Slika 3.1: Blokovni diagram ugotavljanja prostorskih zahtev AGV-jev ... 22

Slika 4.1: Tloris tovarne ... 28

Slika 4.2: Posnetje ovinka ... 31

Slika 4.3: Preizkuševališče ... 32

Slika 4.4: Enosmerna ulica ... 33

Slika 4.5: Enosmerna ulica z 90° ovinkom ... 34

Slika 4.6: Enosmerna ulica z 90° ovinkom s posnetim notranjim vogalom za 1 m/45° ... 34

Slika 4.7: Dvosmerna ulica z vmesnim neželenim območjem ... 35

Slika 4.8: Dvosmerna ulica z vmesnim prepovedanim območjem ... 35

Slika 4.9: Dvosmerna ulica z 90° ovinkom ... 35

Slika 4.10: Dvosmerna ulica z 90° ovinkom s posnetim notranjim vogalom za 1 m/45° ... 36

Slika 4.11: Priklapljanje/odklapljanje vozička ... 36

Slika 4.12: Prikaz tovarne v simulacijskem modelu ... 42

Slika 4.13: Podrobnejši prikaz modela v skladišču gotovih izdelkov ... 43

Slika 4.14: Podrobnejši prikaz modela za trenutno stanje na področju proizvodnih linij ... 44

Slika 4.15: Podrobnejši prikaz modela za krožni promet z AGV-ji na področju proizvodnih linij .. 44

Slika 4.16: Podrobnejši prikaz simulacijskega modela za smerno reguliran promet z AGV-ji na področju proizvodnih linij... 45

Slika 4.17: Prikaz časovnice obratovanja proizvodne linije ... 46

Slika 4.18: Število pripeljanih vozičkov v skladišče z gotovimi izdelki pri trenutnem stanju ... 47

Slika 4.19: Delež delovnih operacij transporterja pri trenutnem stanju ... 48

Slika 4.20: Število pripeljanih vozičkov v skladišče z gotovimi izdelki pri krožnem prometu z uporabo AGV-jev ... 48

Slika 4.21: Delež delovnih operacij enega AGV-ja pri krožnem prometu ... 49

Slika 4.22: Delež delovnih operacij dveh AGV-jev pri krožnem prometu ... 49

Slika 4.23: Delež delovnih operacij treh AGV-jev pri krožnem prometu ... 50

(20)

xvi

Slika 4.24: Število pripeljanih vozičkov v skladišče z gotovimi izdelki pri smerno reguliranem

prometu z uporabo AGV-jev... 51

Slika 4.25: Delež delovnih operacij enega AGV-ja pri smerno reguliranem prometu ... 51

Slika 4.26: Delež delovnih operacij dveh AGV-jev pri smerno reguliranem prometu ... 52

Slika 4.27: Delež delovnih operacij treh AGV-jev pri smerno reguliranem prometu ... 53

(21)

xvii

Kazalo preglednic

Preglednica 2.1: Aplikacije v industriji, kjer se DD pogosto uporabljajo [10]. ...6

Preglednica 2.2: Poslovni učinek DD [11] ...7

Preglednica 2.3: Karakteristične dimenzije notranjih transportnih poti [16]... 11

Preglednica 2.4: Dimenzije AGV MiR Hook [27] ... 16

Preglednica 2.5: Nosilnost AGV MiR Hook [27] ... 16

Preglednica 2.6: Zmogljivost AGV MiR Hook [27] ... 16

Preglednica 4.1: Enosmerna ulica ... 38

Preglednica 4.2: Enosmerna ulica z 90° ovinkom in neposnetim notranjim vogalom ... 39

Preglednica 4.3: Enosmerna ulica z 90° ovinkom s posnetim notranjim vogalom za 1 m/45° ... 39

Preglednica 4.4: Dvosmerna ulica z vmesnim neželenim območjem ... 39

Preglednica 4.5: Dvosmerna ulica z vmesnim prepovedanim območjem ... 40

Preglednica 4.6: Dvosmerna ulica z 90° ovinkom ... 40

Preglednica 4.7: Dvosmerna ulica z 90° ovinkom, s posnetim notranjim vogalom za 1 m/45° ... 41

Preglednica 4.8: Enosmerna ulica pri priklapljanju/odklapljanju vozička ... 41

Preglednica 4.9: Pregled uspešnih preizkusov... 53

(22)

xviii

(23)

xix

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

DU m dvosmerna ulica

EU m enosmerna ulica

V m vmesno območje

X m širina vozička

Y m varnostni odtis vozička

Z m prostor za nemoteno obratovanje

Indeksi

(24)

xx

(25)

xxi

Seznam uporabljenih okrajšav

Okrajšava Pomen

AGV avtomatsko vodeno vozilo (angl. Automated Guided Vehicle) CPS kibernetsko-fizični sistemi (angl. Cyberphysical Systems)

DD digitalni dvojček

I4.0 industrija 4.0

IoT internet stvari (angl. Internet of Things)

KPI ključni kazalnik uspešnosti (angl. Key Performance Indicator)

L4.0 logistika 4.0

NLT notranji logistični tok

(26)

xxii

(27)

1

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

V zadnjih letih je ena izmed glavnih želja v tovarni držanje koraka na področju inovacij v proizvodnji. Posledično so glavni cilji digitalizacija tovarne z različnimi pristopi, kot so Digitalni Dvojček (DD), Internet Stvari, angl. Internet of Things (IoT), in druga avtomatizacija, kar bi tovarno približalo zadnji industrijski revoluciji, industriji 4.0 (I4.0).

V sklopu stremljenja k I4.0 se je na področju interne logistike pokazala priložnost v obliki avtomatsko vodenega vozila, angl. automated guided vehicle (AGV). Vizija je, da bodo ta robotizirana vozila v bližnji prihodnosti v celoti zamenjala trenutne transporterje, ki za prevažanje materialov uporabljajo vlačilce, na katere so priklopljeni po meri izdelani vozički. S tem bi proces manipulacije materiala avtomatizirali in tako proces pohitrili, pridobili transparentnost in ga stabilizirali.

1.2 Problematika

V tovarni je za en transportni cikel (dovoz materialov, potrebnih za proizvodnjo, ter odvoz gotovih izdelkov) trenutno potrebnih 30 minut. Ta proces trenutno izvajajo t. i. transporterji.

Transporterji so delavci, ki upravljajo z vlačilci in so zadolženi za transport materiala in končnih izdelkov. Povečanje povpraševanja po izdelkih je povzročilo večje zahtevane kapacitete, kar je za sabo potegnilo večjo količino skladiščenega materiala, večje število proizvodnih linij in večje število transporterjev za oskrbo teh linij. Rezultat vsega navedenega so ožje transportne poti in manjši manevrski prostor za manipulacijo z vlačilci z vozički. Ker se povečuje število vlačilcev in se prostorsko tovarna ne more širiti, se vse večkrat pojavlja gneča in na transportnih poteh. Z zastoji se podaljšujejo transportni cikli, kar povzroči časovne izgube in pomanjkanje materiala na proizvodnih linijah ter, v najslabšem primeru, tudi zaustavitev linij.

Pri trenutnem stanju internega transporta je prav tako zelo pomanjkljiva transparentnost, saj ni mogoče slediti posameznim vlačilcem in posledično je skoraj nemogoče ugotoviti, katere lokacije na transportnih poteh od skladišča do proizvodnih linij so kritične, zaradi česar prihaja do nepričakovanih zastojev.

(28)

Uvod

2

1.3 Cilji

Zaradi težav, naštetih v poglavju 1.2, je glavni cilj preveriti možnost vpeljave AGV-jev v proces notranje logistike, bolj podrobno, na področje odvoza gotovih aparatov. Pri ugotavljanju možnosti vpeljave AGV-jev je potrebno predvideti ostale izzive ali tveganja, zaradi česar so naslednji cilji tesno povezani z glavnim.

Zaradi prostorske stiske si želimo ugotoviti, kakšne so minimalne prostorske zahteve tipa AGV, ki ga trenutno imamo v tovarni v povezavi z obstoječimi transportnimi vozički. Te prostorske zahteve se nanašajo na širine transportnih poti ter na potreben manevrski prostor za priklop oz. odklop vozička. Na podlagi teh spoznanj je cilj ugotoviti, ali takšen tip AGV- ja, ki ga imamo v tovarni, sploh ustreza tesnim transportnim potem in pomanjkljivim manevrskim prostorom.

Nazadnje, za optimalen proces je potrebno ugotoviti, kakšen prometni režim je potrebno vpeljati med skladiščem in proizvodno linijo, da proces poteka nemoteno in je čas enega cikla najkrajši. Cilj je z računalniškimi simulacijami primerjati dvosmerne transportne poti z enosmernimi in krožni transportni sistem primerjati s smerno reguliranim.

1.4 Struktura

V nalogi so najprej opisane teoretične osnove I4.0 ter popisan DD zaradi lažjega razumevanja kasneje opravljenih simulacij. Nato se posvetimo tematiki notranje logistike, kamor spada AGV, ki je temelj zastavljene naloge in je detajlno opisan. Pri njem so podrobno opisane priporočene prostorske zahteve, podane s strani proizvajalca.

Sledi popis metodologije preverjanja prostorskih zahtev in simulacije notranje logistike z AGV-ji.

V poglavju rezultati in diskusija so najprej popisani trenutna razmestitev, materialni tok in trenutno stanje notranje logistike v obravnavanem podjetju s podanimi omejitvami. Za tem sledi opis opravljenih preizkusov prostorskih zahtev in rezultati le-teh. Nato sledi še prikaz različnih variant simulacij notranje logistike ter njihova primerjava z obstoječim stanjem.

Nazadnje so v zaključkih povzeti glavni elementi naloge in dodane smernice za nadaljnje delo.

(29)

3

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Industrija 4.0

Izraz I4.0 se v celoti sooča s širokim naborom konceptov, vključno s povečanjem mehanizacije in avtomatizacije, digitalizacijo, mreženjem in miniaturizacijo [1]. To je izraz, ki je bil prvotno predstavljen na sejmu v Hannovru leta 2011 in simbolizira začetek četrte industrijske revolucije. Prav tako je bila leta 2013 uradno predstavljena nemška strateška pobuda za prevzem pionirske vloge v panogah, ki trenutno revolucionirajo proizvodni sektor. I4.0 predstavlja sedanji trend avtomatizacijskih tehnologij v proizvodni industriji in vključuje predvsem tehnologije omogočanja, kot so kibernetsko-fizični sistemi, angl.

cyberphysical systems (CPS), IoT in računalništvo v oblaku [2]. Prav tako je lahko I4.0 definirana kot industrijska vizija, ki omogoča, da se ljudje in stvari povežejo kadarkoli, kjerkoli s komerkoli in karkoli, idealno z uporabo katere koli poti oz. omrežja in katere koli storitve [3].

I4.0 predstavlja tehnološki razvoj od vgrajenih sistemov (kombinacija računalniškega procesorja, računalniškega pomnilnika in vhodno/izhodnih zunanjih naprav) do CPS. V I4.0 vgrajeni sistemi, komunikacija med stroji, IoT in CPS integrirajo virtualni prostor s fizičnim svetom. Poleg tega se pojavlja nova generacija industrijskih sistemov, kot so pametne tovarne, ki se ukvarjajo s kompleksnostjo proizvodnje v kibernetsko-fizičnem okolju [2]. V skladu s konceptom I4.0 so raziskave in inovacije, referenčna arhitektura, standardizacija in varnost omrežnih sistemov temelj za implementacijo infrastrukture I4.0. Ta preobrazba je mogoča z zagotavljanjem ustreznih podkonstrukcij, ki jih podpirajo senzorji, stroji, delovna mesta in informacijska tehnologija [1]. Potreba I4.0 je pretvoriti običajne stroje v samozavedajoče se in samoučeče stroje, da bi izboljšali njihovo splošno učinkovitost in vzdrževalni menedžment z okoliško interakcijo. Poleg tega je glavna težnja spremljati podatke v realnem času, slediti statusu in položaju izdelka ter hranjenje navodil za nadzor proizvodnih procesov. Cilj I4.0 je izgradnja odprte, pametne proizvodne platforme za industrijsko omrežno informacijsko aplikacijo [4].

(30)

Teoretične osnove in pregled literature

4

2.1.1 Digitalni dvojček

Danes sta modeliranje in simulacija standarden proces pri razvoju sistema, npr. za podporo projektnim nalogam ali za potrditev lastnosti sistema. Poleg tega se za obratovanje in vzdrževanje sistema izvajajo začetne rešitve, ki temeljijo na simulaciji, za optimizacijo procesa in napovedovanje napak. V tem smislu simulacija združuje fizičen in virtualen svet v vseh fazah življenjskega cikla. Simulacije tako uporabnikom (projektant, razvijalci programske in strojne opreme, testni inženirji, upravljavci, vzdrževalno osebje itd.) že omogočajo obvladovanje kompleksnosti mehatronskih sistemov [5]. Kljub temu je potrebno omeniti, da simulacija še ne pomeni optimizacije procesa, saj morajo biti parametri definirani s strani uporabnikov; potem morajo ti rešitve še ovrednotiti [6].

2.1.1.1 Koncept digitalnega dvojčka

Koncept DD je bil najprej predstavljen na prezentaciji M. Grievesa v 2002 na Univerzi v Michiganu v predstavitvi, oblikovanje življenjskega cikla izdelka, industriji. DD je niz virtualnih informacij, ki v celoti opisujejo potencialen ali aktualen fizičen model od atomske ravni do makro geometrijskega nivoja [7]. Generalno gledano so virtualni modeli ustvarjeni tako, da simulirajo vedenje fizičnih objektov v realnem okolju. Tako je DD sestavljen iz treh komponent, in sicer fizične entitete v fizičnem svetu, virtualnega modela v virtualnem svetu in podatkov, ki povezujejo ta svetova. DD odraža dvosmerno dinamično preslikavo fizičnih predmetov in virtualnih modelov. Natančneje je to virtualizacija fizičnih entitet, na podlagi katere lahko analiziramo, presojamo, predvidimo in optimiziramo fizični model. Na podlagi simulacije in optimizacije procesa se nato fizični model vodi v smeri optimizirane rešitve [8].

Zaradi več različnih obstoječih rešitev in konceptov DD v industriji prihaja do različnega in nepopolnega razumevanja koncepta le-tega. Na podlagi danih definicij DD v katerem koli kontekstu bi lahko razumeli DD kot digitalni dvojnik fizičnega sistema. Znotraj teh definicij so pojmi Digitalni model, Digitalna senca, angl. Digital Shadow, in DD, ki se pogosto uporabljajo kot sinonim. Toda podane definicije se razlikujejo po stopnji integriranih podatkov med fizičnim in digitalnim dvojnikom. Nekateri digitalni modeli so modelirani ročno in niso povezani z nobenim obstoječim fizičnim predmetom, medtem ko so drugi popolnoma integrirani z izmenjavo podatkov v realnem času. Zato je predlagana klasifikacija DD v tri podkategorije glede na njihovo stopnjo integriranih podatkov [9].

• Digitalni model: Digitalni model (slika 2.1) je digitalna predstavitev obstoječega oz.

načrtovanega fizičnega objekta, ki ne uporablja nobene oblike avtomatizirane izmenjave podatkov med fizičnim in digitalnim objektom [9].

(31)

5 Slika 2.1: Shematski prikaz digitalnega modela [9]

Digitalni model lahko vključuje bolj ali manj izčrpen opis fizičnega objekta. Ti modeli lahko vključujejo, simulacijske modele načrtovanih tovarn, matematične modele novih izdelkov ali katere koli druge modele fizičnih predmetov, ki ne uporabljajo nobene oblike samodejne integracije podatkov. Digitalni podatki o obstoječih fizičnih sistemih se morda še vedno uporabljajo za razvoj takšnih modelov, vendar se vsa izmenjava podatkov izvaja na ročen način. Sprememba stanja fizičnega objekta nima neposrednega učinka na digitalni objekt in obratno [9].

• Digitalna Senca: Glede na definicijo digitalnega modela, če obstaja dodatna enosmerna izmenjava podatkov med stanjem obstoječega fizičnega sistema in digitalnega objekta, lahko takšno kombinacijo imenujemo digitalna senca (slika 2.2) [9].

Slika 2.2: Shematski prikaz digitalne sence [9]

Sprememba stanja v fizičnem objektu privede do spremembe stanja v digitalnem objektu, vendar ne tudi obratno [9].

(32)

6

• DD: Če lahko nadalje integriramo prenos podatkov med obstoječim fizičnim in digitalnim objektom v obe smeri, lahko model razumemo kot DD (slika 2.3) [9].

Slika 2.3: Shematski prikaz DD [9]

V takšni kombinaciji lahko digitalni objekt deluje kot kontrolni primerek za fizični objekt. Lahko so tudi drugi objekti, ki lahko povzročijo spremembe stanja v digitalnem objektu. Sprememba stanja v fizičnem objektu povzroči spremembo stanja v digitalnem objektu in obratno [9].

2.1.1.2 Aplikacije DD v industriji

DD velja kot učinkovit način za združevanje fizičnih in virtualnih svetov, zato ga mnogi akademiki in industrijski izvajalci uporabljajo na različnih področjih. Ta je v industriji široko zastopan v mnogih aplikacijah pod enajstimi domenami, ki so predstavljene v preglednici 2.1 [10].

Preglednica 2.1: Aplikacije v industriji, kjer se DD pogosto uporabljajo [10].

Domena Aplikacija

aeronavtika • optimizacija odločitev za montažno

linijo

spremljanje montažne linije

proizvajanje električne energije • upravljanje električnih elektrarn napovedovanje vzdrževanja vetrnih turbin avtomobilska industrija • optimizacija odločitev za montažno

linijo

spremljanje montažne linije

nafta in plin • validacija dizajna

napovedovanje izpadov in vzdrževanja zdravstvo in medicina • optimizacija proizvodnje

odkrivanje okvar opreme

»se nadaljuje«

(33)

7

»nadaljevanje«

Domena Aplikacija

pomorstvo • napovedovanje napak in vzdrževanje

• upravljanje življenjskega cikla ladje upravljanje mesta • optimizacija odločitev in načrtovanja

• spremljanje v realnem času

kmetijstvo • sledenje kmetijskim strojem

• sledenje gibanju živali

gradnja • ocene kakovosti konstrukcij

• sledenje izgubam varovanje okolja, varnost in

izredne razmere • upravljanje vodnih virov

• zmanjšanje obstoječih tveganj in nevarnosti

2.1.1.3 Izboljšanje poslovnega rezultata

DD izboljšujejo poslovne rezultate na različne načine; osredotočili se bomo na vpliv industrijskega DD, ki predstavlja fizično sredstvo ali entiteto, kot so motorni pogon, proizvodni obrat ali tovarna. Poslovni učinek DD je mogoče izmeriti na podlagi štirih glavnih kategorij, kot je prikazano v preglednici 2.2 [11].

Preglednica 2.2: Poslovni učinek DD [11]

povečanje prihodkov • izboljšana produktivnost

• povečan čas delovanja stroja

• monetizacija digitalnih informacij in storitev zmanjšanje stroškov • zmanjšane okvare strojev ali opreme

• optimiziranje zalog in boljše upravljanje dobavne verige

• zmanjšanje predelave in izboljšanje kakovosti izboljšanje izkušenj strank in

zaposlenih • strankam in poslovnim uporabnikom zagotavljati situacijsko zavedanje v realnem času

• zagotavljanje podpore pri odločanju s simulacijo, razširjeno analitiko in virtualno realnostjo ter poslovnimi pravili, vgrajenimi v digitalni dvojček

• zagotavljanje celostne ali 360-stopinjske vizualizacije sredstva in njegovega delovnega okolja

izboljšanje skladnosti in

zmanjšanje tveganja • spremljanje skladnosti z zdravjem, varnostjo in okoljem v realnem času

• izboljšanje preglednosti operativne uporabe in vzdrževanja sredstev

• avtomatiziranje skladnosti z operativno odličnostjo za poslovne KPI-je in uravnotežene kazalnike

(34)

8

2.1.1.4 Simulacija

Bistvo oz. namen simulacijskega modeliranja je pomagati ljudem, ki sprejemajo odločitve pri reševanju problemov. Za dober simulacijski model je potrebno združiti dobre tehnike reševanja problemov z dobro prakso programskega inženiringa. Identificiramo lahko naslednje korake, ki bi morali biti prisotni v vsaki simulacijski študiji:

• opredelitev problema: jasno opredeliti cilje študije, da poznamo namen, torej zakaj preučujemo ta problem in na katera vprašanja želimo odgovoriti;

• načrtovanje projekta: prepričani smo, da imamo dovolj ustreznega osebja, vodstvene podpore, ter računalniške strojne in programske opreme za opravljanje dela;

• definicija sistema: določanje mej in omejitev, ki jih je treba uporabiti pri definiranju sistema (ali procesa) in raziskovanje, kako sistem deluje;

• oblikovanje konceptualnega modela: razvoj predhodnega modela bodisi grafično (npr. diagram ali diagram poteka procesa) ali v psevdokodi za opredelitev komponent, opisnih spremenljivk in interakcij (logike), ki sestavljajo sistem;

• prvotni eksperimentalni načrt: izbira meril učinkovitosti, ki jih je treba uporabiti, dejavnikov, ki jih je treba spreminjati, in ravni teh dejavnikov, ki jih je treba raziskati;

• priprava vhodnih podatkov: prepoznavanje in zbiranje vhodnih podatkov, ki jih potrebuje model;

• prevod modela: oblikovanje modela v ustreznem simulacijskem jeziku;

• preverjanje in potrditev: potrditev, da model deluje tako, kot je nameraval analitik (odpravljanje napak), in da je rezultat modela verodostojen ter reprezentativen za izhod resničnega sistema;

• končni eksperimentalni načrt: oblikovanje eksperimenta, ki bo dal želene informacije in določitev, kako naj se izvede vsak od preizkusov, določenih v eksperimentalnem načrtu;

• eksperimentiranje: izvedba simulacije za generiranje želenih podatkov in za izvedbo analize občutljivosti;

• analiza in interpretacija: izvajanje sklepov iz podatkov, ustvarjenih s simulacijskimi modeli;

• izvedba in dokumentacija: poročanje o rezultatih, uporaba rezultatov, beleženje ugotovitev ter dokumentiranje modela in njegove uporabe [12].

Simulacija ima številne prednosti pred analitičnimi ali matematičnimi modeli za analiziranje sistemov. Osnovni koncept simulacije je enostaven za razumevanje in ga je zato pogosto lažje utemeljiti vodstvu ali strankam kot nekateri analitični modeli. Dodatne prednosti vključujejo:

• Lahko testiramo nove zasnove, postavitve itd., ne da bi za njihovo izvedbo namenili sredstva.

• Uporablja se lahko za raziskovanje novih kadrovskih politik, operativnih postopkov, pravil odločanja, organizacijskih struktur, tokov informacij itd., ne da bi pri tem motili tekoče operacije.

• Simulacija nam omogoča, da prepoznamo ozka grla v tokovih informacij, materiala in izdelkov ter preizkusne možnosti za povečanje pretokov. Omogoča nam, da preizkusimo hipotezo o tem, kako ali zakaj se določeni pojavi pojavljajo v sistemu.

• Simulacija nam omogoča nadzor nad časom. Tako lahko sistem upravljamo z večmesečnimi ali letnimi izkušnjami v nekaj sekundah, kar nam omogoča hiter pogled na dolga časovna obzorja ali pa upočasnimo pojave za študij.

(35)

9

• Omogoča nam vpogled v to, kako modelirani sistem dejansko deluje, in v razumevanje, katere spremenljivke so najpomembnejše za uspešnost.

• Velika moč simulacije je njena sposobnost, da nam omogoči eksperimentiranje z novimi in neznanimi situacijami ter odgovarjanje na vprašanja "kaj če" [12].

Kljub mnogim prednostim obstajajo tudi pomanjkljivosti. Med njih sodijo:

• Simulacijsko modeliranje je umetnost, ki zahteva specializirano usposabljanje, zato se ravni spretnosti izvajalcev zelo razlikujejo. Uporabnost študije je odvisna od kakovosti modela in spretnosti modelarja.

• Zbiranje zelo zanesljivih vhodnih podatkov je lahko dolgotrajno; dobljeni podatki so včasih zelo vprašljivi. Simulacija ne more nadomestiti neustreznih podatkov ali slabih vodstvenih odločitev.

• Simulacijski modeli so vhodno-izhodni modeli, kar pomeni, da dajejo verjeten izhod sistema za dani vhod. Zato so »izvedeni« in ne rešeni. Ne dajejo optimalne rešitve, temveč so orodje za analizo obnašanja sistema v pogojih, ki jih določi izvajalec [12].

V tej magistrski nalogi se bo za namen simulacij uporabljal program FlexSim. Ta program smo uporabili, ker je zmogljiv, enostaven za uporabo in nam omogoča ustvarjati kompleksne sisteme z malo programiranja.

2.2 Notranja logistika

Logistika je funkcija, ki je odgovorna za pretok materialov od dobaviteljev v tovarno, skozi operacije v tovarni in nato ven do strank (slika 2.4).

Slika 2.4: Vloga logistike [13]

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.

(36)

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].

(37)

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 AL1 = AL2 → za dvosmerni transport Z1 (stranska varnostna širina) Z1 = 0,5 m → za tovorni transport

Z1 = 0,75 m → za tovorni transport in osebje

Z2 (vmesna varnostna širina) Z2 = 0 m → za enosmerni promet Z2 = 0,4 m → za dvosmerni transport

H (višina prehoda) H = hmax + 0,2 m;

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].

(38)

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

(39)

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].

(40)

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.

(41)

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

(42)

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) [m/s]

1,1 čas obratovanja pri maksimalni

obremenitvi [h] 6,08

Tehnične specifikacije vozička

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].

(43)

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].

(44)

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

(45)

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].

(46)

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].

(47)

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.

(48)

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.

(49)

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 leti 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

(50)

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

(51)

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.

(52)

26

(53)

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.

(54)

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,

(55)

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,