Jak moderní simulační software řeší problémy intralogistiky

Obrázek 1: Vysoké skladovací a přepravní regály s pokročilou technologií zdvíhání a přepravy maximálně využívají dostupný prostor v distribučních centrech. Pokročilý simulační software, který slouží jako digitální dvojče, může pomoci distribučním centrům udržet konkurenceschopnost od návrhu až po provoz. Všechny obrázky poskytla společnost Siemens Obrázek 1: Vysoké skladovací a přepravní regály s pokročilou technologií zdvíhání a přepravy maximálně využívají dostupný prostor v distribučních centrech. Pokročilý simulační software, který slouží jako digitální dvojče, může pomoci distribučním centrům udržet konkurenceschopnost od návrhu až po provoz. Všechny obrázky poskytla společnost Siemens

Pokročilý simulační software poskytuje optimalizační náhled, který umožňuje distribučním centrům řešit problémy a optimalizovat efektivitu.

Konec roku je pověstný náhlými záchvaty paniky, když na vás dolehne tíha svátků a uvědomíte si, že je třeba nakoupit dárky. Všechen tento tlak, který v tomto ročním období zažívá široká veřejnost, se však u manažerů distribučních center násobí řádově.

Tito manažeři a jejich pracovníci čelí náročným úkolům, k nimž se přidávají interní produkční očekávání od podnikové úrovně a externí očekávání od zákazníků. Digitalizace naštěstí neustále přináší nové metody pro inteligentní a efektivní provoz ve skladech. Díky pokročilému simulačnímu softwaru se péče o intralogistiku – řízení a optimalizaci interních výrobních a distribučních procesů – neustále vyvíjí a zdokonaluje.

Každý, kdo někdy vstoupil do moderního distribučního centra, ví, že jeho manažeři musejí být odolní a musejí umět přizpůsobovat a škálovat intralogistické procesy. Řešení těchto problémů vyžaduje promyšlený návrh skladu a připravenost, přičemž pokročilý simulační software může pomoci distribučním centrům udržet konkurenceschopnost od návrhu až po provoz.

Otázky intralogistiky v simulačním softwaru

Ačkoli zvýšená poptávka spotřebitelů vytváří lukrativní obchodní příležitosti, výzvy, které je třeba překonat ve světě distribučních center, jsou velké. Kromě toho pandemie covidu-19 vytvořila nové potřeby v oblasti bezpečnosti práce, což zvyšuje potřebu málokontaktních a bezkontaktních procesů.

Omezená velikost distribučních center vyžaduje inteligentní zapojení technologií pro efektivnější nakládání s omezeným prostorem (obrázek 1). Potřebuje také funkční plánování uspořádání, strategické rozmístění výrobků a zlepšení dostupnosti materiálových toků spolu s udržovatelností a výkonností.

Rostoucí globální ekologické povědomí a vzrůstající ceny energie motivují mnoho společností k úsilí o uhlíkovou neutralitu, což ovlivňuje i způsob práce ve skladu. Na podporu těchto snah je třeba zavést metody sledování spotřeby energie a poskytnout poznatky o způsobech dalšího zvyšování energetické účinnosti. Také iniciativy za transparentnost často vyžadují, aby byly tyto údaje zveřejňovány.

K těmto technologickým potížím se přidává i to, že často není k dispozici dostatek IT pracovníků, kteří by dokázali držet krok s vývojem automatizovaných technologií – je příliš mnoho dat a málo zpracovatelů informací. K překonání této překážky potřebují pracovníci skladu systémy, které generují poznatky a prezentují je ve srozumitelných formátech, čímž snižují složitost interakce mezi lidmi, automatizací a informacemi.

Překonání těchto překážek úspěšného provozu distribučních center vyžaduje stále větší uplatnění digitalizace a efektivních konceptů automatizace, zejména se zaměřením na odstranění nákladů a snížení rizik při instalaci nových zařízení pro manipulaci s materiálem. Aby si podniky udržely konkurenceschopnost vůči ostatním firmám a zachovaly si kapacitu pro plnění příchozích objednávek, musejí navíc zvýšit rychlost vyřizování dodávek. Ačkoli je problémů mnoho, existuje způsob, jak optimalizovat efektivitu a vyhovět mnoha potřebám moderních distribučních center.

Digitální dvojče pro optimalizaci designu

Pokročilý simulační software řeší tyto i další problémy tím, že spojuje svět softwaru a reálně běžících zařízení. To umožňuje optimalizovat skladové prostředí nejprve v softwaru, kde je tvorba prototypů a úprava procesu relativně levná a jednoduchá, aby výsledné nasazení v reálném světě fungovalo efektivně. Ačkoli simulace vyžaduje čas, peníze a pozornost, její přínosy často převažují nad náklady.

Pokročilá sada simulačního softwaru pomáhá manažerům skladů digitalizovat hodnotový řetězec v době tvorby koncepčního návrhu a během uvádění do provozu ve skladu a také po nasazení za účelem přezkoumání a analýzy metod ke zvýšení provozní efektivity.

Nástroj pro simulaci skladu poskytuje virtuální pohled na skladové operace. Ve fázi tvorby návrhu mohou softwaroví inženýři ve spolupráci s projektanty skladu vytvořit vícerozměrné prostředí skladu, které umožňuje trojrozměrnou simulaci toho, jak bude sklad fungovat.

Uživatelé mají možnost simulovat uspořádání distribučního centra, vizualizovat tok materiálu, monitorovat programovatelné automaty (PLC), konfigurovat inteligentní průmyslová zařízení a používat pokročilé statistické nástroje k analýze procesů. Technici mohou tyto procesy spouštět a jednotlivě monitorovat v reálném čase, modelovat výrobní data a optimalizovat konfiguraci skladu pro nalezení efektivnějšího návrhu (obrázek 2). Monitorování zahrnuje možnost vizualizace aktualizací vstupů a výstupů PLC v reálném čase v souladu s logikou programu.

CTL2012 MAG2 F2 DigitalTwins Siemens Fig2Obrázek 2: Nástroj Siemens Plant Simulation Tool lze použít k vytvoření digitálního dvojčete pro optimalizaci návrhu nového zařízení nebo k experimentování s metodami ke zlepšení provozu ve stávajícím skladu

Analýza logistických aplikací pomocí softwaru

Pro aplikace manipulace s materiálem poskytuje software možnost přístupu k pracovním podmínkám. Zahrnuje také integrovanou ergonomickou analýzu pro optimální umístění vychystávacích strojů, plošin a dalších mechanismů, které poskytují mechanické výhody pro manuální pohyby člověka (obrázek 3).

Pomocí pokročilého softwaru se roboty mohou pomocí iterací simulací naučit optimální cesty a pohyby a bezkolejnicová, automaticky naváděná vozidla (AGV) si mohou určit nejlepší trasu. Software provede tisíce možných schémat pohybu, přičemž zohlední všechna navrhovaná zařízení a jejich umístění na podlaze skladu, a nabídne nejefektivnější pohyby robotů a trasy vozidel AGV.

CTL2012 MAG2 F2 DigitalTwins Siemens Fig3Obrázek 3: Ergonomická analýza pomáhá určit optimální umístění vychystávacích strojů, plošin a dalších mechanismů

Motory, pohony a další automatizace

Fyzikální výpočty – včetně gravitace, tření a točivého momentu – jsou zabudovány do softwaru, což zvyšuje realističnost simulace a zvyšuje důvěru v mechatronické modely. Specialista na mechaniku může mít za úkol potvrdit, že kinematické komponenty jsou optimálně nakonfigurovány, a jakmile jsou známy mechanické komponenty a statistiky, mohou konstruktéři správně dimenzovat motory, pohony a další zařízení.

Pomocí této sady softwarových nástrojů mohou uživatelé automatizovat multioborové inženýrství a umožnit spolupráci s konzistentními daty mezi různými technickými obory. Software dokáže automaticky generovat elektrická schémata a projekty PLC, což poskytuje náskok při projektování a zkracuje celkový čas potřebný pro návrh.

Jakmile je tento základní kód vygenerován, mohou programátoři provádět úpravy, které ovlivní pozdější simulace, a podle potřeby aktualizovat kód do libovolné hloubky.

Uživatelé si tak mohou prohlédnout kompletní model budoucí skladové haly – s dopravníky, automatizovanými výtahy a skenery, signalizačními majáky, vozidly AGV a toky materiálu – vše v synchronizovaném provozu.

Devět způsobů, jak může simulační software pomoci

V pracovním prostoru simulace lze rozmístit mnoho dalších typů zařízení:

  1. vysokohustotní skladovací a vychystávací systémy pro potraviny, tvrdé předměty a spotřební zboží;
  2. zařízení funkční bezpečnosti;
  3. pokročilá optická identifikační zařízení pro sledování pohybu výrobků;
  4. škálovatelné a flexibilní systémy regálových vozítek;
  5. řídicí komponenty pro vyspělá regálová vozítka, integrované i externí;
  6. bezpečnou komunikaci v reálném čase s průmyslovými bezdrátovými lokálními sítěmi pro spolehlivé, vysokorychlostní a kyberneticky bezpečné spojení mezi zařízeními ve skladu;
  7. průmyslové systémy rádiové identifikace (RFID) pro sledování indexů výrobků;
  8. zařízení edge computingu;
  9. kompaktní a mobilní řídicí prvky zabudované do jiných zařízení.

Zatímco se přehrává simulovaný pohled na procesy ve skladu, uživatelé mohou současně v simulačním softwaru sledovat zobrazení rozhraní člověk–stroj (HMI) a logické operace PLC, což jim pomůže virtuálně uvádět stroje do provozu. Tyto virtualizované simulace představují digitalizované plány skladů a distribučních center. Pomáhají zajistit, aby fyzické nasazení fungovalo tak, jak má.

Modelování prošlo před časem transformací z 2D listů na 3D virtuální vykreslení a nyní je možné získat zpětnou vazbu a pohyb v reálném čase. Softwarová simulace umožňuje projektantům modelovat a vizualizovat, jak bude sklad fungovat před skutečným uvedením do provozu. Multidisciplinární projektantské týmy se tak mohou přizpůsobit již v počáteční fázi, což se pozitivně promítne na produktivitě.

Výsledky simulačního softwaru

Velký výrobce produktů pro péči o domácnost dokázal konsolidovat čtyři distribuční centra do jednoho závodu, aby zjednodušil provoz a snížil provozní náklady. Pomocí pokročilého simulačního softwaru tento výrobce efektivně vymodeloval a realizoval závod o polovinu menší, než byl jeho předchozí závod, přičemž zvýšil kapacitu zpracování.

Zvýšil hustotu skladování produktů o 50 % a nyní využívá přibližně 90 % své objemové skladovací kapacity. Kromě toho vyžaduje o 20 % méně přepravy v rámci závodu než před konsolidací. Vyšší efektivita, umožněná pokročilou simulací a špičkovou technologií intralogistiky, zajistila výrobci vyšší ziskové marže a nižší uhlíkovou stopu.

Dalším příkladem je globální přepravní společnost, která nedávno zavedla supermoderní třídicí a přepravní systém na jednom ze svých mezinárodních letišť (obrázek 4).

CTL2012 MAG2 F2 DigitalTwins Siemens Fig4Obrázek 4: Ultramoderní třídicí a přepravní systém, který zavedla globální přepravní společnost na jednom ze svých mezinárodních letišť

Pomocí komponentů, které zahrnovaly PLC a pohony, se podařilo dosáhnout rychlosti přepravy třídiče 2,5 m/s a špičkového výkonu 9 000 balíků různých velikostí za hodinu.

Diagnostika simulačního softwarového systému za běhu

Jakmile je zařízení uvedeno do provozu, simulace si zachovává svou hodnotu jako nástroj pro experimentování s úpravami procesů nebo programů, zatímco funkce diagnostického softwaru systému zvyšují hodnotu optimalizačního úsilí.

Diagnostické nástroje umožňují prediktivní údržbu tím, že upozorňují personál na problémy zjištěné v zařízení v předstihu před poruchou zařízení. V některých konfiguracích diagnostiky systému jsou určité události, jako je přerušení vodiče nebo nízké napětí, na něž PLC upozorní na příslušném rozhraní HMI. V takovém případě mohou technici údržby řešit běžné problémy přímo z obrazovky HMI, aniž by museli vytahovat notebook a připojovat se k PLC (obrázek 5).

CTL2012 MAG2 F2 DigitalTwins Siemens Fig5Obrázek 5: Funkce ProDiag společnosti Siemens, zabudovaná do HMI Simatic WinCC, umožňuje operátorům přejít od alarmu přímo ke kódu PLC, odkud byl spuštěn, což zlepšuje možnosti řešení problémů a usnadňuje rychlejší obnovu

Stejné konfigurace navíc shromažďují a ukládají data v reálném čase a poskytují operátorům možnost přehrát předchozí data na HMI, což jim pomáhá určit, co vyvolalo alarmový stav. Tyto nástroje, které jsou dostupné přímo ve skladu, pomáhají zkrátit prostoje a zvýšit objem zpracování.

Simulační software pomáhá při přesouvání, třídění, vychystávání a balení

S rostoucím propojením společnosti se vyvíjejí i skladové technologie. Rostou také očekávání zákazníků a firem. Distribuční centra, která se drží zastaralých nástrojů a metod, nemohou držet krok.

Pomocí pokročilého simulačního softwaru a moderních technologií pro přesouvání, třídění, vychystávání a balení jsou však sklady schopny tyto problémy překonat. I když simulace vyžaduje dodatečné počáteční náklady a úsilí, budoucí úspory času a efektivity obvykle značně převyšují náklady.

Díky simulaci v počátečních fázích projektu mohou návrháři systému zjednodušit rozsah, zkrátit celkový čas a úsilí potřebné k implementaci a pomoci zajistit efektivnější provoz distribučních center. V praxi to může znamenat rozdíl mezi spokojeným příjemcem zásilky a naštvaným zákazníkem, jehož objednávka se ztratila ve skladu.

Colm Gavin je manažer vývoje portfolia softwaru Siemens Digital Industries Software. Upravil Chris Vavra, zástupce šéfredaktora časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript..

Control Engineering Česko

Control Engineering Česko je přední časopis o průmyslové automatizaci. Je vydáván v licenci amerického Control Engineering, které poskytuje novinky z této oblasti více než 60 let.

www.controlengcesko.com