Slimmere agv’s door ze dom te maken

Voor flexibele productie is slimmere intralogistiek nodig. Nieuwe technologische ontwikkelingen zoals 5G en edge computing geven fabrieksmanagers de mogelijkheid om dit te realiseren. Ze kunnen automatisch geleide voertuigen (agv’s) slimmer maken waardoor het transport van grondstoffen, halffabricaten en goederen in of rondom een fabriek flexibeler wordt.

Martin van der Pol is cto Digital bij T-Systems Nederland.

Er is momenteel een grote diversiteit aan agv’s en hun toepassingen. Sommige bedrijven maken al vele jaren gebruik van zelfrijdende robots zoals de containerterminals in de Rotterdamse haven. Andere denken erover na of sleutelen aan een businesscase voor automatisch geleide voertuigen.

Gedreven door de marktvraag zoeken fabrikanten continu naar meer efficiëntie en flexibiliteit. Ze moeten elk product kunnen individualiseren, precies afgestemd op de wensen van die ene consument. Bij die flexibilisering lopen bedrijven aan tegen beperkingen van de huidige generatie agv’s. Voor een adaptief productieproces is het immers niet meer voldoende dat een agv een standaard gedefinieerde route over de blauwe lijn rijdt; soms zal het de groene of de rode route moeten volgen, of zelfs volledig autonoom zijn weg moeten vinden. De agv’s van dit moment kunnen slecht omgaan met dat soort flexibele pickupscenario’s. Ook het inregelen van additionele en nieuwe laad/lospunten is omslachtig. Een verplaatsing van een lopende band waar goederen moeten worden gehaald of gebracht, zou geen probleem moeten zijn, maar is dat nu vaak wel. Hierdoor is menselijke interventie nog steeds nodig.

Om de efficiëntie te verhogen, is een hogere snelheid van agv’s tussen de stations een optie. Uiteraard moet dit wel veilig en binnen de wettelijke richtlijnen gebeuren. Ook technisch zijn er beperkingen: camera’s of sensoren aan de voorzijde van een agv kunnen nu eenmaal niet door objecten heen kijken. Omdat ze niet kunnen bevestigen dat het veilig is, moeten ze voor elke bocht en bij elk obstakel afremmen.

Een aantal van deze uitdagingen hebben we opgelost en geïmplementeerd bij onder meer lampenproducent Osram. In de fabriek in het Duitse Schwabmünchen hebben we alle besturingsintelligentie uit de robot gehaald en naar een lokale edge cloud verplaatst. Met deze nieuwe architectuur creëren we flexibiliteit en geven we de robot extra data en meer informatie over de omgeving waarin hij autonoom rondrijdt. Ook leggen we een fundament om innovaties in te brengen in de edge cloud voor bijvoorbeeld verbeterde routering. Cruciaal in dit concept is de draadloze verbinding tussen de agv en de edge cloud. Dit doen we met 5G-technologie.

Zeven verbeteringen

De opzet in zijn fabriek in Schwabmünchen heeft Osram zeven verbeteringen gebracht. Ten eerste, de flexibiliteit van de edge. Met een edge cloud is het mogelijk om binnen de fabriek data te verwerken en software te draaien die noodzakelijk is om de fabriek aan te sturen met een zo klein mogelijke vertraging. In de context van dit artikel is de edge zowel de computernode als de software die hierop draait. De architectuur van de edge is zo opgezet dat Osram deze eenvoudig kan uitbreiden met nieuwe functionaliteit via een containerarchitectuur.

Ten tweede zorgen de gecentraliseerde agv-intelligentie en de data in de edge cloud ervoor dat er wordt gerouteerd met alle data van alle agv’s bij elkaar. Zo kunnen de mobiele robots met elkaar rekening houden, zelfs als ze elkaar niet direct zien. Als bijvoorbeeld een van de agv’s stilvalt en een pad blokkeert, krijgen de andere daarvan een seintje zodat ze via een alternatieve route hun werk kunnen blijven doen.

Ten derde kunnen applicaties worden geïntegreerd. De productieprocessen worden aangestuurd door diverse softwarepakketten zoals mes, erp en diverse magazijn- en planningsystemen. De (combinatie van) software bepaalt de taken voor de agv’s binnen de fabriek. Door deze applicaties via de edge te koppelen, is dit een eenmalige interface en hoeft dit niet per apparaat, vendor of leverancier te worden opgelost.

Verder is er de interactie met andere agv’s, devices en deuren. Vanuit de edge kun je deuren centraal aansturen. Omdat de routering en positie van de agv bekend is, kunnen deuren precies op het juist moment worden geopend en gesloten. Dat is erg handig als de agv’s tussen verschillende hallen of in en uit cleanrooms rijden.

Ook kunnen de agv’s gebruikmaken van externe informatie. In productieomgevingen hangen steeds meer sensoren en camera’s. Voor agv’s levert dat een schat aan data voor hun aansturing en routering. Denk aan sensoren die bij een onoverzichtelijk punt – buiten het bereik van de sensoren van de agv zelf – aangeven of het veilig is. Mijn verwachting is overigens dat sensoren meervoudig inzetbaar gaan worden. Waarom zou je de beelden van beveiligingscamera’s niet ook gebruiken om agv’s te helpen? Voorwaarde hiervoor is wel dat de data wordt gedeeld en er dus diverse silo’s worden doorbroken.

Daarnaast kun je met de setup bij Osram energiezuiniger werken. Omdat in deze architectuur alle data van de agv’s op een centrale plek bij elkaar komt, wordt er ook slimmer omgegaan met energieverbruik. Het parkeren van een agv op zijn oplaadplek gebeurt nu in de volledige context van het werk dat moet worden gedaan voor alle agv’s en niet meer individueel per agv. Op deze manier maken de agv’s optimaal gebruik van hun accu’s en verbetert ook hun levensduur.

Ten slotte is er de mogelijkheid om artificial intelligence en zelflerende processen in te zetten. Deze technieken zullen in eerste instantie in de edge draaien, waar alle data samenkomt. Denk hierbij aan het zelflerend verkennen en opslaan van een plattegrond. Of aan objectherkenning en classificatie in de omgeving van de agv waar je eventueel acties op kunt afstemmen. Mijn verwachting is dat straks verschillende ai-systemen voor verschillende processen naast elkaar in de edge actief zijn en gezamenlijk een enorme boost gaan geven aan de autonome capaciteit van agv’s en daarmee aan de slimme fabriek.

Om bovenstaande mogelijk te maken, is standaardisatie nodig in het samenspel van de verschillende agv’s, leveranciers en softwarepakketten. We zien dat daar nog veel verbeterslagen kunnen worden gemaakt. Zo zijn de routering en interactie met de omgeving zoals aansturing van deuren nog geen onderdeel van de standaard. De standaardisatie is op dit moment voornamelijk de koppeling van softwarepakketten, statische locatiebepaling en pickup- en afleverlocaties.

Vijf voordelen van 5G

5G-technologie is de nieuwste netwerktechnologie die we voornamelijk kennen uit het publieke domein. Deze technologie kenmerkt zich door een aantal verbeteringen ten opzichte van 4G en leent zich uitstekend voor industriële en campustoepassingen.

We zien vijf voordelen van 5G voor fabrieken. De eerste is de hogere connectiedichtheid. Dat zorgt ervoor dat steeds meer apparaten op een klein oppervlak met het netwerk kunnen worden verbonden. Sensoren in machines of robots verzenden eenvoudig kleine hoeveelheden data, zoals bijvoorbeeld elk uur een temperatuurupdate. Ook is de verwachting dat steeds meer actuatoren via 5G-applicaties gaan worden bestuurd, zoals op afstand bediende deuren.

Het tweede voordeel is dat 5G beter bestand is tegen piekende datasnelheden. Dat is interessant om datastreaming, augmented en virtual reality, en videostreaming van 8K en hoger mogelijk te maken voor bijvoorbeeld onderhoudssupport op afstand.

Een derde belangrijke eigenschap van 5G is de lage round-trip latency van het netwerk. Dit helpt bij autonome en geautomatiseerde processen en apparaten, zoals robotaansturing, of bij volledig geautomatiseerde productielijnen waar veel apparaten zijn verbonden en samenwerken. Data moet bijna realtime worden verwerkt (lage latency) met een korte roundtriptijd van dataverzending vanaf het apparaat naar de edge cloud en terug.

Verder kunnen industriële gebruikers ook profiteren van network slicing. Deze techniek maakt het mogelijk om het netwerk op te delen voor verschillende gebruikscases en die delen te managen. Bepaalde fabrieksprocessen kunnen topprioriteit krijgen door een slice van het netwerk hiervoor te reserveren. Zo kunnen bijvoorbeeld agv’s die in een fabriek rijden een hogere prioriteit krijgen dan de mobiele telefoons van bezoekers. Ook kunnen netwerkslices worden gebruikt om specifieke eigenschappen te definiëren voor bijvoorbeeld iot of mediastreaming.

Ten slotte zorgt 5G-technologie voor een grotere betrouwbaarheid van het netwerk ten opzichte van wifi. Dit voorkomt stilstand door netwerkverstoringen.

Uitnodiging

Met toepassing van innovatieve technologieën worden agv’s steeds belangrijker om flexibele productie mogelijk te maken. Zeker als het streven van een fabriek is om volledig automatisch te worden. We staan aan de vooravond van mooie ontwikkelingen waarbij 5G-connectiviteit, industriële sensoren, artificial intelligence en edge computing samenkomen. Dat hebben wij al bewezen in de testfabriek op het universiteitsterrein van Aken. Als het weer kan, kom dan zeker een keer kijken.