Ewolucja czy rewolucja.Zastosowanie wózków AGV/AMR w przemyśle i logistyce

Czym są wózki  AGV/AMR

Bardziej  ewolucja niż rewolucja. Rozwiązanie znane jest od kilkudziesięciu lat i było skutecznie stosowane w projektach. Naturalną konsekwencją postępu i rozwoju sprzętowego ( czujników, sensorów), oprogramowania w tym angażowania technik uczenia maszynowego , sztucznej inteligencji, umożliwiło rozwój w postępie geometrycznym, doskonalenie  konstrukcji, upowszechnienia możliwości stosowania w przemyśle i dystrybucji.

Głównymi czynnikami , które wpływają na zwiększenie liczby aplikacji wózków AGV/AMR w projektach są:

• budowa nowoczesnych zakładów produkcyjnych, nowych obiektów magazynowych
• sukcesywne przestawianie się branży motoryzacyjnej na produkcję aut elektrycznych
• wzrost wymagań kompetencyjnych wymaganych od pracowników w nowoczesnych zakładach, pogarszający się dostęp do pracowników wysoko wykwalifikowanych
• wzrost cen i dostępności, spowodowanych przerwaniem łańcucha dostaw komponentów 
• konieczność zmian w obiektach istniejących: optymalizacja procesów, redukcja zajętości powierzchni (wobec np. linii przenośnikowych)
• wzrost wymagań w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy
• podniesienie poziomu niezawodności w procesie, podniesienie wydajności, brak przestojów

Wózek AGV/AVR nie zastąpi pracownika 1:1, to błędne myślenie.

Posadzka w projekcie to jeden z najważniejszych elementów, który zdecyduje o sukcesie projektu lub jego porażce!!!!.

Na rynku globalnym w 2023 roku notowano wzrost projektów w aplikacjach wózków AGV/AMR, szczególnie w Stanach Zjednoczonych, Japonii. Podobnie w Europie, gdzie obok firm rodzimych dużą aktywność wykazują firmy chińskie, osłabione spadkami na swoim rynku wewnętrznym. Perspektywa roku 2024 to utrzymanie się poziomu inwestycji na poziomie roku poprzedniego, z ewentualnym nieznacznym wzrostem.

Wózki AGV (Automated Guided Vehicles) to zautomatyzowane pojazdy używane głównie do transportu materiałów w przemyśle. Są programowane do poruszania się po ustalonych trasach z wykorzystaniem technologii takich jak magnesy, lasery czy taśmy.

Zalety wózków AGV (Automated Guided Vehicles) obejmują ich precyzję i niezawodność w powtarzalnych trasach oraz niższe koszty początkowe w porównaniu do AMR. Są one idealne do zadań wymagających regularnych i predefiniowanych tras. Jednakże AGV są mniej elastyczne w zmieniających się środowiskach i wymagają zmian infrastruktury do wyznaczania przebiegu tras cykli transportowych.

Wózki AMR (Autonomous Mobile Robots) to bardziej zaawansowane roboty mobilne, które samodzielnie nawigują w przestrzeni, omijając przeszkody dzięki sensorom i algorytmom AI.Dostosowują się do zmieniających się warunków pracy, co czyni je bardziej wszechstronnymi. Wadą jest wyższy koszt początkowy i złożoność technologiczna, co może wymagać zaawansowanej integracji i konserwacji.

Oba typy robotów są wykorzystywane w automatyzacji przemysłowej do zwiększenia wydajności, zmniejszenia kosztów pracy i poprawy bezpieczeństwa, szczególnie w magazynach, dystrybucji i produkcji.

W przypadku pracy obu typu wózków, charakteryzuje je niska tolerancja na odchylenia w przypadku pozycjonowania. Generalnie pracują one w warunkach ochrony poniżej IP 54 , co wyznacza zastosowanie wewnątrz  budynków.

Istnieją również rozwiązania specjalizowane do pracy na zewnątrz , z warunkami ochrony powyżej IP 54.

Nowoczesne systemy nawigacji i sterowania stosowane w wózkach AGV (Automated Guided Vehicles) i AMR (Autonomous Mobile Robots) obejmują różnorodne technologie. Do najpopularniejszych należą:

• LiDAR (Light Detection and Ranging): używany do precyzyjnego skanowania otoczenia laserami, jego mapowania i wykrywania przeszkód
• Wizyjne systemy rozpoznawania: umożliwiają wózkom identyfikację obiektów i orientację w przestrzeni, unikanie przeszkód
• GPS (w zastosowaniach zewnętrznych): zapewnia dokładne pozycjonowanie w dużych otwartych przestrzeniach
• Systemy oparte na sztucznej inteligencji i algorytmach uczenia maszynowego: pozwalają na adaptacyjne i inteligentne nawigowanie
• RFID i czujniki ultradźwiękowe: służą do śledzenia lokalizacji i zapobiegania kolizjom

• Kody kreskowe, QR i Data Frame: naklejane na elementach stałych wyposażenia np. magazynowego, posadzce

• Taśmy , indukcja: naklejane na posadzkę , wpuszczane w posadzkę

Poniżej zestawienie technologii nawigacji, typu sensorów, możliwości unikania przeszkód, gdzie : 

• M= mouse
• F = Forklift truck (wózek widłowy)
• T = Tugger (ciągnik)

Rys.1. Systemy nawigacji wózków AGV & AMR . Żródło : Raport "AGV & AMR Robotics 2023, publikowane przez STIQ. Ltd., listopad 2023

Historia wózków AGV/AMR

Wózki AGV (Automated Guided Vehicles) i AMR (Autonomous Mobile Robots) są innowacyjnymi rozwiązaniami, które rewolucjonizują przemysł. Ich historia sięga lat 50. XX wieku, kiedy to pierwsze wózki AGV pojawiły się w amerykańskich fabrykach. Początkowo były sterowane z wykorzystaniem indukcji. Dość szybko zaczęto wprowadzać nowoczesne systemy sterowania i nawigacji, co znacznie zwiększyło ich możliwości i zakres zastosowań.

Zastosowanie wózków AGV/AMR

Wózki AGV/AMR znajdują zastosowanie w wielu branżach. Przede wszystkim są wykorzystywane w logistyce, gdzie mogą służyć do transportu palet, skrzyń, komponentów, stelaży , czy innych materiałów. Mogą być wyposażone w urządzenia dodatkowe, podnośniki, chwytaki. Mogą też stanowić platformę mobilną dla robotów np. kompletacyjnych. Dzięki swojej autonomii mogą działać przez całą dobę, co znacznie zwiększa wydajność procesów logistycznych i ich niezawodność.

Wózki AGV/AMR są również wykorzystywane w produkcji (ich pierwotne przeznaczenie), gdzie mogą przewozić i dostarczać materiały do poszczególnych stanowisk. Cykle transportowe, punkty zdawczo - odbiorcze są ściśle zdefiniowane i nie podlegają częstym zmianom.

Wózki AGV/AMR mają również zastosowanie w magazynach, gdzie mogą skanować i przenosić produkty na odpowiednie miejsca. Dzięki temu można zautomatyzować procesy magazynowe i z zminimalizować nakład wysiłku ludzkiego w celu realizacji zaplanowanych zadań.

Rys.2. Lokalizacja wózków AGV & AMR w operacjach łańcucha dostaw. Żródło : Raport "AGV & AMR Robotics 2023, publikowane przez STIQ. Ltd., listopad 2023

Jak możemy zauważyć, wśród wózków AGV/AMR możemy wyróżnić trzy główne typy:

• platformy jezdne, nazywane często żółwiami, mouse truck
• wózki widłowe z przeciwagą lub bez niej
• ciągniki

Możemy tu rozszerzyć popularność zastosowań o wózki G2P Solutions z obszaru eCommerce, np. rozwiązania firmy Locus Robotics.

Rys. 3. Wózek firmy Locus Robotics, dostęp Internet, 12.01.2024, godz.12

Udżwigi wózków AGV/AMR, aplikacje i schematy cykli transportowych

Rys.4. Udżwig wózków AGV/AMR. Żródło : Raport "AGV & AMR Robotics 2023, publikowane przez STIQ. Ltd., listopad 2023;

Rys.5. Wózek AMR firmy Versabox, Internet, dostęp 12.01.2024, godz.13

Stosowany, praktyczny zakres udżwigów wózków AGV/AMR(mouse) mieści się w zakresie 250 - 1500 kg(2000 kg).Dotyczy to czynności podnoszenia oraz przewozu.

Zakres stosowania wózków AMR:

• cykle transportowe pomiędzy gniazdami produkcyjnymi na linii produkcyjnej

• cykle transportowe pomiędzy produkcją , a magazynem, kilka miejsc zatrzymania, realizacja cyklu transportowego w jednym zleceniu 

• cykle transportowe obsługujące zlecenia pickingowe, współpraca z pracownikiem magazynowym

• Cykle transportowe eCommerce- Matrix, dostawa i odbiór pojemników, dostarczanie pojemników do miejsca pobrań, odstawianie pojemników, automatyczny załadunek i rozładunek pojemników w magazynie automatycznym, na produkcji. Zwroty tras wózków pod kątem 90,180,270,260 stopni .Zwroty wykonywane poprzez identyfikację kodów QR/Datametric, umieszczanych na posadzce.

Rys.6. Udżwig wózków AGV/AMR. Żródło : Raport "AGV & AMR Robotics 2023, publikowane przez STIQ. Ltd., listopad 2023;

Rys.7. Wózek  firmy Linde, Internet, dostęp 12.01.2024, godz.13

Autonomiczne wózki widłowe występują w odmianach z przeciwagą lub bez niej. Zależne jest to od tego jakich palet używamy w transporcie i układu deskowań, palety otwarte- zamknięte. Praktyczne udżwigi wózków w zakresie 250 - 2000 kg. Należy przy tym zaznaczyć , że są to zwykle wózki po konwersji ze standardowych wózków widłowych. 

Realizuje głównie cykle transportowe : produkcja - magazyn; magazyn - produkcja, na  produkcji , na magazynie. Wykorzystujemy je również do transportu jednostek ładunkowych do/ze strefy komisjonowania.

Rys.8. Udżwig wózków AGV/AMR. Żródło : Raport "AGV & AMR Robotics 2023, publikowane przez STIQ. Ltd., listopad 2023;

Rys.9. Wózek firmy Linde, Internet, dostęp 12.01.2024, godz.13

Autonomiczne ciągniki widłowe charakteryzują się możliwością uciągu w zakresie 500 do 10000 kg. Wymagają udziału człowieka w zadaniach transportowych , załadunku - rozładunku, sprzęgu wózków ciągnionych, rozsprzęgu. Konwertowane często z wózków sterowanych ręcznie.

Realizuje głównie cykle transportowe : produkcja - magazyn; magazyn - produkcja, na  produkcji. 

Rys.10,11. Wózki  firmy Locus Robotics, Internet, dostęp 12.01.2024, godz.13

Wózki autonomiczne wykorzystywane przede wszystkim w procesie komisjonowania. Transportują pojemniki kompletacyjne, mogą przemieszczać stelaże regałowe. Ze względu na swoją konstrukcje przemieszczają ładunki o wadze 25-250 kg. Współpracują z pracownikami magazynowymi, ale nie jest to wymóg konieczny.

Drugim obszarem w których mogą być wykorzystywane jest obszar produkcji.

Do nawigacji korzystają z systemów laserowych i optycznych do pozycjonowania, orientacji na mapie magazynu, unikania przeszkód, zatrzymania bądż ich omijania. Mogą być wykorzystywane do pracy na antresolach wielopoziomowych.

Wykorzystywane jako mobilne stanowiska pracy, przy tym mogą być wyposażone w skanery, drukarki. Proste w implementacji i łatwe w skalowaniu.

Z powyższego, możemy wnioskować , że rozwój technologii pozwala na szerokie pole zastosowań i będzie się trend wzmacniał.

Możliwości zastosowań wymagają z całą pewnością pogłębienia fachowej wiedzy przez firmy zajmujące się wdrożeniami wózków AGV/AMR.

Istotnym elementem jest również uświadamianie i edukowanie klientów. 

To co wynika z obserwacji rynku, firmy technologiczne albo przeszły albo podlegają obecnie  procesowi konsolidacji i łączą siły.

Firmy zajmujące się oprogramowaniem w ramach sterowania i wymiany danych w procesie sterowania wózkami AGV/AMR są przejmowane w ramach tych działań. Wydaje się oczywistym zestawiając taki obraz z zapotrzebowaniem rynkowym , główna rolę będą odgrywały duże , globalne firmy, duzi integratorzy.

Znajdzie się też miejsce dla mniejszych firm, małych integratorów, natomiast część ich tortu będzie zdecydowanie mniejsza. Potencjał rynku na 2027 rok, szacowany jest globalnie na 18 bilionów dolarów.

Ciekawym pozostaje rozważanie na temat rynku polskiego, w kontekście rozwoju tego typu technologii, przy jednoczesnym ograniczeniu popytu generowanego przez rynek niemiecki.

Chciałbym dokończyć sprawę, którą poruszyłem w poprzednim  artykule, dotyczącym poszycia posadzek.

Wartym przedstawienia są dwa rozwiązania, które mogą mieć zastosowanie w sytuacji kiedy chcielibyśmy zaprojektować lub przystosować antresolę pod wózki AGV/AMR.

Oba rozwiązania  oferowane są  przez firmę  Hi-Level Mezzanines.

Pierwsze z nich to poszycie podłogi oparte o panele PVC, w specyfikacji do pracy z wózkami AGV/AMR.

Drugim rozwiązaniem, które może mieć zastosowanie w relacji z wózkami AGV/AMR to tak zwane podłogi "kompozytowe". Określenie wynika ze struktury, którą może zaobserwować z poniższego zdjęcia.

Standardowa konstrukcja słupów i belek nośnych, blacha trapezowa, konstrukcji pozwalającej na wylanie betonu, zbrojenie z prętów żebrowanych, warstwa betonu, z warstwą wierzchnią zatartą na gładko.

Rys.12. Poszycie podłóg firmy Hi-Level Mezzanines, Internet, dostęp 12.01.2024, godz.13

Pierwsze rozwiązanie jest łatwe w adaptacji i montażu. Drugie wymaga prac konstrukcyjnych i budowlanych.

W drugim przypadku cały proces wydłuża się ze względu na zakres prac i czasu potrzebnego na "dojrzewanie" betonu.

Może być też rozwiązaniem gdzie w projekcie mamy wymóg procedury budowlanej.

Podłoga PVC jest oferowana przez firmę brytyjską. Nie widzę powodów, żeby w przypadku podłogi kompozytowej nie wykonać projektu przy pomocy polskich firm budowlanych.

Zapraszam

Całość procesu projektowego i realizację  przeprowadzą Konsultanci Logistyczni

Zbigniew Marcjaniak

ul. Sikorskiego 35, 05-091 Ząbki

  marcjaniak@konsultancilogistyczni.pl

  +48 603 721 789

 Kontakt