MAGISTRSKO DELO Uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil v logistiki

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA POMORSTVO IN PROMET

MAGISTRSKO DELO

Uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil v logistiki

Darko Đukić

Portorož, junij 2021

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA POMORSTVO IN PROMET

MAGISTRSKO DELO

Darko Đukić

Uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil v logistiki

Portorož, junij 2021

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA POMORSTVO IN PROMET

MAGISTRSKO DELO

Uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil v logistiki

Mentor: doc. dr. Bojan Beškovnik Študent: Darko Đukić

Jezikovni pregled: Mija Bon, mag. slov.

Vpisna številka:9180086

Študijski program: drugostopenjski podiplomski študijski program Promet Smer študija:Prometna varnost

Portorož, junij 2021

I

I PREDGOVOR

Avtomatizacija omogoča večjo učinkovitost v proizvodnih in storitvenih dejavnostih. Zelo pomembna je pri izvedbi transportnih storitev premeščanja blaga in ljudi ter pri začasnem postanku blaga v skladiščih. Neprestano se pojavjaljo nove tehnološke rešitve, ki dvigujejo stopnjo avtomatizacije in s tem zmanjšujejo človeško delo. Avtomatsko vodena vozila (AGV) so del sodobnih avtomatiziranih sistemov, ki se uporabljajo v transportu in širše v logistiki.

Zaradi neprestanega razvoja je področje zelo dinamično, kar me je spodbudilo k raziskovanju sodobnejših načinov uporabe AGV v logistiki in k ugotavljanju stanja uporabe AGV v Sloveniji.

Za pomoč in nasvete pri izdelavi magistrskega dela se iskreno zahvaljujem mentorju doc. dr.

Bojanu Beškovniku.

Za pomoč pri življenjskih okoliščinah, v katerih sem se znašel v času študija, se zahvaljujem očetu Draganu, mami Milijani, stricu Srečku, teti Mirjani, dediju Vidu, babici Savki, sestri Mariji in bratrancu Robertu.

Posebna zahvala gre tudi mojima prijateljema Klemnu in Lazarju za nasvete ter podporo pri študiju.

II

KAZALO

1 UVOD ... 1

1.1 Predstavitev problema ... 1

1.2 Namen, cilji in predpostavke naloge ... 2

1.3 Metode raziskovanja ... 2

2 TEHNIČNE IN TEHNOLOŠKE LASTNOSTI AGV ... 3

2.1 Navigacijski sistemi in načini navigacije ... 6

2.2 Lastnosti pogonskih baterij... 10

2.3 Lastnosti AGV kot transportno-manipulacijskih sredstev ... 11

3 UPORABA TEHNOLOGIJE AGV V TRANSPORTU IN LOGISTIČNIH PROCESIH ... 15

3.1 Uporaba tehnologije AGV v pomorstvu ... 16

3.2 Uporaba tehnologije AGV v zračnem prometu ... 19

3.3 Uporaba tehnologije AGV v cestnem prometu ... 21

3.3.1 Smernice razvoja ... 22

3.3.2 Primeri uporabe v cestnem prometu ... 24

3.4 Uporaba AGV v notranjem transportu in pri skladiščenju ... 28

4 IZKUŠNJE UPORABE AGV V PROIZVODNIH IN LOGISTIČNIH PODJETJIH 38 4.1 Primeri razvoja v tujini in Sloveniji ... 38

4.2 Raziskava uporabe AGV v podjetju Revoz, d. d., in v nekaterih drugih slovenskih podjetjih 40 4.3 Izhodišča nadaljnjega razvoja ... 44

5 ZAKLJUČEK ... 45

PRILOGA 1: ANKETA ... 48

VIRI ... 49

KAZALO SLIK ... 56

VIRI SLIK ... 58

Izjava študenta v slovenskem jeziku ... 61

III

POVZETEK

Uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil se z leti povečuje. Uporaba je neposredno povezana z rastjo gospodarstva in tovora ter s povečanjem pristanišč. Tehnologija se izboljšuje in postaja vse zanesljivejša. Z izboljšanjem tehnologije se povečuje njena uporabnost, kar vpliva na izvajanje storitev v logistiki. V prvem delu magistrske naloge je opisana tehnologija, način delovanja ter lastnosti avtomatsko vodenih vozil. Skozi opis tehnologije in način delovanja se seznanjamo z njenimi možnostmi, omejenostjo ter uporabnostjo. Opisane so značilnosti trenutnega razvoja tehnologije. V prihodnosti lahko pričakujemo številne izboljšave, s tem pa tudi rast njene uporabe v proizvodnih in logističnih podjetjih. V drugem delu je opisana uporaba tehnologije avtomatsko vodenih vozil v logistiki, prilagoditev skladišč za njeno uporabo ter izkušnje uporabe tehnologije v praksi. Opisana je uporaba v pomorskem, zračnem in cestnem prometu ter notranjem transportu. Zaradi implementacije tehnologije so se skladišča morala prilagoditi, kako, je prav tako predstavljeno v pričujočem delu. V četrtem poglavju so opisani podatki raziskave prisotnosti tehnologije AGV v Sloveniji.

Ključne besede: avtomatizacija, AGV, navigacija, transport, logistika

SUMMARY

Technology of automated guided vehicles is being used more and more throughout the years.

Usage is directly related with growth of economy, cargo and ports. Technology is advancing, becoming more reliable. With advancement of technology it's usability is increased which also affects operation of logistics. Technology, work method and use of automated guided vehicles is described in the first part of master's project. Through description of technology and it's way of working we acknowledge it's possibilities, limitations and usability. Features of today's development technology are described. We can expect great number of advancements in the future, and with that, increased usability. Second part desribes the use of automated guided vehicles in logistics, adjustment of warehouse and technology usage experiences in practice.

Maritime, air, road and internal traffic usability are described. Because of the technology implementation warehouses needed to be adjusted which is also described. Research for technology usage in Slovenia is described in chapter 4.

IV

Key words: automation, AGV, navigation, transport, logistics

1

1 UVOD

Zaradi globalizacije se svet naglo spreminja. Pri tem zaznavamo pozitivne in negativne vplive.

Tovor, ki je bil včasih nedostopen zaradi oddaljenosti ali cene, se danes dostavi do vrat kupca v kratkem času in po dostopnih cenah. Da se lahko tovrstne storitve nemoteno opravlja, so bile potrebne tehnične in tehnološke spremembe v prometu. Digitalizacija je dodatno pospešila ter povečala obseg sprememb. Sodobna izvedba transportnih storitev sloni na predpostavki hitre, varne in stroškovno učinkovite storitve. Takšne storitve je možno izvajati ob uporabi avtomatiziranih sistemov. Avtomatsko vodena vozila (AGV – Automated Guided Vehicles) se že desetletja uporabljajo v proizvodnih procesih, vse bolj pa so uporabna tudi pri izvedbi skladiščnih storitev. Cilj je uporaba tehnologije AGV tudi pri zunanjem transportu. V večini primerov implementiranje tehnologije AGV na obstoječi infrastrukturi ni možna, temveč so potrebne finančno izdatnejše investicije. Tehnologija sloni na digitalni platformi navigacije, internetne povezave, prenosa podatkov med vozili ter zmogljivem strežniku, kjer človek opravlja le kontrolno funkcijo izvedbe storitve. Zagotovo predstavlja uvajanje AGV v logistiko velik izziv za vse deležnike znotraj oskrbnih verig.

1.1 Predstavitev problema

Za tehnologijo AGV ne moremo reči, da je nova. Čeprav lahko trdimo, da v času prvih raziskav ni obstajala velika potreba po razvoju vozil in tehnologije, je le-ta danes vse bolj prisotna pri izvedbi logističnih storitev. Nova vozila v cestnem prometu so opremljena z nekaterimi polavtomatskimi pripomočki (sistem za parkiranje, sistem za avtomatsko zaviranje itn.).

Tehnologija AGV bo zagotovo prinesla izboljšave na področju varnosti in učinkovitosti, kar je še posebej pomembno pri razvoju vedno večjih transportnih sredstev in zmogljivejših prekladalnih naprav. Pri tem moramo biti pozorni, da bomo zaznali tudi negativne vplive tega, kar pomeni, da moramo opravljati raziskave, da bi zmanjšali njen negativni vpliv.

Razvoj avtomatiziranih sistemov se odvija zelo hitro. Uporabljene so različne tehnološke rešitve, ki temeljijo na posebnih načinih navigacije in upravljanja z vozili. Ker gre za velike spremembe, je smotrno te tehnologije analizirati in jih opisati, da se njihova uporaba hitreje prenese v izvedbene procese logističnih storitev. Še posebej je pomembno razumevanje stopnje

2 avtomatizacije v nacionalnem gospodarstvu, saj predstavlja temelj nadaljnjega tehnološkega razvoja podjetij in logističnih sistemov.

1.2 Namen, cilji in predpostavke naloge

Namen magistrskega dela je proučevanje tehnologije AGV in ugotavljanje, kako bo ta tehnologija vplivala na življenje in promet v prihodnosti. Namen je opredeliti pozitivne in negativne posledice uporabe AGV v logistiki. Postavljen je osnovni cilj raziskovanja, ki je usmerjen v opredelitev uporabnosti novih tehnoloških spoznanj na področju AGV pri izvajanju transportno-logističnih procesov. Sekundarni cilj magistrskega dela je ugotoviti uporabo tehnologije AGV v slovenskem gospodarstvu. Cilj bo dosežen s podrobnejšo analizo pomembnega slovenskega podjetja in širše pridobljenih podatkov med izbranimi tehnološko naprednimi slovenskimi podjetji.

Postavljena je raziskovalna trditev, da je tehnologija AGV med slovenskimi podjetji prisotna, vendar je njena uporaba omejena. V magistrskem delu se predpostavlja, da obstaja veliko možnosti za implementacijo sistemov AGV v slovenskih proizvodnih in logističnih podjetjih, s tem pa tudi za izboljšanje učinkovitosti poslovanja podjetij. Z večanjem učinkovitosti se lahko povečuje nadaljnji razvoj podjetij in njihova konkurenčnost v mednarodnem poslovnem okolju.

1.3 Metode raziskovanja

V magistrski nalogi so skozi različna poglavja uporabljene različne znanstveno-raziskovalne metode:

- metoda deskripcije in analize v prvem delu naloge,

- metoda dedukcije pri razumevanju delovanja avtomatiziranih sistemov, - metoda anketiranja in obdelave podatkov v drugem delu naloge,

- metoda sinteze v zaključnem delu magistrskega dela.

3

2 TEHNIČNE IN TEHNOLOŠKE LASTNOSTI AGV

Četrta industrijska revolucija bo bolj vplivala in spreminjala življenje ljudi kot prejšnje revolucije. S četrto revolucijo bodo namreč usluge in produkti med seboj povezani. AGV bodo sicer predstavljala vozila brez voznika, vendar bodo v naslednjem desetletju doživela nadgradnjo s širšo uporabo v prometu in ostalih industrijah ter tako omogočila razvoj gospodarstva v novo smer (Cheong in Lee, 2018).

Termin »četrta industrijska revolucija« je bil prvič uveljavljen leta 1988. Termin je zelo povezan z razvojem nanotehnologije. Zatem se je na podlagi nemškega plana »Industrie 4.0«

začel uporabljati termin »Industrija 4.0« (angl. Industry 4.0). Za uspeh novodobne industrije sta posebej ključna dva dejavnika: integracija ter interoperabilnost (Büchi, Cugno in Castagnoli, 2020). Prednosti »Industrije 4.0« lahko razvrstimo v šest skupin, in sicer:

- fleksibilnost proizvodnje,

- hitrost proizvodnje serijskega prototipa, - večja kapaciteta proizvodnje,

- zmanjšani stroški (manj napak), - višja kvaliteta proizvodnje,

- izkoriščanje mnenja uporabnikov pri proizvodnji.

V ozadju četrte industrijske revolucije se skriva nenehni razvoj brezžične povezave. Na podlagi tega se bodo razvile pametne tovarne, kjer bodo namesto ljudi delali stroji. Stroji lahko delajo na tleh (AGV) ali v zraku (droni). Pametne tovarne bodo med seboj povezane, kar bo povečalo njihovo odzivnost na morebitne nujne spremembe pri proizvodnji. Pri tem bodo imela AGV ključno vlogo, saj bodo omogočala neprekinjen tok materiala. Zaradi tega je pomembna hitra brezžična povezava. AGV se uporabljajo v številnih industrijah, npr. v industriji tobaka, avtomobilov, v bančnem sistemu. Kitajska je leta 1990 začela s komercialno uporabo AGV (Chen, Guo, Liu, Wang in Zhu, 2017). Kitajski Huawei je že instaliral omrežje LTE za AGV v pristanišču Yangshan na Kitajskem (Fellan, Schellenberger, Zimmermann in Schotten, 2018).

4

Vir: (Spectral Engines, 2018)

Slika 1. Industrijske revolucije

AGV so stroji, sestavljeni iz več različnih komponent, katere se precizno koordinirajo in nadzorujejo (Maschinen Markt, 2019). Sistem AGV je v splošnem sestavljen iz naslednjih komponent:

- AGV,

- kontrolnega stroja,

- sredstva za izračun pozicioniranja v prostoru, - programa za izmenjavo podatkov,

- infrastrukturnih sredstev.

Vir: (Chen,Guo,Liu,Wang in Zhu,2017)

Slika 2. Princip delovanja AGV

5 Tehnični izziv pri AGV je odvisen od specifikacij skladišča oz. zgradbe uporabnika. Brez točnih podatkov ni mogoče vzpostaviti učinkovitega pretoka materiala. To pomeni, da se vsako vozilo posebej dizajnira, v skladu s potrebami uporabnikov (proANT, 2020).

Vir: (proANT, 2020)

Slika 3. Specifikacije AGV

Glavni del vsakega AGV predstavlja navigacija. Navigacijska metoda pove, kako se AGV premika oz. kako opravlja transportno-manipulativne operacije. Optimalna metoda navigacije je odvisna od delovnega okolja (Axter automation, 2020). Treba se je zavedati, da obstaja razlika med pozicijo ter lokacijo. Pozicija predstavlja set koordinat, ki se jih lahko vnese v globalni koordinatni sistem delovnega okolja. Lokacija vsebuje več podatkov. Lahko vsebuje informacije, kaj mora AGV narediti v določeni poziciji (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

Cena navigacijske tehnologije ne bi smela presegati 5 % cene AGV (eeNews Europe, 2019).

Najbolj pogosti navigacijski sistemi AGV so:

- magnetno vodenje, - lasersko vodenje, - naravno vodenje, - optično vodenje,

- navigacija z magnetnimi točkami, - GPS-vodenje,

- žično vodenje.

6 2.1 Navigacijski sistemi in načini navigacije

Pri magnetni navigaciji se magnetni trak »zalepi« na tla. Prednosti te vrste navigacije so, da je zanesljiva, instalacija je enostavnejša ter zahteva nizke finančne vložke. V primeru da je treba spremeniti položaj ali podaljšati magnetni trak, je instalacija le-tega enostavna. Pri tem sistemu se vozilo lahko premika samo po magnetnem traku. Magnetni trak ne prikazuje le transportne poti, temveč lahko poda vozilu informacije, naj zmanjša ali poveča svojo hitrost. Ta tehnologija je imuna na umazanijo, prah ter svetlobne spremembe (Vale, Ventura, Lopes in Ribeiro, 2017).

Vir: (Amrobots, 2018)

Slika 4. Magnetna navigacija

Pri laserski navigaciji je vozilo opremljeno z laserskim oddajnikom ter sprejemnikom na vseh straneh vozila. Na podlagi sprejetega signala se AGV giblje ter zaznava ovire. Ta način navigacije je odličen za operacije, kjer GPS ali drugi sistemi navigacije ne delajo brezhibno (Rushikesh, Sheth in Patel, 2019). Laserska navigacija je najpomembnejša konkurenca magnetni navigaciji. Za lasersko navigacijo je treba instalirati vsaj tri reflektorje (DS- AUTOMOTION, 2020). Laserska tehnologija omogoča veliko natančnost merjenja na velikih oddaljenostih. Natančnost merjenja je odvisna od lastnosti delovnega okolja, in sicer od višine, oddaljenosti od reflektorja ter obstoječih ovir. Pri tej metodi navigacije ni treba vlagati ali spreminjati infrastrukture delovnega okolja (Lee in Wang, 2012).

7

Vir: (Sick, 2020)

Slika 5. Laserska navigacija

Tehnologija naravne navigacije je tehnično najbolj kompleksna, hkrati pa najdražja metoda avtomatizirane navigacije vozil. Neprekosljiva je v pogledu fleksibilnosti in preciznosti. Pri tej tehnologiji navigacije ni treba instalirati dodatnih pripomočkov, kot so reflektorji, magnetne točke, risanje poti (Process technology, 2019).

Vir: (MH&L, 2016)

Slika 6. Naravna navigacija

Tehnologija sloni na senzorju LiDAR (Light Detection and Ranging), ki skenira delovno okolje vozila. Na podlagi skeniranega okolja naredi 2D-mapo in nato z uporabo SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) vozilo določi svojo pozicijo. Z uporabo SLAM vozilo raziskuje delovno okolje, hkrati pa laserski skenerji posodabljajo 2D-mapo, kar pomeni, da je ta sistem

8 fleksibilnejši v dinamičnem delovnem okolju. Pomanjkljivost naravne navigacije predstavljajo dragi senzorji ter nezmožnost skeniranja nekaterih transparentnih materialov. Alternativa tem senzorjem je sonar senzor (De Ryck, Versteyhe in Debrouwere, 2020).

Optična navigacija sloni na uporabi kamere, ki definira pozicijo vozila. Če se pojavi težava z odčitavanjem slike delovnega okolja, ima vozilo težavo pri določanju svoje pozicije (Lee in Wang, 2012). Pri optični navigaciji se na tla nalepi črte, katerim sledi vozilo pri premikanju.

Nova tehnologija omogoča odčitavanje kodiranih črt (Götting, 2020). Prednosti optične navigacije so visoka natančnost in pot ter da se navigacijske črte lahko spremenijo in ne potrebuje napajanja. Čeprav optična navigacija omogoča pomembne prednosti v gospodarstvu, se ne uporablja v večjem obsegu kot žična navigacija (Vale in dr., 2017).

Vir: (GöTTING, 2020)

Slika 7. Optična navigacija

Pri navigaciji z magnetnimi točkami se vozilo usmerja s pomočjo majhnih magnetih točk, dimenzije 20 x 10 mm, ki so nameščene v tla skladišča ali proizvodnega obrata. Postavljene so v medsebojni oddaljenosti 250 do 500 mm. Vozilo pri premikanju uporablja senzorje, ki zaznajo signal magnetne točke. Napake pri premikanju so minimalne. Za instalacijo je treba predhodno narediti luknje v tleh oziroma na transportnih poteh. Stroški vzdrževanja pri tej tehnologiji AGV so minimalni. Pomanjkljivost je v težavnejši potrebni instalaciji magnetnih točk (AGV network, 2020a).

9

Vir: (AGV network, 2020)

Slika 8. Navigacija z magnetnimi točkami

Tehnologija GPS-navigacije temelji na pošiljanju in sprejemanju signalov GPS-sprejemnika na vozilu. Sprejemnik lahko meri oddaljenost do satelitov. S pomočjo triletarizacije se določa pozicija vozila. Za izračun točne pozicije je treba obdelati podatke vsaj štiri satelitov. V odprtih okoljih to ni večja težava, saj GPS-sistem sestavlja 24 satelitov. Vsak je v orbiti utirjen na višini 17.600 km ter oddaja radio frekvenčni signal do GPS-sprejemnika. GPS je bil razvit leta 1964, v operativni uporabi pa je od leta 1995 (Snyman, 2012). V industrijskih panogah je težko uporabljati to navigacijo, saj je treba imeti dobro komunikacijo s sateliti, kar pa je težko zagotoviti. V tovarnah se namesto satelitov lahko uporablja LPR (Local Positioning Radar).

Natančnost tega sistema je 10 cm, kar predstavlja pomanjkljivost tehnologije LPR (De Ryck in dr., 2020).

Žično navigacijo so uporabljala AGV prve generacije. Pri tej tehnologiji je električna žica vgrajena v tla. Le-ta proizvaja magnetni fluks. AGV je opremljen s senzorjem, ki zaznava oddajanje magnetnega fluksa, na podlagi česar usmerjevalnik lahko spreminja hitrost vozila (De Ryck in dr., 2020). Prednosti te tehnologije se izražajo v veliki odpornosti in stabilnosti delovanja. Poleg tega zagotavlja visoko natančnost (± 3 mm) in je že uveljavljena tehnologija, z veliko paleto dobaviteljev. Pomanjkljivost pa se izraža z omejenostjo uporabe ter sposobnosti prilagajanja novim transportnim potem (Vale in dr., 2017).

10 2.2 Lastnosti pogonskih baterij

Za pogon AGV se najpogosteje uporabljajo električni motorji, ki so opremljeni z baterijami, ki imajo možnost polnjenja. V uporabi so tudi dizelski motorji, pretežno v odprtih delovnih okoljih. Vozilo potrebuje električno energijo za sistem senzorjev, navigacijo ter premikanje mehaničnih delov (Serrano Martínez, 2018). Polnjenje baterij je pomemben proces, saj se pri slabi organizaciji polnjenja baterij lahko zmanjša učinkovitost dela AGV ter se posledično poveča potreba po večjem številu vozil (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017). V uporabi so različne izvedbe baterij.

V avtomobilski industriji se najbolj uporabljajo svinčene baterije s kislino (Pb-acid). Napajajo motor ter regulirajo napetost pri uporabi vozil. Prav tako so to najpogosteje uporabljene baterije v tehnologiji AGV. Svinčene baterije s kislino so najcenejše baterije ki se polnijo, razvijajo se več kot 140 let. Dizajnirane so tako, da se izpraznijo do konca, šele zatem se lahko polnijo. Ker je svinec težka kovina, ima negativne vplive na okolje. Zaradi tega je v določenih industrijah prepovedan, zagotavlja pa visoko kakovost baterij. Tako so postale svinčene baterije s kislino eden od najbolj recikliranih proizvodov na svetu (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

Nikelj-kadmijeve baterije (NiCd) so dražje kakor svinčene baterije s kislino. V začetku uporabe so bile glavna konkurenca svinčenim baterijam s kislino pri električnih vozilih. So do trikrat dražje kot svinčene baterije, ampak imajo dvakrat več energije. Višja cena je pogojena z daljšo življenjsko dobo baterije. Zaradi visoke vsebine težke kovine kadmij imajo baterije negativne vplive na okolje, zaradi česar je uporaba le-teh v določenih panogah prepovedana (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

Nikelj-metal-hidridna (NiMH) tehnologija je bila komercializirana leta 1989 za prenosne računalnike in mobilne telefone. V nadaljnjih letih je bila zelo popularna, a je njegova uporabnost začela močno upadati zaradi litij-ionskih baterij. NiMH-baterije se danes veliko uporablja pri hibridnih električnih vozilih. Tehnologija je bila razvita zaradi okoljevarstvenih razlogov kot razvoj NiCd-baterij. NiMH-baterije imajo večjo energijsko gostoto kot NiCd ter se hitreje polnijo. So nekoliko dražje kot NiCd-baterije, vendar so okolju bolj prijazne. Pri skrbni uporabi se lahko doseže nekaj sto tisoč ciklov polnjenja in praznjenja baterij. So robustne in učinkovite pri delu v različnih temperaturah. V kolikor niso pravilno skladiščene in uporabljene, lahko sprostijo plina kisik in/ali vodik (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

11 Litij-ionska baterija uporablja litij, ki je najlažja kovina v periodičnem sistemu elementov ter vsebuje nizek elektrokemijski potencial. Slednje mu daje lastnost ene od najbolj reaktivnih kovin. Obstajajo številne vrste litijskih baterij, kot so litij-metal, litij-ionske, litij-ionsko- polimerne, litij-kisikove in litij-žveplove baterije. Pri električnih vozilih se najpogosteje uporabljajo litij-ionske baterije. Le-te imajo nizko težo ter visoko energijsko gostoto. Lahko dosežejo veliko število ciklov polnjenja in praznjenja ter imajo hitro polnjenje. Že leta 2012 je bilo predvideno, da bodo imele litij-ionske baterije leta 2020 desetkrat večjo specifično energijo kot svinčene baterije. Zaradi nestabilnosti elektrolitov pri večini litijskih baterij je treba kontrolirati temperaturo. Kontroliranje temperature zmanjšuje možnost upada kapacitivnosti ali nastanka pregrevanja. Podoben učinek lahko povzroči predolgo polnjenje baterije (Larminie in Lowry v Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

Pri delovanju sistemov AGV je treba upoštevati načine zamenjave in polnjenja baterij.

Električna AGV prazno baterijo lahko zamenjajo ali polnijo na tri načine, in sicer (Marine insight, 2019):

- z ročno menjavo prazne baterije s polno, - z avtomatiziranim polnjenjem,

- z oportunističnim sistemom polnjenja baterije.

Ročna zamenjava baterije je praktični proces, kjer se izpraznjena baterija nadomesti s predhodno napolnjeno baterijo. Slabost je potreba po večjem številu baterij, medtem ko je prednost takojšnja ponovna uporaba AGV, saj ni čakanja na polnjenje baterije. Avtomatizirano polnjenje baterije je konkurenčna metoda prvemu pristopu. AGV je opremljeno z dodatnim strojem, ki zagotavlja avtomatizirano polnjenje baterije. Takšno AGV zapeljejo v polnilnico, kjer se zamenja prazna baterija s polno. Pri oportunističnem sitemu polnjenja baterije se bo AGV samo polnilo ob prvi priložnosti. V primeru upada nivoja energije v bateriji AGV samo odide na polnjenje, potem ko opravi trenutno postavljeno nalogo premika blaga.

2.3 Lastnosti AGV kot transportno-manipulacijskih sredstev

AGV v funkciji transportno-manipulacijskih procesov imajo veliko prednosti, ki proizvodnim in logističnim podjetjem omogočajo uspešnejše poslovanje. Najpogosteje se izpostavljajo

12 naslednje tehnološke in finančne prednosti uporabe sistemov AGV v notranjem transportu in logistiki (Conveyco, 2019a):

- zmanjšujejo logistične stroške, - nižji stroški dela,

- so cenejši kot fiksni avtomatski sistemi, - zmanjšujejo porabo energije,

- skrajšajo potreben čas dela,

- zagotavljajo visoke povrnitve investicije in višje dobičke iz osnovne dejavnosti podjetja, - zmanjšujejo napake v tehnoloških procesih proizvodnje in pri premikanju blaga, - povečujejo varnost dela,

- večja učinkovitost proizvodnega in logističnega dela.

Pri uvajanju sistemov AGV so zelo opazni znižani stroški dela, saj se zmanjšuje število zaposlenih. Posledično se znižujejo stroški plač zaposlenim, zdravstvenega zavarovanja, pokojninskega zavarovanja, za dopuste, regrese, bolniške odsotnosti in tudi nadure. Poleg tega stroji ne potrebujejo obveznega postanka, ki v večini držav delavcem pripada v okviru 8-urnega delovnika. Zaposleni tudi pričakujejo, da se njihovo delo višje ovrednoti po daljšem obdobju zaposlitve v podjetju, kar skozi daljše časovno obdobje povzroči rast stroškov, povezanih z delom (Conveyco, 2019a).

V veliko primerih AGV opravlja delo tako kot fiksni avtomatski stroji (npr. tekoči trak).

Implementacija fiksnih avtomatskih strojev je lahko draga. Pri kasnejšem prehodu na drugačen način dela so stroški prilagoditev višji. Višina stroškov prilagoditev je lahko zelo visoka, medtem ko se uporaba sistemov AGV hitro in bolj fleksibilno prilagodi novim tehnološkim postopkom v proizvodnji ali pri skladiščenju (Conveyco, 2019a). AGV so zelo učinkovita v primeru povečanega obsega dela in v primeru potrebe po premiku blaga. Učinkovitost se izkazuje pri krajšem skupnem času, porabljenem za premik iste količine blaga, kot ga lahko premakne vozilo ob upravljanju človeka. Baterija ter kontrolni sistem lahko povečata frekvenco opravljenih procesov, ki v daljšem časovnem obdobju prinese prihranek časa in denarja (Movexx, 2019).

Zniževanje stopnje napak v tehnoloških procesih je eden od ključnih ciljev poslovanja podjetij.

Napake lahko nastanejo zaradi utrujenosti, bolezni, stresa ali nezbranosti. Posledično se pojavljajo stroški, ki se nanašajo na poškodbo proizvoda, popravila, uporabo novih dobrin ali polproizvodov, dodatno delo itn. Sistemi AGV imajo vgrajene rešitve, ki s pomočjo kamer,

13 laserjev in senzorjev preprečujejo možne napake. V povezavi z višjimi stroški dela je treba omeniti zmožnost neprekinjenega dela in dela v težjih razmerah, kot so višje ali nižje temperature ter slaba vidljivost (Conveyco, 2019a). Zaradi avtomatiziranega dela se povečuje učinkovitost. Operacije so pri ponavljajočih se operacijah predvidljive ter zanesljive. AGV nima praznega hoda ter tudi eliminira psihični napor. Sistem nadzoruje delo vozil, zmanjšuje človeške napake, kar omogoča povečanje preciznosti ter zmanjševanje proizvodov z napako (6 River systems, 2020).

Pomembna prednost uporabe sistema AGV se kaže pri zagotavljanju večje varnosti. Uporaba AGV namreč poveča varnost v številnih pogledih. Zmanjša pa se tudi število napak, še posebej v oteženih razmerah. Sistemi AGV delajo s kontrolirano hitrostjo in s konstantnim pospeškom ali pojemkom, kar je pri človeškem upravljanju strojev težje dosegati. Povečanje varnosti zmanjšuje stroške zavarovanja, včasih stroške kazni ter stroške bolniške odsotnosti zaposlenih.

Sistemi AGV so opremljeni s senzorji za preprečevanje nesreč. Napredna AGV, kot je AMR (Autonomous mobile robots), lahko izračunajo, katera je najbolj učinkovita pot v skladišču, s čimer zmanjšujejo onesnaževanje ter možnost poškodb (6 River systems, 2020).

AGV imajo tudi slabosti uporabe, ki pa so manj izrazite kot prednosti. Kljub temu je treba izpostaviti nekatere ključne slabosti, ki vplivajo na hitrost in obseg uvajanja sistemov AGV v proizvodne in logistične procese (Conveyco, 2019b; AGV network, 2020b), to so:

- visoki stroški investicij, - stroški vzdrževanja,

- da niso primerni za ne-ponavljajoča se dela, - zmanjšana fleksibilnost,

- odvisnost od internetnega omrežja in zanesljivosti prenosa podatkov, - medsebojna kompatibilnost različnih sistemov AGV.

AGV zmanjša stroške z manjšim številom zaposlenih ter povečanjem produktivnosti, vendar predhodno zahteva visoke investicije v zamenjavo obstoječe tehnologije. Implementacija poslovanja ob uporabi sistemov AGV mora biti skrbno načrtovana za daljše časovno obdobje, kar omogoča povrnitev vloženih finančnih sredstev. Poleg tega sistemi AGV zahtevajo redne preglede in servisiranje, za kar so stroški višji kot pri ostalih mehanskih strojih v upravljanju človeka. Pregledi odpravijo tveganje nenadne zaustavitve AGV in s tem ovire v procesu

14 premika blaga. Posledično se odpravijo tveganja nastanka zastojev in prekinitve proizvodnega procesa.

Sistemi AGV so najučinkovitejši pri ponavljajočih se procesih in kjer ni izpostavljenosti vpliva notranjih ali zunanjih dejavnikov na enakomernost izvedbe procesov. Pozitivna značilnost ljudi pa je večja fleksibilnost in možnost trenutnega prilagajanja ter odločanja. V povezavi s fleksibilnostjo poslovanja se pojavlja zanesljivost delovanja internetnega omrežja in prenosa kvalitetne informacije pri upravljanju AGV. Sistemi AGV so namreč zelo odvisni od Wi-Fi- povezav, ki jih potrebujejo za izmenjavo podatkov med vozilom, glavnim strežnikom AGV, skladiščem, ERP, WMS. Učinkovitost je odvisna od kakovosti povezave (AGV network, 2020b).

Velike težave pri implementiranju sistemov AGV se lahko pojavijo pri kombinaciji sistemov različnih proizvajalcev. Sistemi AGV različnih proizvajalcev uporabljajo različne programe in zanje veljajo različni protokoli izmenjave informacij. Zelo pogosto so medsebojno nekompatibilni. To lahko pri delu povzroči velike težave, zato je treba že pri načrtovanju vpeljave sistema AGV planirati postopke implementacije po korakih in predvideti možnosti nadgradnje postavljenih sistemov AGV (AGV network, 2020b).

15

3 UPORABA TEHNOLOGIJE AGV V TRANSPORTU IN LOGISTIČNIH PROCESIH

Transportno-manipulativne operacije se najbolj pomemben element delovanja logističnih sistemov. Veliko sredstev se zato namenja razvoju in optimizaciji izvajanja premikanja in prekladanja blaga. Močan trend predstavlja razvoj avtomatiziranih sistemov. Z uporabo avtomatizirane tehnologije se zmanjšujejo operativni stroški ter povečuje zanesljivost. Takšne prednosti omogočajo sistemi uporabe AGV. Uporabljajo se v številnih panogah, in sicer v avtomobilski industriji, farmacevtski industriji, proizvodnji hrane, letalski industriji, pomorski industriji itn. (Schulze, Behling in Buhrs, 2008).

Začetek razvoja AGV sega v leto 1950. Kot pionirja razvoja sistemov AGV se omenja Arthurja Berretta. Njegovo podjetje Barrett Electronics je izumilo prvo avtonomno vozilo Guide-O- Matic. Termin Automated Guided Vehicles (AGV) je bil prvič uporabljen leta 1980 (Dematic, 2019). Avtomobilska industrija ZDA je proizvedla največ izumov AGV in predstavlja hkrati prvo gospodarstvo, kjer so to tehnologijo začeli masovno uporabljati. Osnovni cilj je bil optimiziranje pretoka materiala. AGV je danes nepogrešljiv člen logistike (Neradilová in Fedorko, 2016).

Razvoj sistemov AGV se lahko razdeli na štiri ključna obdobja. Prvo obdobje se je začelo leta 1955 in je trajalo slabih 20 let. Na začetku je obstajala ideja, da voznike vozil v popolnosti zamenjajo stroji. Drugo obdobje se je začelo okoli leta 1970. Takrat so nastajali prvi eksperimenti računalnikov, ki so vplivali na uporabo novih tehnologij tudi pri upravljanju strojev. Tretje obdobje se je začelo po letu 1990, ko so se stroje začeli opremljati z različnimi senzorji in prenosom podatkov v Wi-Fi-omrežju. Četrto obdobje predstavlja nadaljevanje razvoja tretjega obdobja, s ciljem dviga avtomatizacije in samodejnega opravljanja nalog, zaznavo težav ter samostojnim iskanjem rešitev (Neradilová in Fedorko, 2016).

Do prve večje uporaba tehnologije AGV je prišlo leta 1974 v podjetju Volvo v Kalmarju na Švedskem. Več kot desetletje zatem je okoli 3.300 podjetij že uporabljalo več kot 15.000 AGV.

Največji uporabnik tehnologije AGV sredi devetdesetih let je bil ameriški General Motors, kjer je 1.012 AGV transportiralo motorje vozil in karoserije. Leta 1989 so japonska podjetja naročila 5.000 AGV, medtem ko so evropska podjetja naročila 300 AGV (Ganesharajah, Hall in Sriskandarajah, 1998).

16 AGV so najbolj uporabna pri delu z avtomatskim pretokom materiala, v fleksibilnih proizvodnih pogonih ter v pristaniščih, predvsem pri delu s kontejnerji. V prejšnjih desetletjih je bilo opravljenih veliko raziskav na področju tehnologije AGV, na podlagi katerih se je ta tehnologija izredno izboljšala (Miao, Ji, Qiang in Wang, 2008). Sodobni sistemi AGV imajo številne prednosti v primerjavi s starejšimi generacijami. AGV so pomemben del Industrije 4.0.

Eno od najbolj tehnološko naprednih podjetij je Amazon, ki je že leta 2012 začel uporabljati kar 15.000 AGV v desetih skladiščih. To jim je omogočilo, da so skrajšali čas dostave ter povečali kakovost storitve (Lundgren v Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

3.1 Uporaba tehnologije AGV v pomorstvu

Razvoj mednarodnega transporta je narekoval hiter razvoj kontejnerskih terminalov. Uporaba sistemov AGV je omogočila izboljšati interni pretok kontejnerjev in znižati operativne stroške.

V prejšnjem desetletju se je velikost ladij hitro večala, kar je ustvarilo nove izzive v transportno- manipulativnih operacijah. Zaradi tega se kažejo zahteve, da se poveča učinkovitost ter nivo storitve na avtomatiziranih terminalih. AGV imajo ekonomske, okoljevarstvene in tehnične prednosti, saj lahko zmanjšajo stroške za 10 % (Zhong, Yang, Dessouky in Postolache, 2020).

Avtomatizacija v pomorstvu ne pomeni samo avtomatiziranega izvajanja transportno- manipulativnih operacij, temveč tudi izpolnjevanje dokumentov. Prenos informacij o premikih kontejnerjev omogoča strojno učenje in izvajanje predvidevanj oz. oblikovanje priporočil boljšega delovanja. Spremenil se bo tudi način izstavljanja transportnih dokumentov (Buyco, 2019).

Eno izmed vodilnih pristanišč pri uporabi avtomatiziranih sistemov je zagotovo pristanišče v Rotterdamu, kjer so sistem AGV začeli uporabljati že leta 1993 ob uporabi deizelsko- hidravličnih AGV proizvajalca Gotwald. Prvo električno AGV v kombinaciji z dizelskim pogonom je bilo uporabljeno 13 let kasneje (Slika 9).

17

Vir: (Port of Rotterdam, 2012)

Slika 9. Razvoj AGV

Kljub vse večji uporabi sistemov AGV v kontejnerski industriji je le 3 % kontejnerskih hub terminalov pol avtomatiziranih ali v celoti avtomatiziranih. Popolnoma avtomatiziran terminal lahko poveča produktivnost za 10 % do 35 %, pri tem pa zmanjša število zaposlenih za kar 45 % ter zmanjša operativne stroške za celo do 55 %. Za doseganje operativne in stroškovne optimizacije morajo delati avtomatizirana dvigala zelo sinhronizirano, pri čemer ni večjih zastojev zaradi morebitnih okvar in servisiranja transportno-manipulativnih sredstev (Chen, He, Zhang, Tong, Shang in Zhou, 2020).

Večina pristanišč je razdeljena na: mesto za privez ladij, prostor za AGV ter prostor za skladiščenje. Mesto za privez je opremljeno z obalnimi dvigali za nakladanje oziroma razkladanje ladij. Preden ladja pride v pristanišče, je določeno mesto priveza, kateremu so dodeljena obalna dvigala. Istočasno je določeno, kje v skladišču se bodo kontejnerji skladiščili.

Transport od priveza do skladišča se opravlja z AGV. To pomeni, da so operacije na obali za delovanje sistema AGV zelo pomembne. Težavnost opravljanja dela se kaže v potrebni

18 sinhronizaciji dela med obalnimi dvigali in AGV, s ciljem hitrega nakladanja oziroma razkladanja ladje. To neposredno vpliva na čas priveza ladje v pristanišču. Časovna razporeditev del določi lokacijo in čas natovarjanja oziroma raztovora kontejnerja. Zaradi tega je pomembno določiti pot AGV, da se lahko transportno-manipulacijske operacije opravi ravno ob pravem času (Grunow, Günther in Lehman, 2006; Duinkerken in Lodewijks, 2015). Obalna dvigala so manj avtomatizirana, a v prihodnosti pričakujemo, da se bo tudi njihovo delovanje pomembneje razvilo v smeri popolne avtomatizacije (Martín-Soberón, Monfort, Sapiňa, Monterde in Calduch, 2014).

Vir: (Zhong, Yang, Dessouky in Postolache, 2020)

Slika 10. Avtomatiziran kontejnerski terminal

Določitev poti je zelo pomembna naloga pri delovanju sistemov AGV na terminalih. Pot se lahko določa na tri načine, in sicer:

- statično, - dinamično, - samostojno.

Pri statičnem načinu so transportne poti vnaprej določene. AGV potuje po fiksnih poteh. Za vsako povezavo med nakladalnim žerjavom ter obalnim dvigalom obstaja samo ena ruta, po kateri potuje AGV. Takšen način določanja poti je povezan s hierarhičnim kontrolnim sistemom. Kontrolni sistem komunicira z vsakim AGV, daje mu dovoljenje za vožnjo ter jamči

19 za varnost na terminalu. Pri tem ni potrebe po komunikaciji med AGV (Duinkerken in Lodewijks, 2015).

Tudi pri dinamičnem določanju poti se uporabljajo fiksne poti. Posebno pozornost je treba nameniti drugačnemu določanju časa in transportne poti. V dinamičnem določanju poti se določa optimalni čas za delo. Prav tako se pot določa za vsak potreben premik ločeno. Zaradi tega so možne različne poti za premik do iste destinacije. Dinamično določanje poti je prav tako hierarhično kontrolirano (Duinkerken in Lodewijks, 2015).

Pri samostojnem načinu določanja poti (angl. free range) ni fiksno opredeljene poti. Transportna pot se določa za vsak transport posebej, in sicer na podlagi trenutnih razmerij. Na ta način se povečata zmogljivost in zanesljivost. Kontrolor AGV mora dinamično planirati gibanje AGV med trenutno in končno lokacijo ter določiti čas prihoda na potrebno destinacijo. Kontrolor AGV mora pri tem upoštevati poti drugih AGV, da prepreči trčenje. Ob tem se uporablja decentralizirano kontrolno vodenje sistema, ob medsebojnem sodelovanju AGV (Duinkerken in Lodewijks, 2015).

3.2 Uporaba tehnologije AGV v zračnem prometu

Sistemi AGV se vse pogosteje uporabljajo tudi v zračni industriji. Njihova uporaba izboljšuje pretok tovora na velikih letališčih. To se kaže kot višja produktivnost, zmanjševanje časa procesa ULD (angl. Unit load device), nalaganja prtljage ali tovora. AGV omogoča enostavnejši transport težkih tovorov. Sam dizajn AGV omogoča letališčem, da ob povečanem prometu brez večjih težav povečajo število AGV. Pri prilagajanju infrastrukture letališča ni potrebnih večjih investicij (Siemens, 2018). Za učinkovito delovanje sistema AGV je pomembno, da se tovor preklada in prevaža s transportnimi enotami ULD (Lau in Zhao, 2004).

Sistemi AGV v letalski industriji se neprestano izboljšujejo. Podjetje Lödige Industries je razvilo novo inteligentno AGV, ki omogoča višjo operativno učinkovitost pri prekladanju prtljage in tovora na terminalih. Maksimalna teža prevoza AGV znaša 6.800 kg. Sistem omogoča povezavo med različnimi terminali ter letalom, pri čemer je nadzor izveden s skladiščnim kontrolnim sistemom. Transportna tehnologija Lödige je instalirana na več kot 40 tovornih terminalih po celem svetu (Aircargo news, 2019).

20

Vir: (Aircargo news, 2019)

Slika 11. AGV proizvajalca Lödige Industries

Omeniti je treba tudi sistem AGV na letališču Heathrow, ki se izvaja v kooperaciji z British Airways. Letalski prevoznik se je odločil za tehnologijo AGV, ki bo omogočala hitrejše nakladanje in razkladanje, povečala natančnost ter zmanjšala okolju škodljive emisije. British Airwys trenutno opravlja do 800 letov na letališču Heathrow, pri tem pa prepeljejo okoli 75.000 kovčkov. AGV bodo prevažala do 40 kovčkov. Vozila uporabljajo navigacijsko tehnologijo, ki si zapomni nahajališče letala in tako omogoča izvajanje transporta po najučinkovitejši poti. Ob sprejemljivih rezultatih testiranj se bodo AGV začela uporabljati leta 2021 (THE Manufacturer, 2019a).

Vir: (THE Manufacturer, 2019)

Slika 12. Primer avtomatiziranega vozila na letališču Heathrow

21 Posebna avtomatizirana tehnologija se razvija na singapurskem letališču. Gre za sistem železniško vodenih vozil (angl. Rail Guided Vehicles), ki omogoča avtomatizacijo premika tovora na tovornem delu letališča. RGV opravi transportno-manipulacijske operacije do ciljnih destinacij po enem internem tiru. V kompleksnejših sistemih se uporablja več paralelno postavljenih tirov. Paralelno se lahko uporablja in krmili več RGV, ki potujejo med sprejemnim in odpremnim kanalom vstopa in izstopa tovora. Ključni izziv predstavlja določanje nalog RGV tako, da so operativni stroški minimalni (poraba energije, zmanjševanje razdalje, zmanjševanje časa dela). Treba je opredeliti delovanje sistema FIFO in LIFO oz. usmerjanje manipulacijskih operacij (Hu, Mao in Wei, 2013).

3.3 Uporaba tehnologije AGV v cestnem prometu

Avtomatizacija javnega prometa postaja realnost. V Evropi je bilo izvedenih veliko raziskav o možnostih uporabe popolnoma avtomatiziranih cestnih transportnih sistemov (angl. Automated Road Transport Systems – ARTS). Glavne prednosti ARTS so: večja fleksibilnost ter nižji operativni stroški v primerjavi s konvencionalnimi avtobusi (Alessandrini, Alfonsi, Delle Site in Stam, 2014). Evropska unija je financirala projekt CityMobil2, ki je demonstriral uporabo ARTS v številnih mestih po Evropi. ARTS temelji na uporabi vozil brez voznikov, kar sovpada s četrtim nivojem avtomatizacije po standardu SAE (Madigan, Louw, Dziennus, Graindorge, Ortega,Graindorge in Merat, 2016).

Na podlagi standarda SAE (2016 je ADS (angl. Automated driving sytem) kategoriziran v pet kategorij (Ghandriz, Jacobson, Laine in Hellgren, 2020), in sicer :

- asistenca vozniku (angl. driver assistance),

- delna avtomatizacija vožnje (angl. partial driving automation),

- pogojna avtomatizacija vožnje (angl. conditional driving automation), - visoka avtomatizacija vožnje (angl. high driving automation),

- popolna avtomatizacija vožnje (angl. full driving automation).

Trenutno je uporaba ARTS otežena, vendar je na daljši rok možno pričakovati bolj masovno uporabo te tehnologije. Velik vpliv bo na delovanje javnega prevoza in taksi storitev, kar se deloma odraža že danes. Hiter razvoj dosegata dve spletni platformi, in sicer Uber ter Lyft. Z začetkom uporabe avtomatiziranih vozil gre pričakovati upad njune tržne moči (Alessandrini, Campagna, Delle Site, Filippi in Persia, 2015). Eden od prvih avtomatsko vodenih sistemov v

22 cestnem prometu je v uporabi od leta 1999, v poslovnem parku v Riviumu na Nizozemskem.

Dolžina poti je 1.800 m, na kateri se promet izvaja s šestimi električnimi vozili (Alessandrini in dr., 2015).

3.3.1 Smernice razvoja

V bližnji prihodnosti bo cestni transport doživel velike spremembe na področju ADS, tako pri transportu ljudi kot tudi tovora. ADS bo v tovornem prometu povečal profitabilnost, predvsem zaradi nižanja stroškov zaposlenih (voznikov). Istočasno se bo povečala zanesljivost in učinkovitost izvedbe transportne storitve. Raziskave kažejo, da se v tovornem prometu pričakuje zmanjšanje porabe goriva za do 25 %, pri osebnih vozilih pa do 10 % (Ghandriz in dr., 2020).

Vir: (Ghandriz, Jacobson, Laine in Hellgren, 2020)

Slika 13. Razlika med tovornjaki z vozniki na levi ter ADS na desni

Raziskave napovedujejo tudi visoko rast nakupa in uporabe AGV v cestnem prometu.

Alessandrini in dr. (2015) napovedujejo, da se bo nakup do leta 2050 povečal za 50 %, pri čemer se bo obseg potovanj povečal za 60 %. Do leta 2070 pa naj bi se obseg prodaje in uporabe AGV povečal za 100 % (Slika 14).

23

Vir: (Alessandrini, Campagna, Delle Site, Filippi in Persia, 2015)

Slika 14. Avtomatizirana vozila; prodaja, potovanja in število vozil

Transportni sistem mora v prihodnosti ponujati fleksibilne storitve ter biti dostopen tudi socialno ogroženim kategorijam. V urbanih središčih, še posebej v mestnih jedrih, so karakteristične zahteve za vozila, katera opravljajo distribucijo tovora. Trenutno se na teh področjih dostava opravlja z lahkimi dostavnimi vozili (angl. Light duty vehicles – LDV).

Raziskave izpostavljajo bodoči pomen avtomatiziranih vozil oz. LDV. LDV bi bil sestavljen iz avtomatiziranega vozila ter tovornih prikolic, namenjenih dostavam v mestnem jedru (Alessandrini in dr., 2015). Primer takšnega vozila je prikazan na Sliki 15.

Vir: (Alessandrini, Campagna, Delle Site, Filippi in Persia, 2015)

Slika 15. Avtomatizirano električno vozilo

Tovor je lahko dostavljen različnim dobaviteljem ali logističnim kontrolnim centrom z avtomatiziranim električnim distributivnim sistemom. Prejemniki tovora lahko prevzamejo tovor z uporabo varovalnega ključa (kreditna kartica, orodja NFC). Glede na to, da so vozila električna ter bodo delala samo v mestnih jedrih, bo v prihodnosti treba zagotoviti ustrezno

24 zmogljivost polnitve takšnih vozil. Sistem avtomatskih LDV je varen v peš coni ter ne potrebuje parkirišč. Sistem pa potrebuje infrastrukturo IKT (Information and Communication Technology), da bi zagotavljal varno delovanje, učinkovitost ter zanesljivost (Alessandrini in dr., 2015).

Vir: (Alessandrini, Campagna, Delle Site, Filippi in Persia, 2015)

Slika 16. Razlike v parkiranju

Pri transportu ljudi lahko fleksibilno in individualno mobilnost ponudijo samo osebni avtomobili. Sistem avtomatiziranih vozil bo omogočal številne prednosti. Danes se vozila uporabljajo za krajši čas ter se večino časa zaustavljajo na parkirišču. Avtomatizirana vozila bodo zmanjšala velikost parkirnih površin, ne samo v številu parkirnih mest na parkirišču, temveč tudi pri potrebni površini za parkiranje enega vozila (Alessandrini in dr., 2015).

Raziskave namreč izpostavljajo, da se pri trenutnih parkiriščih poleg površine za zaustavitev vozila upošteva še dostopno pot, rampe ter dodatni prostor za večjo udobnost pri parkiranju. V primeru parkiranja DMV (Dual-Mode Vehicles, vozila so upravljana z voznikom ali avtomatizirana) pa mora parkirišče zagotavljati le četrtino površine kot v primeru konvencionalnih avtomobilov (Alessandrini in dr., 2015).

3.3.2 Primeri uporabe v cestnem prometu

Različni prototipi uporabe AGV v cestnem prometu se razvijajo ali so v fazi testiranj. Uber testira avtomatizirano vožnjo na ulicah severnoameriških mest. Podjetje Embark v sodelovanju z Amazonom pripravlja rešitev avtonomnega transporta tovora na večje razdalje. Podobne

25 rešitve razvijajo še pri Volvu, Tesli itn. Podjetje Uber testira avtomatizirana vozila tako, da so vozniki v avtomobilu, zaradi zagotavljanja potrebne varnosti. Po nekaj neuspelih preizkusih sedaj uporabljajo posodobljeno programsko opremo. Proizvajalec avtomobilov Tesla bo kmalu dosegel peto stopnjo avtomatizirane tehnologije cestnih vozil (Reuters, 2020).

Podjetje Waymo prevaža potnike v okolici Phoenixa v popolnoma avtomatiziranih vozilih.

Potniki naročijo vožnjo z mobilnim telefonom. Pametne aplikacije omogočajo tudi druge tehnološke rešitve, kot sta delitev potniškega oziroma tovornega dela lastniškega osebnega avtomobila z ostalimi uporabniki ali digitalno naročilo potovanja z osebnim vozilom več lastnikov. Pri tem lahko pričakujemo negativne posledice, npr. bolj zgoščen promet, saj vozila ne bodo mirovala, temveč bodo neprestano v pogonu. Prometni model potovanja za Lizbono je razkril, da bi se promet lahko povečal za do 50 %, v kolikor bodo ljudje uporabljali avtonomne taksije, ki pa jih ne bi delili z drugimi osebami. Po drugi strani je model izpostavil, da bi uporaba avtonomnih taksijev, ki bi se delili z drugimi, za 37 % zmanjša število potniških kilometrov ter onesnaževanje. Za doseganje visoke zasedenosti potniškega prostora sta podjetji Uber in Lyft že razvila storitve, kot sta Expresss POOL in Lyft Shared. V teh aplikacijah promovirata sprehod do točke, kjer se potniki lahko usedejo v avto (Schaller, 2018).

Vir: (Molfino, Zoppi, Dinale in Muscolo, 2014)

Slika 17. Vozilo FURBOT

Znana primera dostavnih električnih lahkih tovornih vozil sta FURBOT in Nuro R2. FURBOT lahko transportira škatle ter dve evro paleti, dimenzij 800 x 1200 mm. Vozilo za pogon uporablja elektriko, prav tako za manipulacijske operacije. FURBOT je okolju prijaznejši ter povzroča manj hrupa od tradicionalnih dostavnih vozil. Zaradi tega vozilo nima omejitve

26 pristopa v mestnem jedru (lahko se opravljajo nočne dostave). Veliko pozornosti je bilo usmerjene v povečanje energijske učinkovitosti izkoriščanja z različnih vidikov, in sicer: nova baterija in sistem energijskega upravljanja, električni motorji z direktnim pogonom, regeneracijsko zaviranje na vseh štirih kolesih, zmanjšana teža vozila ter software za avtonomno upravljanje, ki vpliva na porabo energije. Manipulacijske operacije so avtomatizirane (Molfino, Zoppi, Dinale in Muscolo, 2014).

Nuro, avtonomno dostavno podjetje, je predstavilo vozilo druge generacije R2. R2 je izdelan tako, da dela samo kot avtonomno vozilo. Nima stranskih ogledal, preglednost spredaj in zadaj je zelo slaba, kar pomeni, da se lahko z vozilom upravlja samo prek računalnika. Tako kot pri R1 je maksimalna hitrost vozila Nuro R2 40 km/h. Vozilo je dizajnirano za transport tovora, ne ljudi. Nuro R2 je okolju prijazno vozilo, saj ne izpušča okolju nevarnih emisij. Lastnosti vozila R2 napram R1 so naslednje (The robotreport, 2020):

- karoserija je proizvedena iz bolj kakovostnih materialov, - novi senzorji in 360°-sistem kamer,

- 2/3 več prostora za tovor, čeprav so dimenzije vozila približno enake,

- sistem napajanja je podvojil moč vozila ter zdaj omogoča normalno uporabo za en dan, - sprednji del vozila je dizajniran tako, da zagotavlja varnost pešcev v primeru nesreče.

Vir: (The robotreport, 2020)

Slika 18. Nuro R2

Avtonomna vozila se ne testirajo in implementirajo samo za civilne potrebe, saj jih je začela uporabljati tudi vojska. Oborožene sile Združenega kraljestva so naročile štiri robotska tovorna vozila Rheinmetall Mission Master. Konfigurirana so za transport tovora in bodo v kopenski

27 enoti del programa robotskega voda. Cilj programa je izvedeti, kako in koliko lahko robotska vozila povečajo učinkovitost kopenskih enot. Zaradi umetne inteligence (angl. artificial intelligence – AI) vozilo lahko opravlja številne težke in nevarne naloge, pri tem pa vojakom omogoča opravljanje lažjega dela oz. osnovnih del vojaške operacije. Tovorni sistem vozila zmanjšuje obremenitev vojakov ter povečuje njihovo mobilnost in učinkovitost. Vozilo lahko prevaža do 500 kg tovora. Deluje lahko v avtonomnem ali pol avtonomnem režimu (Mönch, 2020).

Vir: (Mönch, 2020)

Slika 19. Robotsko vozilo proizvajalca Rheinmetall

Čeprav avtonomni promet zagotavlja varnejši promet, večjo pretočnost in manjšo porabo, obstaja nekaj izzivov pred implementacijo tehnologije v realnosti. Aria, Olstam in Schwietering (2016) izpostavljajo pomembnejše izzive avtomatizacije v cestnem prometu:

- površna kontrola vozila pri polavtomatskih in popolnoma avtomatiziranih vozilih, - izguba sposobnosti upravljanja vozil v izrednih primerih,

- težave izgube komunikacije vozilo–vozilo ali vozilo–infrastruktura, - prilagajanje zakonodaje.

Naloge pri upravljanju avtomobila vključujejo številne kognitivne operacije, za katere lahko rečemo, da so avanturistične. Zaradi manjše prakse pri manualnem upravljanju avtomobila bodo imeli vozniki večje težave upravljanja z vozilom v izrednih situacijah, kot sta odpoved komunikacije, napajanja itn. Poleg tega smo ljudje različno učinkoviti pri nadzorovanju tehničnih sistemov. To posebej velja v primeru, ko avtomatiziran sistem dobro opravlja svoje

28 delo. V teh primerih lahko vozniki opazujejo okolico ali se zabavajo z informativno-zabavnimi sistemi.

Avtonomna vozila so za ustrezno delovanje zelo odvisna od informacij komunikacijskih sredstev. Informacije, kot sta določanje pozicije vozila z GPS-sistemom A-GPS (Assisted GPS), komunikacija z drugimi vozili ali z infrastrukturo ter s prometnim kontrolnim centrom, so nujne za zagotavljanje komunikacijskih protokolov. V primeru izgube povezave mora biti vozilo samostojno v okolju, v katerem se nahaja, ter si pomagati s senzorji in notranjimi avtomatiziranimi sistemi. Treba je opredeliti odvisnost od človeškega upravljanja.

Med ključnimi elementi razvoja sistemov AGV v cestnem prometu je izpostavljena tudi zakonodaja. V osmem členu Dunajske konvencije o cestnem prometu je namreč navedeno:

»Vsako vozilo v premikanju ali kombinacija vozil ima voznika«, v trinajstem členu pa: »Vsak voznik vozila ima vedno svoje vozilo pod kontrolo.« Poleg tega odredba UN/ECE R79, ki je napisana na podlagi Dunajske konvencije, dovoljuje avtomatsko upravljanje samo pri nižjih raziskavah avtomatiziranih efektov vozila na obnašanje voznika in učinkovitost v prometu.

Zaradi tega trenutno veljavna zakonodaja ovira uporabo avtomatiziranih vozil v prometu in jo je treba dopolniti.

3.4 Uporaba AGV v notranjem transportu in pri skladiščenju

Notranji transport in izvajanja skladiščnih operacij sta veliko prijaznejši okolji za uporabo sistemov AGV. Gre za bolj zaprte sisteme, z manj interakcijami iz zunanjega okolja in s tem manj faktorji, ki predstavljajo nepredvidljive situacije. Razvijajo se različne rešitve uporabe sistemov AGV. Le-ti omogočajo premik in tudi dvig blaga. Najpogostejša delitev sistemov AGV je na podlagi vrste tovora oziroma glede na to, na kakšen način izvajajo transportno- manipulacijske operacije. Na podlagi tega poznamo naslednje sisteme AGV (Ullrich v Feledy in Schiller Luttenberger, 2017):

- avtomatsko vodeni viličar, - odprto AGV (angl. Piggyback), - avtomatsko vodeno vlečno vozilo, - dvižno AGV (angl. Underride),

- industrijsko AGV (angl. Assembly line), - RGV (angl. Rail-guided vehicle).

29 Avtomatsko vodenega viličarja lahko človek manualno vozi. Osnovna transportno- manipulativna enota je paleta ali viličarju kompatibilni kontejner. Obstajata dve verziji tega vozila, in sicer: specialno dizajnirani ali serijski. Prednosti serijskega sta, da je narejen po standardih proizvajalca, ter hitra dobava rezervnih delov. Prednost specialno dizajniranih avtomatsko vodenih viličarjev je dolgotrajnejša uporaba, opremljeni so z optimalno potrebnimi komponentami ter imajo možnost avtomatskega polnjenja baterije (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

Vir: (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017)

Slika 20. Avtomatsko voden viličar

Odprta AGV (angl. Piggyback) lahko transportirajo palete, škatle ali kontejnerje. Za razliko od avtomatsko vodenega viličarja to AGV ne more dvigniti tovora direktno s tal, temveč lahko tovor naloži ali razloži samo do določene višine. Prednost tega AGV je možnost bočnega dviga ali spusta tovora. Lahko pridejo do mesta nakladanja ter opravijo manipulacijske operacije brez obračanja, kot morajo to narediti navadni avtomatsko vodeni viličarji. Za transportno- manipulacijske operacije potrebujejo torej manj prostora (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

30

Vir: (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017)

Slika 21. Odprto AGV

Avtomatsko vodeno vlečno vozilo je namenjeno vleki prikolice ter tako formira konvoj. Glavna pomanjkljivost je, da ne more avtomatsko vleči prikolice, temveč potrebuje operaterja, ki priključi prikolico z vozilom. Zaradi tega je njegova glavna lastnost moč vleke. Vozilo lahko vleče do okoli 1.000 kg tovora. Maksimalna hitrost znaša 4 km/h (AGV network, 2020c).

Vir: (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017)

Slika 22. Vlečno vozilo

Dvižno AGV se postavi pod tovor ter ga previdno dvigne in nato transportira. Nekatere izvedbe so opremljene s transporterji, ki lahko preberejo vrsto tovora na prevozu ter kam ga je treba premestiti. Ta vrsta AGV ima številne prednosti v primerjavi z avtomatsko vodenimi viličarji;

med drugim potrebujejo manj prostora ter jim tovor sam sporoča, kam ga je treba prepeljati.

Gre za standardno AGV za delovna okolja, kot so bolnice. To vozilo se lahko uporablja tudi kot vlečno vozilo (Ullrich v Feledy in Schiller Luttenberger, 2017).

31

Vir: (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017)

Slika 23. Dvižno AGV

Industrijska izvedba AGV (angl. Assembly line) je drugačna kot ostali AGV. Ta AGV opravljajo transportno-manipulacijske operacije materialov, potrebnih za proizvodnjo. Velikost ter teža materialov sta zelo pomembni pri izbiri AGV. Poleg tega je treba upoštevati proizvodne operacije. Ta vozila imajo enostavnejše navigacijske sisteme ter dosegajo nižjo hitrost premikanja. Drugačna je tudi varnost pri delu, saj je vozilo v stiku z ljudmi (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017). Primer takšnega vozila je prikazan na Sliki 24.

Vir: (Feledy in Schiller Luttenberger, 2017)

Slika 24. Industrijska AGV

Posebna izvedba sistema AGV je uporaba tračnic za premik vozila. Gre za nekakšen hibrid med cestnim in železniškim sistemom. RGV (Rail-guided vehicle) je vrsta AGV, ki uporablja fiksne poti. V primeru da so potrebne fleksibilne poti, se lahko uporablja lasersko-navigacijski sistem (angl. Self-Guided Vehicle – SGV), ki je prav tako vrsta sistemov AGV (Lee in Maneesavet,

32 1999). Danes se RGV uporablja v različnih oblikah logističnega sistema (Liu, Li, Li in Shen, 2010), pri čemer se na istem tiru lahko izvaja operacije enega vozila, dveh vozil ali več vozil.

Pri sistemu RGV je pretok materiala odvisen od števila vozil, instaliranih v sistem. Večje število vozil prinese večji pretok materiala, ampak to velja samo do določenega maksimalnega števila vozil. S prevelikim povečanjem števila vozil pride do prezasedenosti tirnega sistema in večjih možnosti napak (Calzavara, Persona in Sgarbossa, 2018).

Vir: (Transyko, 2019)

Slika 25. RGV

Sistemi RGV se enostavno instalirajo, lahko se nadgradijo, enostavno je tudi njihovo vzdrževanje. V vsakem sistemu se vozila enostavno preusmerijo ali zamenjajo zaradi vzdrževanja ali nadgradnje brez stranskih učinkov na sistem (Transcyko, 2019). Ključne prednosti sistema RGV so nadgradljivost, dostopnost, hitrost transporta, učinkovitost, možnost samostojnih operacij vozila ter dviganje težkih tovorov.

Lee in Maneesavet (1999) izpostavljata težave pri časovni razporeditvi nalog, kar se rešuje z definiranjem delovanja sistema, in sicer na podlagi pogoja »First In – First Out« (FIFO), pogoja čim krajšega časa izvedbe operacije (angl. Shortest Processing Time – SPT) ali čim krajšega časa izvedbe operacije kot zmnožka celotnega časa izvedbe (angl. Shortest Processing Time multiplied by Total Operational Time – SPT*TOT).

33

Vir: (Hu, Mao in Wei, 2015)

Slika 26. Primer postaje

RGV premika tudi kontejnerje med dvema postajama, ki se nahajata na obeh straneh tira.

Kontejnerji čakajo v vrsti na postaji. Nato so naloženi na RGV in dostavljeni na predvideno odlagalno mesto. Vsako nakladanje oz. razkladanje je kontrolirano s centralnim kontrolnim sistemom. Ko je kontejner naložen na RGV, ostaja na njem do mesta razklada (Hu, Mao in Wei, 2015).

3.5 Prilagoditev skladišč

Skladišča in distribucijski centri so pomembne komponente distribucijske verige ter so direktno pod vplivom sprememb proizvodnje, saj omogočajo premagovanje komponente časa pri dobavah na tržišče. Glavne aktivnosti fleksibilnih skladišč so sprejem tovora in naročil stranke, skladiščenje ter pošiljanje (Custodio in Machado, 2019). Fizične ovire ter menedžment skladiščnih storitev sta dve glavni oviri pri postavitvi AGV v skladišča ali distribucijske centre.

Nekateri objekti infrastrukturno bolj ustrezajo tehnologiji AGV kot drugi (Asmag, 2018), kar je potrebno pred načrtovanjem uvajanja sistemov AGV v skladišča skrbno preveriti in oceniti tveganja neoptimalne izrabe sistemov AGV.

Proces avtomatizacije skladišč se je začel v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Danes obstaja v Zahodni Evropi več kot 40 popolnoma avtomatiziranih skladišč (Azedeh, de Koster in Roy, 2017). Razvoj sistemov AGV pri skladiščenju je zelo povezan s pobudo Industrija 4.0. Le-ta bo omogočala razvoj avtomatiziranih robotskih skladišč. Dostopnejše bodo tehnologije, kot so nizkocenovni senzorji, virtualna realnost, droni, internet stvari (IoT), robotska varnost. Vse te naštete tehnologije lahko pomagajo pri učinkovitejšem upravljanju skladišč. Hkrati omogočajo

34 uporabo novih vrst inteligentne avtomatizacije, ki je ključna pri transportno-manipulativnih operacijah v skladišču (Lototsky, Sabitov, Smirnova, Sirezetdinov, Elizarova in Sabitov, 2019).

Skladišča se avtomatizirajo zaradi različnih razlogov, denimo zaradi neprestanega povečanja povpraševanja po skladiščnem prostoru ter rasti stroškov zaposlenih zaradi visokih zahtev logistike, zaradi povečanja frekvence in kompleksnosti dela ter splošnega pričakovanja strank po hitrih dostavah (Interlake MECALUX, 2019). Pri tem se z uvajanjem avtomatizacije pri skladiščnem poslovanju dosega naslednje pozitivne učinke (RFgen, 2018):

- zmanjševanje operativnih stroškov,

- bolje se varuje dobrino, znamko in reputacijo podjetja, - povečanje učinkovitosti in produktivnosti,

- minimalizira se prekladalne procese, - povečanje prostora za skladiščenje in - boljša koordinacija uporabe sredstev.

V primeru avtomatiziranega skladišča, kot je prikazano na Sliki 27, dobavitelji raztovorijo tovor v skladišče. Palete so zatem postavljene v avtomatizirani sistem za shranjevanje in priklic AS/RS (angl. automated storage and retrieval system). Ko potrebujemo točno določen izdelek, sistem raztovarja paleto, na kateri se nahaja ta izdelek. Izdelek se zatem odloži na odlagališče zaradi lažje manipulacije ter se skladišči na mini AS/R ali v sistemu AVS/R. Po prejemu naročila odpreme določenega artikla, sistem locira izdelek in ga postavi v paletizirano enoto.

Paletizirane enote se zatem postavijo v OCB (angl. order consolidation buffer), kjer čakajo transportno sredstvo. Po prihodu le-tega se vrši nakladanje palet na transportno vozilo (Azedeh in dr., 2017).AS/RS je definiran kot sistem, ki izvaja skladiščenje in predajne operacije s hitrimi in natančnimi avtomatiziranimi sredstvi. Sistem lahko sortira, daje v vrstni red in skladišči z veliko natančnostjo in učinkovitostjo (Custodio in Machado, 2019).

35

Vir: (Azadeh, de Koster in Roy, 2017)

Slika 27. Pretok materiala v avtomatiziranem skladišču

AS/RS z dvigalom se uporablja od šestdesetih let prejšnjega stoletja. Dvigalo prevzame tovor s tekočega traku ter ga skladišči na višini 30 do 40 m. Transport ter dvigovanje tovora se lahko opravlja hkrati. Možno je tudi hkratno izvajanje dveh operacij, kot sta skladiščenje ter sprejem tovora. Sistemi AS/RS se lahko uporabljajo tudi za skladiščenje tovora globoko v regale. V tem primeru so dvigala opremljena z globokimi teleskopskimi vilicami. Zaradi globokega traku lahko sistemi AS/RS skladiščijo tovor še globlje od 5 do 15 palet po dolžini. Ta metoda je zelo priročna v skladiščih, kjer ni dovolj prostora (Azedeh in dr., 2017). Primer skladišča AS/RS je prikazan na Sliki 28.

Vir: (Azadeh, de Koster in Roy, 2017)

Slika 28. Avtomatizirano skladišče

36 V primeru skladiščenja po metodi ABC (angl. Activity Base Costing) je tovor razdeljen na kategorije na podlagi prodaje. Lokacije skladiščenja posameznih kategorij so razvrščene na podlagi časa potovanja od točke natovora/raztovora. Tovor, ki se najbolje prodaja oz. dosega največji promet, je skladiščen najbližje točki nakladanja in razkladanja (Azedeh in dr., 2017).

Vir: (Azadeh, de Koster in Roy, 2017)

Slika 29. Sistem globokega skladiščenja z dvigalom

Skladiščenje na podlagi mehanizma globokega skladiščenja se deli v tri skupine, in sicer na:

- prevozne paletne regale (angl. Push-back racks), - transportni trak in

- karuselne zalagovnike.

Prevozni paletni regali temeljijo na tehnologiji potiska palet na trak. Sistem deluje po principu LIFO (Last-In, First-Out). Majhen nagib na skladiščnem traku zagotavlja, da je tovor zmeraj dostopen na začetku skladiščnega traku. Dolžina traku zagotavlja skladiščenje petih palet (Azedeh in dr., 2017).

Regali imajo pri uporabi tekočega traku sposobnost premikanja v dveh smereh in delajo po principu LIFO. Lahko delajo tudi v parih. Na notranjem transportnem traku se tovor premika proti koncu skladiščnega traku. Zunanji transportni trak se nahaja poleg notranjega. Na zunanjem transportnem traku se tovor premika proti koncu regala ter se ustavi na koncu pri povratni poziciji dvigala. V primeru transportnega traku z nagibom je regal opremljen z enostavnim mehanizmom, ki na koncu regala tovor dvigne s spodnjega tekočega traku na zgornji tekoči trak. Stikalo za zaustavitev se nahaja na sprednji strani zunanjega tekočega traku.

37 Stikalo zaustavi tovor, ko je potrebna povratna operacija (Azedeh in dr., 2017). Princip delovanja je prikazan na Sliki 30.

Vir: (Azadeh, de Koster in Roy, 2017)

Slika 30. Princip delovanja mehanizma tekočega traku z nagibom

Karuselni zalogovniki so avtomatizirani sistemi za shrambo ter prevzemanje, kjer so police povezane in rotirane v zaprti zanki. Lahko se vodoravno ali vertikalo rotirane. Primer izvedbe je prikazan na Sliki 31. Karuselni zalogovniki so priročni za majhne in srednje velike tovore, kot so knjige, proizvodi za nego telesa in zdravja (Azedeh in dr., 2017).

Vir: (Azadeh, de Koster in Roy, 2017)

Slika 31. Horizontalni in vertikalni karuselni zalogovnik