Jste zde

Automatizace logistiky, skladů i výroby s RFID

Antonín Vojáček, 26. Srpen 2020 - 18:47

Automatizace výrobního procesu, naskladnění i vyskladnění výrobních materiálů a expedice hotových produktů a komodit nutně vyžaduje implementaci komplexního sledovacího systému na všech úrovních pohybu od příjmu do vrat až opět po vyvezení z areálu firmy, tedy kompletní firemní intralogistiky.

Každý moderní automatizovaný výrobní systém, pokud má fungovat spolehlivě a s minimálními zásahy lidské obsluhy, nutně potřebuje neustále přesně vědět, kde se jednotlivé materiály, komponenty a vyráběné, montované či balené předměty ve výrobním procesu nachází.

To je opravdu obvykle klíčová otázka. Jen celý proces sledování výroby „od A až do Z“ umožňuje eliminovat prostoje a zajistit, aby všechny nutné bylo na svém místě v čas a současně se nikde žádné produkty zbytečně neakumulovaly. Například samostatně automatizované skladové hospodářství je sice dobrá věc, ale pokud sledování materiálu a výrobků následně nepokračuje i do výroby, snadno ve výrobě vznikají neplánovaná zpoždění a chaotické situace, což snižuje rychlost i kvalitu výroby, což samozřejmě tvoří finanční ztráty a ve výsledku i poškozuje renomé firmy.

Příklady možností a použití sledování a identifikace pohybu předmětů (zdroj Aucxis - https://www.aucxis.com).

Blokové schéma použití RFID sledování materiálu, výrobních prostředků a i vyráběných produktů při navážení, expedici, ve skladech i v průběhu výroby (zdroj Turck: https://www.turck.de).

Naskladnění materiálu

V prvé řadě je nutné zajistit bezchybnou evidenci naskladňování všech materiálů a komponent subdodávek prakticky hned ve vratech vykládání z přepravních vozidel (Material Inbound). Nejlépe pomocí čtecích průjezdních či průchozích bran (či případně RFID antén integrovaných v betonové podlaze) každý produkt automaticky načíst do databáze hned na vstupu.

Tak je zajištěna plná kontrola pohybu všech objektů, čímž se eliminuje možnost fyzicky chybějících nebo naopak přebývajících položek v porovnání s položkami uvedenými v databázi. Bezdrátové ruční čtečky by měli mít jen doplňkovou funkci, protože zásadní je eliminovat možnou chybu nenačtení / neidentifikování předmětu do databáze. Nenačtení objekt v databázi skladu (Material Stock) je stejný, jako by tam nebyl a tedy jej ani následně nelze použít v následném výrobním procesu.

Příklady průjezdních RFID bran a antén v podlaze (zdroj Aucxis: https://www.aucxis.com)

V tomto režimu se z pohledu RFID technologie využívá UHF datových čipů integrovaných na paletách či uvnitř beden nebo krabic a UHF čtecích/zápisových pevných průjezdních snímacích míst (bran), kterými jsou bedny či palety přesouvány (projížděny) buď ma vysokozdvižných nebo paletových vozících s lidskou obsluhou nebo plně automatizovaných (AMR či AGV), případně i na automatizovaných paletových válečkových dopravních systémech. Ale UHF čtecích / zápisový systém lze i přímo umístit do antén přímo integrovaných na paletových či vysokozdvižných vozících, ať jsou již opět s lidskou obsluhou nebo plně robotizované (AMR).

Výhodou UHF RFID technologie je dosah i několik metrů a možnost současně načítat i několik desítek UHF datových čipů a tedy lze tzv. "jedním vrzem" načíst obsah i celé zavřené bedny. Ale pozor! UHF čipy na výrobcích jsou jiné než HF nebo LF provedení, takže i když výrobky na sobě nějaké RFID čipy již mají, musí pro tyto účely být ty správné s UHF technologií.

Detail funkce a umístění RFID UHF snímací jednotky s anténou v průjezdné bráně (zdroj Turck: https://www.turck.de )

Výroba

Plně automatizovaná výroba si již umí sama zajistit vyskladnění potřebného materiálu ke zpracování dle zadané receptury zadané operátorem do procesu. Dle skladové databáze se vyberou potřebné komponenty a ty převezou na vstup výrobní linky. Jejich přítomnost je dobré kontrolovat statickými čtečkami upevněných na dopravnících před vstupem do strojů jednotlivých výrobních procesů, sledovat pohyb mezicelků mezi jednotlivými procesy a i následně kontrolovat i hotové výrobky na konci linek (Finished Products).

Tímto způsobem lze nejen zajistit bezchybnou časovou návaznost procesů bez prostojů, ale lze i spolehlivě měřit spotřebu jednotlivých materiálů a výrobních prostředků v reálné čase i pro následné týdenní, měsíční či roční vyhodnocení, vyúčtování a audity prostřednictvím ERP a MES systémů.

Rozdělení RFID systémů s tzv. pasivní datovým nosičem (RFID tag), který je napájený prostřednictvím elmag. signálu vysílané RFID anténou, a tzv. aktivním datovým nosičem, který má vlastní baterii. Výhoda pasivního nosiče je bezúdržbovost, která je vykoupená nižším čtecím/zápisovým dosahem (zdroj Aucxis - https://www.aucxis.com).

Pro potřeby přesné a prakticky 100% indentifikace jednotlivých dílů nebo materiálů výroby je z pohledu RFID ideální používat technologii HF. Ta sice proti UHF mám výrazně kratší čtecí dosah, jen do cca 25 cm, ale HF RFID systémy jsou takřka imunní proti různému okolnímu rušení z jiných výrobních prostředků i různému pohybu osob apod. Také lze umísťovat čtecí/zápisové RFID hlavy (antény s již integrovanou elektronikou) již v malé vzdálenosti od sebe (již spolehlivě od 30 cm) a tedy lze jich například na dopravníkovém systému míst umístěno hned několik za sebou, každou třeba po určité provedené operaci.

Čtecí režim umožňuje dekódovat unikátní identifikační číslo datového čipu i vnitřní nahrané kódy a data a zápisová funkce umožňuje naopak vnitřní data přepisovat. Například lze po každé provedené výrobní operaci do RFID čipu na výrobku zaznamenat, jaká to operace byla provedena a zda byla či nebyla úspěšná a následně případně podle těchto dat výrobky později automaticky vyřazovat či balit. Je nutné však použít HF čipy místo UHF čip vhodných pro výše nastíněné hromadné naskladňování, takže ideální je řešení mít například na přepravních bednách či hromadných baleních umístěné UHF RFID čipy, zatímco například na různých interních nosičích, držácích či přepravních tacech (tray) pro přepravu materiálu či výrobků na dopravníkových linkách výroby mít umístěné HF RFID čipy a snímat je z blízkosti čtecími hlavami umístěnými přímo na rámu dopravníků.

Příklady RFID HF identifikace a sledování materiálů, dílů nebo výrobků během produkce (zdroj Balluff: https://www.balluff.com ).

Sklad výrobků a expedice

Hotové kompletní výrobky z výrobních linek (Finished Products) pak musí být opět nejlépe plně automaticky opět načteny do interního nebo i externího firemního skladu (Stock a Remote Stock). Opět platí, že produkt ve skladu, jehož záznam chybí v elektronické databázi, je v moderním automatizovaném řídícím procesu jako neexistující a nelze jen pak snadno vyexpedovat. Opět nejspolehlivěji lze toto místo realizovat pomocí průjezdových RFID bran, které jsou schopny zachytit všechny RFID čipy označené produktu, které jimi procházejí, včetně těch již zabalených v neprůhledných obalech převážených na robotických i klasických vysokozdvižných a ručně vedených paletových vozících. Navíc umí hlídat směr pohybu.

Samozřejmě nejdůležitější je pomocí RFID zajistit 100% identifikaci a načtení vyskladňovaných produktů do přepravních vozidel. Opět produkty chybějící v přepravních dokumentech automaticky generovaných centrálním systémem prostě jako by nebyly expedovány, i když se fyzicky v kamionu mohou nacházet. Neidentifikované odvezené nebo nedohledatelné výrobky jsou jen ztrátové položky dodavatele a jejich eliminace prostřednictvím automatizovaného sledovacího systému v krátké době jeho náklady zcela zaplatí. Bonusem je méně operátorů a kvalitněji realizované zakázky. Navíc expediční / dodací listy lze okamžitě v elektronické podobě odeslat ke koncovým zákazníkům – příjemcům pro včasnou validaci stavu objednávek.

Zde z pohledu RFID technologie může docházet ke shrnutí výše uvedeného. Pro přesnou a spolehlivou identifikaci například jednotlivých výrobků přicházející do skladu či k paletizačnímu robotovi je ideální HF systém, zatímco již ve skladu pro vzdálenější identifikaci celých beden či hromadných balení je vhodnější UHF systém. Větší snímací dosah UHF systému je však na druhou stranu "vykoupen" zvýšenou citlivostí na různé okolní rušení, různé odrazy apod. prostě jako když ladíte UHF televizní či rádiový příjem a jeho kvalita příjmu dost záleží na tom, co zrovna za předměty či osoby se nachází ve směru antény. Zatímco HF systém by se z pohledu náročnosti instalace dal přirovnat k instalaci čtečky čárových kódů, v případě technologie UHF je instalace více o laborování pozice komunikačních antén a jejich velikost vzhledem k okolí i velikosti UHF datového nosiče.

Tabulka standardních typů RFID systémů: LF systém se primárně využívá pro přístupové karty či aututomatickou identifikaci výrobních nástrojů, HF je vhodný pro detekci a sledování pohybů produktů převážených na dopravnících a UHF systém je vhodný pro detekci velkých balení a beden při průjezdu či průchodu bránou (zdroj Aucxis - https://www.aucxis.com).

Závěr

Z výše uvedeného je patrné, že realizace automatického elektronického dohledu, trasování a identifikaci výrobků či materiálů je již v moderní době možné, ale na druhou stranu realizace takového systému, aby byl téměř 100% spolehlivý, obvykle vyžaduje nejen vhodné vytipování jak RFID čipů tak RFID čtecích/zápisových hlav (antén), ale i dost nastavování a "laborování" při zprovozňování. V tomto směru je nutné korigovat představy některých manažerů, že se takový systém během několika dnů nainstaluje (jejich slovy mechanicky upevní) a jen nahodí jistič napájení a vše hned všechno pojede hned "na první dobrou" a na max. výkon (maximální výrobní kapacitou).

Vždy je nutné počítat s nějakých časem dolaďování správné funkce během testovacího režimu například kapacitně "přiškrcené" výroby, kde je případný čas na krátké odstávky pro dolaďování funkce. Jednou správně odladěný komplexní RFID sledovací a identifikační systém pak již funguje velmi efektivně a spolehlivě, ale zprovoznění obvykle vyžaduje nějaký ten čas na doladění. Ten v tomto směru bývá obvykle delší, než když se "postaru" někomu vrazit čtečka do ruky (ať již čárových kódů či RFID) a během pár minut vysvětlí, že se má snímat štítek nebo čip tam a tam. To je prostě výhoda flexibilní lidské obsluhy a takové "zprovoznění" je sice výrazně rychlejší, ale výsledek takového řešení následně méně výkonné a nakonec i více chybové.