Wykorzystanie robotyki i automatyzacji w pakowaniu i wysyłce towarów

Cyberpunk to nie przyszłość, tylko teraźniejszość

Przemysł 4.0 to koncepcja opisująca złożony proces transformacji technologicznej i organizacyjnej przedsiębiorstw, który obejmuje integrację łańcucha wartości, wprowadzanie nowych modeli biznesowych oraz cyfryzację produktów i usług. Wdrażanie tych rozwiązań możliwe jest dzięki wykorzystaniu nowych technologii cyfrowych, zasobów danych oraz zapewnieniu komunikacji w sieci współpracy maszyn, urządzeń i ludzi. Czynnikiem napędzającym transformację w kierunku przemysłu 4.0 są coraz bardziej zindywidualizowane potrzeby klientów i narastający trend personalizacji produktów i usług.

Czym jest automatyzacja pakowania?

Ze względu na dynamiczny rozwój branży e-commerce oraz analizy wskazujące na jej dalszą ekspansję w skali globalnej, konieczna stała się optymalizacja procesów zarządzania pakowaniem i wysyłką do odbiorcy. Skala wzrostu ilości wysyłek jest bowiem tak duża, że standardowe procedury okazują się niewydajne. Jednocześnie zyski z handlu elektronicznego i łatwość ich akumulacji w raz zdobytej niszy są tak duże, że pozwalają na inwestowanie w prekursorskie i bardziej wydajne, zrobotyzowane procesy realizacji zamówień i wysyłki.

Wspomniane zyski co prawda "pozwalają" na implementację nowych technologii, jednak jest ona w dużej mierze wymuszana ogromną konkurencją zasobnych w porównywalne fundusze innych dominujących firm z danej branży. E-commerce ma tą cechę, że będąc dominującą marką można zniknąć właściwie z dnia na dzień, jeśli tylko nie nadąży się za jakością oferty konkurencji. Nie ma tu bowiem czynnika dystansu - przesyłki realizowane są globalnie. Jeśli konkurencja poprzez robotyzację będzie w stanie zapewnić np. darmową dostawę na inny kontynent w czasie trzech dni, a my nie, odpływ klientów w skali dziesiątek procent to kwestia krótka jak dokonanie kolejnego zakupu online.

Pakowanie odbywa się zwykle na końcu linii komplementowania zamówienia i polega na uporządkowaniu i zabezpieczeniu produktów w celu ich późniejszego składowania i wysyłki. Zazwyczaj ta praca jest wykonywana manualnie przez ludzi. Aby przeprowadzić ten proces wydajniej i szybciej, zaczęto stosować różne technologie, które pozwalają na jego przeprowadzenie w sposób automatyczny, bez konieczności ingerencji człowieka. Najbardziej widocznym przejawem, i jednocześnie znanym, jest zastosowanie robotów wspópracujących, jednak nowoczesny magazyn wysyłkowy to wiele bardziej złożony ekosysem zdigitalizowanych bytów.

Digitalizacja, robotyka i automatyzacja pozwala na uzyskanie lepszej jakości pakowania w porównaniu z procesem ręcznym. Wpływa na to m.in. zdolność robotów do przenoszenia ciężaru większego niż człowiek jest w stanie udźwignąć, a przy tym oszczędność czasu i umożliwienie pracownikom poświęcenia się mniej wymagającym fizycznie zadaniom, brak zmęczenia i znużenia bedącego przyczyną wypadków, pomyłek w komplementacji zamówienia, a także wypalenia zawodowego czy depresji związanej z monotonią wykonywanych zadań.

Jakie technologie można wykorzystać do automatyzacji pakowania?

Cobots - roboty wpółpracujące

Robotyka współpracująca to technologia, która pozwala na wykonywanie powtarzalnych, mało ergonomicznych lub niebezpiecznych dla operatora procesów bez konieczności stosowania dodatkowych systemów bezpieczeństwa i obudów obecnych w tradycyjnych obiektach, w których wykorzystywało się do tej pory pracę robotów.

Coboty mogą pracować "ramię w ramię" z ludźmi, a nawet we współpracy z nimi. Jest to możliwe, ponieważ dzięki czujnikom sensorycznym są świadome swojego otoczenia, a głównym założeniem w ich projektowaniu jest bezpieczeństwo otaczających je ludzi. Nowoczesne coboty wykorzystują również wizję komputerową i algorytmy uczenia maszynowego, przez co ramię robota jest na tyle "inteligentne", aby dostosować swoje ruchy do każdej sytuacji lub do zadania, które musi aktualnie wykonać, uwzględniając otoczenie zewnętrzne z rozróżnieniem na obiekty martwe i żywe. Robot taki cechuje się dużą autonomią.

Rozszerzona rzeczywistość

Augmented reality - system łączący świat rzeczywisty z generowanym komputerowo. Zazwyczaj wykorzystuje się obraz z kamery, na który nałożona jest generowana w czasie rzeczywistym grafika 3D. AR jest definiowana jako system spełniający trzy warunki:

• łączący w sobie świat realny oraz rzeczywistość wirtualną,
• interaktywny w czasie rzeczywistym,
• umożliwiający swobodę ruchów w trzech wymiarach.

Kojarzona najczęściej z reklamą i marketingiem, ma ogromny potencjał w zastosowaniu przemysłowym:

• Poprawa ergonomii na stanowisku pracy poprzez elimancję ciągłego, fizycznego sprawdzania przewodnika po wykonywanej pracy. Ma to zwłaszcza zastosowanie w skomplikowanych złożeniach na tasmach montażowych, gdzie instrukcje i wskazówki są skomplikowane.

  Konieczność zapewnienia pełnej jakości w fabrykach powoduje konieczność wdrożenia systemów rozszerzonej rzeczywistości, które prowadzą operatorów krok po kroku, aby uniknąć generowania awarii. W ten sposób komputerowy system wizyjny weryfikuje poprawność montażu, a system rozszerzonej rzeczywistości zaznacza na samym sprzęcie, jaki jest następny krok, skąd ma wziąć element lub gdzie ma zostać zamontowany. Punkty połączeń są wyświetlane za pomocą projektora lub okularów, a za pomocą wizji komputerowej każde połączenie jest weryfikowane w czasie rzeczywistym i zatwierdzane. Wyobraź sobie zadanie, które składa się z ponad 100 różnych połączeń. Jeśli skorzystamy z rozszerzonej rzeczywistości, nowy operator, który nigdy wcześniej nie wykonywał tego zadania, może to zrobić bez popełniania błędów i bez procesu uczenia się.

• Poprawa produktywności poprzez szybszą realizację zbiórki towaru oraz wizualizację realcji i połączeń pomiędzy towarami i otoczeniem.
• System AR w roli przewodnika przyczynia sie do obniżenia poziomu błędów w pracy, np. przygotowywania paczki pod zamówienie lub składowania przedmiotów w niewłaściwym miejscu lub w niewydajny powierzchnowo sposób.
• Serwisowanie maszyn i narzędzi z użyciem AR pozwala na dostęp za pomocą noszonego ze sobą tabletu do kart technicznych, które są analizowane, a różnice w stanie docelowym a rzeczywistym przenoszone na fizyczny obiekt. Taką naprawę można wręcz przeprowadzić zdalnie - instrukcje wydaje specjalista, a wykonuje je poprzez AR niewykwalifikowany pracownik.
• Rozszerzona rzeczywistość może nawet mieć zastosowanie w przesytłkach kurierskich - brak problemu ze znalezieniem przesyłki pośród setek innych w samochodzie dostawczym.

Computer vision

Dobrze wykorzystując czujniki optyczne i tzw. "sztuczne widzenie", zarówno konwencjonalne, jak i poszerzone o metody uczenia maszynowego, można zoptymalizować i jeszcze bardziej ułatwić pakowanie różnych produktów.

• Wykrywanie pozycji następnego obiektu do podniesienia.
• Lokalizacja materiałów potrzebnych do pakowania.
• Wykrywanie luk w celu umieszczenia przedmiotów do pakowania.
• Obliczenie pozostałej przestrzeni w pudełkach do umieszczenia produktu.

Widzenie komputerowe nie ma ograniczeń ludzkiego oka. Może śledzić wiele obiektów jednocześnie, w całkowitej ciemności lub zapyleniu, w podczerwieni lub termowizji, nie kierunkowo a w zakresie np. 360^o. Może być po0łączone z innymi czujnikami optycznymi i widzieć i monitorować de facto całą halę, a nawet kilka. Ograniczeń nie ma - pozostaje tylko kwestia sposobu przetwarzania danych i ich sensownego zastosowania.

Wózek samojezdny typu AGV

AGV - Automatic Guided Vehicles to pojazdy samosterujące, autonomiczne, zdolne do poruszania się po uprzednio zmapowanej, określonej przestrzeni, w celu realizacji różnorodnych zadań, nie tylko transportowych.

Są często używane na końcu linii do transportu nieporęcznych opakowań w środowisku produkcyjnym w celu ich odpowiedniego zapakowania lub przechowywania. Często używane razem z robotem współpracującym. AGV transportuje robota do określonych punktów, gdzie ten wykonuje niezbędne zadania, na przykład bandowanie taśmami zapakowanych na paletę produktów.

Internet of things

IoT - podając za Oracle:

Internet rzeczy opisuje sieć obiektów fizycznych — „rzeczy” — z wbudowanymi czujnikami, oprogramowaniem i innymi technologiami w celu łączenia i wymiany danych z innymi urządzeniami i systemami przez Internet.

Jeden z kroków czwartej rewolucji przemysłowej zakłada współdzielenie informacji o procesie wytwarzania przez ludzi, maszyny i produkty. Dzięki IoT możliwa jest bezproblemowa i natychmiastowa komunikacja między ludźmi, procesami i rzeczami.

Przemysł wykorzystuje IoT do komunikacji maszyna-maszyna (M2M) w celu uzyskania bezprzewodowej automatyzacji i sterowania. Firma Oracle w opracowaniu będącym jednoczśnie "succes story" ich klienta - Titan International Case Study - wskazała na słaby wgląd w operacje na hali produkcyjnej, powodujący opóźnienia w wysyłce dostaw i zaległości innych zadań. Ponadto IoT okazał sie przydatny w poradzeniu soie z innymi wykrytmi problemami:

• Niedokładne dane inwentaryzacyjne powodowane błędem pracowników.
• Brak danych w czasie rzeczywistym o ruchu na taśmach transportowych. Z tego powodu dział wysyłki nie był w stanie dokładnie oszacować czasu załadunku zamówienia i jego odbioru z magazynu. Doprowadziło to do długiego czasu oczekiwania dla ciężarówek, tworzenia się "wąskich gardeł" dławiących przepływ towarów, dodatkowych kosztów pracy i opóźnień w dostawach.
• Nieplanowane przestoje związane z utrzymaniem maszyn zakłócały ich regularną konserwację i wymuszały nadgonienie produkcji. Brak wglądu w stan maszyn doprowadził do powstawania ręcznych harmonogramów konserwacji, które kolidowały z tymi generowanymi automatycznie.
• IoT pozwolił także na uzyskanie danych pozwalających na przewidywanie i zapobieganie usterkom.

Jak podkreśla w opracowaniu Jeff Blattner, Dyrektor IT z Titan International Incorporated:

Najważniejszym czynnikiem, jaki przyświecał nam przy wyborze rozwiązania IoT było to, że chcieliśmy rozwiązania, które będzie mogło rosnąć wraz z nami. Chcieliśmy czegoś, co można by konserwować i aktualizować, a nie czegoś, co jest kolejną,zamkniętą, niestandardową aplikacją.

Pakowanie i wysyłka towarów - co pokazała pandemia?

Gdy zaczęły się lockdowny, sprzedaż towarów pakowanych wzrosła tak gwałtownie, że nawet po ich zakończeniu pozostawiła zakłady produkcyjne i firmy wysyłkowe czy e-commerce z zapotrzebowaniem większym niż kiedykolwiek wcześniej. Jednocześnie wiele z nich nie mogło zatrudnić nowych pracowników ze względu na środki bezpieczeństwa związane z COVID-19. Zwracając się w stronę robotów, firmy sprostały temu zapotrzebowaniu. Przewidywania dla branży opakowaniowej związane z boomem w handlu elektronicznym, a także prognozy w branży automatyzacji odwołujące się do tego boomu nie pozostawiają złudzeń, że pracownicy przyszłości to AI, Iot, Kobot, AGV i zapewne już niedługo - dron.