Nedostatek zaměstnanců a zvyšující se požadavky na množství přepravovaného zboží nutí firmy přecházet na automatizaci a robotizaci skladů. Výhradní nasazení robotů zvyšuje preciznost, zefektivňuje využívání skladovacích prostor i celou logistiku a minimalizuje chybovost. Většina instalovaných systémů pochází ze zahraničí, ale úspěšně se už začínají prosazovat i tuzemská řešení.
automatizaci skladů prostřednictvím robotů přešla již řada firem, například Zásilkovna v pražských Štěrboholích. Také ve skladu firmy Alza v Chrášťanech u Prahy se díky robotickému systému AutoStore norského výrobce Element Logic výrazně zkrátil expediční proces. Stejný systém využívá i firma Rohlík. V loňském roce otevřel plně automatizovaný sklad také Plzeňský Prazdroj a letos v lednu automatizovaný centrální sklad finálních výrobků uvedl do provozu rovněž otrokovický výrobce pneumatik Continental Barum. Velké firmy zatím využívají dodávek zahraničních firem, ale o slovo se již úspěšně hlásí první český výrobce robotického skladu.
Český výrobce robotů proniká na trh
Český robotický systém Archeion byl vyvinut technologickým startupem IdeaStorage v Kácově na Kutnohorsku, společně s vědeckými týmy Technické univerzity v Liberci (TUL), původně pro firmu Systematic, která se zabývá archivací dokumentů. Vývoj započal už roku 2016. „Ve firmě Systematic jsme vzhledem k neustále narůstajícímu množství dokumentů a kritickému nedostatků místa začali tehdy uvažovat o robotizaci skladu. Robotický systém se nám líbil, ale ceny na trhu byly pro využití v archivaci neúnosně vysoké. Dělali jsme rešerše a průzkumy a došli jsme k rozhodnutí, že si robotický systém pro sebe vyvineme sami. Díky evropským dotacím jsme založili firmu IdeaStorage a spojili se s libereckou univerzitou. Podařilo se nám vyvinout funkční robotický systém, který nám v podstatě problémy s nedostatkem skladovacího prostoru a manipulací se zbožím vyřešil,“ říká Marek Ječmének, technický ředitel firmy IdeaStorage. Je přitom přesvědčen, že systém může najít uplatnění i mimo archivaci, v řadě rozličných provozů. Nevyžaduje žádné zvláštní klimatizační podmínky, výkon robotů je spolehlivý i v neosvětleném skladu a při teplotách od 5 do 50 °C. V úspěšném testovacím provozu ve firemním centrálním skladu v Kácově na Kutnohorsku se osvědčili tři roboti manipulující se 2 000 přepravek. Právě zde si firma ověřila, že výkony a funkce robotů neovlivňují ani nízké teploty v chlazených prostorech, a roboty je proto možné využívat i například v masokombinátech. „Rozhodli jsme se nabídnout tento systém na trhu dalším firmám, kterým může pomoci vyřešit problémy v oblasti e-komerce, interní logistiky i logistiky třetích stran. Myslím, že řešení IdeaStorage ocení především provozovatelé větších či menších e-shopů, kterých je na českém trhu na 50 tisíc. Když se ušetřený prostor a čas sečtou, vycházejí značné úspory už i pro malý sklad. V případě největších skladů se úspory mohou pohybovat i v desítkách milionů korun ročně,“ dodává Marek Ječmének s tím, že jednání o dodání systému probíhá zhruba se dvěma desítkami zájemců.
Zahustí sklad na dvojnásobek
Z dlouhodobého hlediska není udržitelné, aby firmy neustále rozšiřovaly sklady a zabíraly jimi například zemědělskou půdu. Řešením je naopak zvýšení kapacity stávajících skladových prostor. Nový systém IdeaStorage uspoří i více než polovinu stávajících skladových prostorů, do skladů se tedy vejde o 50 % více zboží. Roboti pak uspoří manipulační práci skladníků s tím, že zboží uloží nebo vyzvednou rychleji a spolehlivěji. Pro zvýšení efektivity skladu a lepší „vytěžení“ stávající plochy využívají metody zakládání zboží do větší výšky, což přináší vyšší počet uskladněných položek při stejné rozloze skladu. To ovšem vyžaduje nasazení robotů schopných ukládat boxy do vysokých regálových úrovní. Jedno autonomní vozítko nahradí práci až tří lidí. Roboti pracují 24 hodin denně, 7 dní v týdnu, na rozdíl od člověka se neunaví a vykazují nulovou chybovost po celou dobu provozu. Propustnost skladu se tím výrazně navyšuje a systém je také udržitelnější. Systém IdeaStorage může obsluhovat sklady, které mají hloubku až 20 boxů o výšce 40 cm na sobě, což představuje zhruba 8,3 m vysoký (nebo s ohledem na systém obsluhy shora spíše hluboký) sklad. Všechny tyto vlastnosti vedou k navýšení efektivity, která se následně odráží v ekonomických výsledcích logistických firem a v jejich konkurenceschopnosti na trhu.
Duralová konstrukce z TUL — princip jednoduché skládačky
Konstrukce skladu z hliníkových profilů pro systém IdeaStorage je navržena modulárně a univerzálně. Na jejím vývoji se podílel tým vývojářů z liberecké strojní fakulty. Jedná se o síť tažených duralových profilů, které do sebe zapadají pomocí zámků. Při jejím sestavování je potřeba jen minimum šroubovaných spojů, což velmi zkracuje čas výstavby skladu. „Ve spolupráci s přerovskou firmou APM Engineering jsme pro spojovací prvek kolejišť a sloupků vyvinuli vlastní kompozitní skloplast, který má díky speciálnímu poměru skla a plastu mechanické vlastnosti podobné hliníku. Jakmile si celá konstrukce skladu ‚sedne‘, provedeme její proměření a v případě potřeby doladíme skloplastové spoje mechanicky pomocí šroubů. Vlivem hmotnosti se totiž konstrukce částečně přizpůsobí okolí — podlaze, čímž mohou vzniknout drobné nepřesnosti. Ty je nutné odstranit, protože pravoúhlost a přesné rozměry jsou pro pohyb robotů v kolejnicích a boxů v jednotlivých pozicích pro ukládání naprosto klíčové,“ říká Marek Ječmének. Podle profesora Ladislava Ševčíka, vedoucího strojního týmu na TUL, systém funguje podobně jako bezšroubkové stavebnice. Jeho výhodou je, že ho lze kdykoliv rozšířit o další části v závislosti na aktuálních potřebách. Kapacitu je možné flexibilně měnit bez nutnosti zastavení provozu. Sytém může být také vestavěn do jakkoliv členitého prostoru a roboti si mohou v případě mimoúrovňových skladů předávat boxy i mezi podlažími. „Robot je rovněž vymyšlen jako skládačka. Navrhli jsme ho a zkonstruovali z pěti modulů tak, aby bylo možné operativně řešit případné závady a servisní výměny dílů. V zadání byl navíc požadavek, aby robot dokázal ‚uchopit‘ jakoukoliv přepravku nehledě na typ úchytu. To jsme splnili pomocí desky s úchopnými prsty, přičemž ovládání uchopovacího mechanismu je řízené speciálně vyvinutou jednotkou. Přenos řídicích signálů je realizován pomocí planžet, které drží zvedací desku ve vodorovné poloze,“ uvedl profesor Ševčík s tím, že k výslednému systému, který má v rámci vysokohustotního skladování další ojedinělé vlastnosti, se tým dopracoval po dvouletém vývoji. Podstatné podle něj je, že na konstrukci nejezdí jen jeden robot, ale v závislosti na množství zboží se tam může pohybovat více robotů s různě zadanými příkazy. „Další výhodou tohoto skladovacího systému je v principu to, že nejčastěji vyskladňované boxy se dostávají do horních pater sloupce, a není tedy nutno sloupec často přestavovat,“ konstatuje.
Strojní vybavení robotů, speciální podvozek
Roboti vypadají jako stolky na vysokých nohách opatřených kolečky, v ose X měří 790 mm, v ose Y 500 mm a vysocí jsou 820 mm. Pohybují se oběma směry po kolejnicích nad takzvanými buňkami v kartézském souřadnicovém systému rychlostí 3 m/s. Opatřeni jsou majáčkem, který signalizuje servisnímu technikovi skladu stav, tedy že je „ready“, nabíjí se, případně že se objevila chyba. Součástí vybavení robotů jsou čtyři navijáky planžet, které manipulují zvedací plošinou, a dva podvozky (každý se čtyřmi koly), které si v případě potřeby změny pravoúhlého směru autonomně „přepnou“. Úkolem robotů je po kolejích duralové konstrukce dojet na správné souřadnice a zde konkrétní box pomocí zvedacího zařízení uložit nebo vyzvednout a následně dopravit na výdejní místo. Robot si svoji polohu autonomně vypočítává a podle profesora Ševčíka se podařilo vyřešit, aby roboti i při poměrně vysoké rychlosti zabrzdili a zastavili na přesně určeném místě. „Všechno musí být přesně řízené, řešili jsme snímače a čidla, které robota navedou. Použili jsme napínáky a ozubené řemeny s nízkou pružností,“ přibližuje vybavení robotů doktor Beran z Fakulty mechatroniky, informatiky a mezioborových studií TUL a upřesňuje, že každý robot má pět elektromotorů: jeden pro každý ze dvou směrů a další dva pro nadzvednutí a překlopení podvozku. Pátý, ten největší, zvedá box. Všechny motory jsou v modulu pohonu v horní části robota. Samotné zboží je uloženo v plastových boxech a roboti je ukládají do buněk pod sebe, kde vyskládají vysoké sloupce přepravek, jeden vedle druhého, obepínané kovovým roštem. Skladové prostory nemají uličky, kterými by se dalo procházet. Přeskládávání boxů mají na starost výhradně stroje. Každý zvládne za hodinu obstarat 20 plně naložených boxů, unese až 25 kg a dobíjí se automatizovaně v nabíjecí stanici.
Řídicí systém — algoritmus z TUL
IdeaStorage využívá hybridní systém řízení. Vlastně jde o tři kooperující softwary: první je program pro řízení samotného robota ovládající jeho pohyb, veškeré manipulace a komunikující s centrální řídicí jednotkou — plánovačem. Ten je druhým, nadřazeným sofwarovým modulem. V současné době má firma vlastní verzi plánovače, kterou neustále vylepšuje a optimalizuje. Plánovač předává pokyn robotům, které boxy mají vyskladnit a kam. Každý robot pak autonomně vykonává jednotlivé zadané úkoly. Jak už bylo napsáno, v rámci jednoho skladu — pojezdové roviny — může pracovat několik robotů současně, přičemž záleží na velikosti konstrukční sítě a požadavku na propustnost skladu. Třetí programový modul zpravidla tvoří ERP software konkrétního zákazníka evidující obsah jednotlivých boxů. Nad tím vším „bdí“ plánovač, který díky integraci s ERP monitoruje a ukládá všechna data v reálném čase. Umožňuje konfiguraci, servis a podporu i na dálku. Plánuje, eviduje zboží a nastavuje rychlost. Plánuje a optimalizuje řízení jednotlivých robotů, zadává jim příkazy přes funkční bezdrátovou síť s certifikací Wi-Fi a plánuje i veškeré bezkolizní trajektorie, tady takové, aby se roboti nesrazili. Na hardware (elektroniku) a software (veškeré řízení pohonů, akčních členů a senzorů) robotů se zaměřil vývojový tým Fakulty mechatroniky informatiky a mezioborových studií TUL pod vedením Ing. Leoše Berana, který později přenesl vývoj do firmy BB-Origin v Jablonci na Nisou. „Na začátku jsme hledali spolehlivého partnera, který nám dodá kompletní řídicí systém a zaručí i snadnou dostupnost náhradních dílů. Na fakultě jsme 12 let spolupracovali se společností B&R, a proto jsme využili vlastností jejich standardně využívaného systému. S komponenty B&R jsme na začátku našeho vývoje mohli použít standardní průmyslové prvky, což bylo praktické a rychlé,“ říká doktor Beran. Robot má v sobě autonomní software, podle kterého je schopen se sám pohybovat po kolejištích a manipulovat přepravkami. Ale robot sám o sobě neví, co má dělat, neví, s jakým pořadovým číslem přepravky manipuluje. Autonomní je v tom smyslu, že dostane příkaz od plánovače, na jaké místo má po ose X nebo Y dorazit. Když tam dojede a předá plánovači informaci, že je na místě, plánovač mu zadá další povel — může to být vyzvednutí nebo položení bedny nebo další směr jízdy, protože je třeba uhnout jinému robotu. Plánovač se o jednotlivé úkony robota nestará. „Robot vždy předá informaci do plánovače, že je úkol splněn, a plánovač mu zadá úkol další a krok po kroku se vykonávají potřebné úkony,“ popisuje systém doktor Beran. Roboti ale nejsou vybaveni senzorickým systémem pro sledování okolí. To by podle Leoše Berana bylo příliš drahé. „Pokud by ale došlo ke kolizi, třeba, což je málo pravděpodobné, že by robot vykolejil, máme připravené schéma, jakým způsobem sklad zastavit a minimalizovat škody. Senzorický systém by byl draží než míra rizika,“ dodává. Algoritmus, který hledá co nejefektivnější cesty, zpočátku vyvíjeli i vědci z TUL, další vývoj zajišťuje už firma IdeaStorage sama. Důležité je, že jsou roboti schopni vzájemně kooperovat. „Například, když je cílový bod až vespod, plánovač rozhodne, jak co nejvýhodněji přemístit ty boxy nad ním. Jeden robot vytáhne všechny horní, aby se dostal k tomu nejspodnějšímu. A ve chvíli, kdy ho odváží na předávací post, další roboti štosují vytažené přepravky zpět. Systém je navržen tak, aby sklad mohl růst do výšky i do šířky, a to za provozu nebo jen s minimálními omezeními,“ přiblížil Marek Ječmének.
Aplikace na míru, vzdálená správa systému
Konstrukce se instaluje na míru, velikost skladů může růst do výšky 8,3 m a počet robotů lze upravovat podle sezonních požadavků, třeba jen na hektické období kolem Vánoc. Výhodou systému IdeaStorage je, že umí dynamicky v rámci celého skladu pracovat s různými výškami boxů bez omezení provozu skladu. „Nemusíme různé výšky boxů řešit sektorově, dokážeme v každém sloupci přepočítat výšku sloupce podle rozměrů boxů, a optimálně tak výšku sloupce využít celou. Jsme také schopni zajistit vzdálenou správu systému, dozorovat ho z Kácova, predikovat a efektivně řešit opravy v případě nějaké technické poruchy robotů,“ říká Marek Ječmének. Připomíná, že roboti pracují v optimálním módu bez prudkých rozjezdů a prudkého brzdění, nebourají, zkrátka jezdí bezpečně, pracují bez přestávek a neplýtvají energií. Snižují se tak i náklady na údržbu. Zdůrazňuje také, že na vyskladňovacích místech, kde od robotů přebírá zboží operátor (mimochodem jediný člověk v celém procesu), není potřeba žádné složité zaškolování obsluhy, protože otevřený stůl umožňuje velmi snadnou manipulaci se zbožím. Veškerý pohyb na předávacím místě lze monitorovat a zaznamenávat v reálném čase. Počet a umístění předávacích míst je flexibilní, samozřejmostí je plná integrace s řídicím systémem.
Vlastní elektronika robota pro verzi 2.0
Po počáteční fázi, kdy komponenty standardně využívaného systému B&R pomohly vyvinout funkční systém ve verzi 1.0, začali technici uvažovat o vývoji vlastního hardwaru řídicího systému robota, přesně navrženého na jeho potřeby. To je podle Leoše Berana hlavní úkol další etapy vývoje pro verzi robota 2.0. „Již pro první verzi jsme museli vyvinout v naší firmě řídicí jednotku ovládání uchopovacího mechanismu boxu. Jde o prvek, který není na trhu dostupný mezi standardními moduly, např. od B&R. Museli jsme jej vyvinout od úplného počátku — vlastní elektroniku i firmware. Jednotka řeší ovládání aktuátoru pro ovládání uchopovacího mechanismu a komunikaci s řídicím systémem robota. Největší výzvou bylo vyřešit komunikaci příkazů při pohybu do hloubky 8 m po ocelových planžetách. Postupně jsme přidali i inklinometr, díky kterému jsme schopni detekovat křivě uložené boxy. Ve své podstatě se nemůže stát, že by byl box ve sloupci uložen křivě, a mohl by tak zamezit v ukládání dalších boxů do sloupce,“ informoval doktor Beran.
Dobíjení akumulátorů na boku robota
Na FM TUL vědci vyvíjeli firmware pro řízení robotů a kompletní řešení obvodů včetně napájení i zapojení. Standardní průmyslová automatizace je stavebnice osazená v rozváděči s napájením přes kabel. U skladového robota je vše navrženo tak, aby si tuto výbavu nesl s sebou bez rozváděče. Přitom tu výrazně působí síly vyvolané pohybem robota, včetně vibrací. Nic není napájeno ze sítě, ale z akumulátorů, umístěných na bocích robota tak, že snižují jeho těžiště. „Díky možnosti provozu servozesilovačů na nízkém stejnosměrném napětí může být celý robot napájen lithium-iontovou baterií. Pokud se vybije na definované procento, plánovač nechá robota dokončit zadanou úlohu a odešle ho k nabíjecímu portu. Nicméně proto, že je k nabíjení využita prakticky každá přestávka v práci robota, je zajištěn nepřetržitý provoz,“ vysvětluje Leoš Beran. Lithium-iontové baterie přinášejí při provozu techniky řadu úspor. U elektrických vozíků se v trakčních bateriích prosazuje technologie Li-ion čím dál více především díky nesporným provozním výhodám — není třeba počítat s častou výměnou trakčních baterií a budováním bateriového hospodářství. Firmy tak významně ušetří v nákladech na pořízení záložních baterií i potřebného vybavení a personálních nákladů na jejich údržbu a výměnu. Náhrada olověných baterií lithium-iontovými vede ke snížení počtu vozíků ve flotile díky vyšší disponibilitě těch ostatních, což umožňuje průběžné nabíjení.
Od dubna vyskladňují roboti přípravky pro sportovce
Po úspěšném zkušebním provozu nasadila robotický sklad IdeaStorage od konce března do plného provozu turnovská firma Amix Production vyrábějící potravinové doplňky pro sportovce. Po České poště to je druhý zákazník IdeaStorage. Součástí expedice je velkokapacitní zakladačový sklad, který je využíván pro vykrytí objednávek kartonového nebo celopaletového charakteru a manipulaci se zbožím v něm zajišťují klasicky zaměstnanci skladu. Zároveň na jiném místě haly pracují v robotickém skladu v současné době dva roboti a vedení firmy uvažuje z hlediska kapacity o nákupu třetího. „Děláme hlavně velkoobchod, přičemž velká balení skládáme klasicky po kartonech, na něž se robotický systém nehodí. Máme však i hodně zákazníků, kteří berou neúplná balení, a všechny takové kusovky vyskladňují roboti. Za velké plus považujeme to, že si robot poradí se třemi výškami našich boxů. Kdybychom používali jen ty nejvyšší, měli bychom 7 000 krabicových míst. S mixem různých výšek jich máme zhruba 15 000. Roboti představují výrazné zrychlení. V ose Y přejede robot náš sklad za 5 s, v ose X potřebuje o 2 s více. Propouštět ale nebudeme. Práce máme dost i s robotizací a automatizací. Lidi budeme potřebovat i nadále, jen nebudou dělat těžkou práci. Budou na pracovní proces dohlížet, doplňovat zásobníky a podobně,“ říká výrobní ředitelka společnosti Irena Šedivá. Podotýká, že k rozhodnutí pro systém IdeaStorage nevedla jen snaha společnosti podpořit českého výrobce, ale také srovnání cen zahraničních dodavatelů, které jsou až o 30 % vyšší, nehledě na dražší a komplikovanější servis a případné plnění subjektivních požadavků. „Tento systém je uživatelsky velmi příjemný, personál v podstatě jen mačká tlačítka Zasunout a Vysunout. Během zkušebního provozu tady měla firma IdeaStorage téměř denně svého zástupce. Její servis je pružný a spolehlivý, není problém s komunikací,“ konstatuje Irena Šedivá. /Jaroslava Kočárková/
