Всероссийский аналитический журнал для профессионалов индустрии продовольcтвия С нами ваши инвестиции
станут эффективными!
Обложка №2 за 2018 год
©ULMA Handling Systems

ПРИХОДЯТ РОБОТЫ НА СКЛАД

Алексей ПОВАЛЯЕВ, Евгений ДРЯХЛОВ Раньше считалось, что применение роботов оправданно лишь в случае высокопроизводительных предприятий, занимающихся изготовлением узкого ассортимента специализированной продукции. Так, в свое время автомобильная промышленность стала основным полигоном для внедрения роботизированных производственных комплексов. Но время шло, и практика однозначно показала, что эксплуатация роботов приносит ощутимый экономический и качественный эффект даже в случае небольших производств с широкой номенклатурой выпускаемых изделий. В частности, в мясоперерабатывающей промышленности с ее разнообразием ассортимента, ограничениями по сроку хранения продукции и сложной логистикой применение роботов на складе готовой продукции стало для многих предприятий настоящим прорывом с точки зрения эффективной организации процессов.

В России существует много примеров роботизированных складов на перерабатывающих предприятиях, и есть всеобщее понимание, что за роботами будущее. Однако число внедрений таких складов в стране в последнее время не увеличивается. В чем причина осторожного отношения к данной технологии в пищевой индустрии? Возможно, накопилось много предубеждений в отношении роботов, которые надо преодолевать. Давайте это сделаем!

Раз проблема, два проблема...

Очевидно, что склад готовой продукции (СГП) любого предприятия является его рабочей визитной карточкой для всех партнеров по бизнесу. Нельзя допустить, чтобы она выглядела неприглядно. Особенно в нынешней непростой ситуации, когда деловая репутация — на вес золота, а дополнительные контрактные штрафы и санкции явно не будут способствовать финансовой стабильности предприятия.

Как известно, склад готовой продукции, в частности, мясоперерабатывающего предприятия, обладает определенным потенциалом для быстрого накопления проблем. Чаще всего они обуславливаются самой спецификой российского мясоперерабатывающего бизнеса — широчайший ассортимент продукции, наличие мелкофасованных позиций заказов, короткие сроки хранения, неравномерность заполнения склада из-за периодичности производства, новые логистические требования со стороны крупных предприятий розничной торговли, наличие серьезных пиковых периодов из-за сезонного фактора, кадровый голод. Этот список можно было бы продолжать и дальше, однако директора производств и сами хорошо осведомлены о существовании определенных проблем на складе. Тем не менее немногие догадываются об истинных их масштабах...


© Datex

Да, безусловно, для повышения эффективности работы склада за более чем полвека было разработано огромное количество прогрессивных методов организации работы, алгоритмов и практических подходов, наконец, первых компьютерных систем складского учета, призванных упорядочить хаос на складе. Повысить эффективность работы склада во многих случаях удалось за счет внедрения так называемой гравитационной технологии. И вроде бы часть трудностей удалось решить, по крайней мере, определить их источник. Но человеческий фактор непобедим. На борьбу с ним были направлены самые светлые умы, чтобы в конце концов явить миру программно-аппаратные комплексы, работающие под управлением теперь уже умной и строгой системы управления складом WMS. Последняя не только планирует и запоминает размещение продукции на складе, оптимизирует маршруты и помогает операторам в поиске складируемых единиц (SKU) при сборе заказов, но и отслеживает факт выполнения предписываемых действий (конечно, в рамках способностей своих «виртуальных органов чувств»: сканнеров, датчиков, кнопок и т. д.). За счет этого внедрение WMS позволяет систематизировать и в максимальной степени формализовать работу операторов склада с тем, чтобы предотвращать накопление пересорта, облегчать формирование заказов, учет и проведение складских инвентаризаций.

Однако даже самые могучие системы управления складом, создаваемые на базе «лучших практик» и прогрессивного мирового опыта, не способны полностью предупредить различные негативные проявления человеческого фактора: ошибки фактического размещения SKU (например, в соседней адресной ячейке), количественные ошибки в подборе заказа, преступный сговор с целью хищения материальных ценностей и т. д. В итоге на складе ежедневно аккумулируются потери, которые в годовом выражении могут выливаться в колоссальные суммы. Но даже в ситуациях, когда отдельно взятому производству все-таки удается (правда, ненадолго) культивировать из людей вожделенных «биороботов», преданных складу, тем все равно свойственно ошибаться или хотеть перехитрить систему. И, к сожалению, WMS может пропускать несоответствия (из-за недостатков контрольных алгоритмов или вмешательства людей в работу системы).


© WITRON Logistik + Informatik

Приведем пример из жизни. На высоких стеллажах для удобства операторов таблички и указатели с адресами хранения помещаются на стойке нижнего яруса в поле зрения операторов. Для подтверждения манипуляции со складируемой единицей оператор склада сканирует соответствующую табличку, как и положено в соответствии с предписанием WMS, но при этом ошибается и устанавливает паллету ярусом выше. В данном случае обнаружить такое несоответствие WMS уже не может. Таким образом, в системе управления складом появляется ошибка местоположения складируемой единицы, о которой никто не подозревает. Склад работает дальше, пока тот же самый или другой оператор не обнаруживает пустую ячейку, в которой согласно пониманию WMS должна была бы находиться складируемая единица, предназначая для сбора очередного заказа. В редких случаях пропажа быстро обнаруживается, а в остальных — сбор заказа затягивается на неопределенное время, пока не будет найдено альтернативное решение в обход WMS. А пропавшую паллету удается найти уже только при следующей инвентаризации склада со всеми вытекающими последствиями.

И вряд ли данный пример является тем самым редким случаем внештатной ситуации на складе. Отнюдь. Можно привести и другие. Важно то, что подобные «мелкие ошибки» превращаются в постоянную практику, множатся и приводят к росту складских потерь, которые бессильна предотвращать даже самая совершенная WMS. Единственный способ нивелировать любой из подобных сценариев — убрать из процесса главный генератор ошибок. Человека.

Бесчеловечный склад

Единственный эффективный способ свести к нулю любые проявления человеческого фактора на складе — это полностью автоматизировать его или хотя бы автоматизировать процессы заполнения склада и сбора заказов. В последнем случае на смену человеку приходит бесстрастный, но предельно точный робот. Складской робот — это, по сути, автономный кран-укладчик, состоящий из одномачтовой платформы с перемещающейся вертикально грузовой кареткой, способной загружать и разгружать складские ячейки. Этот кран управляется контроллером и передвигается по рельсам по двум осям (по третьей оси производится захват ящика или его размещение). В зависимости от модификации роботы могут работать либо с целыми паллетами (крупные распределительные центры), либо с однотипными ящиками определенного размера для заданной группы SKU стандартной массы — например, 15 кг.


© WICHARY Technologies

Второй вариант исполнения роботизированных складов получил широкое распространение на очень многих мясоперерабатывающих предприятиях(в том числе и в России) благодаря высокой гибкости в плане реализации разнообразных схем сбора заказов (включая даже распараллеленный сбор заказов). Таким образом, в процессе своей работы робот ничего сложного не делает — забирает ящик с входного конвейера, устанавливает его в адресную ячейку, назначенную для него WMS-системой. Затем при сборе заказа он извлекает ящик с продукцией и перемещает его в направлении зоны сбора заказов. Причем в данном случае роботизированная система гарантирует доставку складируемого готового продукта в точном соответствии с предписанием WMS — здесь уже просто не находится места для ошибки. Достоверность размещения и изъятия SKU для сбора заказа составляет 100%.

Еще одной важной особенностью складского робота является его фиксированная скорость перемещения. Таким образом, зная скорость перемещения роботов и общую протяженность маршрута при сборе заказа, информационная система управления складом может с большой точностью прогнозировать сроки подготовки любого отдельно взятого заказа, что дает возможность наладить ритмичную работу склада и упростить диспетчирование отгрузки продукции в грузовой автотранспорт. И главное — пока функционирует робот, ни одна живая душа не может вмешаться в работу автоматизированного склада, поскольку это закрытая зона для человека по соображениям безопасности (быстро движущийся робот может легко покалечить человека). По этой причине при несанкционированном проникновении человека в роботизированную зону в процессе работы автоматизированной системы контактные выключатели на двери запускают аварийную сигнализацию (сирена и оповещение руководящих сотрудников склада через информационную систему), и робот отключается.

Преимущества роботизированных складов


© LTW Intralogistics

Помимо точности и безошибочности функционирования роботизированной складской системы есть у нее и другие важные преимущества. Роботизация склада позволяет повысить эффективность использования складской площади. Во-первых, для функционирования робота требуется сравнительно узкий проход (например, при максимальном габаритном размере ящика в 60 см ширина прохода не превышает одного метра). Здесь полностью отсутствует необходимость в дополнительном пространстве для маневра куда более габаритного складского транспорта. Правда, скептики могут усмотреть в этом обстоятельстве определенный риск для бесперебойного функционирования склада, если робот выйдет из строя. Однако на практике не было случаев, когда сбой робота приводил к параличу всего склада, но подробнее на аспектах надежности мы остановимся чуть ниже.

Во-вторых, для рационального использования склада при проектировании стараются максимально учитывать высоту потолков, размещая высокие многоярусные стеллажи. В пищевой промышленности максимальная погрузочная высота стеллажа, обслуживаемая роботом, достигает 12 метров. Но, очевидно, что при традиционной ручной организации склада большая высота стеллажей как раз заключает в себе множество рисков и неудобств: уменьшение производительности работ на складе, высокий риск получения травмы оператором склада; необходимость регулярного обучения и переподготовки для операторов склада (в целях повышения безопасности труда и управления качеством складских процессов); риск выхода из строя складского транспорта из-за нарушения условий эксплуатации (например, использование подборщика в качестве ричтрака в ситуациях, когда он на это явно не рассчитан).

В отличие от ручной организации склада готовой продукции его автоматический вариант полностью лишен перечисленных недостатков: скорость перемещения робота постоянна и не зависит от местонахождения целевой ячейки относительно уровня пола или удаления от начального или целевого положения тележки робота. Срыв и падение перемещаемого продукта также полностью исключается благодаря отработанной десятилетиями конструкции роботизированных складских систем. И, как уже было сказано, травмобезопа-ность на автоматизированном складе возведена в абсолют.

Гибкость в работе. Гибкость роботизированных складов позволяет реализовывать разнообразные схемы комплектования заказов. Например, можно организовать работу автоматизированного склада в режиме параллельного накопления «виртуальных паллет», при котором часть мощностей склада резервируется с целью автоматизированного накопления ящиков для заполнения паллеты, т. е. ящики с продукцией, направляемые в зону сбора заказов, будут автоматически объединяться в группы по определенным критериям, чтобы к моменту появления запроса на отгрузку рабочему (или паллетирующему роботу) оставалось только переместить собранные ящики на паллете для отгрузки. Автоматизированные склады позволяют реализовывать множество режимов сбора заказов, существенно повышающих эффективность работы склада и значительно сокращающих время сбора отдельных заказов. Причем в данном случае огромный созидательный потенциал автоматизированного склада стимулирует креативность всего административного персонала склада для создания все новых и новых алгоритмов управления.

Также гибкие возможности по организации работы роботизированного склада позволяют решать множество нестандартных, но очень полезных задач. Например, планировать сбор заказов в зависимости от даты производства продукции таким образом, чтобы гарантировать поступления максимально свежей продукции с учетом дальности ее транспортировки. Причем при реализации роботизированного склада обеспечение особых режимов подбора осуществляется при минимальных затратах по сравнению с традиционными складами.

Энергоэффективность. Более того, при максимальном вытеснении ручного труда на складе существенно сокращаются затраты на электроэнергию, поскольку нет необходимости в постоянном освещении всех зон склада (роботы могут работать в полной темноте) и, кроме того, электроэнергия больше не тратится на подзарядку аккумуляторов складского транспорта.

Сокращение кадровых затрат. Особой статьей экономии при реализации автоматизированного склада становится заметное сокращение фонда заработной платы (особенно в годовом исчислении). Кроме того, роботы не требуют обучения и повышения квалификации: их как единожды при запуске наладили, так они и работают годами.

Снижаются расходы на содержание складского оборудования и транспорта, специальной одежды, на организацию питания. Упрощение инвентаризации. Инвентаризация автоматизированного склада превращается в простую формальность, так как на роботизированном складе ничто не пропадает и не теряется.


© Milmeq

Также необходимо понимать, что в отличие от ручного склада робот автоматизированного склада работает 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. При этом, в отличие от складского транспорта, он не требует подзарядки (или заправки), а, в отличие от человека, не болеет, не уходит в отпуск, не берет отгулы после национальных праздников, не саботирует работу и не нуждается в «достойной» оплате собственного труда.

А вдруг сломается?

«А что будет, если робот сломается?» Этот вопрос обязательно задавали все директора и управленцы, кто в свое время внедрял на своих производствах автоматизированный склад. Однако мировая практика их применения за десятилетия показала, что вероятность авралов и периодических сбоев практически нулевая.Автоматизированные складские системы успели показать свою надежность на многих предприятиях по всему миру, в том числе и в России. Во-первых, ресурс современных автоматизированных складских систем исчисляется едва ли не миллионом моточасов, и даже этот период можно продлить за счет проведения мероприятий планово-предупредительного характера для обслуживания приводов автоматизированных систем. Как опять же показал опыт длительной эксплуатации складских роботов, ресурс всех их компонентов чрезвычайно высокий — будь то двигатели, зубчатые ремни, контроллеры и частотные преобразователи (тем более, что элементная база роботизированных систем состоит из продукции таких мировых грандов, как Siemens, SEW Eurodrive, Bosch Rexroth, Schneider Electric и т. д.). В самой России уже есть немало мясоперерабатывающих предприятий, где складские роботы без сбоев эксплуатируются более 15 лет. Конечно, всегда присутствуют случайные факторы, способные внести коррективы в реальную жизнь. Поэтому поставщики оборудования для роботизированных складов для подстраховки предусматривают проектом поставку ЗИП в составе 1-2 электродвигателей на замену и частотного преобразователя (зубчатые приводные ремни армированы и ни у кого еще за время эксплуатации не рвались). При наличии запчастей устранение неисправностей занимает не более часа (в течение которого объем работ неисправного робота берет на себя другой робот).

Однако всегда находятся люди, которые не привыкли верить в абсолютную надежность промышленной продукции. Возможно, они и правы. Для этой категории клиентов производители складских роботизированных систем предусмотрели алгоритм дублирования роботов. Он предполагает автоматический переход одного из роботов в режим одновременного обслуживания двух зон склада — своей и соседнего неработающего робота. То есть, если система самодиагностики выявляет неисправность в одном из роботов, то он либо самостоятельно перемещается в свою сервисную зону, либо вручную откатывается туда, освобождая рабочую зону для движения исправного робота, установленного на том же рельсовом пути. В итоге второй робот обслуживает и свою зону, и зону ответственности неисправного робота, пока идет восстановление последнего.


© WITRON Logistik + Informatik

Конечно, производительность такого склада в этом случае уменьшается, однако за счет большого запаса производительности каждого из роботов ритмичность работы склада не нарушается при простое одного из них. Точно так же синхронизация работ по техобслуживанию роботов, сопровождающаяся простоем одного из них, не нарушит работу склада во внепиковый период.

Единственное, что может остановить складской робот,— это перебой в энергоснабжении всего склада, но очевидно, что в этом случае его работа будет парализована априори, поскольку перестанут функционировать все критические компоненты: системы коммуникаций (сеть, Wi-Fi, весовые и терминалы сбора данных, системы связи и т. д.) и все прочее складское оборудование.

Гравитационный склад и роботы

Гравитационный склад благодаря самому принципу своего функционирования позволяет предотвратить множество негативных проявлений человеческого фактора, но отнюдь не все. Напомним, что такой склад представляет собой совокупность наклонных стеллажных дорожек, расположенных в несколько ярусов, без проходов и просветов. Загрузка гравитационного стеллажа осуществляется в его высокой части, а с противоположной стороны проводится разгрузка и сбор заказов. Укомплектованные и этикетированные соответствующим образом короба с продукцией движутся по рольгангам дорожек под действием силы тяжести по мере разгрузки гравитационного склада на его выходе. Таким образом, короба, загруженные на адресные дорожки гравитационного стеллажа, перемещаются по принципу FIFO (первым вошел, первым вышел), что исключает любую возможность нецелевого перемещения складируемой продукции, пока она находится в гравитационном складе. Кроме того, принцип FIFO сам по себе исключает пересортицу, поскольку самый свежий продукт неизменно выгружается в последнюю очередь.

Конечно, внедрение гравитационного склада стало эффективным вложением средств для многих производств. Однако сама по себе эта технология не способна устранять проблемы, пока ее обслуживают люди. Потому что там, где есть человек, обязательно присутствует хотя бы одна излишняя степень свободы, которая и заключает в себе основной источник возникновения ошибок.

Гравитационный склад, организованный в зоне мелкоштучного сбора заказов, не является исключением. Даже в случае функционирования в зоне обработки мелких составляющих заказов, подобная организация играет важную роль в поддержании рабочего ритма всего склада готовой продукции. В случае использования ручного обслуживания гравитационного склада оператору на его входе необходимо своевременно идентифицировать освободившуюся входную ячейку, локализовать короб, привезти его и установить, что на практике всегда происходит не идеальным образом с результирующими простоями при сборе заказов. При установке робота на загрузке гравитационного склада повышается ритмичность работы операторов на его выходе. Однако царящая там суета все равно обуславливает появление ошибок и заминок даже при наличии продвинутых учетно-командных терминалов и сетевых весов, интегрированных в WMS, поскольку операторы полностью не избавлены от необходимости думать и выбирать из нескольких альтернативных решений.


© WITRON Logistik + Informatik

Единственный способ обеспечить 100-процентную эффективность работы гравитационного склада — опять же заменить всех людей, его обслуживающих, на соответствующие роботы, один из которых загружает склад, второй — разгружает, формируя заказы для клиентов. Причем переход на работу в безлюдном режиме не потребует демонтажа или реконструкции склада, поскольку роботы предъявляют весьма скромные требования в плане площади своей рабочей зоны и легко интегрируются в любой действующий гравитационный склад.

Автоматические сортировщики

Автоматизация склада обеспечивается не только посредством организации роботизированной системы, обслуживающей стеллажи. Можно также существенно упрощать работу операторов склада при сборе заказов за счет применения разветвленной конвейерной системы со специальными интегрированными сортировщиками, которые перенаправляют короба (идентифицируя их по штрих- или RFID-этикетке) с основной ветки конвейера на дополнительные, идущие к конкретным местам сбора заказов. Соответственно автоматические сортировщики позволяют делить единый поток коробов, следующих в зону сбора заказов, на отдельные группы коробов, каждая из которых, по сути, представляет собой фактически уже собранный заказ для клиента. В этом случае оператор склада, ответственный за комплектование определенного заказа, избавлен от необходимости самостоятельно раз за разом выискивать на стеллажах короба (посредством целеуказания от WMS), перемещать их с использованием складского транспорта (который к тому же периодически нужно заряжать и обслуживать) к месту сбора заказа. Таким образом, интеграция в проект склада конвейерной линии с автоматизированными сортировщиками являет собой еще один эффективный способ устранения негативных воздействий человеческого фактора путем отстранения самого человека от процесса. И снова мы получаем надежно прогнозируемые процесс, поскольку складской конвейер работает с постоянной скоростью, что позволяет с большой точностью прогнозировать временные интервалы сбора каждого из заказов, чтобы наилучшим образом диспетчировать подачу грузового транспорта для загрузки.

Стоимость роботов


© MMCI

Безусловно, складские роботы стоят немалых денег (200-400 тыс. евро за кран-укладчик), однако по стоимости они сопоставимы с дорогими видами технологического оборудования — такими, как, например, куттер или термокамеры. Тем не менее если у директора предприятия необходимость приобретения нового куттера не вызывает вопросов, то робот воспринимается неким фантазийным перебором и продолжает оставаться мечтой. Но одновременно многие руководители легко ведутся на виртуозную аргументацию представителей известных софтверных компаний, которая сулит решать все существующие проблемы на предприятии за счет внедрения современной и мощной корпоративной информационной системы, состоящей из самых продвинутых WMS и ERP-блоков. Внедрение подобных систем требует вложения десятков и даже сотен миллионов рублей (в конечном итоге), хотя они сами по себе исправить ситуацию на складе не способны — кладовщики всегда будут на шаг впереди любой WMS. Поэтому возникает резонный вопрос: «Не проще ли сразу вложить средства в автоматизированный склад и раз и навсегда наладить его эффективную работу?»

Причем при автоматизации склада нет необходимости сразу инвестировать в роботизацию и автоматизацию всей его инфраструктуры — можно двигаться ступенчато. Например, можно начать с внедрения кран-роботов, обслуживающих стеллажи. Далее — развивать систему за счет добавления сортировочных конвейеров, затем — паллетирующих роботов, которые позволят полностью вытеснить ручной труд со склада готовой продукции, за исключением разве что ручной финальной операции по загрузке сформированных и проэтикетированных заказов непосредственно в кузов грузового автомобиля клиента.

Для того, чтобы убедиться в необходимости внедрения роботизированной системы, достаточно в течение нескольких дней вести хронометраж работы рабочих мест в зоне сбора заказов с использованием, например, видеокамеры. Это позволит получить реальную картину пропускной способности склада. Во многих случаях оказывается, что при ручной организации работы склада 70-80% времени сбора заказов затрачиваются на перемещения кладовщиков по складу. В итоге получается, что дорогие складские этикетировщики, способные обеспечивать рабочий темп в 120 коробов в минуту, в реальности работают со скоростью 10-20 коробов в минуту, что как раз и связано с издержками ручного подбора заказов.

Чтобы предварительно спроецировать роботизированные технологии на отдельно взятый склад готовой продукции, достаточно знать следующее. Грузоподъемность складских роботов в зависимости от модели лежит в диапазоне от 10 до 1000 кг (для паллет), т. е. это максимальный вес груза (ящик/паллета плюс продукция), которую в штатном режиме способен перемещать робот. При проектировании роботы как раз-таки и подбираются в соответствии с техническим заданием, чтобы в итоге не пришлось переплачивать за излишне мощный носитель или, наоборот, перестраивать организацию работы склада под возможности маломощного робота.

Например, если предельный вес складируемой единицы в соответствии с проектом составляет 15 кг (и соответствует грузоподъемности робота), то, например, при объемах ежедневной отгрузки на уровне 50 тонн подобранному роботу в течение смены предстоит осуществить доставку 3333 ящиков, а следовательно, его производительность должна составлять не менее 450 ящиков/час. Однако для решения такой задачи обычно ставятся два робота производительностью 300 ящиков в час каждый, чтобы обеспечить комфортный запас на случай пиковых периодов, расширения производства и маловероятных сбоев.

Производительности четырех складских роботов хватает для уверенной работы склада мясоперерабатывающего предприятия, обеспечивающего суточную производительность на уровне 150 тысяч тонн. Впрочем, автоматизированный склад с одним-двумя роботами может существенно упростить жизнь небольшого предприятия, ежедневно выпускающего порядка 10-20 тонн продукции.

При проектировании роботизированного склада учитываются: фактическая и проектная производительность производства, прогнозы пиковых нагрузок, ассортимент и количество SKU, высота потолков и т. д. Предварительный проект ложится в основу анимированной трехмерной модели-симуляции, которая дает возможность проанализировать работоспособность автоматизированной складской системы и выявить узкие места.

Следует также понимать, что автоматизированный склад невозможно реализовать при отсутствии совершенной WMS, которая становится мозгом автоматизированного склада и принимает на себя командование роботами.

Примечательно, что на тех производствах, где была внедрена роботизированная складская система, не найдется ни одного сотрудника (не говоря уже о руководстве), который мог бы усомниться в ее пользе. Наоборот, после подобного внедрения директора производств очень быстро перестраиваются на волну роботизации, поскольку роботы и на самом деле помогают забыть о многих проблемах.