Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki Avtor Tone Lerher April 2022 Naslov Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki Title Automated Vehicles and Mobile Robots in Intralogistics Avtor Tone Lerher Author (Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo) Recenzija Karl Gotlih Review (Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo) Goran Đukić (Univerza v Zagrebu, Fakulteta za strojništvo in ladjardstvo) Jezikovni pregled Language edeting Nataša Belšak Tehnični urednik Jan Perša Technical editor (Univerza v Mariboru, Univerzitetna založba) Oblikovanje ovitka Jan Perša Cover designer (Univerza v Mariboru, Univerzitetna založba) Grafike na ovitku AMR podjetja Swisslog za podporo procesu komisioniranja blago h komisionarju Cover graphics © Adobe Stock, nakup, 2022 Grafične priloge Graphic material Avtor Založnik Univerza v Mariboru Published by Univerzitetna založba Slomškov trg 15, 2000 Maribor, Slovenija https://press.um.si, zalozba@um.si Izdajatelj Univerza v Mariboru Issued by Fakulteta za strojništvo Smetanova ulica 17, 2000 Maribor, Slovenija https://www.fs.um.si, fs@um.si Izdaja Edition Prva izdaja Izdano Published at Maribor, april 2022 Vrsta publikacije Publication type E-knjiga Dostopno na Available at https://press.um.si/index.php/ump/catalog/book/640 © Univerza v Mariboru, Univerzitetna založba CIP - Kataložni zapis o publikaciji / University of Maribor, University Press Univerzitetna knjižnica Maribor Besedilo / Text © Lerher, 2022 007.52:621.8(075.8) To delo je objavljeno pod licenco Creative Commons Priznanje avtorstva-Nekomercialno-Brez predelav 4.0 Mednarodna. / This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 LERHER, Tone International License. Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki [Elektronski vir] / avtor Tone Uporabnikom je dovoljeno reproduciranje brez predelave avtorskega Lerher. - 1. izd. - Maribor : Univerza v Mariboru, dela, distribuiranje, dajanje v najem in priobčitev javnosti samega Univerzitetna založba, 2022 izvirnega avtorskega dela, in sicer pod pogojem, da navedejo avtorja in da ne gre za komercialno uporabo. Način dostopa (URL): Vsa gradiva tretjih oseb v tej knjigi so objavljena pod licenco Creative https://press.um.si/index.php/ump/catalog/book/640 Commons, razen če to ni navedeno drugače. Če želite ponovno ISBN 978-961-286-582-5 uporabiti gradivo tretjih oseb, ki ni zajeto v licenci Creative Commons, doi: 10.18690/um.fs.3.2022 boste morali pridobiti dovoljenje neposredno od imetnika avtorskih pravic. COBISS.SI-ID 105905155 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ISBN 978-961-286-582-5 (pdf) DOI https://doi.org/10.18690/um.fs.3.2022 Cena prof. dr. Zdravko Kačič, Price Brezplačni izvod Odgovorna oseba založnika For publisher rektor Univerze v Mariboru Citiranje Lerher, T. (2022). Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki. Maribor: Univerzitetna založba. doi: Attribution 10.18690/um.fs.3.2022 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher Kazalo Predgovor ........................................................................................................................................ 1 1 Uvod ................................................................................................................................... 3 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki ............................... 7 2.1 Avtomatsko vodena vozila AGV ......................................................................................................... 8 2.1.1 Navigacija AGV ...................................................................................................................................... 9 2.1.2 Pogon AGV ........................................................................................................................................... 12 2.1.3 Napajanje in zagotavljanje varnosti AGV ......................................................................................... 13 2.1.4 Tehnično-tehnološke izvedbe AGV .................................................................................................. 14 2.2 Avtonomni mobilni roboti AMR ....................................................................................................... 16 2.2.1 AMR za oskrbo proizvodnih delovnih mest .................................................................................... 17 2.2.2 AMR za uporabo v skladiščno-distribucijskih centrih .................................................................... 18 2.2.3 Posebne tehnično-tehnološke izvedbe AMR ................................................................................... 20 3 Avtomatski vozički v intralogistiki....................................................................................23 3.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu .................................................................... 24 3.1.1 Avtomatski voziček za vožnjo v vodoravni smeri ........................................................................... 26 3.1.2 Dvigalo z dvižno mizo za pomik v navpični smeri ......................................................................... 27 3.1.3 Posebne izvedbe SBS/RS glede na gibanje avtomatskih vozičkov ............................................... 28 3.2 Pretočna zmogljivost SBS/RS ............................................................................................................ 34 3.2.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu .................................................................... 35 3.2.2 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu VDI 2692 ................................................. 43 3.2.4 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta I .................................. 52 3.2.5 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta II ................................ 58 3.2.6 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta III ............................... 65 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki ........................................................................75 4.1 AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju« .............................................. 76 4.2 AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu« ............................ 79 4.3 AMR za podporo popolnoma avtomatiziranemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu«. ............................................................................................................................................................ 83 4.3.1 AMR "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics ........................................................................ 83 4.4 Posebne izvedbe AMR za delo v skladiščnem regalu ...................................................................... 85 4.4.1 AMR v sodelovanju s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom ................................................. 85 4.4.2 AMR z robotsko roko za delo v skladiščnem regalu ....................................................................... 89 4.4.3 AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom za delo v skladiščnem regalu ........................... 96 Literatura .................................................................................................................................... 105 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher Pogosteje uporabljene oznake Seznam kratic: AGV – avtomatsko vodena vozila AMR – avtonomni mobilni roboti AS/RS – avtomatizirani regalni skladiščni sistemi AVS/RS – avtomatizirani regalni skladiščni sistemi z avtomatskimi/avtonomnimi vozički SBS/RS – avtomatizirani regalni skladiščni sistemi z avtomatskimi vozički SCAR – avtomatski voziček WLAN – brezžično omrežje LIFT – dvižna miza dvigala DC – dvojni delovni cikel SC – enojni delovni cikel FEM – Evropska federacija za ravnanje z materiali LTN – Laboratorij za transportne naprave, sisteme in logistiko LASOK – Laboratorij za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije SR – regalno skladišče RFID – radiofrekvenčna identifikacija RTLS – sistem lociranja v realnem času TSE – transportno-skladiščna enota Pogosteje uporabljene oznake iii. V/I – vhodno/izhodna (lokacija) VDI – Združenje nemških inženirjev Seznam simbolov: Poglavje 2.1.1 α, β, γ – notranji koti trikotnika a, b, c – stranice trikotnika va – višina na stranico ( a) dc – dolžina stranice ( a) do pravokotnice na točko (A) trikotnika xa, ya – koordinati lokacije AGV v prostoru Poglavje 3.2.1 t( di) – čas v odvisnosti od poti ( i = x, y) d – pot (razdalja) ax – pospešek/pojemek avtomatskega vozička v vodoravni smeri ay – pospešek/pojemek dvižne mize dvigala v navpični smeri H SR – višina regalnega skladišča L SR – dolžina regalnega skladišča m, n – projektni spremenljivki za izbrani etaži skladiščnega regala s, r – projektni spremenljivki za izbrani skladiščni mesti skladiščnega regala Fi( z) – porazdelitvena funkcija ( i = x, y) fi( z) – gostota verjetnosti ( i = x, y) z – projektna spremenljivka k – projektna spremenljivka t P/S – čas za nalaganje/odlaganje zabojčka E(SC)LIFT – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala E(DC)LIFT – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala E(ES)LIFT – pričakovana (povprečna) vrednost časa pomika dvižne mize med V/I-lokacijo in naključno izbrano etažo skladiščnega regala E(TB)LIFT – pričakovana (povprečna) vrednost časa pomika dvižne mize med dvema naključno izbranima etažama skladiščnega regala iv AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. λ(SC)LIFT – pretočna zmogljivost enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala λ(DC)LIFT – pretočna zmogljivost dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala E(SC)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička E(DC)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička E(ES)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost časa vožnje avtomatskega vozička med V/I-lokacijo in naključno izbrano skladiščno lokacijo (v izbrani etaži) skladiščnega regala E(TB)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost časa vožnje avtomatskega vozička med dvema naključno izbranima skladiščnima lokacijama v skladiščnem regalu λ(SC)SCAR – pretočna zmogljivost enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička λ(DC)SCAR – pretočna zmogljivost dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička η – izkoriščenost dvižne mize dvigala/avtomatskih vozičkov τ – pričakovano ozko grlo SBS/RS A – število regalnih hodnikov λ(DC) – sistemska zmogljivost SBS/RS, kadar je A = 1 λ(DC)SBS/RS – celotna sistemska zmogljivost SBS/RS, kadar je A > 1 Poglavje 3.2.2 s 1, y – povprečna dolžina poti dvižne mize dvigala pri enojnem delovnem ciklu s 2, y – povprečna dolžina poti dvižne mize dvigala pri dvojnem delovnem ciklu l 0, y – razdalja med vhodno/izhodno lokacijo in prvo etažo regalnega skladišča ny – število etaž regalnega skladišča ly – višina etaže regalnega skladišča s 1, x – povprečna dolžina poti avtomatskega vozička pri enojnem delovnem ciklu Pogosteje uporabljene oznake v. s 2, x – povprečna dolžina poti avtomatskega vozička pri dvojnem delovnem ciklu l 0, x – razdalja med vhodno/izhodno lokacijo in prvim stolpcem regalnega skladišča nx – število stolpcev regalnega skladišča lx – širina stolpca regalnega skladišča t FE, y – povprečni čas enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala t FD, y – povprečni čas dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala t G, y – konstanten čas za nalaganje/odlaganje zabojčkov z dvižno mizo dvigala t P, y – konstanten čas za pozicioniranje dvižne mize dvigala t FE, x – povprečni čas enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička t FD, x – povprečni čas dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička t G, x – konstanten čas za nalaganje/odlaganje zabojčkov z avtomatskim vozičkom t P, x – konstanten čas za pozicioniranje avtomatskega vozička t SShuttle – kombinirani povprečni čas dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala in avtomatskega vozička λ SShuttle – pretočna urna zmogljivost kombiniranega delovnega cikla dvižne mize dvigala in avtomatskega vozička t W – čakalni čas Poglavje 3.2.3 b – faktor oblike skladiščnega regala A – površina skladiščnega regala 𝐸𝐸(SC MTC 1)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega delovnega cikla, kadar je ( b ≤ 1) 𝐸𝐸(SC MTC 2)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega delovnega cikla, kadar je ( b > 1) 𝜆𝜆(SC)MTC SCAR – pričakovana urna pretočna zmogljivost enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah skladiščnega regala 𝐸𝐸(DC MTC 1)SCAR – pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla, kadar je ( b ≤ 1) 𝐸𝐸(DC MTC 2)SCAR– pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla, kadar je ( b > 1) vi AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 𝜆𝜆(DC)MTC SCAR – pričakovana urna pretočna zmogljivost dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah skladiščnega regala 𝑡𝑡MTC P/S SCAR – čas za nalaganje/odlaganje zabojčka z avtomatskim vozičkom za delo v več etažah Poglavje 3.2.4 tn – povprečni čas vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko za obisk ( n) skladiščnih (komisionirnih) lokacij n – število skladiščnih (komisionirnih) lokacij sn – dolžina poti avtomatskega vozička v skladiščnem regalu 𝑡𝑡𝑥𝑥+ 𝑛𝑛 – delež povprečnega časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko pri procesu komisioniranja 𝑡𝑡𝑥𝑥− 𝑛𝑛 – delež povprečnega časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko pri vračanju vozička (brez ustavljanja) na vzhodno-izhodno lokacijo vx – hitrost avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri ax – pospešek/pojemek avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri L SR – dolžina skladiščnega regala t P/S tote – čas za nalaganje/odlaganje zabojčka z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko t P/S item – čas robotskega komisioniranja artikla z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko T(MC4) – povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska štirih ( n = 4) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala T(MC6) – povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska šestih ( n = 6) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala τ(MC4) – pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska štirih ( n = 4) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala τ(MC6) – pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska šestih ( n = 6) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala Pogosteje uporabljene oznake vii. Poglavje 3.2.5 vx – hitrost avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri ax – pospešek/pojemek avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri n – število skladiščnih (komisionirnih) lokacij sx – dolžina poti avtomatskega vozička v skladiščnem regalu t P/S tote – čas za nalaganje/odlaganje zabojčka z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko t P/S item – čas robotskega komisioniranja artikla z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko T(MC n) – povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala τ(MC n) – pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala T(ES)SCAR – čas vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med V/I-lokacijo in naključno izbrano skladiščno lokacijo v j- ti etaži skladiščnega regala T(TB)SCAR – čas vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med dvema naključno izbranima skladiščnima lokacijama v j-ti etaži skladiščnega regala Poglavje 3.2.6 α – faktor oblike skladiščnega regala β – odvisnost razmerja časa pospeševanja in zaviranja v vodoravni in v navpični smeri L SR – dolžina skladiščnega regala H SR – višina skladiščnega regala Θ – funkcija vx – hitrost avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri ax – pospešek/pojemek avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v vodoravni smeri n – število skladiščnih (komisionirnih) lokacij t P/S tote – čas za nalaganje/odlaganje zabojčka z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko viii AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. t P/S item – čas robotskega komisioniranja artikla z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko 𝐼𝐼1𝑛𝑛 – delež časa ustaljene vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med V/I-lokacijo do prve P(1) od n-tih lokacij razvrščenih po naraščajoči "strategiji x" 𝐵𝐵1𝑛𝑛 – delež časa neustaljene (pospeševanje in pojemanje) vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med V/I- lokacijo do prve P(1) od n-tih lokacij razvrščenih po naraščajoči "strategiji x" 𝐼𝐼𝑖𝑖𝑛𝑛 – delež časa ustaljene vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med dvema zaporednima skladiščnima lokacijama P( i) in P( i + 1) po naraščajoči "strategiji x" 𝐵𝐵𝑖𝑖𝑛𝑛 – delež časa neustaljene vožnje (pospeševanje in pojemanje) avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med dvema zaporednima skladiščnima lokacijama P( i) in P( i + 1) po naraščajoči "strategiji x" E(MC n) – pričakovani (povprečni) čas večkratnega delovnega cikla avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij τ(MC n) – pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher Predgovor Učbenik Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki je namenjen študentom in inženirjem študijskega programa Strojništvo. Vsebina učbenika Avtomatska vozila in mobilni roboti v intralogistiki je podana celovito. Za lažje razumevanje delovanja AGV in AMR v intralogistiki je razlaga dopolnjena s slikovnim gradivom. Za razumevanje podane vsebine učbenika je potrebno osnovno znanje tehnologij transportno-skladiščnih sistemov ter znanje matematike, kinematike in dinamike na ravni univerzitetnega študijskega programa Strojništvo. V uvodnem poglavju so opisana avtomatsko vodena vozila AGV in avtonomni mobilni roboti AMR za uporabo v skladiščno-distribucijskih centrih prihodnosti. Poleg primerov uporabe AGV in AMR v intralogistiki so navedeni primeri uporabe AGV in AMR na drugih področjih logistike. Sledi osrednje poglavje o avtomatskih vozičkih v intralogistiki za podporo procesu komisioniranja "blago h komisionarju" v skladiščnih regalih (ang. Shuttle-based storage and retrieval systems; SBS/RS). Poleg osnovne izvedenke SBS/RS z avtomatskimi vozički so navedene in opisane posebne izvedbe SBS/RS z avtomatskimi vozički, ki se uporabljajo v praksi. Podani so analitični in numerični modeli za določitev pretočne zmogljivosti posamezne izvedenke SBS/RS z avtomatskimi vozički. V zaključku navedenega poglavja so predstavljene in opisane posebne izvedbe SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko, ki so trenutno še v fazi koncipiranja in nadaljnjega razvoja. 2 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Temu sledi poglavje o avtonomnih mobilnih robotih v intralogistiki za podporo procesu komisioniranja "blago h komisionarju" z AMR za transport poličnih regalov do komisionirnih delovnih mest. Prav tako sta navedena hibridni in avtomatizirani sistem za podporo procesu komisioniranja "komisionar k blagu" s posebnimi oblikami AMR. Kot dober in inovativen primer AMR iz prakse sta navedeni komercialni rešitvi AMR "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics (https://fetchrobotics.com/) ter AMR "TORU in SOTO" podjetja Magazino (https://www.magazino.eu/). V zaključku navedenega poglavja so predstavljene in opisane posebne izvedbe AMR z integrirano robotsko roko za delo v skladiščnem regalu, ki so trenutno še v fazi koncipiranja in nadaljnjega razvoja. Na tem mestu bi se zahvalil vsem, ki so kakorkoli pripomogli pri nastanku tega učbenika, še posebej pa recenzentoma prof. dr. Goranu Đukiću s Fakultete za strojništvo in ladjedelništvo Univerze v Zagrebu in prof. dr. Karlu Gotlihu s Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru. Vsem uporabnikom gradiva želim, da bi ga s pridom uporabljali med študijem transportnih sistemov in logistike. AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher 1 Uvod Trend razvoja sodobne intralogistike v različnih industrijskih panogah temelji na razvoju novih tehnologij, uvedbi informacijsko-komunikacijske tehnologije (IKT), koncepta industrijskega interneta stvari (IIoT) in Industrije 4.0 ter vedno večje stopnje avtomatizacije in robotizacije procesov, ki ustvarjajo pogoje za dvig produktivnosti ob uporabi naprednih in okolju prijaznih tehnologij. Slika 1: Vrednost trga e-trgovine v svetu od leta 2014 do 2023 Vir: https://www.statista/ Mnoge investicije v intralogistiki obsegajo področje avtomatiziranih skladiščno-distribucijskih centrov in predvsem robotiziranega notranjega transporta. 4 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Klasična paletna regalna skladišča, posluževana pretežno s transportnimi viličarji, se zaradi naraščajočega trenda uporabe spletne e-trgovine (slika 1) in vedno večjega pričakovanja odjemalcev po hitrosti, zanesljivosti in fleksibilnosti storitev zamenjujejo s sodobnimi skladiščno-distribucijskimi centri. Le-ti v svoje procese integrirajo uporabo robotskih sistemov pri izvajanju procesov skladiščenja in komisioniranja blaga, da lahko v celoti zadostijo hitrosti, zanesljivosti in fleksibilnosti storitev ter pojavu koncepta izrazito majhnih naročil (ang. batch size one). Nedavni napredek avtomatizacije in robotizacije transportno-skladiščne tehnike omogoča uporabo številnih novih tehnologij za povečanje učinkovitosti skladiščnega poslovanja, kot so: avtomatska identifikacija artiklov z uporabo RFID-tehnologije, avtomatsko sledenje toka materiala z uporabo RTLS-tehnologijo, vpeljava umetne inteligence z uporabo računalniškega in strojnega vida, uporaba sodelujočih robotov pri sestavi (kompleksnih) izdelkov, uporaba avtonomnih mobilnih robotov pri procesu komisioniranja blaga, vpeljava koncepta delovnega mesta s sodelujočim robotom (ang. Operator 4.0) itn. Eno izmed pomembnih področij intralogistike predstavljajo avtomatizirana regalna skladišča z avtomatskimi (ang. Shuttle-Based Storage and Retrieval System; SBS/RS) in avtonomnimi vozički (ang. Autonomous Vehicle Storage and Retrieval Systems; AVS/RS) ter robotskimi mobilnimi sistemi (ang. Autonomous Mobile Robots; AMR). Glede na rastoče trende uporabe avtomatizacije in robotizacije v intralogistiki v zadnjih letih se s področjem avtomatizacije in robotizacije procesov ukvarja vedno več strokovne in znanstvene skupnosti; to nakazuje povečanje strokovnih in znanstvenih člankov v obdobju zadnjih petih let, kar je dobro za dvig produktivnosti v gospodarstvu. Načrtovalci in integratorji skladiščnih sistemov ter vodje skladišč so tako soočeni z množico novih tehnik in tehnologij za uporabo v sodobnih skladiščih, kar ima izrazit vpliv na ustrezno izbiro navedenih tehnologij z vidika doseganja maksimalne kapacitete in pretočne zmogljivosti skladišča, maksimalne zanesljivosti in fleksibilnosti skladišča, trajnosti in ergonomije ter nenazadnje stroškovne učinkovitosti skladišča. 1 Uvod 5. Navedene nove tehnologije s poudarkom na avtomatizaciji in robotizaciji skladiščnih procesov predstavljajo vzvod za prodiranje novih znanj/kompetenc v industrijska okolja. Ta znanja so nujna za razvoj pametnih skladišč (ang. Warehouses 4.0) kot osnove sodobne intralogistike v pametnih podjetjih, ki veljajo za novo raziskovalno smer. Le pametna skladišča se bodo lahko povezovala v oskrbovalne verige prihodnosti in kot takšna prispevala k gospodarski rasti, humanemu in človeku prijaznemu delovnemu okolju ter trajnostnemu razvoju gospodarstva. 6 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki Intralogistika s svojimi procesi zagotavlja vodenje toka materiala in informacijskega toka in je podporna dejavnost proizvodnji. Zagotavljanje toka materiala in informacijskega toka, ki sta tipični dinamični dejavnosti, zahteva uporabo tehničnih sredstev in naprav. Dandanes notranji transport kot nosilec toka materiala v veliki večini temelji na transportnih viličarjih ali vlečnih vozilih s prikolicami " milk-run" vlečna kompozicija, ki jih upravlja viličarist. Z namenom avtomatizacije notranjega transporta so se v praksi najprej pojavila avtomatsko vodena vozila, ki jih poznamo po kratici AGV (ang. Automated Guided Vehicles) in delujejo na osnovi tehnologije preddoločene navigacije. V zadnjih letih se AGV zamenjujejo z avtonomnimi mobilnimi roboti, ki so poznani po kratici AMR (ang. Autonomous Mobile Robots). Le-ti delujejo popolnoma avtonomno in za svoje delovanje ne potrebujejo preddoločene navigacije. Obe tehnologiji (AGV in AMR) delujeta avtomatsko in za svoje delovanje ne potrebujeta upravljalca, kar izrazito povečuje učinkovitost intralogistike. 8 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 2.1 Avtomatsko vodena vozila AGV Prva AGV je predstavilo podjetje Buret Electronic že v prejšnjem stoletju, in sicer v letu 1950. V tem obdobju je AGV predstavljal vlečno vozilo, ki je sledilo žici, nameščeni v tleh (slika 2). Slika 2: Začetki uporabe AGV v praksi Vir: Ullrich, 2015 Nadalje so bila AGV kot samostojna vozila v avtomobilski industriji uporabljena v podjetju Volvo v letu 1973. Namesto uporabe tradicionalnih montažnih linij so se pri Volvu odločili za uporabo AGV za transport avtomobilskih karoserij med delovnimi mesti. Takšen način dela je zaposlenim omogočil boljše ergonomske rešitve in večjo fleksibilnost pri delu (slika 3). Slika 3: Uporaba AGV v avtomobilski industriji Vir: Alexandersson, 2016 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 9. Dandanes je uporaba AGV razširjena na veliko različnih industrijskih področjih, od kovinskopredelovalne industrije pa vse do uporabe AGV v bolnišnicah. Za učinkovito delovanje AGV so uporabljene različne tehnološke rešitve za navigacijo, pogon, napajanje in varnostne sisteme. 2.1.1 Navigacija AGV Navigacijo AGV v osnovi delimo na: − preddoločeno navigacijo s fiksnimi potmi za vožnjo AGV (vodenje z žico, vodenje z magnetnim trakom, optično vodenje); − preddoločeno navigacijo brez fiksnih poti za vožnjo AGV (inercialna navigacija, navigacija s sklicevanjem na magnetno točko, laserska navigacija AGV). Preddoločena navigacija s fiksnimi potmi za vožnjo AGV Osnovna navigacija AGV (slika 4a) temelji na sledenju žice, nameščene v tleh. Na AGV je nameščen senzor, ki zajema nizkofrekvenčni signal in tako sledi žici. Sledi navigacija na osnovi magnetnih trakov, nameščenih na tla (slika 4b). Na osnovi senzorja magnetnega polja AGV sledi magnetnim trakovom, nameščenim na tleh. Pri optični navigaciji (slika 4c) AGV z uporabo optičnega senzorja sledi oznakam, ki so nameščene na tleh (slika 5). (a) (b) (c) Slika 4: Preddoločena navigacija s fiksnimi potmi za vožnjo AGV Vir: lasten 10 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 5: Primer uporabe optične navigacije AGV Vir: ©/Adobe Stock Preddoločena navigacija brez fiksnih poti za vožnjo AGV (a) (b) (c) Slika 6: Preddoločena navigacija brez fiksnih poti za vožnjo AGV Vir: lasten Pri inercialni navigaciji AGV (slika 6a) se beležijo pospeški v vseh smereh premikanja AGV, zato AGV ne potrebuje vnaprej začrtane poti v obliki sledilne žice ali traku. Navigacija AGV s sklicevanjem na magnetno točko (slika 6b) vključuje sidranje manjših, primerno razporejenih talnih magnetov. Položaj AGV se izračuna na podlagi predhodno znanega položaja, prevožene razdalje in smeri vožnje AGV. Magnetni senzorji na AGV zaznajo zasidrane magnete in na podlagi jakosti polja izračunajo absolutni položaj AGV. Laserska navigacija AGV (slika 6c) je najsodobnejša tehnološka rešitev "proste" navigacije. Vrteči se laserski skener na AGV določa položaj z natančnim merjenjem kotov in razdalj 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 11. glede na reflektorje, nameščene na stenah in stebrih proizvodnega ali skladiščnega objekta. Laserska navigacija AGV omogoča natančno merjenje na razmeroma velikih razdaljah. Primer laserske navigacije AGV Na podlagi odboja laserskih žarkov iz različnih odsevnikov se z uporabo metode triangulacije določi trenuten položaj AGV. Triangulacija je način določanja lege triangulacijske točke na osnovi trikotniških pravil in dveh točk z znanima koordinatama v prostoru. V trikotniku, kjer poznamo stranico in dva kota, lahko izračunamo še preostali dve stranici in tretji kot, kot je prikazano na sliki 7 in v izrazu 2.6. Poznani so stranica trikotnika ( a) ter notranja kota beta ( β) in gama ( γ). y A α b c va β γ x B dc a C Slika 7: Položaj AGV v prostoru po postopku triangulacije Vir: lasten Pri določitvi lokacije AGV ( xa, ya) po postopku triangulacije izhajamo iz sinusnega izreka (2.1): 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 (2.1) 𝑎𝑎 = 𝑏𝑏 = 𝑐𝑐 Stranica trikotnika ( c) je enaka izrazu (2.2): 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠(𝑠𝑠) ∙ 𝑎𝑎 𝑐𝑐 = (2.2) 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠(𝑠𝑠) Kot alfa (α) je enak izrazu (2.3): 𝑠𝑠 = 180° − 𝑠𝑠 − 𝑠𝑠 (2.3) 12 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Višina na točko A ( va) je enaka izrazu (2.4): 𝑣𝑣𝑎𝑎 = 𝑐𝑐 ∙ 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠 (2.4) Dolžina ( dc) je enaka izrazu (2.5): 𝑑𝑑 2 𝑐𝑐 = �𝑐𝑐2 − 𝑣𝑣𝑎𝑎 (2.5) Če sta koordinati izhodišča ( x = 0) in ( y = 0), potem sta koordinati lokacije AGV ( xa, ya) v prostoru enaki izrazu (2.6): 𝑥𝑥𝑎𝑎 = 𝑥𝑥 + 𝑑𝑑𝑐𝑐 (2.6) 𝑦𝑦𝑎𝑎 = 𝑦𝑦 + 𝑣𝑣𝑎𝑎 V nadaljevanju je prikazan primer uporabe izračuna lokacije AGV ( xa, ya), izdelan v programskem orodju MATLAB (slika 8). Slika 8: Primer izračuna lokacije AGV v MATLAB Vir: lasten 2.1.2 Pogon AGV Pogon AGV je izveden s pogonskimi kolesi. Število pogonskih koles AGV je odvisno od vrste AGV in njegove uporabe. Poleg pogonskih koles imajo AGV še pomožna (podporna) kolesa. Kot je prikazano na sliki 9, je lahko eno pogonsko kolo krmiljeno z dvema pomožnima kolesoma skupaj. Prav tako so v praksi rešitve pogona AGV z dvema 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 13. pogonskima kolesoma, ki omogočata rotacijo za kot 180° ali za kot 360° – skupaj z dvema pomožnima fiksnima kolesoma. Pogonsko kolo Pomožno kolo Slika 9: Primer razporeditve koles na AGV Vir: lasten 2.1.3 Napajanje in zagotavljanje varnosti AGV AGV poganjajo električni motorni sklopi, ki so napajani z litij-ionsko baterijo. Da zagotovimo ustrezno kapaciteto baterije za delovanje AGV obstaja možnost zamenjave baterije ali samodejnega polnjenja baterije, kar se v praksi pogosteje uporablja. Za zagotavljanje varnosti pri transportu AGV so le-ti opremljeni z različnimi tehnološkimi rešitvami, in sicer: − opozorilne luči in zvočni signali, − brezkontaktni laserski skenerji za preprečevanje trka, − varnostni odbijači za preprečevanje trka, − gumb za takojšnjo zaustavitev AGV. 14 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 2.1.4 Tehnično-tehnološke izvedbe AGV V praksi obstajajo različne tehnično-tehnološke izvedbe AGV, in sicer: - AGV kot vlečni voziček (ang. towing AGV) (slika 10); Slika 10: Vlečni AGV Vir: ©/Adobe Stock - tovorni AGV (ang. unit-load AGV) (slika 11); Slika 11: Tovorni AGV Vir: ©/Adobe Stock 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 15. - paletni AGV v obliki vilic (ang. pallet AGV) (slika 12); Slika 12: Paletni AGV v obliki vilic Vir: ©/Adobe Stock - AGV kot regalni viličar (ang. masted AGV) (slika 13); Slika 13: AGV regalni viličar Vir: ©/Adobe Stock 16 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. - AGV kot avtomatski regalni voziček (ang. shut le carrier) (slika 14); Slika 14: AGV kot avtomatski regalni voziček Vir: ©/Adobe Stock - AGV kot kontejnerski voziček (ang. container AGV) (slika 15); Slika 15: AGV kot kontejnerski voziček Vir: ©/Adobe Stock 2.2 Avtonomni mobilni roboti AMR V zadnjih letih so se na trgu začeli pojavljati napredni avtonomni mobilni roboti, ki odpravljajo slabost preddoločene lokalizacije klasičnih AGV (slika 16). 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 17. Slika 16: Primer uporabe avtonomnih mobilnih robotov v skladišču Vir: ©/Adobe Stock AMR imajo določeno stopnjo inteligence in lahko samostojno sprejemajo odločitve, ko zaidejo v nove ali nepredvidene situacije. AMR na osnovi nameščenih senzorjev (LIDAR, kamera, itd.) zaznavajo okolico in v primeru ovire na poti poiščejo alternativno pot do ciljne lokacije. AMR imajo zmožnost samodejnega lociranja v prostoru in sprejemanja odločitev ter omogočajo kooperativno delovanje v obliki robotskih rojev (ang. Swarm Robotics). Za lokalizacijo se pri AMR pogosto uporablja tehnika, imenovana SLAM (ang. Simultaneous Localization and Mapping), ki je predmet številnih raziskav. Z uporabo SLAM-algoritmov si AMR postopoma izdela konsistentno mapo območja, kjer deluje, hkrati pa tudi določi trenutno lokacijo v tej mapi. AMR avtonomnost odločitev omogočajo napredni algoritmi vodenja, ki temeljijo na uporabi strojnega učenja in umetne inteligence. 2.2.1 AMR za oskrbo proizvodnih delovnih mest Na sliki 17 lahko vidimo posamezne izvedbe AMR, ki se uporabljajo za oskrbo proizvodnih delovnih mest v praksi (Fragapane et al., 2021), in sicer: vlečni AMR (slika 17a), AMR s poličnim regalom (slika 17b), paletni (dvižni) AMR (slika 17c), AMR s tračnim transporterjem (slika 17d), AMR s škarjasto dvižno mizo (slika 17e) in sodelujoči AMR (slika 17f). 18 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. (a) (b) Vlečni AMR AMR s poličnim regalom (ang. anchor/tow/train AMR) (ang. AMR with shelf unit) (c) (d) Paletni (dvižni) AMR AMR s tračnim transporterjem (ang. AMR with lifting equipment) (ang. AMR with conveyor top) (e) (f) AMR s škarjasto dvižno mizo Sodelujoči AMR (ang. AMR with lifting table) (ang. col aborative AMR) Slika 17: Vrste AMR v proizvodnji Vir: lasten 2.2.2 AMR za uporabo v skladiščno-distribucijskih centrih Na sliki 18 lahko vidimo posamezne izvedbe AMR, ki se uporabljajo v skladiščno-distribucijskih centrih (Fragapane et al., 2021), in sicer: AMR za transport poličnih regalov (slika 18a, slika 19), sortirni AMR (slika 18b, slika 20), transportni AMR za podporo procesu ročnega komisioniranja (slika 18c), delovni in transportni AMR za podporo procesu robotskega komisioniranja (slika 18d). 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 19. (a) (b) AMR za transport poličnih regalov Sortirni AMR (ang. orderfulfillment AMR) (ang. sorting AMR) (c) Transportni AMR za podporo procesu ročnega komisioniranja (ang. col aborative fetching AMR) (d) Delovni in transportni AMR za podporo procesu robotskega komisioniranja (ang. picking and fetching AMR) Slika 18: Vrste AMR v skladiščno-distribucijskih centrih Vir: lasten Slika 19: Uporaba AMR za transport poličnih regalov v skladiščno-distribucijskem centru Vir: ©/Adobe Stock 20 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 20: Uporaba sortirnega AMR v skladiščno-distribucijskem centru Vir: ©/Adobe Stock 2.2.3 Posebne tehnično-tehnološke izvedbe AMR V logistiki obstajajo posebne tehnično-tehnološke izvedbe AMR, in sicer: - droni za prenos tovora (slika 21) in spremljanje inventure skladišča (slika 22); Slika 21: Uporaba drona za prenos tovora v skladišču Vir: ©/Adobe Stock 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 21. Slika 22: Uporaba drona za spremljanje inventure skladišča Vir: ©/Adobe Stock - AMR za podporo delovnim procesom v bolnišnicah (slika 23); Slika 23: Uporaba AMR za podporo delovnim procesom v bolnišnicah Vir: ©/Adobe Stock - AMR za podporo delovnim procesom pri pridelavi hrane v kmetijstvu (slika 24); Slika 24: Uporaba AMR za podporo delovnim procesom v kmetijstvu Vir: ©/Adobe Stock 22 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher 3 Avtomatski vozički v intralogistiki V zadnjem desetletju smo priča izrazitemu porastu uporabe avtomatskih vozičkov v intralogistiki. Za potrebe e-trgovine se v praksi skupaj z drugimi sistemi uporablja tehnologija avtomatskih vozičkov (ang. shuttle), ki so nameščeni v posameznih etažah skladiščnega regala. V literaturi in v praksi jih v angleškem jeziku imenujemo Automated Vehicle Storage and Retrieval Systems (AVS/RS) in Shuttle-Based Storage and Retrieval Systems (SBS/RS), kar v slovenskem jeziku pomeni avtomatizirani regalni skladiščni sistemi z avtomatskimi vozički. V nadaljevanju bo za opis navedenih sistemov uporabljena kratica SBS/RS. Slika 24: Uporaba avtomatiziranih skladiščnih sistemov v praksi Vir: https://www.fem-eur.com/ 24 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Glede na raziskavo Evropske federacije za ravnanje z materiali ( European Materials Handling Federation; FEM) lahko na sliki 24 ( shut le for boxes) vidimo, da se je uporaba SBS/RS v praksi v primerjavi z drugimi avtomatiziranimi skladiščnimi sistemi izrazito povečala od leta 2015 naprej, kar potrjuje dejstvo o učinkovitosti uporabe SBS/RS. Koncept uporabe kombiniranega sistema dvigala in avtomatskih vozičkov sega v sedemdeseta leta prejšnjega stoletja, in sicer v obliki tehniških skic in patentnih prijav (slika 25). Čeprav je bil koncept kombiniranega sistema uporabe dvigala in avtomatskih vozičkov sorazmerno dobro razdelan, pa tehnologija v tem času ni bila dovolj razvita za uporabo v praksi. Slika 25: Razvoj koncepta uporabe kombiniranega sistema dvigala in avtomatskih vozičkov v skladiščih Vir: Van Wijngaarden, B. et al., 2015 S strani uporabe strokovne literature je Nemško združenje inženirjev ( Verein Deutscher Ingenieure; VDI) leta 2015 objavilo tehniške smernice "VDI 2692 Blatt 1 - Automated vehicle storage and retrieval systems for small unit loads". Prav tako je leta 2017 Evropska federacija za ravnanje z materiali (FEM) objavila tehniške smernice "FEM 9.860 – Cycle time calculation for automated vehicle storage and retrieval systems". V obeh tehniških smernicah VDI 2692 Blatt 1 in FEM 9.860 so podrobneje predstavljene posamezne komponente SBS/RS in modeli za izračun pretočne zmogljivosti pri različnih pogojih uporabe SBS/RS. 3.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu Avtomatizirani regalni skladiščni sistemi z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu so namenjeni skladiščenju in odpremi manjših transportno-skladiščnih enot (TSE), kot so zaboji in kartoni. Za SBS/RS je značilna delitev transportnega sistema na dvigalo, avtomatske vozičke in jekleno regalno konstrukcijo, kamor odlagamo TSE (slika 26). 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 25. Slika 26: SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu Vir: lasten Dvigala na osnovi dvižne mize zagotavljajo premike TSE v navpični ( y) smeri; TSE se odlagajo v vmesnih zalogovnikih v regalnem skladišču. Avtomatski vozički zagotavljajo uskladiščenje in odpremo TSE v vodoravni ( x) smeri skladiščnega regala. V vsaki etaži skladiščnega regala je nameščen vmesni zalogovnik za sprejem in odpremo TSE ter pripadajoči avtomatki voziček, ki ne zapusti etaže (ang. tier captive system). V primerjavi s klasičnimi avtomatiziranimi regalnimi skladiščnimi sistemi (ang. mini-load Automated Storage and Retrieval System; mini-load AS/RS), ki temeljijo na manipulaciji TSE z regalnim dvigalom, dosegajo SBS/RS večjo pretočno zmogljivost, so bolj prilagodljivi in imajo manjšo porabo električne energije glede na njihovo pretočno zmogljivost (Malmborg, 2002). Ozko grlo SBS/RS predstavljajo dvigala, saj morajo streči več avtomatskim vozičkom, ki so v različnih etažah skladiščnega regala (Lerher et al., 2015). Posledično imajo avtomatski vozički slabši izkoristek, saj večji del svojega delovanja ostanejo v nevtralni poziciji (ang. idle mode). Izkoriščenost avtomatskih vozičkov lahko povečamo z zagotavljanjem večje kapacitete skladišča oz. večjega števila odlagalnih mest v SBS/RS. Regalnemu skladišču lahko povečamo kapaciteto z dodajanjem novih odlagalnih mest v smeri vožnje avtomatskega vozička (smer koordinate x). Veliko boljši izkoristek kapacitete skladišča dobimo s povečanjem skladiščnih (odlagalnih) mest v globino, torej pravokotno glede na smer vožnje avtomatskega vozička (večglobinski SBS/RS). Glavni namen uporabe SBS/RS je doseganje sorazmerno visoke pretočne zmogljivosti (tudi do 1000 zabojčkov/uro z uporabo posebnih izvedb vozičkov in dvigal) v primerjavi z obstoječimi avtomatiziranimi tehnološkimi rešitvami za zabojčke (ang. mini-load AS/RS), ki v osnovi dosegajo veliko manjše pretočne zmogljivosti. 26 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. V primerjavi z regalnim dvigalom pri uporabi v avtomatiziranem regalnem skladiščnem sistemu, kot je mini-load AS/RS, SBS/RS z avtomatskimi vozički poleg visoke pretočne zmogljivosti za svoje delovanje potrošijo tudi veliko manj (električne) energije. Zaradi slednjega je uporaba SBS/RS veliko bolj trajnostna, kar je v današnjih časih vsekakor prednost pri uporabi izbrane tehnologije. 3.1.1 Avtomatski voziček za vožnjo v vodoravni smeri Avtomatski voziček zagotavlja transport TSE po vodilih v izbrani etaži skladiščnega regala v vodoravni ( x) smeri (slika 27a) ter v posebni izvedbi hkrati v vodoravni ( x) in v navpični ( y) smeri (slika 27b). Največja masa TSE naj ne presega 50 kg, medtem ko so mere TSE v naslednjem območju: min. (150 x 200 x 80) mm in maks. (600 x 400 x 250) mm. Hitrost avtomatskega vozička je odvisna od izvedbe SBS/RS in lahko znaša od vx = 1,5 m/s pa vse do vx = 4 m/s. (a) (b) Slika 27: Izvedbi avtomatskega vozička za vožnjo v vodoravni (a) in vožnjo v vodoravni ter pomik v navpični smeri (b) Vir: lasten Ohišje avtomatskega vozička obsega pogonske, nadzorne in kontrolne ter energijske sklope. Številni senzorski sistemi zagotavljajo nadzor avtomatskega vozička, kot npr. za zagotavljanje natančne pozicije in detekcijo skladiščnega mesta. Po navadi senzorji, integrirani v vozičku, in pozicijske oznake v vodilih vozička zagotavljajo natančno pozicioniranje vozička v skladišču. Na splošno ima avtomatski voziček najmanj dva pogonska sklopa, ki skrbita za vožnjo avtomatskega vozička v vodoravni ( x) smeri in za pomik teleskopov pri nalaganju/odlaganju TSE v prečni ( z) smeri. V primeru avtomatskega vozička z integrirano dvižno mizo je potreben dodatni pogonski sklop za pomik v navpični ( y) smeri. V večini primerov se uporabljajo 24-voltni (enosmerni) pogonski sklopi. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 27. Avtomatski vozički so lahko napajani z energijo prek sistema električnih vodnikov, nameščenih v vodila v etažah skladiščnega regala, ali pa z uporabo litij-ionske baterije. Prav tako so lahko vozički opremljeni s tehnologijo procesa rekuperacije energije v kondenzator pri zaviranju vozička. Komunikacija vozička s centralnim kontrolnim sistemom poteka prek brezžičnega omrežja WLAN. 3.1.2 Dvigalo z dvižno mizo za pomik v navpični smeri Dvigalo na vhodu v skladiščni regal s pripadajočo dvižno mizo zagotavlja transport TSE v navpični ( y) smeri do vmesnega zalogovnika izbrane skladiščne etaže. V praksi obstajajo posebne vrste dvigal za premik avtomatskih vozičkov med etažami, kar bo tudi predstavljeno v nadaljevanju. Po navadi je dvigalo ozko grlo v SBS/RS, zato ga je treba ustrezno načrtovati. V odvisnosti od zahtevane pretočne zmogljivosti se v praksi uporablja dvigalo z enojno dvižno mizo (slika 28a). Pri tej rešitvi TSE prihajajo v sistem po desnem valjčnem transporterju, zapuščajo pa ga po levem. V primeru zahtev po večji pretočni zmogljivosti se uporablja sistem dveh neodvisnih dvigal s pripadajočo dvižno mizo (slika 28b). Pri tej rešitvi TSE prihajajo v sistem po desnem valjčnem transporterju, zapuščajo pa ga tudi po desnem valjčnem transporterju. Slednje pomeni, da lahko vsako dvigalo zase deluje kot celota, zato so pretočne zmogljivosti neprimerno večje kot pri dvigalu z enojno dvižno mizo. Hitrost dvižne mize dvigala je odvisna od izvedbe SBS/RS in lahko znaša od vy = 2 m/s pa vse do vy = 5 m/s. 28 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. (a) (b) Slika 28: Izvedbi dvigala za pomik zabojčkov v navpični smeri Vir: lasten Danes se v praksi poleg navedenega SBS/RS z avtomatskimi vozički v vsaki etaži skladiščnega regala (ang. tier-captive SBS/RS) uporabljajo različne variante SBS/RS. V nadaljevanju bodo naštete posamezne izvedbe, ki se uspešno uporabljajo v praksi. 3.1.3 Posebne izvedbe SBS/RS glede na gibanje avtomatskih vozičkov SBS/RS z dodatnim dvigalom za pomik avtomatskih vozičkov med etažami skladiščnega regala Pri tej izvedbi SBS/RS avtomatski voziček ni dodeljen vsaki posamezni etaži skladiščnega regala, kot je prikazano na sliki 26, temveč se lahko z uporabo dvigala premika med etažami. V angleškem jeziku se navedeni sistem imenuje tier-to-tier SBS/RS. Na sliki 29 imamo dve neodvisni dvigali za transport TSE in avtomatskega vozička. Na vhodu v skladišče dvigalo izvaja premik TSE v vmesne zalogovnike skladiščnega regala, medtem ko dvigalo na drugem delu skladišča izvaja premik avtomatskih vozičkov med posameznimi etažami. Tako zmanjšamo število avtomatskih vozičkov na potrebno 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 29. (zahtevano) število, da bo sistem dvigal skupaj z avtomatskimi vozički deloval z maksimalno zmogljivostjo. Sistem je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Dodaten strošek predstavlja dvigalo za pomik avtomatskih vozičkov med etažami, ki pa se lahko kompenzira z manjšim številom potrebnih avtomatskih vozičkov. Slika 29: Izvedba SBS/RS z dodatnim dvigalom za pomik avtomatskih vozičkov med etažami skladiščnega regala Vir: lasten SBS/RS z avtomatskimi vozički za delo v več etažah skladiščnega regala Pri tej izvedbi SBS/RS avtomatski voziček zagotavlja vožnjo v vodoravni ( x) smeri in hkrati omogoča pomik dvižne mize avtomatskega vozička v navpični ( y) smeri (slika 30). V angleškem jeziku se naveden sistem imenuje multi-tier-captive SBS/RS. Tako avtomatski voziček z integrirano dvižno mizo oskrbuje več etaž hkrati, kar vpliva na doseganje večje izkoriščenosti avtomatskega vozička. Na vhodu v skladišče dvigalo izvaja premik TSE v vmesne zalogovnike skladiščnega regala. Tudi pri tej izvedbi SBS/RS zmanjšamo število avtomatskih vozičkov na potrebno (zahtevano) število, da bo sistem deloval z maksimalno zmogljivostjo. Sistem je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Dodaten strošek predstavlja posebna izvedba avtomatskega vozička z integrirano dvižno mizo, ki pa se lahko kompenzira z manjšim številom potrebnih avtomatskih vozičkov. Slika 30: Izvedba SBS/RS z avtomatskimi vozički za delo v več etažah skladiščnega regala Vir: lasten 30 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. SBS/RS z avtomatskimi vozički za vožnjo v vodoravni in prečni smeri skladiščnega regala v izbrani etaži Pri tej izvedbi SBS/RS avtomatski voziček ni dodeljen posameznemu hodniku v etaži skladiščnega regala, temveč se lahko premika med hodniki v prečni ( z) smeri v izbrani etaži (slika 31). V angleškem jeziku se naveden sistem imenuje 3D-level-captive shut le carriers. Tako avtomatski voziček oskrbuje več regalnih hodnikov v izbrani etaži skladiščnega regala, kar vpliva na doseganje večje izkoriščenosti avtomatskega vozička. Na vhodu v skladišče dvigalo izvaja premik TSE v vmesne zalogovnike skladiščnega regala. Tudi pri tej izvedbi SBS/RS zmanjšamo število avtomatskih vozičkov na potrebno (zahtevano) število, da bo sistem deloval z maksimalno zmogljivostjo. Sistem je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Dodaten strošek predstavlja izvedba avtomatskega vozička za transport v vzdolžni ( x) in v prečni ( z) smeri, ki pa se lahko kompenzira z manjšim številom potrebnih avtomatskih vozičkov. Slika 31: SBS/RS z avtomatskimi vozički za vožnjo v vodoravni in prečni smeri skladiščnega regala v izbrani etaži Vir: lasten Transportno-skladiščni sistem Autostore Transportno-skladiščni sistem Autostore podjetja Swisslog (https://www.swisslog.com/) predstavlja posebno obliko skladišča z uporabo avtomatskih vozičkov, ki omogočajo transport v vodoravni ( x) in v prečni ( y) smeri, hkrati pa na osnovi dvižnega mehanizma zagotavljajo premik TSE (dvig/spust) v globino skladiščnega regala (slika 32). 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 31. Sistem Autostore zagotavlja maksimalno izkoriščenost kapacitete skladišča, saj v primerjavi z drugimi izvedbami SBS/RS za svoje delovanje ne potrebuje hodnikov za transport avtomatskih vozičkov. Le-ti so nameščeni na vrhnji ploščadi skladiščnega regala. Sistem Autostore je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Slika 32: Transportno-skladiščni sistem Autostore Vir: lasten Dvižni mehanizem vozička omogoča dvig/spust TSE do 16 odlagalnih mest v globino skladiščnega regala. Če je treba odpremiti TSE, ki so na 16. globini regala, je treba prestaviti 15 TSE, za kar Autostore potrebuje okoli t = 3,5 min. Vsekakor je dolgoročno treba ustrezno planirati odlaganje TSE, da zmanjšamo manipulacijske čase uskladiščenja in odpreme TSE in tako zagotovimo maksimalno pretočno zmogljivost skladišča (slika 33). 32 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 33: Uporaba transportno-skladiščnega sistema Autostore v distribucijskem centru Vir: lasten. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 33. SBS/RS z avtomatskimi vozički za vožnjo v vodoravni in v diagonalni smeri skladiščnega regala Transportno-skladiščni sistem Rack Racer organizacije Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (https://www.iml.fraunhofer.de/) s posebno izvedbo avtomatskega vozička z nagibnim mehanizmom omogoča premikanje avtomatskega vozička v vodoravni (x) in v diagonalni (x, y) smeri (slika 34). Zaradi posebne izvedbe avtomatskega vozička ne potrebujemo dvigala za transport TSE, ki je potreben pri drugih izvedbah SBS/RS. Nagibni mehanizem avtomatskega vozička ima nameščen zobati jermen, ki omogoča premikanje na podpornih točkah v skladiščnem regalu. Sistem Rack Racer je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Glede na sorazmerno manjšo hitrost premikanja avtomatskega vozička je Rack Racer primeren za srednje velike pretočne zmogljivosti skladišča. Slika 34: SBS/RS z avtomatskim vozičkom Rack Racer za vožnjo v vodoravni in v diagonalni smeri skladiščnega regala Vir: lasten SBS/RS z avtomatskimi vozički za vožnjo v vodoravni in v navpični smeri skladiščnega regala Skypod Transportno-skladiščni sistem Skypod podjetja Exotec (https://www.exotec.com/) s posebno izvedbo avtomatskega vozička ima na obeh straneh nameščen poseben pogonski mehanizem za premik v navpični smeri (slika 35). Avtomatski voziček se v regalnem hodniku pred izbranim stolpcem pripne na vodila, nameščena na skladiščnem regalu, kar omogoča premikanje avtomatskega vozička v navpični ( y) smeri. Zaradi posebne izvedbe avtomatskega vozička ne potrebujemo dvigala za transport TSE, ki je potreben pri drugih izvedbah SBS/RS. Sistem Skypod je fleksibilen, kar pomeni, da lahko dodajamo ali odvzemamo avtomatske vozičke glede na zahtevano pretočno zmogljivost. Po izvedbi 34 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. operacije uskladiščenja ali odpreme TSE vozički potujejo do komisionirnega delovnega mesta (primer dobre ergonomske rešitve), kjer se izvede proces komisioniranja. Avtomatski vozički potujejo s hitrostjo tudi do vx = 4 m/s in lahko prenašajo tovor do m = 30 kg. Slika 35: SBS/RS z avtomatskimi vozički za vožnjo v vodoravni in v navpični smeri skladiščnega regala Skypod Vir: lasten 3.2 Pretočna zmogljivost SBS/RS Za določitev pretočne zmogljivosti SBS/RS, merjene v TSE/uro, se v literaturi in v praksi uporabljajo analitični in numerični modeli, ki ponazarjajo delovanje izbranega SBS/RS skladiščnega sistema. Obstajajo različni časovno-odvisni modeli, ki za vožnjo avtomatskih vozičkov in pomika dvižne mize dvigala upoštevajo: ( i) enakomerno hitrostno-časovno odvisnost ( v = konst.) in ( ii) hitrostno-časovno odvisnost, ki poleg enakomerne hitrosti upošteva tudi vpliv pospeševanja in pojemanja ( v ≠ konst.). Poleg predpostavke o izbrani hitrostno-časovni odvisnosti je v veliki večini modelov upoštevana uporaba enakomerne statistične porazdelitve, kjer ima vsaka skladiščna lokacija enako verjetnost, da bo izbrana za proces uskladiščenja ali odpreme TSE. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 35. V nadaljevanju bodo predstavljeni modeli za določitev pretočne zmogljivosti posameznega SBS/RS pri enojnem (SC) in dvojnem (DC) delovnem ciklu avtomatskega vozička in dvižne mize dvigala. 3.2.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu Analitični model za določitev pretočne zmogljivosti SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu (ang. tier-captive SBS/RS) upošteva hitrostno-časovno odvisnost, ki poleg enakomerne hitrosti upošteva tudi vpliv pospeševanja in pojemanja ( v ≠ konst.). Pri izpeljavi pričakovane (povprečne) vrednosti manipulacijskega časa enojnega (SC) in dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskega vozička (SCAR) in dvižne mize dvigala (LIFT) je uporabljen model avtorjev Bozerja in Whita, 1984. V nadaljevanju bodo najprej izpeljani izrazi E(SC)LIFT, E(DC)LIFT, λ(SC)LIFT in λ(DC)LIFT za dvižno mizo dvigala in nato še izrazi E(SC)SCAR, E(DC) SCAR, λ(SC) SCAR in λ(DC)SCAR za avtomatski voziček. Dvižna miza dvigala Enojni delovni cikel Potek enojnega (SC) delovnega cikla dvižne mize dvigala je prikazan in obrazložen na sliki 36. Enojni (SC) delovni cikel se navezuje na pomik dvižne mize od V/I-lokacije do naključno izbrane etaže ( m) skladiščnega regala, kjer se izvrši uskladiščenje ali odprema zabojčka. 3 sE, 2 4 t 0→ s→0tE, 1 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA (V/I lokacija) Pomik dvižne mize dvigala iz CILJNA ETAŽA Nalaganje/odlaganje V/I lokacije na naključno Odlaganje zabojčka v zabojčka izbrano etažo vhodno/izhodni zalogovnik Konstanten čas Spremenljiv čas Konstanten čas 4 Pomik dvižne mize dvigala iz ciljne etaže na V/I lokacijo Spremenljiv čas Slika 36: Potek enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala Vir: lasten 36 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Za primer enojnega delovnega cikla uporabimo porazdelitveno funkcijo F( z) avtorjev Bozerja in Whita, 1984, ki je enaka izrazu (3.2): 𝑧𝑧 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑 𝐹𝐹 𝑦𝑦 𝑦𝑦(𝑧𝑧) = �𝑑𝑑𝑦𝑦 (3.2) 1 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑦𝑦 Gostota verjetnosti fy( z) je enaka izrazu (3.3): 1 𝑑𝑑𝐹𝐹(𝑧𝑧) 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑 𝑓𝑓 𝑦𝑦 𝑦𝑦(𝑧𝑧) = 𝑑𝑑 (3.3) 𝑑𝑑𝑧𝑧 = � 𝑦𝑦 0 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost časa pomika dvižne mize med V/I-lokacijo in naključno izbrano etažo skladiščnega regala je enaka izrazu (3.4): 𝑣𝑣 1 𝑑𝑑𝑦𝑦 1 𝐸𝐸(ES) 𝑦𝑦 LIFT = 𝑎𝑎 + ⋅ � 𝑧𝑧 ⋅ � �𝑑𝑑𝑧𝑧 𝑦𝑦 𝑣𝑣𝑦𝑦 0 𝑑𝑑𝑦𝑦 (3.4) 𝑣𝑣 𝑑𝑑 = 𝑦𝑦 𝑦𝑦 𝑎𝑎 + 𝑦𝑦 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega (SC) delovnega cikla E(SC)LIFT je enaka dvakratniku E(ES)LIFT in dvakratniku časa za nalaganje/odlaganje zabojčka t P/S LIFT in je enaka izrazu (3.5): 𝐸𝐸(SC)LIFT = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 2 ⋅ 𝐸𝐸(ES)LIFT 𝑣𝑣 𝐻𝐻 𝐸𝐸(SC) 𝑦𝑦 SR LIFT = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 2 ⋅ �𝑎𝑎 + � (3.5) 𝑦𝑦 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 𝐸𝐸(SC)LIFT = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 + 𝐻𝐻SR 𝑎𝑎𝑦𝑦 𝑣𝑣𝑦𝑦 Opomba: dy = H SR Pričakovana urna pretočna zmogljivost dvižne mize dvigala pri enojnem delovnem ciklu λ(SC)LIFT je enaka izrazu (3.6): 3600 𝜆𝜆(SC)LIFT = 𝐸𝐸(SC) ⋅ 1 (3.6) LIFT 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 37. Dvojni delovni cikel Potek dvojnega (DC) delovnega cikla dvižne mize dvigala je prikazan in obrazložen na sliki 37. Dvojni (DC) delovni cikel obsega enojni delovni cikel in dodaten čas za pomik dvižne mize med dvema naključno izbranima etažama ( m, n) skladiščnega regala, kjer se izvršita uskladiščenje zabojčka in odprema zabojčka. 3 rE, 4 s→tE, s 5 E, 2 t 0→ r→0 6 t E, 1 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA (V/I lokacija) Pomik dvižne mize dvigala iz CILJNA ETAŽA 1 Nalaganje/odlaganje V/I lokacije na naključno Odlaganje zabojčka v zabojčka izbrano etažo vhodno/izhodni zalogovnik Konstanten čas Spremenljiv čas Konstanten čas 6 5 4 CILJNA ETAŽA 2 Pomik dvižne mize dvigala iz Pomik dvižne mize dvigala iz Nalaganje zabojčka na dvižno ciljne etaže 1 na ciljno etažo ciljne etaže 2 na V/I lokacijo mizo dvigala 2 za odpremo zabojčka Spremenljiv čas Konstanten čas Spremenljiv čas Slika 37: Potek dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala Vir: lasten Ob upoštevanju naključne izbire etaže skladiščnega regala določimo porazdelitveno funkcijo Fy( z) in gostoto verjetnosti fy( z) od zi ( i =1, 2 … n). Za primer dvojnega delovnega cikla uporabimo porazdelitveno funkcijo F( z) avtorjev Bozerja in Whita, 1984, ki je enaka izrazu (3.5): 2𝑧𝑧 𝑧𝑧2 − 𝐹𝐹 2 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑦𝑦 𝑦𝑦(𝑧𝑧) = �𝑑𝑑𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑦𝑦 (3.7) 1 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑦𝑦 Gostota verjetnosti fy( z) je enaka izrazu (3.8): 38 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 2 2𝑧𝑧 𝑑𝑑𝐹𝐹(𝑧𝑧) − 𝑓𝑓 2 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑦𝑦 𝑦𝑦(𝑧𝑧) = 𝑑𝑑 𝑑𝑑 (3.8) 𝑑𝑑𝑧𝑧 = � 𝑦𝑦 𝑦𝑦 0 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost časa pomika dvižne mize med dvema naključno izbranima etažama ( m, n) skladiščnega regala je enaka izrazu (3.9): 𝑣𝑣 1 𝑑𝑑𝑦𝑦 2 2𝑧𝑧 𝐸𝐸(TB) 𝑦𝑦 LIFT = 𝑎𝑎 + ⋅ � 𝑧𝑧 ⋅ � − 2� 𝑑𝑑𝑧𝑧 𝑦𝑦 𝑣𝑣𝑦𝑦 0 𝑑𝑑𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑦𝑦 (3.9) 𝑣𝑣 𝑑𝑑 = 𝑦𝑦 𝑦𝑦 𝑎𝑎 + 𝑦𝑦 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla E(DC) je enaka vsoti E(SC)LIFT in E(TB)LIFT ter štirikratniku časa za nalaganje/odlaganje zabojčka t P/S LIFT in je enaka izrazu (3.10): 𝐸𝐸(DC)LIFT = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 2 ⋅ 𝐸𝐸(ES)LIFT + 𝐸𝐸(TB)LIFT 𝑣𝑣 𝐻𝐻 𝐸𝐸(DC) 𝑦𝑦 SR LIFT = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 2 ⋅ �𝑎𝑎 + � 𝑦𝑦 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 (3.10) 𝑣𝑣 𝐻𝐻 + 𝑦𝑦 SR 𝑎𝑎 + 𝑦𝑦 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 𝑣𝑣 4 𝐻𝐻 𝐸𝐸(DC) 𝑦𝑦 SR LIFT = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S LIFT + 3 ⋅ 𝑎𝑎 + 𝑦𝑦 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑦𝑦 Opomba: dy = H SR Pričakovana urna pretočna zmogljivost dvižne mize pri dvojnem delovnem ciklu λ(DC)LIFT je enaka izrazu (3.11): 3600 𝜆𝜆(DC)LIFT = 𝐸𝐸(DC) ⋅ 2 (3.11) LIFT 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 39. Avtomatski voziček Enojni delovni cikel Potek enojnega (SC) delovnega cikla avtomatskega vozička je prikazan in obrazložen na sliki 38. Enojni (SC) delovni cikel se navezuje na vožnjo avtomatskega vozička od V/I-lokacije do naključno izbranega skladiščnega mesta ( s) skladiščnega regala, kjer se izvrši uskladiščenje ali odprema zabojčka. 2 tEi0→S 1 3 tS→Ei0 4 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA Vožnja avtomatskega vozička iz V/I (V/I zalogovnik izbrane etaže) zalogovnika izbrane etaže na CILJNA LOKACIJA Nalaganje/odlaganje naključno izbrano skladiščno Odlaganje zabojčka v skladiščno zabojčka lokacijo lokacijo Konstanten čas Spremenljiv čas Konstanten čas 4 Vožnja avtomatskega vozička iz ciljne lokacije v V/I zalogovnik izbrane etaže Spremenljiv čas Slika 38: Potek enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička Vir: lasten Čas vožnje avtomatskega vozička tx( z) do zadnjega stolpca skladiščnega regala je enak izrazu (3.12): 𝑣𝑣 𝑧𝑧 𝑡𝑡 𝑥𝑥 𝑥𝑥(𝑧𝑧) = 𝑎𝑎 + 0 < 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑥𝑥 (3.12) 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 Ob upoštevanju naključne izbire skladiščnega mesta v skladiščnem regalu določimo porazdelitveno funkcijo Fx( z) in gostoto verjetnosti fx( z) od zi ( i =1, 2 … n). 40 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Za primer enojnega delovnega cikla uporabimo porazdelitveno funkcijo F( z) avtorjev Bozerja in Whita, 1984, ki je enaka izrazu (3.13): 𝑧𝑧 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑 𝐹𝐹 𝑥𝑥 𝑥𝑥(𝑧𝑧) = �𝑑𝑑𝑥𝑥 (3.13) 1 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑥𝑥 Gostota verjetnosti fx( z) je enaka izrazu (3.14): 𝑑𝑑𝐹𝐹(𝑧𝑧) 1 𝑓𝑓 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑥𝑥(𝑧𝑧) = (3.14) 𝑑𝑑𝑧𝑧 = �𝑑𝑑𝑥𝑥 0 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑥𝑥 Pričakovana (povprečna) vrednost časa vožnje avtomatskega vozička med V/I-lokacijo in naključno izbrano skladiščno lokacijo (v izbrani etaži) skladiščnega regala je enaka izrazu (3.15): 𝑣𝑣 1 𝑑𝑑𝑥𝑥 1 𝐸𝐸(ES) 𝑥𝑥 SCAR = 𝑎𝑎 + ⋅ � 𝑧𝑧 ⋅ � � 𝑑𝑑𝑧𝑧 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 0 𝑑𝑑𝑥𝑥 (3.15) 𝑣𝑣 𝑑𝑑 = 𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑎𝑎 + 𝑥𝑥 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega (SC) delovnega cikla E(SC)SCAR je enaka dvakratniku E(ES)SCAR in dvakratniku časa za nalaganje/odlaganje zabojčka t P/S SCAR in je enaka izrazu (3.16): 𝐸𝐸(SC)SCAR = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 2 ⋅ 𝐸𝐸(ES)SCAR 𝑣𝑣 𝐿𝐿 𝐸𝐸(SC) 𝑥𝑥 SR SCAR = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 2 ⋅ �𝑎𝑎 + � 𝑥𝑥 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 (3.16) 𝑣𝑣 𝐿𝐿 𝐸𝐸(SC) 𝑥𝑥 SR SCAR = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 2 ⋅ 𝑎𝑎 + 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 Opomba: dx = L SR 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 41. Pričakovana urna pretočna zmogljivost avtomatskega vozička pri enojnem delovnem ciklu λ(SC)SCAR je enaka izrazu (3.17): 3600 𝜆𝜆(SC)SCAR = 𝐸𝐸(SC) ⋅ 1 (3.17) SCAR Dvojni delovni cikel Potek dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskega vozička je prikazan in obrazložen na sliki 39. Dvojni (DC) delovni cikel obsega enojni delovni cikel in dodaten čas za vožnjo avtomatskega vozička med dvema naključno izbranima skladiščnima lokacijama ( s, r) skladiščnega regala, kjer se izvršita uskladiščenje zabojčka in odprema zabojčka. 2 tEi0→S 1 3 6 4 5 t t R→Ei0 S→R 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA Vožnja avtomatskega vozička iz (V/I zalogovnik izbrane etaže) V/I zalogovnika izbrane etaže na CILJNA LOKACIJA 1 Nalaganje/odlaganje naključno izbrano skladiščno Odlaganje zabojčka v skladiščno zabojčka lokacijo lokacijo Konstanten čas Spremenljiv čas Konstanten čas 6 5 4 Vožnja avtomatskega vozička iz CILJNA LOKACIJA 2 Vožnja avtomatskega vozička iz ciljne lokacije 2 v V/I Nalaganje zabojčka na avtomatski ciljne lokacije 1 na ciljno lokacijo 2 zalogovnik izbrane etaže voziček za odpremo zabojčka Spremenljiv čas Konstanten čas Spremenljiv čas Slika 39: Potek dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička Vir: lasten Ob upoštevanju naključne izbire skladiščnega mesta v skladiščnem regalu določimo porazdelitveno funkcijo Fx( z) in gostoto verjetnosti fx( z) od zi ( i =1, 2 … n). 42 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Za primer dvojnega delovnega cikla uporabimo porazdelitveno funkcijo F( z) avtorjev Bozerja in Whita, 1984, ki je enaka izrazu (3.18): 2𝑧𝑧 𝑧𝑧2 𝐹𝐹 − 2 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑥𝑥(𝑧𝑧) = �𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑑𝑑 (3.18) 𝑥𝑥 1 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑥𝑥 Gostota verjetnosti fx( z) je enaka izrazu (3.19): 2 2𝑧𝑧 𝑑𝑑𝐹𝐹(𝑧𝑧) − 𝑓𝑓 2 0 ≤ 𝑧𝑧 ≤ 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑥𝑥(𝑧𝑧) = 𝑑𝑑 (3.19) 𝑑𝑑𝑧𝑧 = � 𝑥𝑥 𝑑𝑑𝑥𝑥 0 𝑧𝑧 ≥ 𝑑𝑑𝑥𝑥 Pričakovana (povprečna) vrednost vožnje avtomatskega vozička med dvema naključno izbranima skladiščnima lokacijama v skladiščnem regalu je enaka izrazu (3.20): 𝑣𝑣 1 𝑑𝑑𝑥𝑥 2 2𝑧𝑧 𝐸𝐸(TB) 𝑥𝑥 SCAR = 𝑎𝑎 + ⋅ � 𝑧𝑧 ⋅ � − 2� 𝑑𝑑𝑧𝑧 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 0 𝑑𝑑𝑥𝑥 𝑑𝑑𝑥𝑥 (3.20) 𝑣𝑣 𝑑𝑑 = 𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑎𝑎 + 𝑥𝑥 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla E(DC)SCAR je enaka vsoti E(SC)SCAR in E(TB)SCAR ter štirikratniku časa za nalaganje/odlaganje zabojčka t P/S SCAR in je enaka izrazu (3.20): 𝐸𝐸(DC)SCAR = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 2 ⋅ 𝐸𝐸(ES)SCAR + 𝐸𝐸(TB)SCAR 𝑣𝑣 𝐿𝐿 𝐸𝐸(DC) 𝑥𝑥 SR SCAR = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 2 ⋅ �𝑎𝑎 + � 𝑥𝑥 2 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 (3.20) 𝑣𝑣 𝐿𝐿 + 𝑥𝑥 SR 𝑎𝑎 + 𝑥𝑥 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑣𝑣 4 𝐿𝐿 𝐸𝐸(DC) 𝑥𝑥 SR SCAR = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 3 ⋅ 𝑎𝑎 + 𝑥𝑥 3 ⋅ 𝑣𝑣𝑥𝑥 Opomba: dx = L SR 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 43. Pričakovana urna pretočna zmogljivost avtomatskega vozička pri dvojnem delovnem ciklu λ(DC)SCAR je enaka izrazu (3.21): 3600 𝜆𝜆(DC)SCAR = 𝐸𝐸(DC) ⋅ 2 (3.21) SCAR Sistemska zmogljivost SBS/RS Sistemska zmogljivost SBS/RS je odvisna od zmogljivosti avtomatskih vozičkov ali dvižne mize dvigala. V nadaljevanju bo prikazan primer določitve sistemske zmogljivosti SBS/RS v primeru dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskih vozičkov in dvižne mize dvigala. Izkoriščenost ( η) dvižne mize dvigala/avtomatskih vozičkov je enaka izrazu (3.22): 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑠𝑠(𝜆𝜆(DC) 𝜂𝜂 = SCAR, 𝜆𝜆(DC)LIFT) (3.22) 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥(𝜆𝜆(DC)SCAR, 𝜆𝜆(DC)LIFT) Pričakovano ozko grlo SBS/RS, označeno s ( τ), je enako izrazu (3.23): 𝜏𝜏 = 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥(𝜆𝜆(DC)SCAR, 𝜆𝜆(DC)LIFT) (3.23) Sistemska zmogljivost λ(DC) samostojnega SBS/RS (število regalnih hodnikov A = 1) je enaka izrazu (3.24): 𝜆𝜆(DC) = 𝑚𝑚𝑠𝑠𝑠𝑠(𝜆𝜆(DC)SCAR, 𝜆𝜆(DC)LIFT) (3.24) Celotna sistemska zmogljivost λ(DC)SBS/RS v primeru SBS/RS z večjim številom regalnih hodnikov ( A > 1) je enaka izrazu (3.25): 𝜆𝜆(DC)SBS/RS = 𝐴𝐴 ⋅ 𝜆𝜆(DC) (3.25) 3.2.2 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu VDI 2692 Zaradi naraščajoče uporabe SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu (slika 40) je bilo izdano tehnično priporočilo VDI 2692 Blatt 1. Namen tehničnega priporočila VDI 2692 Blatt 1 je seznaniti strokovno javnost o zgradbi in delovanju SBS/RS in podati dovolj enostaven model za določitev pretočne zmogljivosti SBS/RS skladiščnega sistema. 44 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Legenda: Ebene 1 – prva etaža, Ebene 2 – druga etaža, Ebene 3 – tretja etaža, Ebene ny – n-ta etaža. Slika 40: SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu, definiran po tehničnem priporočilu VDI 2692 Blatt 1 Vir: VDI 2692 Blatt 1, 2015: slika 1, str. 6, System axes Model, predstavljen v tehničnem priporočilu VDI 2692 Blatt 1, upošteva SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu (ang. tier-captive SBS/RS) in hitrostno-časovno odvisnost, ki poleg enakomerne hitrosti upošteva tudi vpliv pospeševanja in pojemanja ( v ≠ konst.) ter enakomerno statistično porazdelitev. Določitev izraza za izračun pretočne zmogljivosti SBS/RS temelji na ločeni obravnavi dvižne mize dvigala in avtomatskega vozička. Model upošteva potek enojnega (SC) delovnega cikla (slika 41a) in dvojnega (DC) delovnega cikla (slika 41b) dvižne mize dvigala ter enojnega (SC) in dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskega vozička (slika 42, slika 43). V nadaljevanju bodo podani izrazi s 1, y, s 2, y, t FE, y in t FD, y za dvižno mizo dvigala in izrazi s 1, x, s 2, x, t FE, x in t FD, x za avtomatski voziček. Prav tako bo podan izraz za kombinirani delovni cikel t SShuttle in izraz za pretočno zmogljivost λ SShuttle kombiniranega delovnega cikla SBS/RS. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 45. (a) (b) Slika 41: Potek enojnega (a) in dvojnega (b) delovnega cikla dvižne mize dvigala po VDI 2692 Vir: VDI 2692 Blatt 1, 2015: slika 6, str. 18, Process sequence for lift in single cycles with single load pick-up (predelava) in slika 7, str. 19, Process sequence for the vehicle lift of one double cycle (predelava) Legenda: "load run" – delovna vožnja avtomatskega vozička in "empty run" – prazna vožnja avtomatskega vozička Slika 42: Potek enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička po VDI 2692 Vir: VDI 2692 Blatt 1, 2015: slika 10, str. 22, Sequence of single and double cycle for the shuttle vehicle 46 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Legenda: "load run" – delovna vožnja avtomatskega vozička in "empty run" – prazna vožnja avtomatskega vozička Slika 43: Potek dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička po VDI 2692 Vir: VDI 2692 Blatt 1, 2015: slika 10, str. 22, Sequence of single and double cycle for the shuttle vehicle Povprečna dolžina poti ( s 1, y) dvižne mize dvigala pri enojnem delovnem ciklu je enaka izrazu (3.26): 1 𝑠𝑠1,𝑦𝑦 = 𝑙𝑙0,𝑦𝑦 + 2�𝑠𝑠𝑦𝑦 − 1� ∙ 𝑙𝑙𝑦𝑦 (3.26) Povprečna dolžina poti ( s 2, y) dvižne mize dvigala pri dvojnem delovnem ciklu je enaka izrazu (3.27): 2 𝑠𝑠2,𝑦𝑦 = 𝑙𝑙0,𝑦𝑦 + 3�𝑠𝑠𝑦𝑦 − 1� ∙ 𝑙𝑙𝑦𝑦 (3.27) Opomba: l 0, y je razdalja med vhodno/izhodno lokacijo in prvo etažo regalnega skladišča, ny je število etaž regalnega skladišča in ly je višina etaže regalnega skladišča. Na podoben način določimo povprečno dolžino poti avtomatskega vozička. Povprečna dolžina poti ( s 1, x) avtomatskega vozička pri enojnem delovnem ciklu je enaka izrazu (3.28): 1 𝑠𝑠1,𝑥𝑥 = 𝑙𝑙0,𝑥𝑥 + ( 2 𝑠𝑠𝑥𝑥 − 1) ∙ 𝑙𝑙𝑥𝑥 (3.28) 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 47. Povprečna dolžina poti ( s 2, x) avtomatskega vozička pri dvojnem delovnem ciklu je enaka izrazu (3.29): 2 𝑠𝑠2,𝑥𝑥 = 𝑙𝑙0,𝑥𝑥 + ( 3 𝑠𝑠𝑥𝑥 − 1) ∙ 𝑙𝑙𝑥𝑥 (3.29) Opomba: l 0, x je razdalja med vhodno/izhodno lokacijo in prvim stolpcem regalnega skladišča, nx je število stolpcev regalnega skladišča in lx je širina stolpca regalnega skladišča. Povprečni čas ( t FE, y) enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala je enak izrazu (3.30): 𝑠𝑠 𝑣𝑣 𝑡𝑡 1,𝑦𝑦 𝑦𝑦 FE,𝑦𝑦 = 2 ∙ � 𝑣𝑣 + � 𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑦𝑦 (3.30) 𝑡𝑡SE,𝑦𝑦 = 𝑡𝑡FE,𝑦𝑦 + 2 ∙ �𝑡𝑡G,𝑦𝑦 + 𝑡𝑡P,𝑦𝑦� Opomba: t FE, y obsega samo čas pomika dvižne mize dvigala, medtem ko t SE, y obsega celoten čas enojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala, vključujoč konstanten čas t G, y za nalaganje/odlaganje zabojčkov in konstanten čas t P, y za pozicioniranje dvižne mize dvigala. Povprečni čas ( t FD, y) dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala je enak izrazu (3.31): 𝑠𝑠 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑡𝑡 2,𝑦𝑦 𝑦𝑦 𝑦𝑦 FD,𝑦𝑦 = 2 ∙ � 𝑣𝑣 + � + 𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑦𝑦 (3.31) 𝑡𝑡SD,𝑦𝑦 = 𝑡𝑡FD,𝑦𝑦 + 2 ∙ 𝑡𝑡G,𝑥𝑥 + 2 ∙ 𝑡𝑡G,𝑦𝑦 + 3 ∙ 𝑡𝑡P,𝑦𝑦 Opomba: t FD, y obsega samo čas pomika dvižne mize dvigala, medtem ko t SD, y obsega celoten čas dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala, vključujoč konstanten čas t G, x in t G, y za nalaganje/odlaganje zabojčkov in konstanten čas t P, y za pozicioniranje dvižne mize dvigala. Povprečni čas ( t FE, x) enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička je enak izrazu (3.32): 𝑠𝑠 𝑣𝑣 𝑡𝑡 1,𝑥𝑥 𝑥𝑥 FE,𝑥𝑥 = 2 ∙ � 𝑣𝑣 + � 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.32) 𝑡𝑡SE,𝑥𝑥 = 𝑡𝑡FE,𝑥𝑥 + 2 ∙ �𝑡𝑡G,𝑥𝑥 + 𝑡𝑡P,𝑥𝑥� Opomba: t FE, x obsega samo čas vožnje avtomatskega vozička, medtem ko t SE, x obsega celoten čas enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička, vključujoč konstanten čas t G, x za nalaganje/odlaganje zabojčkov ter konstanten čas t P, x za pozicioniranje avtomatskega vozička. 48 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Povprečni čas ( t FD, x) dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička je enak izrazu (3.33): 𝑠𝑠 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑡𝑡 2,𝑥𝑥 𝑥𝑥 𝑥𝑥 FD,𝑥𝑥 = 2 ∙ � 𝑣𝑣 + � + 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.33) 𝑡𝑡SD,𝑥𝑥 = 𝑡𝑡FD,𝑥𝑥 + 4 ∙ 𝑡𝑡G,𝑥𝑥 + 3 ∙ 𝑡𝑡P,𝑥𝑥 Opomba: t FD, x obsega samo čas vožnje avtomatskega vozička, medtem ko t FD, x obsega celoten čas enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička, vključujoč konstanten čas t G, x za nalaganje/odlaganje zabojčkov ter konstanten čas t P, x za pozicioniranje avtomatskega vozička. Kombinirani povprečni čas ( t SShuttle) dvojnega delovnega cikla dvižne mize dvigala in avtomatskega vozička je enak izrazu (3.34): 𝑡𝑡SShuttle = 𝑡𝑡FD,𝑥𝑥 + 𝑡𝑡FD,𝑦𝑦 + 4 ∙ 𝑡𝑡G,𝑥𝑥 + 3 (3.34) ∙ �𝑡𝑡P,𝑥𝑥 + 𝑡𝑡P,𝑦𝑦� + 𝑡𝑡W Opomba: t W se navezuje na (morebitni) čakalni čas. Pretočna urna zmogljivost ( λ SShuttle) kombiniranega delovnega cikla dvižne mize dvigala in avtomatskega vozička je enak izrazu (3.35): 3600 𝑠𝑠 𝜆𝜆 DC SShuttle = 𝑡𝑡 � SShuttle uro� (3.35) Opomba: n DC je število dvojnih delovnih ciklov. 3.2.3 SBS/RS z avtomatskimi vozički za delo v več etažah skladiščnega regala Analitični model za določitev pretočne zmogljivosti SBS/RS z avtomatskimi vozički za delo v več etažah skladiščnega regala (ang. multi-tier-captive SBS/RS) upošteva hitrostno- časovno odvisnost, ki poleg enakomerne hitrosti upošteva tudi vpliv pospeševanja in pojemanja ( v ≠ konst.). Pri izpeljavi pričakovane (povprečne) vrednosti manipulacijskega časa enojnega (SC) in dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah skladiščnega regala (SCAR) je uporabljen model avtorja Gudehusa, 1973. Opomba: Izrazi za izračun pričakovane vrednosti manipulacijskega časa enojnega E(SC)LIFT in dvojnega E(DC)LIFT delovnega cikla ter pretočne zmogljivosti dvižne mize dvigala λ(SC)LIFT in λ(DC)LIFT so enaki kot v poglavju 3.2.1 za sistem SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 49. V nadaljevanju bodo najprej izpeljani izrazi 𝐸𝐸(SC)MTC MTC MTC SCAR, 𝐸𝐸(SC)SCAR in 𝜆𝜆(SC)SCAR pri enojnem delovnem ciklu in 𝐸𝐸(DC)MTC MTC MTC SCAR, 𝐸𝐸(DC)SCAR in 𝜆𝜆(DC)SCAR pri dvojnem delovnem ciklu avtomatskega vozička za delo v več etažah. Faktor oblike ( b) je enak izrazu (3.36): 𝐻𝐻 𝑣𝑣 𝑏𝑏 = SR 𝑥𝑥 𝐿𝐿 ⋅ (3.36) SR 𝑣𝑣𝑦𝑦 Površina skladiščnega regala ( A) je enaka izrazu (3.37): 𝐴𝐴 = 𝐻𝐻SR ⋅ 𝐿𝐿 SR= konst. (3.37) Na osnovi modela avtorja Gudehusa, 1973, so določeni izrazi za določitev manipulacijskega časa enojnega (SC) in dvojnega (DC) delovnega cikla ter pretočna zmogljivost. Enojni delovni cikel Potek enojnega (SC) delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah je prikazan in obrazložen na sliki 44. 3 t 2 S→Ei0 4 tEi0→S 1 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA Vožnja avtomatskega vozička in CILJNA LOKACIJA (V/I zalogovnik izbrane etaže) pomik dvižne mize iz V/I (vrstica, stolpec) Nalaganje/odlaganje zalogovnika izbrane etaže na Odlaganje zabojčka v skladiščno zabojčka naključno izbrano skladiščno lokacijo Konstanten čas lokacijo Spremenljiv čas Konstanten čas 4 Vožnja avtomatskega vozička in pomik dvižne mize iz ciljne lokacije v V/I zalogovnik izbrane etaže Spremenljiv čas Slika 44: Potek enojnega delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah skladiščnega regala 50 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Vir: lasten Enojni (SC) delovni cikel se navezuje na vožnjo avtomatskega vozička v vodoravni ( x) smeri in pomik dvižne mize avtomatskega vozička v navpični ( y) smeri od V/I-lokacije do naključno izbrane etaže ( m) in stolpca ( n) skladiščnega regala, kjer se izvrši uskladiščenje ali odprema zabojčka. Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega (SC) delovnega cikla 𝐸𝐸(SC MTC 1)SCAR, kadar je ( b ≤ 1), je enaka izrazu (3.38): 𝐿𝐿 2𝑣𝑣 𝐸𝐸(SC MTC MTC SR 𝑥𝑥 1)SCAR = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣 𝐴𝐴2 ∙ 𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 + 𝑥𝑥 𝐿𝐿2 3 2 (3.38) SR ∙ 𝑎𝑎𝑦𝑦 3𝐿𝐿SR ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣2 − 𝑥𝑥 𝐿𝐿2SR ∙ 𝑎𝑎𝑥𝑥 ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa enojnega (SC) delovnega cikla 𝐸𝐸(SC MTC 2)SCAR, kadar je ( b > 1), je enaka izrazu (3.39): 𝐴𝐴 2𝑣𝑣 𝐸𝐸(SC MTC MTC 𝑦𝑦 2)SCAR = 2 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 𝐿𝐿 + SR ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑦𝑦 (3.39) 𝐿𝐿2 ∙ 𝑣𝑣 𝐿𝐿3 ∙ 𝑣𝑣 𝐿𝐿2 ∙ 𝑣𝑣2 + SR 𝑦𝑦 SR 𝑦𝑦 SR 𝑦𝑦 𝐴𝐴 ∙ 𝑎𝑎 + 2 − 𝑥𝑥 3𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣𝑥𝑥 𝐴𝐴 ∙ 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∙ 𝑣𝑣𝑥𝑥 Pričakovana urna pretočna zmogljivost enojnega (SC) delovnega cikla 𝜆𝜆(SC)MTC SCAR je enaka izrazu (3.40): 3600 𝜆𝜆(SC)MTC SCAR = 𝐸𝐸(SC MTC ⋅ 1 (3.40) 𝑖𝑖)SCAR Opomba: ( i = 1, 2) Dvojni delovni cikel Potek dvojnega (DC) delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah je prikazan in obrazložen na sliki 45. Dvojni (DC) delovni cikel obsega enojni (SC) delovni cikel in dodaten čas za vožnjo avtomatskega vozička za delo v več etažah med dvema 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 51. naključno izbranima skladiščnima lokacijama ( s, r) skladiščnega regala, kjer se izvršita uskladiščenje zabojčka in odprema zabojčka. 3 tEi0→S 4 t 2 S→Ei0 5 tEi0→S 1 6 1 2 3 ZAČETNA LOKACIJA Vožnja avtomatskega vozička in CILJNA LOKACIJA (V/I zalogovnik izbrane etaže) pomik dvižne mize iz V/I (vrstica, stolpec) Nalaganje/odlaganje zalogovnika izbrane etaže na Odlaganje zabojčka v skladiščno zabojčka naključno izbrano skladiščno lokacijo Konstanten čas lokacijo Spremenljiv čas Konstanten čas 6 5 4 Vožnja avtomatskega vozička in CILJNA LOKACIJA 2 Vožnja avtomatskega vozička in pomik dvižne mize iz ciljne Nalaganje zabojčka na avtomatski pomik dvižne mize iz ciljne lokacije 2 v V/I voziček lokacije 1 na ciljno lokacijo 2 za zalogovnik izbrane etaže Konstanten čas odpremo zabojčka Spremenljiv čas Spremenljiv čas Slika 45: Potek dvojnega delovnega cikla avtomatskega vozička za delo v več etažah skladiščnega regala Vir: lasten Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla 𝐸𝐸(DC MTC 1)SCAR, kadar je ( b ≤ 1), je enaka izrazu (3.41): 4𝐿𝐿 3𝑣𝑣 𝐸𝐸(DC MTC MTC SR 𝑥𝑥 1)SCAR = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 3𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 3𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣 𝐴𝐴3 ∙ 𝑣𝑣2 + 𝑥𝑥 − 𝑥𝑥 2𝐿𝐿2 5 3 (3.41) SR ∙ 𝑎𝑎𝑦𝑦 30𝐿𝐿SR ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 𝐴𝐴2 ∙ 𝑣𝑣 3𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣2 + 𝑥𝑥 − 𝑥𝑥 2𝐿𝐿3 2 2 SR ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 2𝐿𝐿SR ∙ 𝑎𝑎𝑥𝑥 ∙ 𝑣𝑣𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost manipulacijskega časa dvojnega (DC) delovnega cikla 𝐸𝐸(DC MTC 2)SCAR, kadar je ( b > 1), je enaka izrazu (3.42): 52 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 4𝐴𝐴 3𝑣𝑣 𝐸𝐸(DC MTC MTC 𝑦𝑦 2)SCAR = 4 ⋅ 𝑡𝑡P/S SCAR + 3𝐿𝐿 + 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑣𝑣𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑦𝑦 2𝐿𝐿2 ∙ 𝑣𝑣 𝐿𝐿5 ∙ 𝑣𝑣2 𝐿𝐿3 ∙ 𝑣𝑣 + SR 𝑦𝑦 SR 𝑦𝑦 SR 𝑦𝑦 (3.42) 2𝐴𝐴 ∙ 𝑎𝑎 − 3 + 2 𝑥𝑥 30𝐴𝐴2 ∙ 𝑣𝑣𝑥𝑥 2𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣𝑥𝑥 3𝐿𝐿2 ∙ 𝑣𝑣2 − SR 𝑦𝑦 2𝐴𝐴 ∙ 𝑎𝑎𝑦𝑦 ∙ 𝑣𝑣𝑥𝑥 Pričakovana urna pretočna zmogljivost dvojnega (DC) delovnega cikla 𝜆𝜆(DC)MTC SCAR je enaka izrazu (3.43): 3600 𝜆𝜆(DC)MTC SCAR = 𝐸𝐸(DC MTC ⋅ 2 (3.43) 𝑖𝑖)SCAR Opomba: ( i = 1, 2) 3.2.4 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta I Za potrebe robotskega komisioniranja se lahko uporabijo posebne izvedbe avtomatskih vozičkov z integrirano robotsko roko (slika 46) za izvedbo procesa robotskega komisioniranja posameznih artiklov v skladiščnem regalu (Lerher, 2018). Slika 46: Avtomatski voziček z integrirano robotsko roko – varianta I Vir: lasten Navedeni skladiščni sistem se razlikuje od klasičnega SBS/RS, kjer avtomatski vozički izvajajo uskladiščenje in odpremo TSE, medtem ko se proces komisioniranja artiklov izvaja na komisionirnih (delovnih) mestih zunaj skladiščnega regala. Glede na naročilo v delovnem nalogu avtomatski voziček izvaja vožnjo v izbrani etaži skladiščnega regala, medtem ko robotska roka izvaja komisioniranje artiklov iz izbranih skladiščnih mest v skladiščnem regalu. Za zagotavljanje neoviranega dostopa robotske roke do izbranega skladiščnega mesta v skladiščnem regalu mora biti višina etaže le-temu prilagojena in dovolj visoka. Slednje ima za posledico sorazmerno veliko praznega prostora med posameznimi etažami in posledično slabšo kapaciteto skladišča. 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 53. Navedenemu se lahko izognemo z uporabo posebne oblike avtomatskega vozička, kar bo navedeno v nadaljevanju, in sicer v poglavjih 3.2.5 in 3.2.6. Zmogljivost SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko je odvisna od števila posameznih voženj avtomatskega vozička za izvedbo naročila posameznega delovnega naloga. Avtomatski voziček se v okviru delovnega cikla premika po regalnem hodniki v vodoravni ( x) smeri v i-ti etaži skladiščnega regala in izvaja proces robotskega komisioniranja. Na zaključku procesa komisioniranja se vrne v izhodiščno lokacijo, kjer odloži komisionirni zabojček z nabranimi artikli, ki je pripravljen za odpremo. V nadaljevanju bo predstavljen analitični model pri enodimenzionalnem načinu komisioniranja v regalnem hodniku avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko z urejenim zaporedjem obiska skladiščnih lokacij delovnega naloga (Ten Hompel et al., 2011). Povprečni čas vožnje (𝑡𝑡𝑛𝑛) avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko za obisk ( n) komisionirnih lokacij je enak izrazu (3.44): 𝑡𝑡 𝑥𝑥+ 𝑥𝑥− 𝑛𝑛 = 𝑡𝑡𝑛𝑛 + 𝑡𝑡𝑛𝑛 (3.44) Izraz (𝑡𝑡𝑥𝑥+ 𝑛𝑛 ) predstavlja delež povprečnega časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko pri procesu komisioniranja in je v odvisnosti od pogoja, ali voziček doseže maksimalno hitrost, enak izrazu (3.45): 2 ⎧ 𝑠𝑠𝑛𝑛 𝑣𝑣 𝑠𝑠 𝑣𝑣 + 𝑠𝑠 𝑥𝑥 , kadar velja 𝑛𝑛 𝑥𝑥 ⎪2𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 2𝑠𝑠 ≥ 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑡𝑡𝑥𝑥+ 𝑛𝑛 = (3.45) ⎨ 𝑠𝑠 2 𝑛𝑛 𝑠𝑠𝑛𝑛 𝑣𝑣𝑥𝑥 ⎪2𝑠𝑠� , kadar velja ⎩ 2𝑠𝑠𝑎𝑎𝑥𝑥 2𝑠𝑠 < 𝑎𝑎𝑥𝑥 Izraz (𝑡𝑡𝑥𝑥− 𝑛𝑛 ) predstavlja delež povprečnega časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko pri vračanju vozička (brez ustavljanja) na vhodno/izhodno lokacijo v i-ti etaži skladiščnega regala in je v odvisnosti od pogoja, ali voziček doseže maksimalno hitrost, enak izrazu (3.46): 54 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 2 ⎧ 𝑠𝑠𝑛𝑛 𝑣𝑣 𝑠𝑠 𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 , kadar velja 𝑛𝑛 𝑥𝑥 ⎪2𝑣𝑣𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 2𝑠𝑠 ≥ 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑡𝑡𝑥𝑥− 𝑛𝑛 = (3.46) ⎨ 𝑠𝑠 2 𝑛𝑛 𝑠𝑠𝑛𝑛 𝑣𝑣𝑥𝑥 ⎪ 2� , kadar velja ⎩ 2𝑎𝑎𝑥𝑥 2𝑠𝑠 < 𝑎𝑎𝑥𝑥 Ob upoštevanju naključne izbire skladiščnega mesta v i-ti etaži skladiščnega regala z uporabo enakomerne statistične porazdelitve, porazdelitvene funkcije Fx( z) in gostote verjetnosti fx( z) od spremenljivke zi ( i =1, 2 … n) je izpeljan izraz za dolžino poti vožnje avtomatskega vozička v skladiščnem regalu (𝑠𝑠𝑛𝑛), ki je enak izrazu (3.47): 𝑠𝑠 𝑠𝑠𝑛𝑛 = 2𝐿𝐿SR ∙ (3.47) 𝑠𝑠 + 1 Ob upoštevanju pogoja (𝑠𝑠 2 𝑛𝑛/2𝑠𝑠 ≥ 𝑣𝑣𝑥𝑥 /𝑎𝑎𝑥𝑥) je povprečni čas vožnje (𝑡𝑡𝑛𝑛) avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko za ( n) komisionirnih lokacij enak izrazu (3.48): 𝑠𝑠 𝐿𝐿 𝑣𝑣 𝑡𝑡 SR 𝑥𝑥 𝑛𝑛 = 2 (3.48) (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑣𝑣 + (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 Za celoten delovni cikel procesa komisioniranja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko je treba prišteti še čas manipulacije z robotsko roko pri procesu robotskega komisioniranja in čas za nalaganje/odlaganje komisionirnega zabojčka pri obisku ( n) skladiščnih lokacij. Pretočna zmogljivost v primeru obiska štirih (n = 4) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala (slika 47) Povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska štirih ( n = 4) skladiščnih lokacij T(MC4) v i-ti etaži skladiščnega regala je enak izrazu (3.49): 𝑠𝑠 𝐿𝐿 𝑣𝑣 𝑇𝑇(MC SR 𝑥𝑥 4) = 2 (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑣𝑣 + (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.49) + 2𝑡𝑡P/S tote + 4𝑡𝑡P/S item 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 55. x2L x1L 2 4 1 3 x1R x2R Slika 47: Primer obiska štirih (n = 4) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala Vir: lasten 56 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska štirih ( n = 4) skladiščnih lokacij τ(MC4) v i-ti etaži skladiščnega regala je enaka izrazu (3.50): 3600 artiklov 𝜏𝜏(MC4) = 𝑇𝑇(MC4)∙ 4� uro � (3.50) Pretočna zmogljivost v primeru obiska šestih (n = 6) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala (slika 48) Povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska šestih ( n = 6) skladiščnih lokacij T(MC6) v i-ti etaži skladiščnega regala je enak izrazu (3.51): 𝑠𝑠 𝐿𝐿 𝑣𝑣 𝑇𝑇(MC SR 𝑥𝑥 6) = 2 (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑣𝑣 + (𝑠𝑠 + 1) ∙ 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.51) + 2𝑡𝑡P/S tote + 6𝑡𝑡P/S item Pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska šestih ( n = 6) skladiščnih lokacij τ(MC6) v i-ti etaži skladiščnega regala je enaka izrazu (3.52): 3600 artiklov 𝜏𝜏(MC6) = 𝑇𝑇(MC6)∙ 6� uro � (3.52) 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 57. x3L x2L x1L 2 4 6 1 3 5 x1R x2R x3R Slika 48: Primer obiska šestih (n = 6) skladiščnih lokacij v i-ti etaži skladiščnega regala Vir: lasten 58 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 3.2.5 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta II Slabost avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante I lahko odpravimo s posebno izvedbo avtomatskega vozička, ki ima hkrati dva pomična mehanizma za manipulacijo komisionirnega in skladiščnega zabojčka (slika 49). Pri procesu komisioniranja pomični mehanizem izvzame iz skladiščne lokacije zabojček, iz katerega nato prelaga artikle v komisionirni zabojček. Z uporabo možnosti manipulacije dveh zabojčkov hkrati na avtomatskem vozičku ni več potrebe po izrazito visokih etažah skladišča, saj se proces komisioniranja z robotsko roko izvaja direktno na avtomatskem vozičku. Slika 49: Avtomatski voziček z integrirano robotsko roko – varianta II Vir: lasten Pri določitvi pretočne zmogljivosti avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II je bil uporabljen model avtorja Vidovics, 1994 (slika 50). Desna stran S1 S2 S3 skladiščnega regala Leva stran V/I R3 R2 R1 skladiščnega regala +x tI/O – S1 tS1 – S2 tS2 – S3 –x tR3 – I/O tR2 – R3 tR1 – R2 Slika 50: Vožnja avtomatskega vozička pri robotskem komisioniranju artiklov v skladiščnem regalu Vir: lasten 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 59. Čas vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko T(ES)SCAR med V/I-lokacijo in naključno izbrano skladiščno lokacijo v j-ti etaži skladiščnega regala je v odvisnosti od pogoja, ali voziček doseže maksimalno hitrost, enak izrazu (3.53): 𝑇𝑇(ES)SCAR 2 ⎧𝑠𝑠𝑥𝑥 𝑣𝑣 𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 , kadar velja pogoj 𝑠𝑠 𝑥𝑥 ⎪𝑣𝑣 𝑥𝑥 > 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.53) = ⎨ 𝑠𝑠 2 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 ⎪ 2� , kadar velja pogoj 𝑠𝑠𝑥𝑥 ≤ ⎩ 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 Opomba: sx = L SR/( j + 1) + dx; j = n/2 Čas vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko T(TB)SCAR med dvema naključno izbranima skladiščnima lokacijama v j-ti etaži skladiščnega regala je v odvisnosti od pogoja, ali voziček doseže maksimalno hitrost, enak izrazu (3.54): 𝑇𝑇(TB)SCAR 2 ⎧𝑠𝑠𝑥𝑥 𝑣𝑣 𝑣𝑣 + 𝑥𝑥 , kadar velja pogoj 𝑠𝑠 𝑥𝑥 ⎪𝑣𝑣 𝑥𝑥 > 𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 (3.54) = ⎨ 𝑠𝑠 2 𝑥𝑥 𝑣𝑣𝑥𝑥 ⎪ 2� , kadar velja pogoj 𝑠𝑠𝑥𝑥 ≤ ⎩ 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑥𝑥 Opomba: sx = L SR/( j + 1); j = n/2 Povprečni čas večkratnega delovnega cikla v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij T(MC n) v j-ti etaži skladiščnega regala je enak izrazu (3.55): 𝑇𝑇(MC𝑛𝑛) = 2𝑇𝑇(ES)SCAR+(𝑠𝑠−1)𝑇𝑇(TB)SCAR (3.55) + 𝑠𝑠�2𝑡𝑡P/S tote + 𝑡𝑡P/S item� Pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij v j-ti etaži skladiščnega regala τ(MC n) je enaka izrazu (3.56): 3600 artiklov 𝜏𝜏(MC𝑛𝑛) = 𝑇𝑇(MC𝑛𝑛) ∙ 𝑠𝑠� uro � (3.56) SBS/RS z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko – varianta II je prikazan na sliki 51. 60 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 51: SBS/RS z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko – varianta II Vir: lasten 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 61. Za določitev pretočne zmogljivosti avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II je bil izdelan program v orodju MATLAB. %*************************Vhodni podatki************************* L = 30 dx = 1.5 vx = 3 ax = 1.2 n = 6 j = n/2 t_p_s = 3.4 t_rob = 10 %**************Rezultat odvisen od dolžine skladišča************** L_komb = 30:10:150 k = size(L_komb,2) %******************Hitrostno časovna odvisnost******************** for l = 1:k L = L_komb(l) for i = 1:2 if (i == 1) sx = L/(j+1)+dx if (sx <= (vx^2)/(ax)) t_sa = 2*(sqrt(sx/ax)) elseif (sx > (vx^2)/(ax)) t_sa = (sx/vx) + (vx/ax) end elseif (i==2) sx = L/(j+1) if (sx <= (vx^2)/(ax)) t_tb = 2*(sqrt(sx/ax)) elseif (sx > (vx^2)/(ax)) t_tb = (sx/vx) + (vx/ax) end end end %*******************Izračun časa delovnega cikla****************** t_mc_n(l) = 2*t_sa + (n-1)*t_tb t_mc_man_n(l) = 2*t_sa + (n-1)*t_tb + n*(2*t_p_s+t_rob) end 62 AVTOMATSKA VOZIL V nadaljevanju bo podrobneje prikazan proces delovanja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II s prikazom slik v 3D-pogledu, ki so bile izdelane v sodelovanju z Laboratorijem za transportne naprave, sisteme in logistiko (LTN) Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru ter Laboratorijem za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Na sliki 52 je prikazan položaj avtomatskih vozičkov z integrirano robotsko roko variante II v skladiščnem regalu. Slika 52: Položaj avtomatskih vozičkov z integrirano robotsko roko variante II v skladiščnem regalu Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Glede na naročilo za komisioniranje artiklov v delovnem nalogu sledita vožnja in pozicioniranje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II do i-tega stolpca v j-ti etaži skladiščnega regala (slika 53). Slika 53: Pozicioniranje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 63. Sledita izvzem skladiščnega zabojčka s pomičnim mehanizmom, nameščenim na avtomatskem vozičku z integrirano robotsko roko variante II, in priprava na proces robotskega komisioniranja (slika 54). Slika 54: Izvzem zabojčka s pomičnim mehanizmom avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala ter priprava na proces robotskega komisioniranja Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Z uporabo robotske roke z ustreznim robotskim prijemalom, ki je nameščena na avtomatskem vozičku, se začne proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček (slike 55, 56, 57). Slika 55: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 1/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 64 AVTOMATSKA VOZIL Slika 56: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 2/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 57: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 3/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Po izvedenem procesu komisioniranja se skladiščni zabojček odloži nazaj na isto skladiščno mesto v skladiščnem regalu (slika 58). Slika 58: Vnos zabojčka s pomičnim mehanizmom avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 65. Sledi vožnja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala (slika 59). Slika 59: Nadaljevanje vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante II na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 3.2.6 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta III Avtomatski voziček z integrirano robotsko roko variante III ima karakteristike avtomatskega vozička variante II z nadgradnjo dvižnega mehanizma, s čimer lahko oskrbuje več etaž hkrati (slika 60). Slika 60: Avtomatski voziček z integrirano robotsko roko – varianta III Vir: lasten SBS/RS z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko – varianta III je prikazan na sliki 61. 66 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 61: SBS/RS z avtomatskim vozičkom z integrirano robotsko roko – varianta III Vir: lasten 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 67. Pri določitvi pretočne zmogljivosti avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta III je bil uporabljen model avtorja Gudehusa, 1973. Faktor oblike (α) skladiščnega regala je enak izrazu (3.57): 𝐻𝐻 𝑣𝑣 α = SR 𝑥𝑥 𝐿𝐿 ⋅ (3.57) SR 𝑣𝑣𝑦𝑦 Kadar je (α < 1), je vrednost funkcije Θ = 1, kadar pa je (α > 1), je vrednost funkcije Θ = 0. Z upoštevanjem odvisnosti razmerja časa pospeševanja in zaviranja v vodoravni ( x) in v navpični ( y) smeri uporabimo naslednji izraz (3.58): 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑠𝑠 = 𝑦𝑦 𝑥𝑥 𝑦𝑦 𝑎𝑎 � − � (3.58) 𝑦𝑦 𝑎𝑎𝑥𝑥 𝑎𝑎𝑦𝑦 Pričakovana (povprečna) vrednost časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko med vhodno in izhodno (V/I) lokacijo do prve P(1) od n-tih lokacij, razvrščenih po naraščajoči strategiji x, je enaka izrazoma (3.59) in (3.60). Delež časa ustaljene vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko je enak izrazu (3.59): 𝐻𝐻 2 𝐼𝐼1 SR 𝑛𝑛 = 2𝑣𝑣 �1 + 𝑦𝑦 (𝑠𝑠 + 1)(𝑠𝑠 + 2) (3.59) 1 ∙ ( 𝑠𝑠2 1 − Θ(1 − 𝑠𝑠)𝑛𝑛+2)� Delež časa neustaljene (pospeševanje in pojemanje) vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko je enak izrazu (3.60): 𝑣𝑣 𝑠𝑠 1 𝐵𝐵1 𝑦𝑦 𝑛𝑛 = ( 𝑎𝑎 �1 + 1 − Θ(1 − 𝑠𝑠)𝑛𝑛+1)� (3.60) 𝑦𝑦 𝑠𝑠 + 1 ∙ 𝑠𝑠 68 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Pričakovana (povprečna) vrednost časa vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko med dvema zaporednima lokacijama P( i) in P( i + 1) po naraščajoči strategiji x je enaka izrazoma (3.61) in (3.62). Delež časa ustaljene vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko je enak izrazu (3.61): 𝐻𝐻 6 𝐼𝐼𝑖𝑖 SR 𝑛𝑛 = 3𝑣𝑣 �1 + 𝑦𝑦 (𝑠𝑠 + 1)(𝑠𝑠 + 2) 1 ∙ (3.61) 𝑠𝑠3 �𝑠𝑠 1 − ( 𝑠𝑠 + 3 1 − Θ(1 − 𝑠𝑠)𝑛𝑛+3)�� Delež časa neustaljene (pospeševanje in pojemanje) vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko je enak izrazu (3.62): 𝑣𝑣 2𝑠𝑠 𝐵𝐵𝑖𝑖 𝑦𝑦 𝑛𝑛 = 𝑎𝑎 �1 + 𝑦𝑦 𝑠𝑠 + 1 1 ∙ (3.62) 𝑠𝑠2 �𝑠𝑠 1 − ( 𝑠𝑠 + 2 1 − Θ(1 − 𝑠𝑠)𝑛𝑛+2)�� Pričakovani (povprečni) čas večkratnega delovnega cikla avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij E(MCn) je enak izrazu (3.63): 𝐸𝐸(MC 1 1 𝑖𝑖 2 𝑛𝑛) = 2(𝐼𝐼𝑛𝑛 + 𝐵𝐵𝑛𝑛) + (𝑠𝑠 − 1)�𝐼𝐼𝑛𝑛 + 𝐵𝐵𝑛𝑛 � (3.63) + 𝑠𝑠�2𝑡𝑡P/S tote + 𝑡𝑡P/S item� Pretočna zmogljivost večkratnega delovnega cikla avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko v primeru obiska n-tih skladiščnih lokacij τ(MCn) je enaka izrazu (3.64): 3600 artiklov 𝜏𝜏(MC𝑛𝑛) = 𝐸𝐸(MC𝑛𝑛) ∙ 𝑠𝑠� uro � (3.64) 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 69. Za določitev pretočne zmogljivosti avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta III je bil izdelan program v orodju MATLAB. %*************************Vhodni podatki************************* L = 30 H = 6 dx = 0 vx = 3 vy = 1.5 ax = 1.2 ay = 1.5 n = 3 j = n/2 %*****************Faktor oblike skladišča************************* alfa = (H*vx)/(L*vy) if alfa < 1 theta = 1 elseif alfa > 1 theta = 0 end beta = (vy/ay)*((vx/ax)-(vy/ay)) %******************Hitrostno časovni model************************ %od začetke točke do vhoda v regalno skladišče im = (1-(theta*power((1-alfa),n+2))) InIO=(H/(2*vy))*(1+((2*im)/((n+1)*(n+2)*alfa*alfa))) im2 = (1-(theta*power((1-alfa),n+1))) BnIO = (vy/ay)*(1+((beta*im2)/((n+1)*alfa))) %vmesne vožnje v regalnem skladišču im3 = (1-(theta*power((1-alfa),n+3))) InM = (H/(3*vy))*(1+(6/((n+1)*(n+2)*power(alfa,3))*(alfa-(im3/(n+3))))) BnM = (vy/ay)*(1+((2*beta)/((n+1)*(alfa*alfa))*(alfa-(im/(n+2))))) Tsum = (InIO+BnIO)*2+InM+BnM %*******************Izračun časa delovnega cikla****************** T0 = InIO+BnIO T1 = InM+BnM TSum = 2*T0+5*T1 70 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. V nadaljevanju bo podrobneje prikazan proces delovanja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II s prikazom slik v 3D-pogledu, ki so bile izdelane v sodelovanju z Laboratorijem za transportne naprave, sisteme in logistiko (LTN) Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru ter Laboratorijem za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Na sliki 62 je prikazan položaj avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III v skladiščnem regalu. Slika 62: Položaj avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III v skladiščnem regalu Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Glede na naročilo za komisioniranje artiklov v delovnem nalogu sledita vožnja in pozicioniranje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III do i-tega stolpca skladiščnega regala (slika 63). Slika 63: Vožnja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III do i-tega stolpca skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 71. Sledi pomik dvižne mize avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III do j-te etaže skladiščnega regala (slika 64). Slika 64: Pomik dvižne mize avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III do j-te etaže skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Nadalje sledita izvzem skladiščnega zabojčka s pomičnim mehanizmom, nameščenim na avtomatskem vozičku z integrirano robotsko roko variante III, in pozicioniranje skladiščnega zabojčka na dvižni mizi (sliki 65, 66). Slika 65: Izvzem zabojčka s pomičnim mehanizmom dvižne mize avtomatskega vozička v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 72 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 66: Pozicioniranje zabojčka na dvižni mizi avtomatskega vozička v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Za izvedbo procesa robotskega komisioniranja je potreben pomik skladiščnega zabojčka na položaj za izvedbo procesa robotskega komisioniranja, kar je prikazano na sliki 67. Slika 67: Pomik zabojčka na dvižni mizi avtomatskega vozička v i-tem stolpcu na položaj za izvedbo procesa robotskega komisioniranja Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Z uporabo robotske roke z ustreznim robotskim prijemalom, ki je nameščena na avtomatskem vozičku, se začne proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček (sliki 68, 69). 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 73. Slika 68: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 1/2 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 69: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 2/2 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Po izvedenem procesu komisioniranja se skladiščni zabojček z uporabo dvižne mize pomakne nazaj v j-to etažo in se odloži nazaj na isto skladiščno mesto v skladiščnem regalu (sliki 70, 71). Slika 70: Pomik zabojčka na dvižni mizi avtomatskega vozička v j-to etažo skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 74 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 71: Vnos zabojčka s pomičnim mehanizmom dvižne mize avtomatskega vozička v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Sledi vožnja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu skladiščnega regala (slika 72). Slika 72: Nadaljevanje vožnje avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko variante III na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki Zaradi naraščajočega deleža e-trgovine se v skladiščno-distribucijskih centrih vedno pogosteje uporabljajo avtonomni mobilni roboti (ang. Autonomous Mobile Robots; AMR), kot je tudi prikazano na sliki 73. 80 72,51 70 67,37 62,23 60 57,1 rs olla 51,96 50 .S. d 46,82 n U 41,68 40 36,54 billio 31,4 e iniz 30 26,27 arket sM 20 10,85 10 5,71 0 2019 2020 2021* 2022* 2023* 2024* 2025* 2026* 2027* 2028* 2029* 2030* Slika 73: Velikost svetovnega trga mobilne robotike v letih 2019 in 2020 z napovedjo za obdobje od 2021 do 2030 Vir: https://www.statista.com/ Avtonomne mobilne robote lahko v osnovi razvrstimo v naslednje skupine: − AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju«; − AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu«; − AMR za podporo popolnoma avtomatiziranemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu«. 76 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. 4.1 AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju« Skladišča, v katerih se uporablja tehnološka rešitev z AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju« ima fiksna delovna (komisionirna) mesta s komisionarji, ki jim artikle dostavljajo mobilni roboti (slika 74) na premičnih poličnih regalih (ang. movable shelf racks). no toes niriois ovno mKomdel Slika 74: Tloris skladišča z AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju« Vir: Lasten Proces komisioniranja z AMR, ki na komisionirna mesta dostavljajo premične polične regale, je izrazito kompleksen in zahteva dobro računalniško podprto storitev za vodenje in usmerjanje AMR in komisionirnih delovnih mest. V skladiščno-distribucijskem centru lahko deluje več deset ali tudi več sto AMR, ki morajo delovati usklajeno glede na zahteve naročil v delovnih nalogih za komisioniranje artiklov (slike 75, 76 in 77). 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 77. Slika 75: Prikaz delovanja AMR za podporo procesu komisioniranja blago h komisionarju Vir: ©/Adobe Stock Slika 76: Prikaz delovanja AMR za podporo procesu komisioniranja blago h komisionarju Vir: ©/Adobe Stock 78 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 77: AMR za podporo procesu komisioniranja blago h komisionarju Vir: ©/Adobe Stock 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 79. Komercialne rešitve za izvajanje procesa komisioniranja blago h komisionarju z uporabo AMR ponujajo različna podjetja, kot so (slika 78): Amazon Robotics (www.amazonrobotics.com), Grenzebach (www.grenzebach.com), Swisslog (www.grenzebach.com) in Scal og (www.scal og.com). Slika 78: Mobilni AMR za izvajanje procesa komisioniranja Vir: Vir: ©/Adobe Stock 4.2 AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu« Za razliko od predhodnega sistema, predstavljenega v poglavju 4.1, v tem sistemu AMR zagotavljajo podporo komisionarjem, ki se premikajo v regalnih hodnikih med poličnimi regali in komisionirajo blago glede na naročilo v delovnem nalogu. Naloga komisionarjev je zgolj manipulacija artiklov iz poličnih regalov na AMR z zabojčki, kamor se odlagajo artikli. Komisionarji so po navadi dodeljeni posamezni (izbrani) coni skladišča, medtem ko lahko AMR zasedajo celotno območje skladišča (slika 79). Sistem je decentraliziran, kar pomeni, da izbrano naročilo delovnega naloga obdela več komisionarjev pri uporabi več AMR. Primer sodelujočega AMR podjetja Locus Robotics (https://locusrobotics.com/) je prikazan na sliki 80. 80 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Vhodno/ izhodna lokacija Slika 79: Tloris skladišča z AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu« Vir: lasten order x125 6y25 Slika 80: Kolaborativni AMR Vir: lastni Pri načrtovanju hibridnega procesa komisioniranju komisionar k blagu z uporabo AMR izhajamo iz naslednjih predpostavk (Boysen et al., 2019): − AMR ne predstavljajo ozkega grla v skladišču. − V skladišču deluje eden ali več komisionarjev, ki so dodeljeni posamezni skladiščni coni. 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 81. Glede na podano: − listo naročil artiklov ( I), − listo skladiščnih (komisionirnih) lokacij ( Pk) naročila ( k) je treba poiskati pot komisionarja med skladiščnimi (komisionirnimi) lokacijami vseh prejetih naročil ( Pk, k ∈ I), da bosta izpolnjena naslednja pogoja (slika 81): − Vsa prejeta naročila so strukturirana v ustreznem vrstnem redu. Vse skladiščne (komisionirne) lokacije ( Pk) obišče komisionar, preden se začne izvajati novo naročilo ( Pm, k in m ∈ I). − Dolžina poti komisionarja naj bo minimirana. Zaporedje izvedbe naročil: 5 3 1 4 2 4 2 Končna lokacija komisionarja pri 5 1 3 izvedbi naročila modre barve Končna lokacija komisionarja pri izvedbi naročila oranžne barve Slika 81: Izbira najkrajše poti glede na podano listo naročila v delovnem nalogu Vir: lasten V laboratoriju za kognitivne sisteme v logistiki na Fakulteti za logistiko Univerze v Mariboru je bil v okviru raziskovalnega dela in diplomskega dela z naslovom "Primerjava klasičnega in conskega komisioniranja s pomočjo avtonomnih vozil" (Marković, 2021) v programu MatLab razvit hibridni model komisioniranja s sodelovanjem AMR. Za potrebe vizualizacije procesa komisioniranja z uporabo AMR je bil uporabljen gradnik "Mobile Robotics Simulation Toolbox" programa MatLab. Na sliki 82 lahko vidimo (poenostavljen) tloris skladišča z dvema prečnima in šestimi regalnimi hodniki. V vsakem regalnem hodniku imamo deset skladiščnih lokacij, in sicer na levi in desni strani regalnega hodnika. Vhodno/izhodna lokacija je nameščena na spodnjem levem robu skladišča. 82 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 82: Tloris skladišča z AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja komisionar k blagu, izdelan v MatLabu Vir: Marković, 2021 V skladišču imamo tri komisionarje, ki so dodeljeni posameznim conam skladišča, in pet AMR, ki so podpora komisionarjem in opravljajo funkcijo transporta artiklov iz skladišča do vhodno/izhodne lokacije. Generiranje naročil v deloven nalogu za vsakega posameznega komisionarja temelji na Poissonovi statistični porazdelitvi. Naročila se izvajajo zaporedno, pri čemer se mora vsako posamezno naročilo prej zaključiti, preden lahko komisionar sprejme v izvajanje novo naročilo. Iskanje najkrajše poti AMR je izvedeno z uporabo teorije grafov in algoritmom, ki poišče najkrajšo pot med dvema točkama (vozliščema) v skladišču (slika 83). 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 83. Slika 83: Tloris skladišča z vozlišči Vir: Marković, 2021 4.3 AMR za podporo popolnoma avtomatiziranemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu«. 4.3.1 AMR "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics Nadgradnja sistema AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu« je uporaba AMR z integrirano robotsko roko za izvedbo manupulacij namesto komisionarja. Na sliki 84 je prikazan primer uporabe tehnološke rešitve podjetja Fetch Robotics (https://locusrobotics.com/), kjer AMR z robotsko roko, imenovan "Fetch" (slika 85a), izvaja manipulacijo artiklov, medtem ko AMR, imenovan "Freight" (slika 85b), omogoča transport artiklov v skladišču. Slika 84: Uporaba sistema "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics Vir: lasten 84 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. a. Fetch b. Freight Slika 85: Sistem "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics Vir: lasten Na sliki 86 lahko vidimo koncept skladišča za robotsko komisioniranje artiklov z uporabo tehnološke rešitve "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics (https://locusrobotics.com/). Vhodno/ izhodna lokacija Slika 86: Koncept uporabe tehnološke rešitve "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics Vir: https://locusrobotics.com/ 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 85. 4.4 Posebne izvedbe AMR za delo v skladiščnem regalu 4.4.1 AMR v sodelovanju s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom AMR v sodelovanju s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom vključuje premično konstrukcijo z dvižnim vrvnim mehanizmom, ki se neodvisno premika v vodoravni ( x) smeri in skrbi za dvig AMR v navpični ( y) smeri (slika 87). AMR ima na obeh straneh poseben teleskopski mehanizem, ki omogoča vpetje na dvižno vrv. Na izbrani lokaciji uskladiščenja ali odpreme zabojčka v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala se AMR dodatno pripne z zatičem v regalno konstrukcijo. Tako se zagotovi dovolj velika togost pri procesu odlaganja in/ali nalaganja zabojčkov. Sistem je fleksibilen, saj lahko poljubno dodajamo pomične dvižne vrvne mehanizme in AMR glede na zahtevano pretočno zmogljivost skladišča (slika 88). Slika 87: Pomični vrvni dvižni mehanizem za dvig AMR Vir: lasten 86 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 88: AMR v sodelovanju s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom Vir: lasten 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 87. V nadaljevanju bo podrobneje prikazan proces delovanja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II s prikazom slik v 3D-pogledu, ki so bile izdelane v sodelovanju z Laboratorijem za transportne naprave, sisteme in logistiko (LTN) Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru ter Laboratorijem za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Na sliki 89 je prikazan položaj AMR v območju pomičnega vrvnega dvižnega mehanizma. Slika 89: Vpetje AMR na pomični dvižni vrvni mehanizem Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Dvižni mehanizem z uporabo vrvi omogoči dvig AMR na izbrano skladiščno lokacijo v i- tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala (slika 90). 88 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 90: Dvig AMR s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Na sliki 91 lahko vidimo detajle (a, b, c in d), kako se AMR pozicionira na izbrani skladiščni lokaciji v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala. (a) (b) (c) (d) Slika 91: Pozicioniranje AMR na izbrani skladiščni lokaciji v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 89. 4.4.2 AMR z robotsko roko za delo v skladiščnem regalu Posebna izvedba AMR z robotsko roko za delo v skladiščnem regalu ima na podstavku AMR nameščena dva pomična mehanizma za manipulacijo in transport dveh zabojčkov, in sicer komisionirnega in skladiščnega zabojčka (slika 92). Slika 92: Koncept AMR z robotsko roko Vir: lasten 90 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 93: AMR z robotsko roko za delo v skladiščnem regalu Vir: lasten 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 91. Namen uporabe posebej komisionirnega in skladiščnega zabojčka je v izrazito majhni višini etaže skladiščnega regala, kar ima za posledico omejitev direktnega dostopa robotske roke do artiklov v skladiščnem zabojčku. Pri procesu komisioniranja pomični mehanizem na AMR izvzame skladiščni zabojček iz skladiščnega mesta v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala. Sledi proces robotskega komisioniranja z robotsko roko oz. proces prelaganja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, ki je nameščen tik ob robotski roki. Po zaključku procesa komisioniranja pomični mehanizem na AMR odloži skladiščni zabojček nazaj na skladiščno mesto v skladiščnem regalu. Sledi vožnja AMR na drugo skladiščno mesto v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala, kjer se ponovi proces robotskega komisioniranja artiklov (slika 93). V nadaljevanju bo podrobneje prikazan proces delovanja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II s prikazom slik v 3D-pogledu, ki so bile izdelane v sodelovanju z Laboratorijem za transportne naprave, sisteme in logistiko (LTN) Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru ter Laboratorijem za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Na sliki 94 je prikazan položaj AMR z robotsko roko na dvižni mizi dvigala pred vhodom v regalno skladišče. Slika 94: Pozicioniranje AMR na dvižni mizi dvigala skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 92 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Glede na naročilo v delovnem nalogu se z uporabo dvižne mize dvigala AMR pomakne v navpični ( y) smeri do j-te etaže skladiščnega regala. Sledi vožnja AMR v vodoravni ( x) smeri do skladiščnega mesta v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala, kjer je v zabojčku zahtevani artikel (slika 95). 3 Slika 95: Dvig AMR na j-to etažo skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Nato zabojček iz skladiščnega mesta izvzame pomični mehanizem, nameščen na AMR (sliki 96 in 97). Slika 96: Vožnja AMR na izbrano skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 93. Slika 97: Izvzem zabojčka s pomičnim mehanizmom AMR v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Sledi proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega zabojčka v komisionirni zabojček, ki je nameščen tik ob robotski roki (slike 98, 99 in 100). Slika 98: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 1/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 94 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Glede na dimenzije AMR in uporabljenih transportnih zabojčkov je treba zagotoviti ustrezen doseg robotske roke skupaj z robotskim prijemalom za učinkovit oprijem artiklov pri procesu robotskega komisioniranja. Slika 99: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 2/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 100: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 3/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 95. Po izvedenem procesu robotskega komisioniranja sledi vnos skladiščnega zabojčka nazaj na isto skladiščno mesto v regalnem skladišču (sliki 101 in 102). Slika 101: Vnos zabojčka s pomičnim mehanizmom AMR v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 102: Nadaljevanje vožnje AMR na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 96 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Enak proces komisioniranja se izvede na naslednjem skladiščnem mestu glede na naročilo artiklov v posameznem delovnem nalogu. 4.4.3 AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom za delo v skladiščnem regalu Posebna izvedba AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom za delo v skladiščnem regalu je sestavljena iz delovnega AMR z robotsko roko za manipulacijo skladiščnih zabojčkov in pomožnega AMR za potrebe transporta komisionirnih zabojčkov. Na obeh AMR sta nameščena pomična mehanizma za manipulacijo zabojčkov (slika 103). Slika 103: AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom Vir: lasten Tudi v tem primeru delovni AMR zagotavlja manupulacijo skladiščnega zabojčka zaradi izrazito majhne višine etaže skladiščnega regala, kar ima za posledico omejitev direktnega dostopa robotske roke do artiklov v skladiščnem zabojčku. Proces robotskega komisioniranja se vedno izvaja v kombinaciji obeh AMR (delovnega in pomožnega). Pri procesu komisioniranja pomični mehanizem na delovnem AMR izvzame skladiščni zabojček iz skladiščnega mesta v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala. Sledi proces robotskega komisioniranja z robotsko roko oz. proces prelaganja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, ki je nameščen na pomožnem AMR. Po zaključku procesa komisioniranja pomični mehanizem na AMR odloži skladiščni zabojček nazaj na skladiščno mesto v skladiščnem regalu. Sledi vožnja AMR na drugo skladiščno mesto v i- tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala, kjer se ponovi proces robotskega komisioniranja artiklov. Po izvedenem procesu komisioniranja lahko pomožni AMR zapusti delovni AMR za odpremo zabojčka z artikli ali pa oba nadaljujeta vožnjo na naslednjo skladiščno lokacijo (slika 104). 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 97. Slika 104: AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom za delo v skladiščnem regalu Vir: lasten 98 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. V nadaljevanju bo podrobneje prikazan proces delovanja avtomatskega vozička z integrirano robotsko roko – varianta II s prikazom slik v 2D- in 3D-pogledu, ki so bile izdelane v sodelovanju z Laboratorijem za transportne naprave, sisteme in logistiko (LTN) Fakultete za strojništvo Univerze v Mariboru ter Laboratorijem za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Na sliki 105 je prikazan položaj delovnega AMR z robotsko roko na dvižni mizi dvigala ter pomožnega AMR pred vhodom v regalno skladišče. Slika 105: Položaj delovnega in pomožnega AMR v skladiščnem regalu Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 99. Sledi pomik dvižne mize z delovnim AMR do prve etaže skladišča, kjer se združita delovni in pomožni AMR (slika 106). Slika 106: Pomik delovnega AMR v prvo etažo skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Glede na naročilo za komisioniranje artiklov v izbranem delovnem nalogu sledi pomik sklopa delovnega in pomožnega AMR v navpični ( y) smeri na j-to etažo skladiščnega regala. Glede na izbrano skladiščno mesto sledi vožnja sklopa delovnega in pomožnega AMR v vodoravni ( x) smeri do i-tega stolpca skladiščnega regala (slike 107, 108 in 109). Slika 107: Združitev delovnega AMR in pomožnega AMR v zaključen sklop delovnega in pomožnega AMR Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 100 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 108: Dvig sklopa delovnega in pomožnega AMR na j-to etažo skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 109: Vožnja sklopa delovnega in pomožnega AMR na izbrano skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Sledita izvzem skladiščnega zabojčka s pomičnim mehanizmom, nameščenim na delovnem AMR, in priprava robotske roke na proces robotskega komisioniranja artiklov (sliki 110 in 111). 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 101. Slika 110: Izvzem skladiščnega zabojčka s pomičnim mehanizmom delovnega AMR v i-tem stolpcu in j- ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 111: Priprava robotske roke na proces robotskega komisioniranja artiklov Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Z uporabo robotske roke z robotskim prijemalom, ki mora zagotavljati ustrezen doseg za odlaganje artiklov v komisionirni zabojček, se izvede proces robotskega komisioniranja (slike 112, 113 in 114). Slika 112: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 1/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 102 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Slika 113: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 2/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Slika 114: Proces robotskega komisioniranja artiklov iz skladiščnega v komisionirni zabojček, 3/3 Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Po izvedenem procesu robotskega komisioniraja se skladiščni zabojček odloži na isto skladiščno mesto v skladiščnem regalu; sledi pozicioniranje robotske roke v položaj za transport sklopa delovnega in pomožnega AMR (sliki 115 in 116). Slika 115: Vnos zabojčka s pomičnim mehanizmom delovnega AMR v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 103. Slika 116: Pozicioniranje robotske roke v položaj za transport sklopa delovnega in pomožnega AMR Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Sledi vožnja sklopa delovnega in pomožnega AMR na naslednjo skladiščno lokacijo, kjer se proces robotskega komisioniranja ponovi (slika 117). Slika 117: Nadaljevanje vožnje sklopa delovnega in pomožnega AMR na naslednjo skladiščno lokacijo v i-tem stolpcu in j-ti etaži skladiščnega regala Vir: LASOK, Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani Po zaključku procesa komisioniranja delovni AMR nadaljuje svoje delo v skladiščnem regalu, medtem ko pomožni AMR dostavi transportni zabojček z artikli na vhodno/izhodno lokacijo skladišča za odpremo. 104 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI T. Lerher Literatura Alexandersson S. (2016) Driverless vehicles – a reality at Volvo already in 1973. https://www.kollmorgen.com/en-us/blogs/_blog-in-motion/articles/samuel-alexandersson/driverless-vehicles-a-reality-at-volvo-already-in-1973/, dostop 21. 6. 2021 Bozer A. Y., White A. J. (1984). Travel-Time Models for Automated Storage and Retrieval Systems, IIE Transactions, vol. 16, no. 4, str. 329–338. FEM 9.860. Cycle time calculation for automated vehicle storage and retrieval systems, 2017. Fragapane, G., De Koster, R., Sgarbossa, F., Strandhagen, J.O. (2021). Planning and control of autonomous mobile robots for intralogistics: Literature review and research agenda, Volume 294, Issue 2, str. 405–426. Gudehus T. Principles of order picking: Operations in Distribution and Warehousing Systems, Essen, Germany, 1973. Kay M. B. Lecture Notes for Production system design, North Carolina State University, USA, 2016. Laboratorij za transportne naprave in sisteme ter nosilne strojne konstrukcije (LASOK), Fakulteta za strojništvo Univerze v Ljubljani, 2021. Slikovno gradivo idejnih konceptov avtomatiziranih in robotiziranih transportno-skladiščnih sistemov AGV in AMR v fazi koncipiranja in nadaljnjega razvoja. Lerher, T., Ekren, B.Y., Dukic, G., Rosi, B. (2015). Travel Time Model for Shuttle-based Storage and Retrieval Systems, Int. J. Adv. Manuf. Tech. , Volume 78 (9–12), str. 1705–1725. Lerher, T. (2018). Shuttle-Based Storage and Retrieval Systems with Robotic Order-Picking Shuttle Carrier. 15th IMHRC Proceedings (Savannah, Georgia. USA – 2018). https://digitalcommons.georgiasouthern.edu/pmhr_2018/7 MATLAB. (2021). version 7.10.0 (R2020a). Natick, Massachusetts: The MathWorks Inc. Malmborg, C.J. (2002). Conceptualizing tools for autonomous vehicle storage and retrieval systems, International Journal of Production Research, Volume 40, Issue (8), str. 1807–1822. Marković, G. Primerjava klasičnega in conskega komisioniranja s pomočjo avtonomnih vozil, diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa, Fakulteta za logistiko UM, 2021. Nils Boysen, N., De Koster, R., Weidinger F. (2019). Warehousing in the e-commerce era: A survey, European Journal of Operational Research, Volume 277, Issue 2, str. 396–411. Ten Hompel, M., Sadowsky, V., Beck, M. Kommissionierung: Materialflusssystems 2 – Planung und Berechnung der Kommissionierung in der Logistik, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. Ullrich G. (2015) The History of Automated Guided Vehicle Systems. In: Automated Guided Vehicle Systems. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-44814-4_1 106 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI. Van Wijngaarden, B., Ketelaars, T. (2014). Shuttles in Warehouse Logistics, Logistik Werkstat Graz 2015, Graz University of Technology, Austria. VDI 2692 Blatt 1. Automated vehicle storage and retrieval systems for smal unit loads, 2015. Vidovics H. Die Systemanalyse und Umschlagleistungen von Regalförderzeugen mit Mehrfachlastaufnahmemit eln, Ph.D. dissertation, Technische Universität Graz, 1994. Spletni viri: Adobe Stock https://stock.adobe.com/, dostop 21. 6. 2021 Amazon Robotics http://www.amazonrobotics.com/, dostop 21. 6. 2021 European materials handling federation https://www.fem-eur.com/, dostop 21. 6. 2021 Exotec https://www.exotec.com/, dostop 21. 6. 2021 Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik https://www.iml.fraunhofer.de/, dostop 21. 6. 2021 Grenzebach https://www.grenzebach.com/, dostop 21. 6. 2021 Kollmorgen https://www.kollmorgen.com/, dostop 21. 6. 2021 Locus Robotics https://locusrobotics.com/, dostop 21. 6. 2021 Magazino https://www.magazino.eu/, dostop 21. 6. 2021 Scallog https://www.scallog.com/, dostop 21. 6. 2021 Statista https://www.statista.com/, dostop 21. 6. 2021 Swisslog https://www.swisslog.com/, dostop 21. 6. 2021 AVTOMATSKA VOZILA IN MOBILNI ROBOTI V INTRALOGISTIKI TONE LERHER Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, Maribor, Slovenija tone.lerher@um.si Povzetek Učbenik obravnava avtomatizacijo in robotizacijo notranjega transporta v intralogistiki, kjer so navedena avtomatsko vodena vozila AGV in avtonomni mobilni roboti AMR. Poleg tehnično-tehnoloških karakteristik AGV in AMR so predstavljene posamezne izvedbe AGV in AMR, ki se uporabljajo širse v logistiki. V učbeniku so posebej obravnavani avtomatski vozički za delo v avtomatiziranih regalnih skladiščnih sistemih in avtonomni mobilni Ključne besede: lntralogistika, roboti za delovanje v skladiščih prihodnosti. Navedeni so temeljni skladišča, analitični in numerični modeli za določitev pretočne zmogljivosti AGV avtomatizacija in robotizacija, in AMR v skladiščnih sistemih. Poleg ze ustaljenih rešitev AGV in AGV in AMR v skladiščih v praksi so predstavljeni novi idejni koncepti AMR, avtomatiziranih in robotiziranih transportno-skladiščnih sistemov idejni koncepti AGV in AMR, ki so trenutno se v fazi koncipiranja in nadaljnjega AGV in razvoja. AMR DOI https://doi.org/10.18690/um.fs.3.2022 ISBN 978-961-286-582-5 Document Outline Predgovor 1 Uvod 2 Avtomatizacija in robotizacija notranjega transporta v intralogistiki 2.1 Avtomatsko vodena vozila AGV 2.1.1 Navigacija AGV 2.1.2 Pogon AGV 2.1.3 Napajanje in zagotavljanje varnosti AGV 2.1.4 Tehnično-tehnološke izvedbe AGV 2.2 Avtonomni mobilni roboti AMR 2.2.1 AMR za oskrbo proizvodnih delovnih mest 2.2.2 AMR za uporabo v skladiščno-distribucijskih centrih 2.2.3 Posebne tehnično-tehnološke izvedbe AMR 3 Avtomatski vozički v intralogistiki 3.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu 3.1.1 Avtomatski voziček za vožnjo v vodoravni smeri 3.1.2 Dvigalo z dvižno mizo za pomik v navpični smeri 3.1.3 Posebne izvedbe SBS/RS glede na gibanje avtomatskih vozičkov 3.2 Pretočna zmogljivost SBS/RS 3.2.1 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu 3.2.2 SBS/RS z avtomatskimi vozički v skladiščnem regalu VDI 2692 3.2.4 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta I 3.2.5 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta II 3.2.6 SBS/RS z avtomatskimi vozički z integrirano robotsko roko – varianta III 4 Avtonomni mobilni roboti v intralogistiki 4.1 AMR za podporo procesu komisioniranja »blago h komisionarju« 4.2 AMR za podporo hibridnemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu« 4.3 AMR za podporo popolnoma avtomatiziranemu procesu komisioniranja »komisionar k blagu«. 4.3.1 AMR "Fetch and Freight" podjetja Fetch Robotics 4.4 Posebne izvedbe AMR za delo v skladiščnem regalu 4.4.1 AMR v sodelovanju s pomičnim dvižnim vrvnim mehanizmom 4.4.2 AMR z robotsko roko za delo v skladiščnem regalu 4.4.3 AMR z robotsko roko in pomožnim vozičkom za delo v skladiščnem regalu Literatura