כיצד למטב לוגיסטיקה פנים ארגונית כדי ליעל ולהאיץ שרשראות אספקה Industry 4.0‏ - חלק ראשון משני חלקים

לוגיסטיקה פנים ארגונית (לוגיסטיקה פנימית) משתמשת ברובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs) ורכבים מונחים אוטומטית (AGVs) כדי לשנע חומרים ביעילות ברחבי מחסני Industry 4.0‏ ומתקני ייצור. במאמר זה דנים בנושאים המתייחסים לשאלה כיצד משתמשים ברובוטים AMR ורכבי AGV ברמה מערכתית עבור מימוש לוגיסטיקה פנים ארגונית ולשנע במהירות ובאופן בטוח חומרים כנדרש.‏ חלק 2‏ של סדרה‏ זו מתמקד על תרחישי שימוש וכיצד רובוטים AMR ורכבי AGV‏ משתמשים בחיישנים כדי לזהות ולעקוב אחר פריטים, כיצד למידת מכונה (ML)‏ ובינה מלאכותית (AI) תומכות בזיהוי חומרים, שינוע ואספקה של חומרים ברחבי מחסנים ומתקני ייצור.

שינוע חומרים במהירות מרציף הקבלה לרציף השילוח במחסן, או ממקום למקום במתקן ייצור - הנקרא לוגיסטיקה פנים ארגונית - הוא היבט קריטי של יעול והאצת פעולות שרשרת אספקה ב-Industry 4.0. ללוגיסטיקה פנים ארגונית יש יותר ממהירות שינוע בלבד; היא חייבת להעשות ביעילות, בדייקנות ועם בזבוז מופחת עבור יתרונות מקסימליים. רובוטים ניידים אוטונומיים (AMRs) וכלי רכב מונחים אוטומטית (AGVs‏) יכולים להיות קריטיים ללוגיסטיקה פנים ארגונית משופרת.

רובוטים AMR ורכבי AGV‏ נראים דומים אך פועלים באופן שונה. בעוד רכבי AGV‏ מסורתיים מתוכנתים מראש לבצע פונקציות מוגבלות בעלויות הנמוכות ביותר, קיימים דגמים חדשים של רכבי AGV‏ עם חיישנים כמו רובוטים AMR, המטשטשים את ההבדל בין השניים. כתוצאה משיקולי בטיחות, רכבי AGV‏ מסורתיים פועלים באזורים נפרדים מבני אדם, אך דגמים חדשים יותר כוללים חיישנים למניעת התנגשות ויכולים להבטיח רמות גבוהות יותר של בטיחות.

מאמר זה מתחיל עם‏ סקירה של לוגיסטיקה פנים ארגונית וכיצד ניתן להשתמש בה להאצת שרשראות אספקה. אחר כך משווה בין העבודה והשימושים של רכבי AGV‏ ורובוטים AMR ובוחן בקצרה את ההבדלים בין השניים במונחים של ניווט ויכולת התחמקות ממכשול, גמישות, בטיחות, אתגרי פריסה, תחזוקה ועלות של בעלות. במקביל, הוא מסתכל על ההבחנה המטושטשת בין רכבי AGV‏ ורובוטים AMR ומסיים בהסתכלות על כיצד השימוש בצמד הדיגיטלי עשוי לשפר את התפעול הלוגיסטי הפנים ארגוני העתידי. המאמר השני בסדרה יעמיק יותר בתחום הרחב של טכנולוגיות חיישן להן רובוטים AMR ורכבי AGV‏ זקוקים. Digi-Key‏ מציעה‏ מגוון שלם של מוצרי אוטומציה עבור לוגיסטיקה פנים ארגונית בשני המקרים.

הגדרת לוגיסטיקה פנים ארגונית

לוגיסטיקה פנים ארגונית פרוסה תוך שימוש במערכות סייבר-פיזיות המתוכננות למטב תהליכי פנים של הפצה וייצור. כדי להיות יעילה במידה מקסימלית, מערכת לוגיסטיקה פנים ארגונית חייבת גם להיות משולבת עם שרשרת האספקה הגדולה יותר דרך האינטרנט ותהליכים תפעוליים מקומיים.

במחסנים, המערכת כוללת ידיעה היכן נמצאים כל החומרים במתקן, מה נדרש כדי למלא הזמנות שטרם בוצעו, מה יכול להיות חסר כדי להשלים הזמנות, והיכן נמצא החומר הנכנס בשרשרת האספקה הרחבה יותר.

במפעלים, לוגיסטיקה פנים ארגונית כוללת ידיעת החומרים הנדרשים עבור תהליכי ייצור ספציפיים ותמיכה ביעילות תזמון מרבית על ידי תאום מידע אודות מה נמצא במתקן ומתי יגיעו חומרים נוספים, בשילוב עם זמינות מכונה ומפעיל.

בשילוב מלא, מידע אודות זמינות חומרים, עובדים, מיומנותם ומיקומם, יחד עם מכונות וזמינותן, מפחית עלויות על ידי מזעור מלאי תוך הגדלת גמישות עבור התאמה-מיוחדת בנפח גדול ושיפור איכות (איור 1‏).

איור 1‏: לוגיסטיקה פנים ארגונית יכולה לשלב מידע אודות חומרים, עובדים ומכונות כדי למטב תפעול Industry 4.0. (מקור תמונה: Getty Images‏)

לוגיסטיקה פנים ארגונית משפיעה על הנדסת תהליכים, תכנון מערכות, ניהול פרויקטים, תכנון דרישות חומרים ומספר פונקציות אחרות. השינוע האוטומטי של חומרים ברחבי המתקן הוא מפתח למקסום היתרונות של לוגיסטיקה פנים ארגונית.

אפשרויות טיפול בחומרים

רובוטים AMR ורכבי AGV‏ מתוכננים לשנע חומרים ממקום למקום, תוך שיפור היעילות, הדיוק, התפוקה והבטיחות של תפעול לוגיסטי פנים ארגוני. מערכות אלו ניתנות לבידול בהתבסס על תצורות נשיאת העומס שלהן. ישנן מספר תצורות של רובוטים AMR ורכבי AGV‏ המתאימות לפונקציות ספציפיות של לוגיסטיקה פנים ארגונית:

• עגלות נקראות גם כלי-רכב מתחת לעומס (under load vehicles) או כלי רכב מסיעים מתחת (under ride vehicles) והן נעות מתחת לפריט שיש לשנע, להרים אנכית ולשאת אל יעדו. כלי רכב אלה יכולים להיות מתוכננים להרים ולהסיע 1 טון או יותר.
• טרקטורי גרירה או משיכה מחוברים עם עגלה אוטומטית או לא-אוטומטית אחת או יותר העמוסות בחומר ומעביר אותן ממקום למקום. מרביתם מדורגים בערך ל-1 טון, אך קיימים דגמים המדורגים לעומסים של 20 טון. נוסף לכך, קיימים דגמים היכולים לעבוד באופן אוטונומי או להיות מונהגים ידנית על ידי מפעיל.
• מלגזות רובוטיות קיימות במספר תצורות, כולל משנעי משטח, משאיות מלגזה מאוזנות וכלי רכב למעברים צרים. בהתאם לתכנון, הם יכולים לטפל במספר טונות ולהרים את העומס לגובה של מעל ‏10 מ'.
• נשאי עומס הם פלטפורמות ניידות אוטומטיות היכולות לקחת חומרים מקצה קו‏ המסוע, מתחנות העמסה רובוטיות וממערכות אוטומטיות אחרות. יכולות העומס שלהם נוטות להיות נמוכות יותר משל סוגים אחרים של רובוטים AMR ורכבי AGV.

AGV‏ לעומת AMR, מה ההבדל ביניהם?

רכבי AGV‏ ורובוטים AMR יכולים להיות בעלי תצורות דומות, אך אין להם אותן יכולות. ההבדלים הבסיסיים כוללים:

• כדי לנוע ממקום למקום, רכבי AGV‏ מנווטים על ידי שימוש במסילות חיצוניות העשויות מפסים מגנטיים, סרטים/צבע על הרצפה או תילים ברצפה; הם אינם יכולים לזוז ללא מסילות חיצוניות אלו.
• רובוטים AMR משתמשים בשילוב של חיישנים פנימיים, חיישנים חיצוניים מחוברים אלחוטית, בינה מלאכותית (AI) ולמידת מכונה (ML‏) כדי לתכנן את הנתיב היעיל ביותר ולהימנע ממכשולים באופן דינמי.

רכבי AGV‏ פותחו לפני הנהגת מחסני ומפעלי Industry 4.0‏ והתקדמו במידת מה לאחרונה כדי להתאים ליישומי Industry 4.0‏, כך שההבדלים אינם ברורים כפי שהיו פעם. קווי הדמיון וההבדלים כוללים:

ניווט והימנעות ממכשולים. ניווט הוא המבדל הגדול ביותר. רכבי AGV‏ יכולים לנוע רק במסלולים מוגדרים-מראש, בעוד רובוטים AMR יכולים לנוע בנתיבים משתנים בכל אזור או סביבה מוגדרים מראש. מאחר והם נעים אוטונומית, רובוטים AMR הם בעלי יכולות הימנעות ממכשול נרחבות, כולל זיהוי מכשולים חדשים כמו‏ משטח שהונח במעבר שהיה פנוי מקודם‏ וחישה והימנעות מלהיתקל בדרכם בעובדים. דגמים מוקדמים של רכבי AGV‏ היו בעלי יכולות הימנעות ממכשול מוגבלות, והאזורים בהם היו בשימוש תוכננו להיות נטולי בני אדם. רכבי AGV חדשים יותר כוללים‏ מגוון חיישנים גדול יותר, מה שהופך אותם לבטוחים יותר לשימוש סביב בני אדם. עם זאת, בעוד רכבי AGV יכולים לזהות מכשולים, הם אינם יכולים לנווט סביבם כמו שרובוטים AMR יכולים. במקום זה, רכבי AGV עוצרים עד שהמכשול מוסר. דגמים מסוימים יכולים לחדש את תנועתם אם המכשול מוזז מהדרך.

גמישות. רובוטים AMR יכולים לספק יותר גמישות ויכולים להיות מתוכנתים מחדש עבור פריסה בסביבות חדשות ללא שינויים פיזיים. כש-AGV‏ מובא לסביבה‏ חדשה, מסילות ההנחיה חייבות להיות מותקנות או מותאמות כדי לתמוך בנתיבי הנסיעה הדרושים. רכבי AGV‏ גם מוגבלים‏ למשימה יחידה הכרוכה בתנועה של חומרים מנקודה אחת אל שנייה שנקבעו מראש, ויכולים להיות מופרעים על ידי שינויים בסביבה, כמו הוספת ציוד חדש הדורש שינויים בנתיב הנסיעה.

בטיחות. הודות ליכולתם הגבוהה יותר להימנע ממכשולים, רובוטים AMR נחשבים בדרך כלל בטוחים יותר מרכבי AGV‏. אך אין זו שאלה פשוטה. שניהם יכולים להיות מצוידים במתגי עצירת חירום וחיישנים כדי לזהות מכשולים ולהימנע מפגיעה בהם - כולל בבני אדם. רובוטים AMR מתוכננים לשימוש סביב בני אדם וכוללים מספר אמצעי בטיחות. עם זאת, רכבי AGV‏ נעים בנתיבים שנקבעו מראש, ועובדים יודעים מראש היכן הם יהיו ויכולים להימנע ביתר קלות ממגע איתם. שתי הטכנולוגיות תומכות ברמות גבוהות של בטיחות.

אתגרי פריסה. רכבי AGV‏ ורובוטים AMR דורשים תשתית ספציפית כדי לתמוך בפריסה שלהם. באופן כללי, ניתן להשלים פריסות AMR מהר יותר והן פחות משבשות בהשוואה לרכבי AGV‏. רכבי AGV‏ דורשים את ההתקנה של מסילות הנחיה כדי לתמוך בניווט מנקודה-לנקודה. רובוטים AMR תלויים בחיישנים שונים המותקנים ברחבי המתקן ועוזרים לספק מודעות מצבית מפורטת ותמיכה בניווט. רובוטים AMR מתאימים לשימוש בסביבות ויישומים מורכבים יותר. לדוגמה, ניתן לתכנת AMR לעבוד בשיתוף פעולה עם מלקט הזמנות אנושי ביישום "עקוב אחרי". הבדלים אלו בדרך כלל הופכים רובוטים AMR למתאימים יותר לשימוש בסביבות Industry 4.0‏, היכן שיש לצפות לשינויים ויש לתמוך בהם ביעילות (איור 2‏).

איור 2‏: רכבי AGV‏ נעים בנתיבים קבועים, דבר ההופך אותם למתאימים פחות עבור יישומי Industry 4.0‏ רבים. (מקור תמונה: Getty Images‏)

תחזוקה. זהו מצב מעורב. רכבי AGV‏ הם מכונות פשוטות יותר עם פחות חיישנים ויכולים להזדקק לפחות תחזוקה מרובוטים AMR. עם זאת, תשתית התמיכה הדרושה לרכבי AGV עלולה להיות חשופה לנזקים הדורשים תחזוקה נוספת. במקרה של רובוטים AMR, חבילת החיישנים יכולה להזדקק לתחזוקה, ועדכוני תוכנה נדרשים תקופתית. הדרישה שרכבי AGV‏ ינועו באזורים מופרדים מבני אדם משמעותה בדרך כלל שהם נעים מרחקים ארוכים יותר אל‏ היעד בהשוואה לרובוטים AMR. מרחקי תנועה ארוכים יותר מגדילים בלאי על רכבי AGV‏, מגדילים פוטנציאלית עלויות תחזוקה. כך שהתשובה על השאלה מה דורש יותר תחזוקה, רכבי AGV‏ או רובוטים AMR, תלויה ביישום.

עלות. רכבי AGV‏ הם מכונות פשוטות יותר ועולים פחות מרובוטים AMR. הבדלי עלויות ההתקנה מורכבים יותר להגדרה מאחר ורכבי AGV‏ דורשים התקנה של מסילות הנחיה, בעוד רובוטים AMR צריכים סט חיישנים חיצוניים וקישוריות אלחוטית. עלויות תפעול הן גבוהות יותר עבור רכבי AGV‏ מאחר ומסילות ההנחיה שלהם דורשות יותר תחזוקה מהתשתית הדרושה כדי לתמוך ברובוטים AMR. לבסוף, רובוטים AMR בדרך כלל ניתנים לפריסה מהירה יותר, מקטינים את העלויות הקשורות בזמן השבתה של המפעל ובכך עושים אותם למתאימים יותר עבור שימוש ביישומי Industry 4.0‏.

תאומים דיגיטליים (Digital Twins), שרשורים דיגיטליים (Digital Threads) ולוגיסטיקה פנים ארגונית (Intra Logistics)

תאומים דיגיטליים (Digital Twins) ושרשורים דיגיטליים (Digital Threads) יכולים להיות כלים בעלי ערך רב עבור פריסת לוגיסטיקה פנים ארגונית (Intra Logistics). תאומים דיגיטליים (Digital Twins) הם מודלים וירטואליים מפורטים של מערכות סייבר-פיזיות מורכבות כמו אלו המשמשות עבור לוגיסטיקה פנים ארגונית. תאומים דיגיטליים (Digital Twins) נוצרים על ידי שימוש בנתונים ממקורות שונים, כולל חיישנים במפעל, דגמי תכנון בעזרת מחשב (תב"ם) של המפעל, משוב מחיישנים על ציוד הפועל במפעל, וכו'. הם משמשים לספק סימולציות זמן-אמת של המחסן או תפעול המפעל כדי לעזור למטב תהליכים ולאתר בעיות פוטנציאליות לפני שהן מתעוררות (איור 3‏). שרשור דיגיטלי (Digital Thread) מלווה את התאום הדיגיטלי (Digital Twin) וכולל את כל ההיסטוריה של כל הפעילויות בתאום הדיגיטלי (Digital Twin) לאורך כל חיי פעולתו.

איור 3‏: תאום דיגיטלי (Digital Twin) (שמאל) יכול לספק סימולציות זמן-אמת כדי לתמוך בתפוקה גבוהה יותר במפעלי Industry 4.0‏. (מקור תמונה: Getty Images‏)

תאומים דיגיטליים (Digital Twins) ושרשורים דיגיטליים (Digital Threads) בלוגיסטיקה פנים ארגונית נמצאים בשלבים מוקדמים של פיתוח. פעולות נצפות הן חשובות למערכות לוגיסטיות פנים ארגוניות יעילות. רובוטים AMR, רכבי AGV‏ ורובוטים פועלים עם רמות גבוהות של יכולת חיזוי וחזרתיות, והשימוש בהם ב-Industry 4.0‏ יכול לפשט את השימוש בטכנולוגיית תאום דיגיטלי (Digital Twin). הכללתם בתאום הדיגיטלי (Digital Twin) תומכת במיטוב וניהול ציים במפעל ומאפשרת תחזוקה מונעת עם השפעה מינימלית על יעילויות תפעוליות.

תאומים דיגיטליים (Digital Twins) נתמכים על ידי כמויות גדולות של נתוני זמן-אמת, כולל תנאים סביבתיים כמו גם נתונים פונקציונליים ותפעוליים אודות מצב המכונות והתהליכים. התאום הדיגיטלי (Digital Twin) משתמש בנתונים כדי לבצע סימולציה של המערכות האקטואליות ולחזות את התנאים של מכונות שלמות ורכיבים בודדים כמו חבילות הסוללה ברכבי AGV ורובוטים AMR כדי למטב את ביצועיהם.

ככל שהסימולציה של התאום דיגיטלי (Digital Twin) קרובה יותר לעולם האמיתי, כך גדולים יותר היתרונות. מערכת לוגיסטיקה פנים ארגונית בדרך כלל משלבת מערכות אוטומטיות עם בני אדם. הכללת פעילויות אדם בתאום הדיגיטלי (Digital Twin) יכולה להגדיל עוד יותר את הדיוק של הסימולציות ואת היתרונות של לוגיסטיקה פנים ארגונית. השילוב של לוגיסטיקה פנים ארגונית, תאומים דיגיטליים (Digital Twins) ושרשורים דיגיטליים (Digital Threads) עם בינה מלאכותית ולמידת מכונה צפויים להיות אלמנטים חשובים התומכים בהופעתם של מפעלים ומחסנים Industry 4.0 אוטומטיים לחלוטין.

סיכום

לוגיסטיקה פנים ארגונית (Intra logistics) היא השינוע של חומרים במתקן‏ תעשייתי כמו מחסן או מפעל. רכבי AGV‏ ורובוטים AMR הם כלים חשובים המשמשים לאוטומציה ולהאצת זרימת החומרים. בעוד לשניהם יש יתרונות וחסרונות, רובוטים AMR הם מתאימים יותר עבור שימוש ביישומי Industry 4.0‏. כשמשולבת עם תאומים דיגיטליים (Digital Twins),‏ AI ו-ML‏, לוגיסטיקה פנים ארגונית יכולה לתמוך בפיתוח של מפעלים ומחסנים אוטומטיים לחלוטין.