Razionalizzare la supply chain

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Parliamo dell’utilizzo di AMR e AGV a livello di sistema per la movimentazione rapida e sicura dei materiali secondo le necessità di un’intralogistica 4.0

L’intralogistica utilizza AMR (Robot Mobili Autonomi) e AGV (Veicoli a Guida Automatica) per lo spostamento efficiente dei materiali all’interno dei magazzini e degli stabilimenti di produzione dell’Industria 4.0. Lo spostamento rapido dei materiali dalla banchina di ricevimento a quella 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’Industria 4.0. L’intralogistica non si limita alla velocità, ma deve essere efficiente, accurata e con scarti ridotti per produrre i massimi benefici. Gli AMR e gli AGV possono essere fondamentali per migliorare l’intralogistica. Le due soluzioni si assomigliano, ma funzionano in modo diverso; gli AGV tradizionali sono preprogrammati per svolgere funzioni limitate a costi minimi, ma sono disponibili anche nuovi modelli di AGV, dotati di 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.

Cosa intendiamo con intralogistica

L’intralogistica si avvale di sistemi ciberfisici progettati per ottimizzare i processi interni di distribuzione e produzione. Per essere pienamente efficace, un sistema di intralogistica deve anche essere integrato con l’intera supply chain 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 a livello dell’intera supply chain. 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 (si veda figura 1). 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 a un altro migliorando efficienza, precisione, produttività e sicurezza delle operazioni. Questi sistemi si possono differenziare in base alle 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 t, ma sono disponibili modelli per carichi di 20 t. 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 m 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: quali sono le differenze?

Gli AGV e gli AMR possono avere configurazioni simili, ma non le stesse capacità. Per spostarsi da un luogo all’altro, per esempio, gli AGV utilizzano binari esterni realizzati con bande magnetiche, nastri/vernice o fili sul/nel pavimento; non possono andare da nessuna parte senza questi binari esterni. Gli AMR, invece, utilizzano una combinazione di sensori interni ed esterni, collegati in modalità wireless, con l’ausilio dell’intelligenza artificiale (AI) e dell’apprendimento automatico (ML) per pianificare il percorso più efficiente ed evitare gli ostacoli in modo dinamico. Gli AGV sono stati sviluppati prima dell’introduzione dell’Industria 4.0, e recentemente si sono evoluti per adattarvisi, così oggi le differenze non sono nette come un tempo. Permangono, a ogni modo, somiglianze e differenze, come per esempio nel tipo di navigazione e nelle modalità di evitamento degli ostacoli. La navigazione è il principale elemento di differenziazione: gli AGV possono viaggiare solo su percorsi predefiniti, mentre gli AMR possono utilizzare percorsi variabili in un’area o in un ambiente predefinito. Poiché si muovono autonomamente, gli AMR hanno ampie capacità di evitare gli ostacoli e di identificarne di nuovi, per esempio un pallet posizionato in un corridoio precedentemente libero, rilevando ed evitando anche il personale sul proprio 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 delle persone. Tuttavia, sebbene gli AVG siano in grado di identificare gli ostacoli, non possono aggirarli come invece posson fare 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. Inoltre, gli AMR consentono 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; inoltre, gli AGV sono 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 circostante, come l’aggiunta di nuove attrezzature che richiedono modifiche al percorso di viaggio. Grazie alla loro maggiore capacità di evitare gli ostacoli, gli AMR sono generalmente considerati più sicuri degli AGV, ma la questione non è 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 delle persone e includono numerose misure di sicurezza; tuttavia, gli AGV si muovono lungo percorsi predeterminati e il personale sa in anticipo dove si troveranno, in modo da evitare più facilmente il contatto con loro. Entrambe le tecnologie supportano dunque elevati livelli di sicurezza.

Sfide di implementazione

AGV e AMR richiedono l’impiego di un’infrastruttura specifica. In generale, le installazioni per gli AMR possono essere completate più rapidamente e sono meno impattanti rispetto a quelle per gli AGV; questi ultimi 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, che 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, per esempio un AMR può essere programmato per lavorare in collaborazione con un addetto alla raccolta ordini in un’applicazione ‘a catena’. Queste differenze rendono in genere gli AMR più adatti all’uso in ambienti di ’Industria 4.0, dove sono previsti cambiamenti che devono essere supportati in modo efficiente (si veda figura 2).

Manutenzione e costi: aspetti dal doppio risvolto

Gli AGV sono macchine più semplici, con un minore 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 del software. Il requisito di viaggiare in aree separate dalle persone comporta spesso che gli AGV percorrano 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. Per quanto concerne i costi, gli AGV sono generalmente macchine più semplici e costano meno degli AMR. Le differenze di costo legate all’installazione sono più complesse da definire, poiché gli AGV richiedono l’implementazione 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 sono più adatti all’uso nelle applicazioni di Industria 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 ciberfisici complessi, come quelli utilizzati per l’intralogistica. Vengono creati utilizzando i dati provenienti da varie fonti, tra cui i sensori presenti nell’impianto, i modelli 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 (si veda 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. Gemelli digitali e thread digitali sono alle prime fasi di sviluppo nell’intralogistica. La prevedibilità delle operazioni è importante per efficientare i sistemi di intralogistica; AMR, AGV e robot operano con alti livelli di prevedibilità e ripetibilità e il loro utilizzo nell’Industria 4.0 può semplificare l’uso della tecnologia del gemello digitale. La loro inclusione nel gemello digitale supporta l’ottimizzazione e la gestione della flotta 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, per esempio quelli concernenti le condizioni ambientali, i dati funzionali e quelli operativi sullo stato di macchine e dei processi. Utilizza questi dati per simulare i sistemi reali e prevedere le condizioni di intere macchine e singoli componenti, come le batterie degli AGV e degli AMR per ottimizzarne le prestazioni. Più è accurata la simulazione del mondo reale da parte del gemello digitale, maggiori sono i vantaggi che se ne conseguono. 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’AI e l’apprendimento automatico sarà un elemento importante per sostenere l’emergere di fabbriche e magazzini completamente automatizzati in linea con l’Industria 4.0.

Un futuro totalmente automatizzato

L’intralogistica si occupa della movimentazione dei materiali all’interno di una struttura industriale, come un magazzino o una fabbrica; AGV e 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 di Industria 4.0; se combinata con i gemelli digitali, AI e ML, l’intralogistica può supportare lo sviluppo di fabbriche e magazzini completamente automatizzati.

Digikey – www.digikey.it/it

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