Zrobotyzowane wózki widłowe - zastosowanie i korzyści

Automatyczne wózki widłowe współpracujące z magazynowym systemem informatycznym precyzyjnie i w najkrótszym czasie lokalizują go i wykonują zadaną czynność transportową przy zachowaniu najwyższego poziomu bezpieczeństwa.

Wózki jezdniowe podnośnikowe nazywane zwyczajowo wózkami widłowymi to kołowe pojazdy mechaniczne o napędzie silnikowym, przystosowane do przewozu materiałów o znacznej masie, stosowane w transporcie bliskim i magazynowaniu. Używane są głównie do prac rozładunkowo transportowych w magazynach, portach lub fabrykach. Najczęściej są to pojazdy sterowane przez operatora, który musi posiadać odpowiednie uprawnienia. Takie rozwiązanie jest w pełni wystarczające w małych zakładach przemysłowych o niepowtarzalnym cyklu użytkowania, lecz staje się kłopotliwe i mało ekonomiczne w dużych zakładach przemysłowych, w których produkcja seryjna lub masowa narzuca powtarzalny cykl pracy (przewóz podobnego ładunku po tej samej trasie). Sytuacja staje się również skomplikowana w przypadku użytkowania wózków w magazynach wysokiego składowania, w których za rozmieszczenie towarów odpowiedzialny jest system informatyczny. Operator w takim przypadku nie zawsze jest w stanie szybko zlokalizować towar i wykonać określoną czynność transportową. Aby przyspieszyć wykonywanie czynności transportowych i zminimalizować liczbę pomyłek coraz częściej stosuje się wózki zautomatyzowane sterowane przez system informatyczny. Wózki typu AGV/LGV (Automated Guided Vehicles) są to automatycznie sterowane pojazdy, które zapewniają efektywne rozwiązanie transportu wewnętrznego w magazynach, przy produkcji i w centrach logistycznych. Pojazdy AGV sprawdzają się doskonale wszędzie tam, gdzie priorytetem jest wysoka skuteczność, dokładność oraz bezpieczeństwo wykonywanych prac.

Ewolucja wózków AGV

Pojazdy (wózki) typu AGV po raz pierwszy zostały zastosowane ponad 60 lat temu. Były to urządzenia budowane na specjalne zamówienie przez wąską grupę firm projektowych i montażowych w celu wykonywania nietypowych zadań przez nieliczną grupę producentów. Firmy, które potrafiły zbudować i zainstalować automatycznie wózki, oferowały bardzo ograniczony serwis oraz lokalne wsparcie. Początkowo wózki AGV były najczęściej użytkowane w zakładach przetwórczych lub wydziałach produkcyjnych w celu dostarczania części lub materiałów wsadowych do linii produkcyjnej lub w pracach transportowych wzdłuż linii montażowej. Stosowano je również w przemyśle wydawniczym przy dostawie dużych rolek papieru do maszyn drukarskich. Wózki AGV były drogie, wymagały złożonych systemów oprzyrządowania do przemieszczania się stałą i tą samą ścieżką, przenosząc te same lub podobne przedmioty w sposób ciągły, bez ingerencji człowieka. Nadanie pełnej mocy operacyjnej systemom prowadzenia wózków wymagało wielu miesięcy, a nawet lat prac projektowych, budowlanych i instalacyjnych. Znacząca inwestycja wymagająca czasu oraz środków finansowych była uzasadniona głównie oszczędnością kosztów robocizny oraz możliwością pracy wózków w systemie 24/7/365 bez jakichkolwiek przerw. Obecnie wózki sterowane automatycznie stają się coraz bardziej popularne. Przyczynia się do tego zarówno spadek cen takich urządzeń wywołany komercjalizacją dostępnych technologii (w porównaniu do cen pierwszych konstrukcji tego typu), jak również ciągłe udoskonalanie konstrukcji i informatycznych systemów sterowania. Nie bez znaczenia jest również fakt, że odpowiednie zautomatyzowanie procesów transportowych przyczynia się do obniżania ogólnych kosztów funkcjonowania zakładu i poprawia jego konkurencyjność na rynku.

Automatyczne pojazdy wewnątrzzakładowe

Szybki rozwój innowacyjnych technologii i ciągłe dążenie do poprawy rentowności zakładów poprzez zwiększanie produkcji przy niezmiennych lub malejących zasobach personalnych sprawiają, że coraz więcej procesów odbywa się w sposób częściowo lub całkowicie zautomatyzowany. Ten sam trend można zauważyć w transporcie wewnątrzzakładowym. Zautomatyzowane pojazdy transportu wewnątrzzakładowego możemy podzielić na:

Wózki holownicze (Towing Vehicles): posiadają możliwość transportu największej ilości ładunku, maksymalna ładowność wynosi od 3 do 27 ton, przeznaczone są do ciągnięcia innych wózków kołowych ładowanych ręcznie, nie posiadają możliwości poruszania się w odwrotnym kierunku, co jest spowodowane poruszaniem się na zasadzie pętli wzdłuż ustalonej trasy (punkty pośrednie i końcowe), posiadają różne rodzaje zaczepów (kołowe, piny, automatyczne), mogą posiadać stacje kontroli dla operatora (załadunek, obsługa).

Wózki pojedynczego załadunku (Unit Load Vehicles): najbardziej tradycyjne mobilne roboty AGV nazywane „top carrier”, w których obciążenie spoczywa na większości pojazdu, są przystosowane do transportu ładunku o różnych rozmiarach i kształtach (standardowe palety, bębny, wózki, stojaki, niestandardowe pojemniki), posiadają ładowność do 27 ton, mogą korzystać z przenośników lub być ładowane przez inne urządzenia, posiadają duże możliwości manewru, mogą dostarczać ładunek, poruszają się po wąskich i skomplikowanych ścieżkach.

Wózki widłowe (Fork Vehicles): jest to najpopularniejsza grupa pojazdów ze względu na ich wszechstronność i elastyczność, mogą obsługiwać wiele rodzajów ładunków (palety, stojaki, rolki), posiadają duże możliwości konfiguracyjne (nowe, dodatkowe zadania), mogą być wyposażone w hydrauliczne lub elektryczne napędy, maksymalizują szybkość i dokładność przy minimalnej powierzchni manewrowej, istnieje możliwość wyposażenia w czujniki i czytniki automatycznie identyfikujące produkt i śledzące obciążenie w czasie rzeczywistym, jak również w funkcje zarządzania inwentaryzacją i wyszukiwaniem produktów w magazynie.

Proste wózki transportowe (Cart Vehicles): są to elastyczne i stosunkowo niedrogie pojazdy zdolne pracować jako Unit Load Vehicles lub Towing Vehicles, posiadają ładowność do 1,4 tony i siłę uciągu do 1,6 tony. Poruszają się wzdłuż pasa taśmy magnetycznej zamontowanej w podłożu, posiadajc możliwość stosunkowo łatwej zmiany ścieżki ruchu.

Automatyzacja procesów transportowych to skomplikowana operacja wymagająca dużej wiedzy zarówno o samym sprzęcie (wózkach), jak również o charakterze produkcji i planach na przyszłość w automatyzowanym zakładzie. Od tych czynników zależy, czy automatyzacja procesów transportowych przyniesie oczekiwane korzyści. Zazwyczaj zautomatyzowanie systemu transportu wewnątrzzakładowego jest uzasadnione w przypadku dużej skali i powtarzalności produkcji (produkcja seryjna, masowa) lub w magazynach wysokiego składowania, w których za rozmieszczenie dużego asortymentu odpowiada system informatyczny. W przypadku małych zakładów (produkujących często zmieniający się asortyment) pełna automatyzacja nie zawsze przynosi korzyści. Wiąże się to ze stosunkowo kłopotliwą nawigacją w przypadku często zmieniających się tras przejazdu (konieczność każdorazowego programowania lub budowania/wyznaczania toru jazdy zrobotyzowanych wózków), co należy uwzględnić, rozważając opłacalność nowej inwestycji.

Metody nawigacyjne automatycznych wózków

Różnorodność środowisk przemysłowych sprawia, że trudno wybrać i określić odpowiedni dla wszystkich przypadków jeden system nawigacyjny. Dlatego producenci automatycznych urządzeń transportowych budują pojazdy wyposażone w różne systemy nawigacyjne w zależności od przeznaczenia urządzenia. Metody nawigacji automatycznych wózków transportowych można podzielić na:

Metoda pętli indukcyjnej – pojedynczy przewód umieszczony w specjalnie przygotowanym w podłodze kanale, w którym przepływ prądu o stałej określonej częstotliwości generuje pole magnetyczne, które jest wychwytywane przez antenę wózka poruszającego się zgodnie ze ścieżką sygnału. Jest to jedna z najstarszych i najbardziej skutecznych metod, którą cechują duża skuteczność i możliwość stosowania na otwartej oraz zamkniętej przestrzeni. Główną wadą jest problem ze zmianą trasy pojazdów.

Metoda pętli magnetycznej (metalicznej) – podobne rozwiązanie jak w wypadku pętli indukcyjnej, lecz z innym źródłem pola magnetycznego (taśma z materiału ferromagnetycznego). Zaletą takiego rozwiązania jest prosta i tania instalacja i możliwość szybkiej modyfikacji trasy. Główne wady to ograniczenie do stosowania wewnątrz budynków, mała wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne i duża czułość na obecność innych ferromagnetyków.

Metoda nawigacji laserowej – poprzez ustalenie współrzędnych za pomocą emisji wiązki laserowej, która emitowana jest przez skaner umiejscowiony w górnej części wózka i „omiata” otoczenie wózka od kilku do kilkunastu razy na sekundę. W strategicznych miejscach otoczenia (np. ścianach lub kolumnach) umieszcza się odbłyśniki odbijające wiązkę, która po odbiciu wraca do układu nawigacji i w ten sposób następuje zorientowanie wózka w przestrzeni roboczej. Jako główne zalety wymienić można odporność na warunki atmosferyczne, możliwość pracy wewnątrz i na zewnątrz budynków, duża dokładność wynosząca 1-2 mm i łatwa modyfikacja trasy. Główną wadą jest konieczność widoczności odbłyśników przez robota.

Metoda linii refleksyjnej – polegająca na wyznaczeniu na podłożu trasy wózka, poprzez namalowanie farbą refleksyjną lub wyklejeniu taśmą refleksyjną. Trasa śledzona jest przez kamerę stanowiącą element układu nawigacji. Nawigacja odbywa się w oparciu o inny stopień odbicia światła na trasie w porównaniu do innych elementów otoczenia. Główne zalety to łatwo modyfikowalna trasa, natomiast do wad zaliczyć można małą niezawodność, dużą czułość na zabrudzenia i brak możliwości stosowania na zewnątrz budynków.

Metoda żyroskopowa – polegająca na wykorzystaniu urządzenia żyroskopowego wykrywającego zmiany kierunku. Metoda ta wymaga dodatkowego wzorcowania zewnętrznego za pomocą specjalnych punktów odniesienia montowanych w podłodze (tzw. transponderów umieszczonych w miejscach charakterystycznych, takich jak punkty przystankowe oraz luki). Rozwiązanie jest kłopotliwe przy skomplikowanych i krzyżujących się ścieżkach i wymaga sprzętu odpowiedniej jakości. Zaletą rozwiązania jest dobre pozycjonowanie, natomiast wadą jest wysoka cena urządzenia.

Metoda układu współrzędnych – oparta na orientacji w oparciu o punkty odniesienia umieszczone w podłodze obiektu. Dzięki dużej liczbie punktów o charakterze optycznym lub nadajnikowym układ sterowania koordynuje położenie wózka w przestrzeni. Metoda jest stosunkowo prosta w modyfikacji, lecz wymaga zastosowania rozbudowanego układu punktów w podłożu.

Metoda ultradźwiękowa – w oparciu o odniesienie do pionowych powierzchni (np. ściany), polegająca na generowaniu i wychwytywaniu fal ultradźwiękowych emitowanych przez układ nawigacyjny. Szacowanie odległości następuje na podstawie oceny parametrów odbitej fali. Obecnie metoda ma charakter prototypowy i nie jest wykorzystywana komercyjnie. Główną zaletą jest brak konieczności stosowania dodatkowych znaczników, a wadą ograniczone zastosowanie jedynie w niewielkich przestrzeniach (np. korytarze międzyregałowe).

Metoda GPS – oparta na systemie nawigacji satelitarnej z odbiornikiem zamontowanym na pojeździe. Jest metodą stosunkowo prostą do wdrożenia, posiadającą jednak wady takie, jak: konieczność umieszczenia stacji referencyjnej, mała dokładność (od 0,5m do 2m) i możliwość stosowania jedynie na zewnątrz.

Metoda RFID (Radio Frequency Identification) – to metoda automatycznego zapisywania i odczytywania danych, która nie wymaga kontroli od operatora. Pasywne transpondery, umieszczone w regularnych odstępach w podłodze, przesyłają informacje do wózka, w celu dalszej optymalizacji przebiegu pracy. Pozwala, bazując na danych uzyskanych poprzez transpondery, na automatyczną redukcję prędkości pojazdu w punktach potencjalnie niebezpiecznych, takich jak skrzyżowania lub zwężenia. Istnieje również możliwość kontroli kierunku jazdy, blokady kłopotliwych miejsc oraz monitorowania tras jednokierunkowych. Automatyczna identyfikacja miejsc magazynowania pozwala na szybką i bezbłędną obsługę systemu kontroli ruchem oraz znaczną oszczędność czasu.

Przesył danych

Oprócz systemów nawigacyjnych automatyczne wózki jezdniowe wyposażone są również w systemy wymiany danych pozwalające zbierać informacje o ich stanie (naładowanie baterii, cykl pracy, stopień obciążenia). Wymiana informacji pomiędzy pojedynczym wózkiem a system centralnego sterowania odbywa się najczęściej za pośrednictwem technologii Wi-Fi lub częstotliwości radiowej. W rzeczywistości ewentualne przeciążenia komunikacyjne i zakłócenia o charakterze elektromagnetycznym stanowią ograniczenie tradycyjnych systemów połączonych z systemem centralnym za pośrednictwem częstotliwości radiowej. Zastosowanie technologii Wi-Fi sprawia, że pojazd otrzymuje informacje z systemu zarządczego pierwszego poziomu, bezpośrednio poprzez sieć ethernet. W konsekwencji, cała logika wózka nie jest zarządzana przez sterownik PLC, ale bezpośrednio przez komputer PC, który dzięki swoim właściwościom może obsługiwać niektóre funkcje dotyczące ruchu. Najczęściej zautomatyzowane wózki typu AGV są całkowicie integrowalne ze wszystkimi innymi urządzeniami transportowymi: paletyzatorami, wyspami zrobotyzowanymi, urządzeniami z końca linii produkcyjnej i magazynami automatycznymi. Moduły nadzoru wózków mogą być połączone interfejsem z dowolnym systemem komputerowym z wyższego poziomu stosowanym w firmie (SAP, wydziałowy itp.)

Coraz częstsza konieczność

Optymalizacja i automatyzacja transportu wewnętrznego to kluczowe działanie, mające na celu wzrost wydajności pracy oraz redukcję kosztów. Coraz większą popularność zdobywają systemy wspomagające lub całkowicie zastępujące operatora, gwarantujące najwyższy stopień bezpieczeństwa i efektywności. Wprowadzane rozwiązania stają się obecnie nie tylko udogodnieniem, ale również koniecznością z uwagi na złożoność i krótki czas realizacji poszczególnych zadań transportowych. Dotyczy to szczególnie wykorzystywania zrobotyzowanych pojazdów w magazynach wysokiego składowania, w których duża ilość asortymentu rozmieszczona według określonych procedur systemu informatycznego poza zasięgiem wzroku operatora nie pozwalałaby mu precyzyjnie i szybko zidentyfikować i przetransportować towar. Zrobotyzowane wózki transportowe są również niezastąpione, gdy warunki higienicznosanitarne, mikrobiologiczne lub temperaturowe nie zapewniają pełnej ochrony operatora (np. opary trujących substancji, wysoka temperatura w hutach). Należy pamiętać, że inwestycja poniesiona na zrobotyzowanie wewnątrzzakładowego systemu transportowego przyniesie zamierzone efekty tylko w przypadku gdy dobór urządzeń transportowych zostanie wykonany przez specjalistów w oparciu o rzetelnie zebrane informacje dotyczące charakteru pracy, warunków środowiska pracy i prognoz dotyczących rozwoju przedsiębiorstwa w najbliższych latach.

Kategorie: Automatyka i mechanika, Logistyka produkcji

pozostałe artykuły
najpopularniejsze
Redakcja:
Aby uzyskać pełny dostęp do wszystkich
treści w serwisie zaloguj się bądź zarejestruj
Forum Press Logo FORUM MEDIA POLSKA Sp. z o.o.
ul. Polska 13, 60-595 Poznań
Tel. 061 66 83 116