Transport, spedycja i logistyka dynamicznie się rozwijają, głównie dzięki upowszechnianiu się w nich rozwiązań z zakresu automatyzacji i cyfryzacji, co przedstawiamy w artykule na przykładach branży morskiej, lotniczej i magazynów specjalnego przeznaczenia.
PORTY 4.0
Dynamiczny rozwój handlu międzynarodowego, zwiększający globalne natężenie ruchu morskiego, sprawia, że porty oraz zlokalizowane w nich terminale przeładunkowe są coraz bardziej obciążone – statki do nich zawijające mają coraz większą ładowność, a liczba jednostek, które trzeba obsłużyć w określonym czasie, zwiększa się. Żeby sprostać wynikającym z tego wyzwaniom organizacyjnym i wydajnościowym, w portach dąży się do zwiększenia przepustowości infrastruktury przeładunkowej i efektywności operacyjnej. W tym celu wdraża się najnowsze rozwiązania z zakresu automatyzacji i cyfryzacji, zaliczane do technologii Przemysłu 4.0, zaadaptowane do specyfiki branży portowej w ramach koncepcji Portów 4.0. Rozwija się w ten sposób – analogicznie do smart fabryk – inteligentne porty.
Podstawowy cel to automatyzacja. Zaawansowane rozwiązania automatyki i robotyki ograniczają udział ludzi w operacjach portowych. Zwiększa to kontrolę nad urządzeniami oraz standaryzuje ich obsługę, eliminuje błędy popełniane przez ludzi oraz poprawia bezpieczeństwo, dzięki ograniczeniu bezpośredniego kontaktu pracowników ze sprzętem. Automatyzację ułatwia ujednolicenie, zarówno fizycznych aktywów, jak i procedur operacyjnych. Jeśli chodzi o te drugie, kluczowe znaczenie ma digitalizacja dokumentacji statków oraz normalizacja procedur ich dokowania, rozładunku, załadunku i konserwacji infrastruktury portowej. Automatyzacji sprzyja również standaryzacja formy ładunków, która nastąpiła wraz z wprowadzeniem kontenerów.
Od lat 50. ubiegłego wieku konteneryzacja napędza rozwój transportu morskiego i w efekcie – handlu międzynarodowego. Znormalizowanymi pojemnikami transportowymi można operować szybciej i sprawniej. Pozwalają efektywniej wykorzystać dostępną przestrzeń, w której zostają rozlokowane, w porównaniu z niestandaryzowanymi ładunkami drobnicowymi. Łatwo jest je także przemieszczać różnymi środkami transportu, nie tylko w ładowniach statków, ale także pociągami i ciężarówkami. Poza tym konteneryzacja wyeliminowała konieczność ręcznego sortowania przesyłek i ograniczyła korzystanie z magazynów nabrzeżnych. To znacząco zmniejszyło obciążenie personelu portów. W efekcie poprawiła się płynność i skrócił czas operowania ładunkami. Zmniejszyły się również straty wynikające z uszkodzeń towarów i ich kradzieży.
Terminale kontenerowe zaczęto automatyzować w latach 80. zeszłego wieku. Od tamtej pory w tym zakresie nastąpił znaczący postęp – dzięki rozwojowi w dziedzinie czujników, transmisji danych i systemów komputerowych różnego typu sprzęt do operowania kontenerami oraz ich transportu jest powszechnie używany, by odciążać pracowników portów. Przykłady to zautomatyzowane suwnice portowe, pojazdy samojezdne AGV i wielkogabarytowe układnice, umożliwiające obsługę terminali kontenerowych w sposób półautomatyczny lub w pełni zautomatyzowany. Typowy obiekt tego typu składa się z trzech sekcji: przeładunku nabrzeżnego, transportu poziomego i składowania na placu. W pierwszej, w wyznaczonych miejscach, cumują statki, które są rozładowywane przez suwnice. W części środkowej, łączącej nabrzeże z placem, transportery przewożą kontenery, które są następnie rozmieszczane w uporządkowany sposób, piętrowo, w docelowym miejscu składowania – plac jest przeważnie podzielony na bloki przez tory jezdne między nimi. W zadaniach tych wykorzystuje się ciężarówki, wozy bramowe, wozy kontenerowe, AGV i dźwigi. Dostęp do placu składowania dla ciężarówek z zewnątrz, które odbierają kontenery, jest kontrolowany i monitorowany. Zarządzanie obsługą bram wjazdowych do terminali również jest automatyzowane, zgodnie z danymi z systemów identyfikacji pojazdów transportowych i kontenerów.
Automatyzacja, mimo licznych korzyści, wymaga wysokich nakładów inwestycyjnych. Dlatego w skali globalnej niewiele jest w pełni zautomatyzowanych terminali kontenerowych, szczególnie w krajach rozwijających się. Dodatkową przyczyną pozostaje opór ze strony pracowników portowych, obawiających się o miejsca pracy. Wraz ze wzrostem poziomu automatyzacji nasilają się też zagrożenia cyberbezpieczeństwa, które stają się jednym z najważniejszych wyzwań.
Automatyzacja to nie jedyny sposób wykorzystania technologii Przemysłu 4.0 w portach. Ułatwiają one też koordynację i integrację różnych podmiotów, które współpracują w ramach tych obiektów, takich jak armatorzy, operatorzy terminali przeładunkowych, administracja portowa oraz celna, operatorzy usług logistycznych, właściciele ładunków. W zarządzaniu relacjami między nimi i gromadzeniu, przetwarzaniu i udostępnianiu ogromnych ilości informacji, których są one źródłem, pomocne stają się nowoczesne rozwiązania zbierania i transmisji danych, takie jak Internet Rzeczy, oraz ich przetwarzania, oparte na AI. Dzięki nim upowszechnia się też podejście, które polega na podejmowaniu decyzji operacyjnych i biznesowych opartych na danych.
Dotychczas w tej branży informacje o ruchu statków, przepływach kontenerów i stanie infrastruktury wykorzystywano głównie do raportowania oraz oceniania bieżącej działalności. Obecnie ich uzupełnienie stanowią dane z czujników, systemów lokalizacji, rozwiązań do identyfikacji, w które wyposaża się jednostki pływające, przewożone ładunki, zasoby portowe oraz dane o warunkach pogodowych. Dzięki rosnącym możliwościom w dziedzinie analizowania dużych zbiorów danych (Big Data) pozwala to na podejmowanie nie tylko działań reaktywnych, ale także prewencyjnych i predykcję, która umożliwia przewidywanie sytuacji nadzwyczajnych i elastyczne reagowanie na zmiany.
AUTOMATYZACJA OBSŁUGI BAGAŻY
Proces obsługi bagaży stopniowo ulepszano wraz ze wzrostem popularności transportu lotniczego i towarzyszącą temu rosnącą złożonością infrastruktury lotnisk. W początkach lotów pasażerskich miał on charakter całkowicie manualny – podróżni oddawali i odbierali bagaże bezpośrednio na płycie lotniska. Wraz ze wzrostem liczby pasażerów, rozmiarów samolotów i terminali taki model stał się jednak nieefektywny i niebezpieczny. To doprowadziło do opracowania systemów obsługi bagaży oddzielonych od ruchu pasażerskiego. Schemat ich działania obowiązuje do dziś – podróżny oddaje walizki na stanowisku odprawy, skąd są one transportowane przenośnikami do sekcji sortowania i ładowane do samolotu. Po powrocie obowiązuje odwrotna kolejność – bagaż jest wyładowywany z samolotu, transportowany do terminala i odbierany przez pasażerów z przenośnika. Pierwsze tego rodzaju systemy wykorzystywały taśmociągi liniowe, bazując na rozwiązaniach technicznych, które już wdrożono w kopalniach. Wraz ze wzrostem natężenia ruchu lotniczego rozbudowywano je o bardziej złożone elementy, takie jak przenośniki o zakrzywionych torach, węzły rozdzielcze i strefy buforowe, pełniące funkcję magazynów walizek.
Przełomowym momentem było uruchomienie pierwszych zautomatyzowanych systemów obsługi bagażu w latach 70. XX wieku. Wykorzystywano w nich centralny system sterowania, oparty na oprogramowaniu do zarządzania przepływem walizek, synchronizującym działanie przenośników, sorterów i innych urządzeń wykonawczych w obrębie całego lotniska. Od tego czasu automatyzacja stała się standardem we wszystkich dużych portach lotniczych. Obecnie działające systemy można podzielić na dwie kategorie. Pierwsze są przeznaczone do transportu bagażu luzem przy małych i średnich prędkościach. Tworzą je rozległe sieci taśmociągów połączonych węzłami rozdzielczymi, w których bagaże są automatycznie przekierowywane do odpowiedniej strefy. Jest to realizowane przy użyciu takich elementów wykonawczych, jak popychacze, zwrotnice, obrotowe segmenty rolek, które aktywuje sterownik z wykorzystaniem danych identyfikacyjnych walizek. Napędy przenośników wyposaża się w przemienniki częstotliwości, co umożliwia płynną regulację prędkości i redukcję zużycia energii.
Drugą grupą są systemy, w których każda jednostka bagażowa transportowana jest na oddzielnej tacy albo w pojemniku po szynach. Dzięki oznakowaniu pojemników znacznikami RFID można śledzić ich lokalizację w czasie rzeczywistym, co zapewnia identyfikowalność bagażu. Zaletami systemów tego typu są większa prędkość transportu, brak zatorów i zakleszczeń walizek, ułatwienie kontroli bagażu pod kątem bezpieczeństwa. Oprócz czytników znaczników RFID, korzysta się w nich z napędów liniowych i enkoderów. Wspomniana kontrola bezpieczeństwa wymaga z kolei ich zintegrowania ze skanerami rentgenowskimi i zaimplementowania algorytmów klasyfikacji stopnia zagrożeń, na podstawie którego dany bagaż kieruje się do dalszej obsługi lub dodatkowej inspekcji.
Z czasem zmiany zachodziły także w magazynach. Początkowo pełniły funkcję marginalną, będąc buforem dla bagażu odprawionego przed czasem, obecnie jednak są kluczowe w zarządzaniu jego przepływem. W starszym, pasywnym podejściu walizki były magazynowane, a potem wydawane w kolejności, w jakiej zostały przyjęte, zgodnie z zasadą „pierwszy na wejściu, pierwszy na wyjściu”. To proste rozwiązanie, umożliwiające czasowe przechowywanie bagażu, okazywało się jednak mało efektywne w przypadku zmiany rozkładu lotów i w okresach szczytowego natężenia ruchu. Dlatego zaczęto rozwijać dynamiczne systemy pozwalające na aktywne zarządzanie przepływem walizek. W tym celu w magazynach wykorzystuje się regały z dostępem do pojedynczych jednostek bagażu, wyposażone w różnego rodzaju zautomatyzowane systemy składowania i pobierania (układnice). Dzięki temu walizki można pobierać z magazynu selektywnie, pojedynczo w wymaganej kolejności, albo partiami, grupując bagaże. Pozwala to efektywniej zarządzać przepływem bagażów w razie nasilenia ruchu, unikając zatorów, i dostarczać je pasażerom na czas.
AUTOMATYKA W MAGAZYNACH-CHŁODNIACH
Magazyn-chłodnia to wyspecjalizowany obiekt, w którym składuje się, kompletuje, przygotowuje oraz wysyła produkty w warunkach obniżonej temperatury pozwalającej wydłużyć ich trwałość. Ze względu na rozwój handlu międzynarodowego, rosnący popyt na żywność mrożoną i rozwój branży farmaceutycznej tego typu magazynów przybywa. Klasyfikuje się je na podstawie temperatury na magazyny chłodnicze, w których utrzymywane są temperatury dodatnie w zakresie od ok. 0°C do +10°C, wykorzystywane w sektorach spożywczym, farmaceutycznym i medycznym, oraz na mroźnie, w których temperatury sięgają –30°C, gdzie przechowywana jest m.in. żywność głęboko mrożona. Obiekty te wyposaża się w systemy składowania, urządzenia transportu wewnętrznego, jak wózki widłowe i szereg takich elementów dodatkowych, jak przenośniki, śluzy powietrzne i drzwi szybkobieżne. Jeżeli jest taka potrzeba, np. w branży lekowej, wydziela się w nich też strefy czyste.
W magazynach-chłodniach konieczne jest utrzymywanie niskiej temperatury na wszystkich etapach procesu logistycznego, nie tylko w strefach składowania, ale także podczas przyjęć, kompletacji i wysyłki. Wymusza to projektowanie ich w sposób, który zapewnia ciągłość łańcucha chłodniczego. To obejmuje m.in. wdrażanie rozwiązań ograniczających dopływ ciepłego powietrza z zewnątrz i umożliwiających precyzyjne sterowanie przepływem powietrza w budynku oraz integrację systemów klimatyzacji i zarządzania magazynem. Utrzymanie stabilnych warunków temperaturowych wiąże się ze znacznym zużyciem energii, co wpływa na koszt utrzymania magazynu. Aby go jeszcze nie zwiększać, dąży się do maksymalizacji efektywności przepływów materiałowych w tych obiektach.
W tym celu w magazynach-chłodniach wdraża się rozwiązania automatyki. To nie tylko zwiększa wydajność procesów, ale też ogranicza ekspozycję pracowników na niskie temperatury. To ostatnie jest kluczowe, ponieważ długotrwała praca w takich warunkach stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia operatorów, a oprócz tego ogranicza ich zdolność koncentracji i precyzję ruchów. Przykład takich rozwiązań stanowią automatyczne systemy składowania, w tym układnice paletowe i pojemnikowe zintegrowane z przenośnikami, które zapewniają płynność przepływu towarów bez konieczności manualnej ingerencji.
Automatyzacja obejmuje także proces kompletacji zamówień. Wdrożenie na takich stanowiskach robotów pozwala na realizację operacji pick and place bez udziału człowieka w strefach niskotemperaturowych, przy zachowaniu wysokiej wydajności. Automatyczne systemy składowania i transportu pozwalają nie tylko utrzymać wysoką częstotliwość cykli przyjęć i wydań bez narażania zdrowia pracowników, ale poprawiają też bezpieczeństwo oraz higienę procesów. To ma kluczowe znaczenie w branżach spożywczej i farmaceutycznej.
WÓZKI WIDŁOWE W CHŁODNIACH
Warunki panujące w mroźniach są także szkodliwe dla sprzętu. Wyposażenie magazynów-chłodni powinno się w związku z tym charakteryzować odpowiednią wytrzymałością, co zapewniają specjalne rozwiązania konstrukcyjne. Wyjaśnia to przykład wózków widłowych.
Uwagi wymagają m.in. opony tych pojazdów. W niskiej temperaturze i dużym zawilgoceniu może się na nich gromadzić lód, a oblodzona bywa również posadzka chłodni. Zmniejsza to przyczepność opon i utrudnia kierowcom kontrolowanie wózków. Dlatego, zamiast gumowych, typowo wyposaża się je w opony poliuretanowe z lamelami, o specjalnie przygotowanej powierzchni, która ogranicza gromadzenie się wilgoci i lodu.
Ponadto, w związku z większym prawdopodobieństwem wywrotki na śliskiej powierzchni, w wózkach widłowych do mroźni i chłodni montuje się systemy stabilizacji. Składają się one zazwyczaj z zestawu sensorów, siłowników i sterowników, które monitorują parametry ruchu pojazdu, a w przypadku ich odchyleń od wartości bezpiecznych podejmują działania korygujące, tak żeby zachować stabilność wózka oraz transportowanego ładunku. Przykładowe akcje to blokada tylnej osi albo ograniczenie prędkości pojazdu w razie utraty stabilności podczas skręcania.
Inne specjalne rozwiązania wyróżniające wózki widłowe do pracy w mroźniach i chłodniach to oleje hydrauliczne i smary przystosowane do pracy w niskich temperaturach, metalowe elementy wykonane ze stali nierdzewnej, dodatkowe uszczelnienia, rampy antypoślizgowe.
W niskich temperaturach wprowadza się też szereg rozwiązań ukierunkowanych na komfort operatora, np. podgrzewane uchwyty, podłogi oraz siedzenia. Bierze się pod uwagę również to, że pracując w mroźniach oraz chłodniach, muszą oni nosić specjalne, ocieplane kombinezony robocze i rękawice. W związku z tym przestrzeń jest zorganizowana, a wyposażenie – takie jak wszelkie uchwyty – zaprojektowane z zachowaniem zasad ergonomii, umożliwiających swobodne poruszanie się i sterowanie nawet w ciężkim, obszernym, nieporęcznym ubraniu.
Na jeden z najuciążliwszych czynników wózki widłowe są narażone wówczas, gdy opuszczają chłodnię. Chodzi o kondensację. Aby zabezpieczyć złącza przed wnikaniem wilgoci, wykorzystuje się te podwójnie uszczelnione. Dzięki temu unika się sytuacji, w której nagromadzona w nich woda zamarza, kiedy wózek wraca do chłodni, co z kolei powodowałoby, że wypełniając wtyki, rozszerzałaby je. Po ponownym rozmrożeniu zbyt duży luz powodowałby brak kontaktu elektrycznego. Przez to złącza trzeba by często wymieniać. Zamarzanie skondensowanej wody jest również problemem w przypadku przełączników i klawiatur, dlatego elementy te w wózkach widłowych są miejscowo podgrzewane. Poza tym generalnie komponenty elektroniczne, złącza i okablowanie umieszcza się tam, gdzie skraplanie się – przy danej konstrukcji wózka – pozostaje najmniej prawdopodobne. Krytyczne podzespoły są również zabezpieczane przed korozją. Kondensacji próbuje się oprócz tego zapobiegać od środka. W tym celu w wózkach przeznaczonych do pracy w mroźniach i chłodniach ogranicza się liczbę ruchomych oraz elektrycznych podzespołów, żeby ograniczyć ilość ciepła wytwarzanego wewnętrznie.
Monika Jaworowska
