通过虚拟现实进入工业4.0

生产和物流密不可分。在供应链及价值链自动化和数字化的过程中,特别是内部物流发挥着至关重要的作用。萨克森-安哈特州的经济界与科学界紧密合作,开发工业4.0的应用型解决方案和高效辅助系统。

物流人员和生产计划员的计算机游戏

改造现有工厂比规划新工厂更费时费力。因此,企业家或投资者在启动此类项目前,会进行虚拟测试运行,在屏幕上检查是否一切都合适且正常。马格德堡Tarakos有限公司的软件包可做到这一点。近20年来,该公司开发并销售复杂生产过程虚拟规划、模拟和可视化的程序——可作为工业4.0辅助系统的3D软件。“我们是动态3D演示专家,可对物流、生产和物料流动设施进行规划、动画制作和模拟。”总经理Herbert Beesten解释道。通过Tarakos“模块化系统”,可在计算机上为物流中心、仓库、生产线和装配线建立可进入的虚拟模型。

供用户使用的程序库中包含了近500个可设置参数的行业特有对象,包括墙壁、墙柱或货架系统等静态物体以及以动画显示的传送带、叉车、无人驾驶运输系统、机器人,当然还有工作人员等。通过拖放功能可将对象拖动到场景中并放置在一定位置上。最终会生成一个视频,对所设计流程的模拟情景进行完整演示。不仅可从正常视角观察,亦可俯视整体情况。“虽是虚拟,却能实时反映现实,”Beesten兴奋地说,“是现实中和数字化物流世界的完美结合。”

马格德堡过去的贸易港将被改造为创新型企业和研究机构扎堆的科学港,而该软件公司就位于其中一个由粮仓改建成的“智库”中。附近还有一块“磁铁”:正是弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所吸引64岁的Beesten从威斯特法伦州的明斯特搬到了马格德堡。该公司与弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所以及马格德堡大学之间始终保持紧密的关系。马格德堡大学是德国仅有的两所设有计算机可视化专业的综合性大学之一。目前有两名毕业生在Tarakos工作。该公司共有15名员工。

屏幕上的碰撞测试

Beesten说,客户中有许多合同物流企业,“他们欲借助该程序向其客户表明设施能够正常运转,使其相信确实有足够的空间使叉车可以到达所有角落。”戴上Oculus Rift 3D眼镜,即可身临其境并四处走动。通过手腕上的触摸及握持传感器,可来回运输、堆叠或拣选包裹和部件。近来,车辆、机器和人员还可带声效。“有车辆过来时,比如在右后方出现,人可以听到并避开。”Beesten解释道。“但不必紧张:即使没能避开,也没关系。这个碰撞只是虚拟的,不必作为工伤事故汇报给同业工伤事故保险联合会。”他玩笑道。

Tarakos软件的主要用户有物流企业、物料流计划员或生产计划员。“他们既非程序员也非3D专家。因此我们的软件也并非针对专业人员的高端应用,而是成本低廉、使用简便,可在任何普通计算机上运行,并与现有IT架构轻松兼容。”客户包括物流服务供应商(Kühne & Nagel,爱马仕配送中心,UPS),输送系统制造商(Knapp系统集成,胜斐迩诺尔(SSI Schäfer Noell)),制造企业(大众、保时捷、宝马和戴姆勒、雀巢和机床制造商通快(Trumpf),规划和咨询企业,120所高校和一些职业学校。“我们的业务遍及世界。”Beesten说道。海外业务占营业额的30%,并在继续发展。“但物流/生产计划行业规模较小,作为一家小公司,我们的市场推广能力有限。因此我们正寻找战略合作伙伴,可以是销售伙伴或投资者。”

多种产品,尽在掌握

弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所IFF(马格德堡)的科学家与梅赛德斯–奔驰路德维希斯菲尔德有限公司携手开展科研项目,在柏林附近路德维希斯菲尔德(Ludwigsfelde)的商用车工厂对实际生产进行仔细研究。来自弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所物流和工厂系统部门的经济工程师Marc Kujath及其团队与工厂的“智能生产”团队一起,致力于将汽车制造商的物流和生产过程透明化。

每个买过新车的人都知道:产品多种多样,选择无穷无尽。对生产而言,这种高度个性化意味着许多部件在视觉上几乎难以区分。因此,大多数部件,尤其与安全相关的部件会由制造商提供存储有序列号的条形码,再分别使用手持式扫描仪逐件检查部件是否安装在正确的地方——目前仍是如此。弗劳恩霍夫研究所的研究人员和奔驰路德维希斯菲尔德有限公司已将基于无线射频识别技术的解决方案付诸实践——还创造了附加值。

部件铸造

工厂起初确定了约40种合适的部件进行研究,在试点阶段最后选择了外后视镜和座椅。经过大量无线电测试,这些部件目前都配备了无线射频识别应答器,即所谓的“标签”(Tags)。与条形码不同,这种类似于价签的标签上不仅存储了后视镜型号,还指出了该后视镜应安装于哪辆汽车、供应商是谁或其他信息。每个条形码均须用手持式扫描仪单独读取,而这些标签却可通过读取装置进行读取,无需接触便可同时、迅速完成大量识别工作。“这种批量识别最主要发生在物料准备,即从物流到生产的过渡阶段,”Kujath解释道,“叉车从卡车上卸下托盘,穿过无线射频识别门,几秒钟内便可读取整批部件——完全自动化且一次性完成。”

通过无线射频识别标签可随时调取信息,甚至在部件已经安装后。“这对生产而言是个很大的优势,”Kujath解释道,“如此便可在组装前轴、后轴或发动机舱内部件期间,检查是否确实安装了全部所需部件。”迄今只会在终检时才进行这项关键的梳理工作——“完全传统的方式,即人工目检和利用文件夹的记录清单。但‘数字检查表’更加高效,”他总结道,“既不易出错又成本低廉,可减轻员工的日常工作量,却可通过自动检验使他们确信安装了正确的部件。”Kujath认为,结果是部件上的无线射频识别标签不仅可显著提高工艺可靠性和效率,而且可使生产过程更为透明。目前正在进行一系列测试,逐步将该技术应用到生产过程中。科学家们正与项目合作伙伴共同一份拟定应用型培训方案,包括交互式培训演示程序。

该项目源于弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所为企业所开发的“工业4.0检查”。这是对各企业的数字化潜力进行系统分析,然后确定是否有必要将4.0技术整合到流程链(因为可创造价值)以及可采取哪些具体措施。该项目是由弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所所长Michael Schenk教授提出的:“未来的生产及物流世界是数字化的世界。但还没有现成的4.0解决方案,只有个别解决方案。”

被低估的皮卡

即使无线射频识别技术热度有所降低,但远还没有“过时”。相反:在工业4.0时代,无线射频识别技术在生产和物流领域的应用迅速增长,因为无线射频识别标签使得许多产品和生产资料摇身一变,成为物流链中的智能甚至通信信息载体,比如托盘。这种牢固的多功能载重平台被误认为市场营销中所谓的“低利润产品”。而在物流领域,却认为托盘“潜力巨大”,因为它们是收集数据和信息的理想渠道:它们在供应链中不断流转,到处出现并承担各种仓储和运输任务。换言之:在运输及物流链上的各个节点——无论是在收发货、生产、拣选,还是跟踪货物的过程中,均可使用托盘收集信息,提供实时数据和宝贵情报。而且由于流转的托盘多达数百万,因此可提供内容广泛、令人信服的数据基础。

因此,弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所的物料流技术专家与托盘制造商CABKA_IPS共同开发了一套可重复使用塑料托盘的无线射频识别标签系统。弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所物料流技术和系统部门负责人Klaus Richter教授解释说,这种托盘比木托盘更经济实惠,坚固耐用、干净卫生,可转运次数更多,并适用于立体仓库等自动化环境。与木托盘相比,值得支付额外价格。但它们也经常被挪作他用。“必须注意不要让其立刻消失,”Richter教授团队的经济工程师Olaf Poenicke解释道,“这方面有着巨大的灰色市场。”

因此,应为高级托盘配备应答器(通常粘在托盘脚上),使得托盘可明确加以识别。如此便可在“托盘库”,即托盘流转的交换系统中,轻松追踪、定位并再次“捕捉”到托盘。一家大型折扣店已在使用150余万个无线射频识别托盘。

推动物联网发展

在一个新项目中,CAPKA_IPS、弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所研究人员和其他工业合作伙伴正潜心于研究升级:为托盘配备传感器。这种托盘可为生产及物流的数字化和网络化带来诸多其他好处,推动物联网(Internet of Things,IoT)的发展。Poenicke解释说,此类物联网托盘尤其适合用于需要特别监视的商品,例如对温度敏感的食品和药品,或不能承受任何振动的精密机械零件等。通过传感器或多个探测器组成的传感器节点,自动收集和实时传输数据,可对温度、湿度等环境数据进行持续监测。如此便可尽早识别临界值和干扰并避免损害。客户可通过智能手机、平板电脑甚至智能手表等移动终端设备随时访问数据。这样基于互联网对越来越多的信息进行分析,可使用户比之前显著提高价值链的处理效率和透明度,尤其是价值链漫长而复杂时。虽然传感器板的价格仍处于两位数欧元,Poenicke说:“但计算技术正在变得更为小巧、更加节能、成本更低。”这将吸引更大用户群,在日常物流中使用新的技术并从中受益。

Author: Anne Schneller