Systemy śledzenia i identyfikacji towaru w intralogistyce

Przemieszczanie produktów systemami transportu wewnętrznego to bardzo wymagające zadanie, szczególnie gdy rodzajów transportowanego towaru są dziesiątki, a wydajność danego sytemu musi być jak największa. Systemy do śledzenia pozycji i identyfikacji przemieszczanego towaru to niejako poszczególne zmysły inteligentnego organizmu, jakim jest magazyn czy system intralogistyczny. Sieć komunikacji cyfrowej można porównać do sprawnie działającego układu nerwowego. W tym artykule odpowiemy na pytanie, czy rozwiązania takie jak RFID, RTLS, Wireless Profinet czy RCoax są niezbędne w nowoczesnym zakładzie produkcyjnym i magazynie.  

Gdzie jest mój towar?

Za wprawianie przemieszczanego towaru w ruch odpowiadają napędy elektryczne, natomiast system RTLS odpowiada za lokalizowanie towarów czy swobodnie przemieszczających się pojazdów w systemach intralogistycznych.

Simatic RTLS (Real-Time Locating System) jest kluczowym elementem infrastruktury fabryk przyszłości. Aby inteligentne rozwiązania, takie jak mobilne roboty, sterowane automatycznie pojazdy (AGV) czy samoadoptujące się oprogramowanie, mogły autonomicznie reagować na zaistniałą sytuację, muszą wiedzieć, co gdzie i kiedy się znajduje. System dostarcza tych informacji. Z powtarzalną dokładnością do centymetrów lokalizuje wskazane obiekty i w czasie rzeczywistym udostępnia te informacje do nadrzędnych systemów sterowania.

Simatic RTLS umożliwia stworzenie cyfrowego bliźniaka wszystkich procesów w fabryce, począwszy od dostawy, przez procesy obróbki, aż po montaż końcowy i wysyłkę. Odpowiednie obiekty, jak np. produkty, narzędzia, roboty czy wózki transportowe, wyposażane są w znaczniki RTLS. Sygnały wysyłane przez znaczniki/transpondery są odbierane przez infrastrukturę systemu RTLS i na tej podstawie wyznaczane są pozycje oznaczonych obiektów, a następnie przekazywane do inteligentnych systemów zarzadzania automatyką i logistyką oraz stanowisk produkcyjnych.

Lokalizowanie z dokładnością do centymetrów

Simatic RTLS do bezprzewodowej komunikacji ze znacznikami wykorzystuje technologię ultraszerokopasmową (UWB). Korzystanie z pasm o szerokości 500 MHz w zakresie częstotliwości od 3 do 7 GHz zapobiega ryzyku interferencji z innymi systemami, co w rezultacie pozwala na precyzyjną lokalizację obiektów z dokładnością do kilkunastu centymetrów.

Łatwość instalacji systemu oraz jego możliwość ciągłej rozbudowy wraz ze wzrostem stawianych mu wymagań lub powiększaniem się magazynu/hali produkcyjnej/parkingu powoduje, że rozwiązanie to jest atrakcyjne także dla firm będących na początku swojej transformacji w kierunku cyfrowego przedsiębiorstwa. 

RTLS jednoznacznie wyznacza pozycję obiektów, takich jak pojemniki z towarem, co właściwie wyklucza ryzyko zgubienia towaru w rozległej infrastrukturze intralogistyczno-magazynowej. Dodatkowo ciągła analiza pozycji pozwala na wyciąganie wniosków dotyczących obłożenia pojemników/palet czy  optymalizacji ścieżek transportowych, co prowadzi do pełnego wykorzystania magazynu oraz minimalizowania efektu „wąskich gardeł”. Dodatkową korzyścią jest możliwość wyświetlania komunikatów na transponderach pracownikom – transpondery z ePapierem, na którym można wyświetlać dowolne informacje.

Systemy wizyjne, a może RFID?

Trudno sobie wyobrazić, jak mógłby funkcjonować dzisiejszy świat gdyby nie kody kreskowe oraz kody typu datamatrix. Właściwie każdy towar znajdujący się dziś w obiegu handlowym posiada taki kod, a współczesne systemy intralogistyczne nie mogłyby bez nich istnieć. Kody naklejone na przesyłce są jedynie znacznikiem, a systemy identyfikacji optycznej to „zmysł wzroku” automatycznego systemu intralogistycznego, który oprócz odczytu kodów 1D i 2D, odczytu tekstu OCR, rozpoznawania kształtów i orientacji dowolnych obiektów, pozwala na weryfikację jakości oznakowania oraz uzyskanie informacji o pozycji kodu w obszarze kontroli.

Rozszerzeniem „zmysłu wzroku” automatycznego sytemu logistycznego jest system identyfikacji radiowej, Radio Frequency IDentyfication (RFID), który nie wymaga kontaktu wizyjnego i pozwala na identyfikację wielu obiektów jednocześnie. Systemy RFID mają bardzo szerokie spektrum zastosowań w intralogistyce, zaczynając od identyfikacji poszczególnych produktów czy paczek na liniach transportowych, po identyfikację kilkuset produktów znajdujących się w paczkach na spakowanej palecie. System Simatic RF pozwala przechowywać do 64 KB danych w znacznikach oraz odczytywać i zapisywać dane z odległości do 8 m.

Systemy intralogistyczne oraz magazyny są zazwyczaj rozległymi układami, w których występuje wiele ruchomych elementów, takich jak układnice czy roboty AGV. Do pełnej automatyzacji tych układów oraz konieczności sterowania całym magazynem jak jednym spójnym systemem wymagany jest niezawodny protokół wymiany danych pomiędzy poszczególnymi urządzeniami – takim protokołem niewątpliwie jest Profinet. Do zapewnienia najwyższej jakości połączeń w sieci Profinet konieczne są przemysłowe, odporne na zakłócenia urządzenia.

W układach mechanicznych, gdzie elementy przemieszczają się po wyznaczonej ścieżce (np. system transportu zawieszkowego, układnice), system może wykorzystywać anteny typu RCoax umieszczone wzdłuż trasy przejazdu. RCoax zapewnia bezprzewodową wymianę danych na krótkim dystansie pomiędzy przewodem poprowadzonym wzdłuż trasy przejazdu a anteną umieszczoną bezpośrednio na ruchomym elemencie. W przypadku robotów mobilnych typu AGV wymiana danych może odbywać się przy pomocy klasycznego bezprzewodowego układu Access Point – Client Module. Niezależnie od wybranej technologii w warstwie fizycznej wymiana danych jest spójna i bazuje na tym samym w standardzie komunikacji Industrial Ethernet / PROFINET. Nawet bardzo rozbudowane układy intralogistyczne mogą swobodnie pracować w tym standardzie. Co ważne, również dane wykorzystywane w układach bezpieczeństwa mogą być przesyłane tą samą siecią.

Liczy się każda milisekunda

W rozbudowanych układach intralogistycznych spóźnienie choćby jednej transportowanej paczki może doprowadzić do dużych problemów z przepustowością całej linii. Przykładem dużego systemu, w którym śledzenie transportowanych paczek z wymagało bardzo szybkiej wymiany danych (na poziomie setnych części sekundy) jest linia w zakładzie Twinings. W sieci Profinet wymiana danych bazująca na standardowym IEEE 802.11 WLAN może nie być wystarczająca ze względu na determinizm czasowy. W układach intralogistycznych, gdzie występują swobodnie przemieszczające się na dużych dystansach urządzenia (przełączanie pomiędzy poszczególnymi punktami dostępowymi), istotne jest utrzymanie deterministycznej wymiany danych. Dzięki funkcjonalności Industrial Point Coordination Function (iPCF) oraz Point Coordination Function Management Channel (iPCF-MC) w Scalance W-700 deterministyczne i szybkie przełączanie pomiędzy poszczególnymi punktami dostępowymi jest zapewnione. Innymi słowy, funkcjonalność iPCF zapewnia, że nie dochodzi do opóźnień w wymianie danych, a tym samym np. roboty AGV mogą swobodnie i pewnie komunikować się z nadrzędnymi systemami sterowania, tym samym zapewniając utrzymanie przepustowości całej linii intralogistycznej.

Komentarze

Visibility – czyli dostępność aktualizowanych informacji o zapasach, przepływach, procesach i ograniczeniach to dziś kluczowy aspekt intralogistyki. Dostępność takich aktualnych i kompletnych informacji zależy nie tylko od systemów śledzenia – równie istotne są możliwości rejestrowania i wykorzystania tych informacji w procesie magazynowania, przygotowania wysyłki i późniejszego śledzenia przesyłek w całym łańcuchu.

Dla systemu zarządzania magazynem podstawowe znaczenie ma rejestrowanie wszystkich nośników, na których składowane są zapasy oraz wszystkich operacji wykonywanych na tych nośnikach i zapasach. Spełnienie tego wymagania warunkuje dostępność kompletnych i aktualnych informacji dla wszystkich interesariuszy – od osób zaangażowanych w procesy magazynowe do kontrahentów oczekujących dostępu do danych umożliwiających prognozowanie dostępności towarów i analizę ryzyk związanych z zakłóceniami w łańcuchu dostaw.

Równie istotne są możliwości śledzenia takich atrybutów jak waga, objętość i wymiary jednostek logistycznych gotowych do wysyłki. Spełnienie tego warunku wymaga integracji w procesie urządzeń do wolumetryki oraz prawidłowego wykorzystania dostępnych dzięki temu danych w trakcie przygotowania wysyłki i załadunku. Dostępność i przejrzystość danych o wysyłanych nośnikach i towarach ma dziś jeszcze jedno – jakże istotne – znaczenie: pozwala na zbudowanie zrównoważonego i wrażliwego społecznie łańcucha dostaw, który spełnia oczekiwania konsumentów w zakresie wpływu na środowisko dziś i sprawiedliwego obciążenia dla przyszłych pokoleń.

System eLocation stosowany przez firmę Luca Logistic Solutions, w zależności od potrzeb, wykorzystuje technologię RTLS (Real-Time Location System) na częstotliwościach radiowych i optycznych, a także iBeacon pracujące w sieci BLE (Bluetototh Low Energy) oraz RFID. Odpowiednio dobrany i zaprojektowany system lokalizacyjny umożliwia optymalizację procesów przepływu materiałów na podstawie danych o lokacji i przepływie oraz automatyczne potwierdzanie wykonania zadań na podstawie lokalizacji materiału, maszyny czy pracownika.  System pozwala na diagnozowanie wąskich gardeł, unikanie równoczesnego kierowania wielu środków transportowych w jedno miejsce, ale także samo pojawienie się towaru, środka transportu, pracownika w miejscu docelowym może wyzwalać kolejne zadania. Dodatkową korzyścią jest dokładna kontrola materiałów, urządzeń i zasobów ludzkich umożliwiająca alarmowanie, raportowanie i analizę zebranych automatycznie danych statystycznych. 

Artykuł ukazał się w czasopiśmie Eurologistics 2/2021.