Come ottimizzare l'intralogistica per razionalizzare e velocizzare le supply chain dell'Impresa 4.0 - Parte 1 di 2

L'intralogistica utilizza robot mobili autonomi (AMR) e veicoli a guida automatica (AGV) per lo spostamento efficiente dei materiali all'interno dei magazzini e degli stabilimenti di produzione dell'Impresa 4.0. In questo articolo vengono discusse le questioni relative all'utilizzo di AMR e AGV a livello di sistema per l'implementazione dell'intralogistica e la movimentazione rapida e sicura dei materiali secondo le necessità. La Parte 2 di questa serie si concentra sui casi d'uso e sul modo in cui AMR e AGV utilizzano i sensori per identificare e tracciare gli oggetti, sul modo in cui il ML e l'IA supportano l'identificazione, lo spostamento e la consegna dei materiali nei magazzini e negli stabilimenti di produzione.

Lo spostamento rapido dei materiali dalla banchina di ricevimento alla banchina di spedizione in un magazzino o da un luogo all'altro in uno stabilimento di produzione (la cosiddetta intralogistica) è un aspetto critico della razionalizzazione e dell'accelerazione delle operazioni della supply chain nell'Impresa 4.0. L'intralogistica non si limita alla velocità, ma deve essere efficiente, accurata e con scarti ridotti per produrre i massimi benefici. I robot mobili autonomi (AMR) e i veicoli a guida automatica (AGV) possono essere fondamentali per migliorare l'intralogistica.

Gli AMR e gli AGV si assomigliano, ma funzionano in modo diverso. Mentre gli AGV tradizionali sono preprogrammati per svolgere funzioni limitate a costi minimi, sono disponibili nuovi modelli di AGV con sensori come gli AMR, che rendono meno netta la distinzione tra i due. Per motivi di sicurezza, gli AGV tradizionali operano in aree separate dalle persone, ma i modelli più recenti includono sensori per evitare le collisioni e possono garantire livelli di sicurezza più elevati.

Questo articolo inizia con una rassegna dell'intralogistica e di come può essere utilizzata per accelerare le supply chain. In seguito, confronta il funzionamento e l'utilizzo di AGV e AMR e considera brevemente le differenze tra i due in termini di capacità di navigazione e di evitamento degli ostacoli, flessibilità, sicurezza, sfide di implementazione, manutenzione e costi di proprietà. Allo stesso tempo, esamina la distinzione sempre meno netta tra AMR e AVG e chiude con uno sguardo a come l'uso dei gemelli digitali possa migliorare le future operazioni di intralogistica. Il secondo articolo di questa serie approfondirà l'ampia gamma di tecnologie di sensori per AMR e AGV. Digi-Key offre una gamma completa di prodotti di automazione per l'intralogistica in entrambi i casi.

Intralogistica

L'intralogistica si avvale di sistemi ciber-fisici progettati per ottimizzare i processi interni di distribuzione e produzione. Per essere pienamente efficace, un sistema di intralogistica deve anche essere integrato con la supply chain più ampia attraverso Internet e i processi operativi locali.

Nei magazzini, il sistema prevede di sapere dove si trova tutto il materiale, cosa serve per evadere gli ordini in sospeso, cosa potrebbe mancare per completare gli ordini e dove si trova il materiale in arrivo nella supply chain più ampia.

Nelle fabbriche, l'intralogistica comprende la conoscenza dei materiali necessari per specifici processi produttivi e il supporto alla massima efficienza di programmazione coordinando le informazioni su ciò che è attualmente presente nello stabilimento e su quando arriveranno i materiali aggiuntivi, insieme alla disponibilità di macchine e operatori.

Se pienamente integrate, le informazioni sulla disponibilità dei materiali, sulle persone, sulle loro competenze e sulla loro ubicazione, oltre che sui macchinari e sulla loro disponibilità, riducono i costi minimizzando le scorte, aumentando la flessibilità per la personalizzazione di massa e migliorando la qualità (Figura 1).

Figura 1: L'intralogistica può integrare le informazioni su materiali, persone e macchine per ottimizzare le operazioni di Impresa 4.0. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

L'intralogistica influisce sull'ingegneria dei processi, sulla progettazione dei sistemi, sulla gestione dei progetti, sulla pianificazione dei requisiti dei materiali e su numerose altre funzioni. La movimentazione automatizzata dei materiali all'interno della struttura è fondamentale per massimizzare i vantaggi dell'intralogistica.

Opzioni di movimentazione dei materiali

Gli AMR e gli AGV sono progettati per spostare i materiali da un luogo all'altro, migliorando l'efficienza, la precisione, la produttività e la sicurezza delle operazioni di intralogistica. Questi sistemi possono essere differenziati in base alle loro configurazioni di carico. Esistono diverse configurazioni di AMR e AGV adatte a specifiche funzioni di intralogistica:

• I carrelli si muovono sotto l'oggetto da spostare, lo sollevano verticalmente e lo portano a destinazione. Questi veicoli possono essere progettati per sollevare e trasportare 1 o più tonnellate.
• I rimorchiatori si agganciano a uno o più carrelli automatizzati o non automatizzati carichi di materiale e li portano da un luogo all'altro. La maggior parte di essi è indicata per circa 1 tonnellata, ma sono disponibili modelli per carichi di 20 tonnellate. Inoltre, sono disponibili modelli che possono funzionare autonomamente o essere guidati manualmente da un operatore.
• I carrelli elevatori robotizzati sono disponibili in diverse configurazioni, tra cui transpallet, carrelli controbilanciati e veicoli da corsia stretta. A seconda del design, possono movimentare diverse tonnellate e sollevare il carico a oltre 10 metri di altezza.
• I trasportatori di carico sono piattaforme mobili automatizzate in grado di prelevare materiali dalla fine di una linea di trasporto, da stazioni di carico robotizzate e da altri sistemi automatizzati. Le loro capacità di carico tendono a essere inferiori rispetto agli altri tipi di AMR e AGV.

AGV e AMR, qual è la differenza?

Gli AGV e gli AMR possono avere configurazioni simili, ma non le stesse capacità. Ecco le differenze fondamentali:

• Per spostarsi da un luogo all'altro, gli AGV utilizzano binari esterni realizzati con bande magnetiche, nastri/vernice sul pavimento o fili nel pavimento; non possono andare da nessuna parte senza questi binari esterni.
• Gli AMR utilizzano una combinazione di sensori interni, sensori esterni collegati in modalità wireless, intelligenza artificiale (IA) e apprendimento automatico (ML) per pianificare il percorso più efficiente ed evitare gli ostacoli in modo dinamico.

Gli AGV sono stati sviluppati prima dell'introduzione dei magazzini e delle fabbriche dell'Impresa 4.0 e recentemente si sono evoluti per adattarsi alle applicazioni dell'Impresa 4.0, quindi le differenze non sono così nette come un tempo. Le somiglianze e le differenze includono:

Navigazione ed evitamento degli ostacoli. La navigazione è il principale elemento di differenziazione. Gli AGV possono viaggiare solo su percorsi predefiniti, mentre gli AMR possono percorrere percorsi variabili in un'area o in un ambiente predefinito. Poiché si muovono autonomamente, gli AMR hanno ampie capacità di evitare gli ostacoli, ma anche di identificare nuovi ostacoli, come ad esempio un pallet posizionato in un corridoio precedentemente libero, rilevando ed evitando anche il personale sul loro percorso. I primi modelli di AGV avevano capacità limitate di evitare gli ostacoli e le aree in cui venivano utilizzati erano pensate senza la presenza di persone. I nuovi AGV includono una maggiore varietà di sensori, che li rendono più sicuri per l'uso in prossimità di persone. Tuttavia, sebbene gli AVG siano in grado di identificare gli ostacoli, non possono aggirarli come gli AMR. Gli AVG, infatti, si fermano finché l'ostacolo non viene rimosso. Alcuni modelli possono riprendere automaticamente la marcia se l'ostacolo viene spostato.

Flessibilità. Gli AMR possono offrire una maggiore flessibilità e possono essere riprogrammati per l'impiego in nuovi ambienti senza modifiche fisiche. Quando un AGV viene introdotto in un nuovo ambiente, i binari di guida devono essere installati o modificati per supportare i percorsi di viaggio necessari. Gli AGV sono inoltre limitati a un singolo compito che prevede lo spostamento di materiale da un punto predeterminato a un altro e possono essere disturbati da cambiamenti nell'ambiente, come l'aggiunta di nuove attrezzature che richiedono modifiche al percorso di viaggio.

Sicurezza. Grazie alla loro maggiore capacità di evitare gli ostacoli, gli AMR sono generalmente considerati più sicuri degli AGV. Ma non è una questione semplice. Entrambi possono essere dotati di interruttori di arresto di emergenza e di sensori per identificare gli ostacoli (persone incluse) ed evitare di colpirli. Gli AMR sono progettati per essere utilizzati in prossimità di persone e includono numerose misure di sicurezza. Tuttavia, gli AGV percorrono percorsi predeterminati e il personale sa in anticipo dove si troveranno e può evitare più facilmente il contatto con loro. Entrambe le tecnologie supportano elevati livelli di sicurezza.

Sfide di implementazione. Gli AGV e gli AMR richiedono un'infrastruttura specifica per il loro impiego. In generale, le installazioni AMR possono essere completate più rapidamente e sono meno impattanti rispetto agli AGV. Gli AGV richiedono l'installazione di binari di guida per supportare la navigazione da punto a punto. Gli AMR dipendono da vari sensori installati in tutta la struttura e contribuiscono a fornire una conoscenza dettagliata della situazione e un supporto alla navigazione. Gli AMR sono adatti all'uso in ambienti e applicazioni più complessi. Ad esempio, un AMR può essere programmato per lavorare in collaborazione con un addetto al commissionamento umano in un'applicazione di inseguimento. Queste differenze rendono in genere gli AMR più adatti all'uso in ambienti dell'Impresa 4.0, dove sono previsti cambiamenti che devono essere supportati in modo efficiente (Figura 2).

Figura 2: Gli AGV percorrono percorsi fissi, il che li rende meno adatti a molte applicazioni dell'Impresa 4.0. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

Manutenzione. È un aspetto dal doppio risvolto. Gli AGV sono macchine più semplici, con un minor numero di sensori e possono richiedere meno manutenzione degli AMR. Tuttavia, l'infrastruttura di supporto necessaria agli AGV può essere soggetta a danni che richiedono una manutenzione supplementare. Nel caso degli AMR, la suite di sensori può richiedere manutenzione e sono periodicamente necessari aggiornamenti software. Il requisito di viaggiare in aree separate dalle persone significa spesso che gli AGV percorrono distanze maggiori per raggiungere una destinazione rispetto agli AMR. Le distanze di viaggio più lunghe aumentano l'usura degli AGV, con un potenziale aumento dei costi di manutenzione. Pertanto, la questione di quali macchine (AGV o AMR) richiedano più manutenzione dipende dall'applicazione.

Costo. Gli AGV sono macchine più semplici e costano meno degli AMR. Le differenze di costo di installazione sono più complesse da definire, poiché gli AGV richiedono l'installazione di binari di guida, mentre gli AMR necessitano di una serie di sensori esterni e di connettività wireless. I costi operativi sono più elevati per gli AGV, poiché i loro binari di guida richiedono una manutenzione maggiore rispetto all'infrastruttura necessaria per supportare gli AMR. Infine, gli AMR possono di solito essere implementati più rapidamente, riducendo i costi associati ai tempi di inattività dell'impianto e rendendoli più adatti all'uso nelle applicazioni dell'Impresa 4.0.

Gemelli digitali, thread digitali e intralogistica

I gemelli digitali e i thread digitali possono essere strumenti preziosi per l'intralogistica. I gemelli digitali sono modelli virtuali dettagliati di sistemi ciber-fisici complessi, come quelli utilizzati per l'intralogistica. I gemelli digitali vengono creati utilizzando i dati provenienti da varie fonti, tra cui i sensori presenti nell'impianto, i modelli di progettazione assistita da computer (CAD) dell'impianto, il feedback dei sensori sulle apparecchiature in funzione nell'impianto e così via. Sono utilizzati per fornire simulazioni in tempo reale delle operazioni di magazzino o di fabbrica per aiutare a ottimizzare i processi e individuare potenziali problemi prima che si presentino (Figura 3). Un thread digitale accompagna il gemello digitale e comprende la storia completa di tutte le attività del gemello digitale durante la sua vita operativa.

Figura 3: Un gemello digitale (a sinistra) può fornire simulazioni in tempo reale per supportare una maggiore produttività nelle fabbriche dell'Impresa 4.0. (Immagine per gentile concessione di Getty Images)

I gemelli digitali e i thread digitali nell'intralogistica sono nelle prime fasi di sviluppo. La prevedibilità delle operazioni è importante per l'efficienza dei sistemi di intralogistica. AMR, AGV e robot operano con alti livelli di prevedibilità e ripetibilità e il loro utilizzo nell'Impresa 4.0 può semplificare l'uso della tecnologia di gemello digitale. La loro inclusione nel gemello digitale supporta l'ottimizzazione e la gestione della flotta nella struttura e consente la manutenzione preventiva con un impatto minimo sull'efficienza operativa.

I gemelli digitali sono supportati da grandi quantità di dati in tempo reale, comprese le condizioni ambientali e i dati funzionali e operativi sullo stato di macchine e processi. Il gemello digitale utilizza questi dati per simulare i sistemi reali e prevedere le condizioni di macchine complete e di singoli componenti, come le batterie degli AGV e degli AMR, per ottimizzarne le prestazioni.

Più accurata la simulazione del mondo reale da parte del gemello digitale, maggiori sono i vantaggi. Un sistema di infralogistica integra tipicamente sistemi automatizzati e persone. L'inclusione delle attività umane nel gemello digitale può migliorare ulteriormente l'accuratezza delle simulazioni e i benefici dell'intralogistica. Si prevede che la combinazione di intralogistica, gemelli digitali e thread digitali con l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico sarà un elemento importante per sostenere l'emergere di fabbriche e magazzini completamente automatizzati dell'Impresa 4.0.

Conclusioni

L'intralogistica è la movimentazione dei materiali all'interno di una struttura industriale come un magazzino o una fabbrica. Gli AGV e gli AMR sono strumenti importanti utilizzati per automatizzare e velocizzare il flusso dei materiali. Sebbene entrambi presentino vantaggi e svantaggi, gli AMR sono più adatti per l'utilizzo nelle applicazioni dell'Impresa 4.0. Se combinata con i gemelli digitali, l'IA e il ML, l'intralogistica può supportare lo sviluppo di fabbriche e magazzini completamente automatizzati.