научный журнал «Актуальные исследования» #47 (74), ноябрь '21

Технологии и методы для обеспечения автономности логистических систем

Автономные системы должны обладать способностью воспринимать условия окружающей среды, обрабатывать информацию, идентифицировать другие системы или объекты и взаимодействовать с окружающей средой. В соответствии с вышесказанным рассмотрим основные технологические компоненты для автономных интралогистических систем: 1) датчики, 2) исполнительные механизмы, 3) связь между машинами, 4) взаимодействие человека и машины и 5) вычислительное оборудование.

Аннотация статьи
автономность
взаимодействие с окружающее средой
идентификация
логистика
технологии
Ключевые слова

Датчики

Датчики позволяют автономным системам воспринимать окружающую среду, а также собирать и вычислять соответствующие данные. Под датчиками понимаются технические системы, которые получают входные значения (физические, химические или биологические показатели) и возвращают определенные предварительно обработанные выходные значения [1].

Идентификационные характеристики могут включать ширину, длину, вес или материал объекта. Помимо характеристик объекта, для целей идентификации может использоваться уникальный идентификационный номер. Оптические датчики позволяют автономным системам интралогистики идентифицировать объекты на основе определенных оптических характеристик, или на основе меток, прикрепленных к объектам.

Помимо оптической идентификации, также используются технологии на основе радиочастот, такие как радиочастотная идентификация (RFID) и ближняя бесконтактная связь (NFC), которые служат в автономных интралогистических системах для бесконтактной идентификации без прямой видимости [2].

Помимо идентификации, датчики используются для локализации в промышленных условиях. Локализация – это определение физического положения объекта в определенной системе координат [3]. Локализация формирует основу для навигации и передвижения в заданном пространстве. В рамках локализации на основе маркеров можно различать индуктивные, магнитные или оптические сенсорные технологии. Помимо искусственных маркеров, для локализации могут также использоваться естественные ориентиры. Технологии определения местоположения на основе естественных ориентиров включают ультразвуковое определение дальности, а также камеры или лазерные датчики (оптические радары, лидары) [4].

Примерами технологий определения местоположения с активными датчиками в наружных условиях являются глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), такие как глобальная система определения местоположения (GPS) или другие технологии на основе радио. Примеры радиосвязи на основе технологий для внутренних помещений являются Bluetooth и сверхширокополосные радиосигналы (UWB) [5].

Позиционная связь вычисляет положение объекта путем интегрирования внутренних измеренных параметров движения и направления, таких как вращение колеса, скорость и ускорение. Соответствующие параметры измеряются с помощью внутренних измерительных датчиков.

Помимо идентификации и локализации, датчики используются для обеспечения безопасности эксплуатации. Под безопасностью понимается надежное исполнение технических процессов, а также меры по минимизации рисков в отношении людей и окружающей среды в целом [6]. Чувствительные устройства защиты обнаруживают людей или объекты в определенном диапазоне автономной системы и посылают сигналы в соответствующие системы управления.

Примерами чувствительных устройств защиты являются тактильные датчики и бамперы, емкостные датчики, ультразвуковые датчики и оптические датчики (световые барьеры, инфракрасные, камеры или лазерные сканеры). В отличие от других датчиков, камеры могут различать людей и другие объекты с помощью методов компьютерного зрения.

Наконец, датчики применяются для мониторинга состояния автономных внутрисистемных систем и их окружающей среды. Примерами этого являются датчики для измерения нагрузки, крутящего момента, вибрации, температуры или энергопотребления. Полученные данные о состоянии могут быть использованы для повышения эффективности технического обслуживания внутрисистемных систем.

Исполнительные механизмы

Другой базовой технологией являются приводы, которые позволяют автономным системам интралогистики перемещаться в динамических средах и физически влиять на окружающую среду, например, выполняя операции по обработке. Распространенными технологиями являются электроприводы, в том числе вращающиеся и линейные электрические машины, магнитные подшипники и натяжные магниты [7]. Помимо электроприводов, обычно используются жидкостные технологии, такие как пневматические или гидравлические приводы, особенно для подъемников или лифтовых операций. Устанавливается материальный поток во внутрилогистической системе, связывающий механическую обработку, переработку и распределение товаров.

Управление модулями и приводами децентрализовано, что означает, что модули обмениваются информацией и сотрудничают для решения транспортных задач. Одна из главных проблем для автономных интралогистические системы, касающиеся технологии приводов – это сбор, захват или манипулирование товарами.

Высокие механические и когнитивные требования предъявляются к технологиям захвата, которые могут надежно захватывать и удерживать товары с помощью сочетания силы и формы закрытия. Системы должны гибко реагировать на различные характеристики и позиции товаров.

Межмашинная связь

Машинную связь можно описать как совокупность автоматических процессов технической связи между машинами с использованием выбранной сети связи [8].

С технологической точки зрения машины могут обмениваться данными по проводным и беспроводным каналам технологии. Часто применяются технологии из сектора промышленного Ethernet, такие как Ethernet/IP или EtherCAT. Примерами технологий радиосвязи являются беспроводные локальные сети (WLAN), Bluetooth, LPWAN, LoRaWAN, NB-IoT и сотовые сети. Беспроводной преимущество технологий заключается в том, что они позволяют избежать трудоемкой и дорогостоящей проводки, а также позволяют мобильным объектам напрямую взаимодействовать друг с другом. Однако преимущества беспроводных технологий часто вступают в противоречие с требуемыми высокими скоростями передачи и возможности реального времени, необходимые для автоматизации.

Взаимодействие человека и машины

Связь и взаимодействие между людьми и машинами являются важным аспектом для успешного внедрения автономных систем интралогистики. Как основные формы взаимодействия между людьми и машинами можно выделить методы, основанные на зрении, использовании голоса и на основе жестов [9]. Метод взаимодействия на основе зрения заключается в предоставлении информации с использованием дополненной реальности (AR). Другой формой взаимодействия является голосовое управление. Этот тип общения прост в освоении и обеспечивает интуитивное общение между людьми и машинами. Третьим принципом взаимодействия между людьми и автономными системами является коммуникация на основе жестов, при которой автономные системы используют оптические датчики для распознавания людей и жестов на основе 3D-данных. Одна из задач здесь состоит в том, чтобы свести к минимуму ложные обнаружения.

Вычислительное оборудование

Датчики и исполнительные механизмы связаны друг с другом посредством обработки информации. Обработка информации выполняется вычислительным оборудованием, встроенным в автономную систему. Примерами вычислительных технологий являются программируемые логические контроллеры (ПЛК), микроконтроллеры и промышленные ПК. ПЛК могут быть организованы в сетевые иерархические структуры и представлять собой наиболее важные контроллеры в технологии материальных потоков [10]. Промышленные ПК используются для более высокого уровня задачи управления и обработка данных. Свободно программируемые микроконтроллеры предлагают множество функций, особенно для простых задач управления, а также способны справляться с более сложными навигационными задачами, включая обход препятствий.

Вышеперечисленные методы и технологии позволяют повысить эффективность взаимодействия отдельных элементов внутри системы. Однако только при грамотном их совместном использовании возможно получение комплексной автоматизации всей системы при минимальных рисках для её работоспособности.

Текст статьи
  1. Карабутов Н.Н. Адаптивная идентификация систем. Информационный синтез М.: Мир 2015. С. 384.
  2. Комашинский В.И. Системы подвижной радиосвязи с пакетной передачей информации. М.: ГЛТ, 2007. С. 176.
  3. Клюев А.С. Автоматизация настройки систем управления. М.: Альянс, 2015. С. 272.
  4. Криволапова О.Ю. Разработка алгоритма внедрения беспилотных автомобилей на предприятии / Криволапова О.Ю., Емельянцева О.В. // Молодой исследователь Дона. 2018. № 5 (14). С. 61-66.
  5. Новиков Ю.В. Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка. М.: Эком. 2011. С. 288.
  6. Схиртладзе А.Г. Автоматизация технологических процессов и производств. М.: Абрис, 2018. С. 565.
  7. Хашемиан. Х.М. Датчики технологических процессов. Характеристики и методы повышения надежности. М.: Бином. 2008. С. 336.
  8. Monostori L., Valckenaers P., Cooperative control in production and logistics. Annual reviews in Control 39, 2015. p. 12-39.
  9. Sanjay Vadiraj. Analyzing intra-logistics automation technologies // LAP LAMBERT Academic Publishing. 2020. p.100.
  10. Daniel Wong. Fundamentals of Wireless Communication Engineering Technologies // Wley 2012. p. 568.
Список литературы
Ведется прием статей
Прием материалов
c 14 мая по 20 мая
Осталось 2 дня до окончания
Публикация электронной версии статьи происходит сразу после оплаты
Справка о публикации
сразу после оплаты
Размещение электронной версии журнала
24 мая
Загрузка в eLibrary
24 мая
Рассылка печатных экземпляров
01 июня