Моделирование интралогистики: современное программное обеспечение

Менеджеры центров распределения и выполнения заказов и находящийся под их управлением персонал сталкиваются со сложными задачами, трудность решения которых усугубляется ожиданием производства товаров на корпоративном уровне и внешних поставок от сети клиентов. К счастью, цифровизация постоянно предоставляет новые методы для всё более интеллектуальной и эффективной складской работы. Благодаря передовому ПО для моделирования постоянно развивается и совершенствуется интралогистика — как способ управления и оптимизации внутренних процессов производства и распределения.

Любой, кто побывал в современном центре обработки и исполнения заказов, знает, что его менеджеры должны быть психологически устойчивыми и уметь адаптировать и масштабировать процессы внутренней логистики. Однако не все сводится только к персоналу, для успешного решения стоящих перед ним в этой сфере проблем требуется продуманное проектирование склада и его готовность к большим нагрузкам. Помочь центрам обработки и исполнения заказов оставаться конкурентоспособными от момента их проектирования и до начала эксплуатации и призвано современное ПО для моделирования.

Интралогистические проблемы, которые должно решить ПО для моделирования

Хотя повышенный потребительский спрос создает широкие возможности для бизнеса в части получения прибыли, в центрах распределения и выполнения заказов предстоит преодолеть огромные трудности. Кроме того, пандемия COVID-19 создала новые регламенты в обеспечении безопасности на рабочем месте, увеличивая потребность в процессах, предполагающих минимальное или даже полное отсутствие вмешательства человека.

Еще одна проблема связана с площадью. Для более эффективной эксплуатации ограниченного пространства центров выполнения заказов требуется не только разум­ное использование технологий (рис. 1), но и эффективная компоновка, стратегический подход к размещению продуктов и повышение доступности потока входящих материалов, а также удобство обслуживания и увеличение производительности.

Рис. 1. Высокие складские и челночные стеллажи с передовой технологией подъемников и транспортировки позволяют максимально использовать доступное пространство в центрах распределения и выполнения заказов. Выступая в качестве цифрового двойника, передовое ПО для имитационного моделирования способно помочь центрам исполнения и распределения оставаться конкурентоспособными от проектирования и до эксплуатации.
Все изображение предоставлено компанией Siemens

Кроме того, все большее значение в мире приобретают экологическое сознание и рост цен на энергию, побуждая многие компании стремиться к углеродной нейтральности, что оказывает свое влияние на выполнение работ на складе. Для поддержки этих усилий необходимо разработать методы мониторинга энергопотребления и дать представление о путях дальнейшего повышения энергоэффективности. Инициативы по обеспечению прозрачности бизнеса в части экологии также предполагают общедоступность этих данных.

Однако помимо связанных с технологиями трудностей складским хозяйствам, для того чтобы идти в ногу с современными достижениями в области автоматизированных технологий, часто не хватает ИТ-персонала. Поэтому нередко можно наблюдать такую ситуацию: слишком много данных, но недостаточно информационных процессоров для их обработки. Чтобы устранить это препятствие, персоналу склада нужны системы, которые сами генерируют идеи и представляют их в общедоступной форме, уменьшая сложность взаимодействия между людьми, средствами автоматизации и информацией.

Для преодоления этих барьеров на пути к успешной деятельности центра обработки и исполнения заказов требуется более широкое применение цифровых технологий и более эффективных концепций автоматизации, нацеленных на снижение затрат и рисков при установке нового погрузочно-разгрузочного оборудования. Кроме того, для того чтобы оставаться конкурентоспособными и исполнять входящие заказы на должном уровне, предприятиям необходимо увеличивать скорость их обработки. Однако, несмотря на множество проблем, есть способ оптимизировать эффективность и удовлетворить многочисленные потребности современных логистических центров.

Цифровой двойник для оптимизации проекта склада

Усовершенствованное ПО, предназначенное для имитационного моделирования, решает не только перечисленные выше, но и другие проблемы, объединяя возможности ПО и реального оборудования. Данный подход позволяет оптимизировать складскую среду, прежде всего, в ПО, где создание прототипов и изменение процесса относительно недорого и просто, соответственно, в итоге реально развернутый склад сразу работает эффективно. Хотя компьютерное моделирование таких объектов, как склад, требует знаний, времени, денег и внимания, преимущества часто перевешивают связанные с его использованием затраты.

Пакет расширенного ПО для моделирования помогает менеджерам склада оцифровать цепочку создания стоимости во время концептуального проектирования и в период ввода склада в эксплуатацию, а также после его полноценного развертывания для проверки и анализа методов дополнительного повышения операционной эффективности.

Инструмент моделирования производственных помещений обеспечивает виртуальное представление складских операций. Во время проектирования инженеры-программисты могут создать многомерную складскую среду вместе с проектировщиками помещений, что позволяет выполнить трехмерное моделирование работы склада.

Пользователям предоставляется возможность имитировать схему распределительного центра, визуализировать поток товаров или материалов, контролировать программируемые логические контроллеры (ПЛК), настраивать интеллектуальные промышленные устройства и применять передовые статистические инструменты для анализа процессов. Инженеры могут запускать эти процессы и отслеживать каждый из них в режиме реального времени, моделировать производственные данные и оптимизировать конфигурацию объекта, чтобы определить максимально эффективный проект (рис. 2). Мониторинг включает возможность визуализировать обновления входов/выходов ПЛК в реальном времени в соответствии с логикой программы.

Рис. 2. Инструмент Siemens Plant Simulation можно использовать для создания комплексного цифрового двойника предприятия в целом. Такой двойник направлен на оптимизацию производственных параметров нового объекта или для экспериментов с методами улучшения производительности на уже существующем складе

Анализ логистических приложений с помощью ПО

Для приложений по транспортировке материалов ПО предоставляет возможность доступа к информации об условиях, которые нужно соблюдать при перевозке. Оно также включает встроенный анализ эргономики для оптимального позиционирования подъемно-транспортных машин, платформ и других механизмов так, чтобы предоставить преимущества механизации и минимизировать ручной труд человека (рис. 3).

Рис. 3. Анализ эргономики помогает определить оптимальное расположение подъемно-транспортных машин, платформ и других механизмов

Используя передовое ПО, с помощью итераций моделирования, роботы могут изучать оптимальные пути движения, а безрельсовые автоматизированные управляемые транспортные средства (automated guided vehicle, AGV) могут сами определять наилучший маршрут. ПО проверяет тысячи возможных схем движения с учетом предлагаемого оборудования и его расположения на складе, а также обеспечивает наиболее эффективные перемещения роботов и маршруты AGV.

Правильный выбор электродвигателей, приводов и прочей автоматики

В ПО NX Mechatronic Concept Designer встроены физические расчеты, включая гравитацию, трение и крутящий момент, что повышает реалистичность моделирования и надежность созданных с его помощью мехатронных моделей. Инженер-механик имеет возможность убедиться, что кинематические компоненты сконфигурированы оптимально, и как только механические компоненты и статистика станут известны, конструкторы могут правильно рассчитать нагрузки и выбрать двигатели, приводы и другое сопутствующее оборудование.

С помощью этих програм­мных пакетов пользователи могут решать задачи параллельного проектирования, обеспечивая совместную работу с согласованными данными между различными инженерными дисциплинами. ПО может автоматически создавать электрические чертежи и проекты ПЛК (в таких продуктах, как TIA Selection Tool, TIA Portal, TIA Portal Openness), что обеспечивает преимущество при проектировании и сокращает общее время выполнения проекта.

Как только необходимый базовый код сгенерирован, программисты могут вносить изменения, влияющие на последующее моделирование, и по мере необходимости заниматься детальным обновлением кода. Это предоставляет пользователям возможность просматривать в ПО TX Plant Simulation полную модель будущего склада — с конвейерами, автоматическими подъемниками и сканерами, осветительными приборами, грузовыми автомобилями и потоками материалов. И все работает синхронно!

Девять способов, которыми может помочь ПО для моделирования

В рабочей области моделирования могут быть размещены самые разные типы оборудования:

• Транспортно-накопительная система с высокой плотностью размещения товаров для продуктов питания, скобяных товаров и потребительских товаров в упаковке.
• Устройства функциональной безопасности.
• Усовершенствованные устройства оптической идентификации для отслеживания движения продукта.
• Масштабируемые и гибкие транспортные системы на базе шат­тлов.
• Компоненты управления для современных транспортных средств — шаттлов, бортовых и внебортных.
• Гарантированная связь в реальном времени с промышленными беспроводными локальными сетями для надежного, высокоскоростного и кибербезопасного соединения между устройствами на складе.
• Системы промышленной радиочастотной идентификации (RFID) для отслеживания продукции.
• Пограничные вычислительные устройства.
• Компактные и мобильные контроллеры, встроенные в другое оборудование.

Пока воссоздается смоделированное представление производственных процессов, пользователи могут одновременно контролировать отображение человеко-машинного интерфейса (HMI) и работу релейной логики ПЛК непосредственно в ПО для моделирования (например, с помощью PLCSIM), что помогает виртуально вводить машины в эксплуатацию. Эти виртуализированные симуляции представляют собой оцифрованные планы для складов и распределительных центров, помогающие гарантировать, что их физическое развертывание будет работать должным образом.

Совсем недавно моделирование только выполняло преобразование из 2D- в 3D-визуализацию, и теперь стали доступны обратная связь и движение в реальном времени. Программное моделирование позволяет проектировщикам моделировать и визуализировать работу объекта еще до его ввода в эксплуатацию. В результате много­профильные команды специалистов могут координировать свои действия на ранних этапах работы над проектом, обеспечивая более эффективное его выполнение как по затратам финансовых средств, так и по времени.

Результаты, которые дает использование ПО для моделирования

Крупный производитель товаров по уходу за домом, для того чтобы упростить операции и снизить накладные расходы, смог благодаря новому ПО для моделирования объединить четыре распределительных центра в одно предприятие. Используя пакет современного ПО для моделирования, производитель эффективно смоделировал и реализовал объект, размер которого был вдвое меньше, чем его предыдущие объединенные площади, одновременно увеличив эффективность обработки товаров.

Он увеличил плотность хранения продукции на 50% и теперь интенсивно использует около 90% имеющегося пространства. Кроме того, для этого требуется на 20% меньше транспорта внутри предприятия, чем до его консолидации. Повышение эффективности, которое стало возможным благодаря передовому моделированию и технологиям внутренней логистики, увеличило рентабельность и сократило выбросы углекислого газа.

В другом примере глобальная логистическая компания недавно внедрила ультрасовременную систему сортировки и транспортировки в одном из своих международных аэропортов (рис. 4). Используя компоненты, в том числе ПЛК и приводы, компания смогла достичь скорости транспортировки сортировщика 8 футов/с и максимальной производительности до 9 тыс. посылок различных размеров в час.

Рис. 4. Ультрасовременная система сортировки и транспортировки, внедренная глобальной логистической компанией в одном из международных аэропортов

Системная диагностика ПО для моделирования во время выполнения

После того как объект запущен и уже эксплуатируется, моделирование сохраняет свою ценность как инструмент для экспериментов с настройками процесса или управляющей программы, в то время как возможности ПО для системной диагностики повышают ценность усилий по оптимизации.

Диагностические инструменты позволяют проводить профилактическое обслуживание, предупреждая персонал о проблемах, обнаруженных на объекте еще до возникновения отказа оборудования. В некоторых конфигурациях системной диагностики определенные события, такие как обрыв провода или низкое напряжение, встроены в ПЛК для связи с сопутствующим HMI. В таком случае специалисты по обслуживанию могут устранять типичные проблемы прямо с экрана HMI, без необходимости использовать портативный компьютер и подключать его к ПЛК для анализа ситуации (рис. 5).

Рис. 5. Функция ProDiag от компании Siemens, встроенная в ее системы визуализации Simatic WinCC HMI, позволяет операторам переходить от аварийного сигнала непосредственно к коду ПЛК, откуда он был вызван, расширяя возможности поиска и устранения неисправностей и ускоряя восстановление

Кроме того, эти же програм­мные пакеты собирают и хранят данные, полученные в реальном времени, и предоставляют операторам возможность просматривать предыдущие данные на HMI, помогая им определить проблемы, которые вели к аварийной ситуации. Эти инструменты, доступные непосредственно на складе, помогают сократить время простоя и увеличить его пропускную способность.

ПО для моделирования помогает перемещать, сортировать, собирать, упаковывать товары

По мере того как общество становится все более взаимосвязанным, складские технологии также прогрессируют в этом направлении. В то же время растут и ожидания клиентов и компаний. Если не двигаться в этом направлении, то центры распределения и обработки товаров, располагающие устаревшими инструментами и методами, не смогут отвечать требованиям по поставкам и проиграют в эволюционной борьбе на рынке товаров и услуг.

Однако с помощью передового ПО для моделирования и современных технологий перемещения, сортировки, комплектации и упаковки склады смогут стать на современные рельсы и решить эти проблемы. Хотя моделирование требует дополнительных начальных затрат и усилий, будущая экономия времени и повышение эффективности в обработке товаров, как правило, намного перевешивает начальные затраты.

С помощью моделирования на ранних стадиях проектов разработчики систем могут сократить объем, а также сэкономить общее время и усилия, необходимые для реализации проекта, и помочь обеспечить более эффективную работу центра выполнения заказов.

Пока это еще теория, но она уже становится практикой, а различие между довольным получателем посылки и раздраженным клиентом, чей заказ потерялся на складе, менеджерам центров сортировки и доставки хорошо известно.