Jste zde

Digitální dvojčata pro budoucnost logistiky

Antonín Vojáček, 28. Březen 2022 - 21:08

Zatímco digitální dvojčata ještě nedosáhla rozšíření aplikace v logistice, v mnoha dalších oborech průmyslu jsou již zavedena. Ale při tlaku na stále vyšší efektivitu a rychlost logistiky a dopravy, je i zde nástup technologie digitálních dvojčat asi postupně nevyhnutelný.

Logistický sektor již využívá mnoho různých moderních senzorů ke sledování zásilek a v poslední době i pro manipulaci s materiálem. Dnes průmysl také stále více přijímá strategie API komunikačních rozhraní zařízení a jejich migraci na cloudové IT systémy. Společnosti postupně aplikují strojové učení a pokročilé analýzy, jak optimalizovat své dodavatelské řetězce a čerpat nové pohledy a efektivnost procesu z historických dat o přepravě a dalších provozních dat.

Profesionálové v oblasti logistiky dokonce již implementují rozšířené, smíšené aplikace a aplikace virtuální reality pro úkoly jako vychystávání skladu a nakládek vozidel (viz článek Moderní technologie v logistice). Tato data se pak dobře hodí pro vytváření digitálních dvojčat těchto prostředí.

Digitální dvojčata pro balení & kontejnery

Drtivá většina produktů, které se pohybují logistickými sítěmi, je opatřena nějakou formou ochranného krytu. Průmysl zaměstnává velké množství jednorázových obalů spolu s flotilami opakovaně použitelných kontejnerů. Navrhování, monitorování a správa obalů a nádob tvoří řadu výzev. Navíc i růst e-commerce zvyšuje poptávku a rozmanitost balení. Toto zase pak produkuje značné množství odpadu a snižuje provozní účinnost díky špatnému objemovému využití. Aplikace hmotných digitálních dvojčat může v budoucnu pomoci rozvoji obalových materiálů silnějších, lehčích, šetrnější k životnímu prostředí, včetně kompostovatelných plastů a materiálů s vysokým procentem recyklovaného obsahu. Nábytkářský gigant IKEA již dokonce nahrazuje plastovou pěnu biologickou alternativou pěstovanou z hub.

Materiální a obalová digitální dvojčata, jako jsou ta například vyvinutá společností Math2Market, by mohla pomoci společnostem předpovídat výkon nových materiálů v obalové aplikace. Tato dvojčata mohou modelovat chování materiálu pod různým teplotním, vibračním a rázovým zatížením, kterým je vystaven během přepravy.

Digitální dvojčata by mohla pomoci i logistice v efektivnější správě kontejnerové flotily. Patří mezi ně standardní oceánské kontejnery, opakovaně použitelné přepravky pro přepravu autodílů mezi továrnami a nádoby na potraviny a rozvoz nápojů do maloobchodních prodejen a spotřebitelských domů. Společnosti potřebují nejen ovládnout pohyb kontejnerů mezi různými místy, ale musí také kontrolovat poškození a znečištění, které by mohlo zničit přepravované předměty, zkomplikovat přepravu nebo představovat nebezpečí pro personál.

Nové 3D fotografické technologie, jako jsou ty vyvinuté německým startupem Metrilus, dokáží rychle průběžně vytvářet detailní model kontejneru a umožňují automatické identifikace potenciálních problémů, jako jsou promáčkliny a praskliny. Tyto informace lze kombinovat s historickými údaji pohybu či stáří kontejneru do podoby digitálního dvojčete, které následně může poskytovat rozhodnutí o tom, zda konkrétní obal s definovaným kódem či číslem by měl být používán, opraven nebo vyřazen. Navíc agregace takových dat napříč přepravním řetězcem by mohla optimálně rozhodovat o dimenzování a distribuci přepravních prostředků.

3D kamerová technologie Metrilus umožňuje rychlé a přesné snímkování, měření rozměrů i objemu / hmotnosti předmětů a zásilek.

Digitální dvojčata pro zásilky

Začlenění obsahu balíčku nebo kontejneru do svého digitálního dvojčete je pak další logický krok. Pokud jde o digitální dvojče položky k odeslání, data popisující jeho geometrii mohou být získaná od výrobce předmětu nebo případně je lze vygenerovat i přímo přepravcem před odesíláním pomocí 3D skenování a technologie počítačového vidění zmíněné v předchozí části. Kombinace údajů o produktu a balení může pomoci zlepšit efektivitu, například strategii výběru a balení kontejnerů, optimalizovat využití a produkt lépe ochránit. Zejména pro přepravu citlivých nebo vysoce hodnotných produktů, jako jsou např. léčiva.

Senzory, které monitorují teplotu, orientaci balení, nárazy a vibrace, jako například ty již vyvinuté společnostmi Roambee, Blulog, Kizy a dalších, nabízejí další růst množství dat přenášených během různých manipulací se zásilkou. Digitální dvojče zásilky by tak fungovalo jako úložiště dat shromážděných z těchto senzorů a může také umožnit použití těchto údajů u dalších přeprav podobných produktů jako modelové situace nebo je použít pro budoucí modelování a testování nových přepravních technologií. Sofistikovaný model zabaleného předmětu může obsahovat i informace o vlastnostech obalu, například o implementované tepelné izolaci nebo tlumení nárazů, a tak může umožnit dopředu modelovat podmínky uvnitř produktu.

Digitální dvojčata skladů a distribučních center

Digitální dvojčata by mohla mít významný vliv i na konstrukci, provoz a optimalizaci logistické infrastruktury, jako jsou sklady, distribuční centra a cross-dock zařízení. Zde by mohla spojit 3D model samotného zařízení s IoT daty shromážděnými v propojené skladové platformě, jakož i inventární a provozní údaje včetně velikosti, množství, umístění a požadavků na vlastnosti každé položky. Digitální dvojčata ve skladu pak mohou podporovat návrh a uspořádání nových zařízení, umožňují optimalizovat využití prostoru a simulaci pohybu produktů, personálu a manipulačních zařízení.

Při skladových operacích se digitální dvojčata mohou neustále aktualizovat o data získaná z různých automatizačních technologií, které ve skladech postupně přibývají. Tyto systémy zahrnují počítání zásob na bázi dronů, automaticky řízená vozidla, zboží-osoba vychystávací systémy a automatizované skladovací a vyhledávací zařízení. Také umožní další optimalizace výkonu těchto automatizačních systémů pomocí dat ze senzorů, simulací a monitorovacích technologií pro snížení spotřeby energie při současném zachování požadované úrovně propustnosti. Společnosti také mohou nasadit školicí nástroje virtuální nebo rozšířené reality využívající nositelná zařízení, jako např. Google Glass Enterprise Edition nebo Microsoft HoloLens nástroje, které již dnes využívá DHL.

Digitální dvojčata infrastruktury logistiky

Sklady a distribuční centra tvoří jen zlomek veškeré logistické infrastruktury. Tok zboží od zdroje k cíli závisí na orchestru více prvků včetně lodí, nákladních aut a letadel, objednávek a informačních systémů a především lidí. Toto komplexní a mnohostranné prostředí lze nejzřetelněji vidět na hlavních globálních logistických centrech, jako jsou cargo letiště a kontejnerové přístavy. Například singapurský přístav spolupracuje s konsorciem partnerů, včetně Národní University of Singapore, pro rozvoj digitálního dvojčete nového megahubu v zemi pro kontejnerovou přepravu. Univerzitní profesor Lee Hoo Seno vede technické a výzkumné činnosti iniciativy rozvoje. Říká, že technologie digitálních dvojčat se konečně stává realitou díky souběhu pokroku mnoha technologií: „Na základě simulací, optimalizací, průmyslu 4.0 a internetu věcí se postupně zvyšuje automatizace průmyslu. Nicméně až v následujících letech má skutečně nastat boom umělé inteligence a její prediktivní schopnosti. V minulosti vytváření prostorových digitálních modelů bylo vzrušující, ale používaly se jen jako způsob statické vizualizace předmětu. Dnes se všechna data, která máme z real-time senzorů, historická data a aktuální vstupy o chování hodí pro propojení s prostorovým modelem a pro předpovídání budoucího chování."

Přístup digitálního dvojčete již přináší výhody během fází návrhu singapurského projektu. Konsorcium využívá své digitální modely jako simulační systémy k vyhodnocení různých provozních scénářů. Použitím simulace má pak i v provozu umět zvolit optimální místo kotvení plavidla jakékoli dané velikosti při současném zohlednění přepravovaného zboží, potřebného prostoru a personálu potřebného pro operace nakládky a vykládky a potřeby sdílet zdroje mezi více plavidly.

Digitální dvojčata pro globální logistické sítě

V logistice by dokonalé digitální dvojče bylo modelem celé sítě zahrnující nejen logistická aktiva, ale také oceány, železniční tratě, dálnice, ulice a domovy a pracoviště zákazníků. Myšlenka takového všeobjímajícího dvojčete dokonce jako toho, které bylo uvedeno výše, je vize nejen logistického průmyslu. V tomto směru však se již skoro blížíme legendárnímu virtuálnímu světu z filmů Matrix, tedy vytvoření takového paralelního digitálního světa k tomu reálnému. Otázkou je, zda je toto nutné a zda ve výsledku to přinese takové výhody vzhledem k vynaloženým nákladům na realizaci a pak k trvalému zajištění provozu takového systému.

Nicméně GIS (Geografický informační systém) technologie jdou neuvěřitelně rychle kupředu díky úsilí o digitální mapování v terénu. Poptávka po podrobných geografických datech je řízena mnoha skupinami uživatelů včetně vlád, energetických společností a poskytovatelů navigačních systémů. V poslední době se s vývojem technologie autonomních vozidel i zrychlila snaha vytvářet extrémně podrobná data zeměkoule. Autonomní vozidla však sama o sobě promění dostupnost geografických dat, protože vyžadují velmi podrobné mapy a současně také budou sama provádět mapovací funkce. Sběr dat z palubních kamer, z rádiové nebo optické detekce a svých zaměřovacích systémů (radary a LiDARy) budou následně sloužit pro neustálou aktualizaci databáze map na reálný aktuální stav.

Moderní GIS systémy však již dnes představují mnohem více než statické digitální mapy. Již teď začleňují dynamická data, jako například informace o rychlosti dopravy a hustoty, uzavírky silnic a parkovacích omezení. Mohou dokonce integrovat umístění konkrétních osob a vozidel v reálném čase. Poskytovatelé logistiky již GIS data široce využívají a používají je například pro plánování tras dodávek a předvídání časů příjezdu na základě podmínek počasí, přetížení cest a známých zpoždění v přístavech, na letištích a na hraničních přechodech.

Závěr

Digitální dvojčata pak mají schopnost pomoci optimalizovat logistické sítě například pomocí dat o místech zákazníků a vzorců poptávky a pak ještě lépe plánovanou dobu distribuční cesty a umístění skladů zásob. Tyto vize ale nebude snadné splnit a jsme pravděpodobně ještě roky daleko od plné implementace. Většina dnešních systémů digitální dvojčata je mnohem méně ambiciózní v rozsahu, ale přesto často bojují s problémy z hlediska výpočetních zdrojů, kvality dat a přesného řízení. Tady je také důležité zmínit, že heterogenní a fragmentovaná povaha logistického průmyslu z toho učiní vysoce obtížné prostředí pro realizaci systémů digitálních dvojčat. Zatím není jasné, zda lze umožnit aplikaci digitálních dvojčat na skutečně globálním měřítku.