WIA SOOM Simulators

Prevádzka flotily robotov Živý model

Riadite prevádzku skladu, kde asi 24 autonómnych mobilných robotov (AMR) vozí prepravky zo skladových uličiek k štyrom baliacim bunkám s kobotmi. Každá objednávka znamená jazdu 240 m — 200 m uličkami len pre roboty a 40 m spoločným priestorom, kde pracujú ľudia — a vychystanie pri bunke. Model po minútach počíta fronty, zahltenie, uviaznutia, dráhy zastavenia, energiu batérií a výkon nabíjačiek aj vplyv verzií softvéru na zastavenia, a to podľa publikovaných noriem a učebnicových vzorcov. Je to model princípov prevádzky: nespúšťa softvér robotov a čísla sú všeobecné, nepochádzajú zo žiadneho produktu. Iba vzdelávacia simulácia — skutočné prevádzky sa riadia vlastným posúdením rizík.

Čo sa naučíte

Simulátor

Čas 0 min
Roboty v prevádzke 24 · Zabalené prepravky 360/h · Doba vybavenia objednávky 0,0 min · Dostupné roboty 100% · Zóna A (len roboty) 1,5 m/s · Spoločný priestor 1,0 m/s (Δ 0,27 m) · Voľné (lokálne vyhýbanie), Roboty v uviaznutí 0 · Bunky s kobotmi 0%, Človek v bunke s kobotom 0 · Nabíjačky 0/6 (Nabíjačka mimo prevádzky 0), Roboty čakajúce na nabíjačku 0 · Priemerné nabitie batérie 67% · v1 24, v2.0 0, v2.1 0 · Zastavenia na robotohodinu, najnovší build 0,0/h, Zastavenia na robotohodinu, zvyšok flotily 0,0/h⁨24⁩ · ⁨360/h⁩ · ⁨Roboty⁩························⁨✓ 1,5 m/s⁩⁨Zóna A (len roboty)⁩⁨bez ľudí⁩⁨⚠ 1,0 m/s⁩ · ⁨Δ 0,27 m⁩⁨Spoločný priestor⁩⁨⛔ 0⁩⁨Voľné (lokálne vyhýbanie)⁩⁨0%⁩ · ⁨Bunky s kobotmi⁩⚙⚙⚙⚙⁨⚡ 0/6⁩ · ⁨⌛ 0⁩ · ⁨Nabíjačky⁩······⁨Softvér: v1 · v2.0 · v2.1⁩⁨v1 24⁩ · ⁨v2.0 0⁩ · ⁨v2.1 0⁩⁨0,0/h najnovší⁩ · ⁨0,0/h ostatné⁩
  • Jazdí s úlohou
  • Pri bunke s kobotom
  • Čaká na bunku
  • Nečinný
  • Nabíja sa
  • Čaká na nabíjačku
  • Aktualizuje softvér
  • Zastavený (spojenie alebo lokalizácia)
  • Uviazol (deadlock)
  • Vybitý, odtiahnutý
  • Zóna bez ľudí
  • Ľudia v zóne, rýchlosť v medziach poľa
  • Príliš rýchlo pre pole tam, kde sú ľudia
  • Človek v bunke s kobotom
  • Nabíjačka mimo prevádzky

Ovládanie

Záložné roboty sa prebudia v depe; zaparkované roboty neodoberajú žiadny prúd. Každý robot v prevádzke stojí jednu robotohodinu za hodinu.

Zóna A je pre ľudí uzavretá, takže roboty môžu jazdiť rýchlo. Ak do nej ľudia vstúpia, rýchlosť musí opäť zodpovedať poľu detekcie osôb.

Tu vždy pracujú ľudia. Dráha zastavenia pri tejto rýchlosti sa musí zmestiť do 1,3 m dlhého poľa detekcie osôb.

Voľné: roboty sa vyhýbajú len lokálne — rýchlo, ale dva alebo viac sa môžu navzájom zablokovať natrvalo. Rezervácia zón: robot vojde do križovatky až vtedy, keď sú zóny pred ním rezervované preň — žiadne uviaznutia, len krátke čakanie na každom krížení.

Okamžite uvoľní všetky uviaznuté roboty. Stojí 2 operátorské minúty na každého uvoľneného robota; nezabráni vzniku nových uviaznutí.

Robot, ktorý dokončí úlohu s týmto alebo nižším nabitím, sa zaradí do frontu na nabíjačku. Nižšia hodnota využije viac z batérie, ale robot, ktorý čaká príliš dlho, sa môže úplne vybiť.

Nabíjačky dodávajú plný výkon približne do 70 %; nad touto hodnotou prúd klesá. Nižšia cieľová hodnota uvoľní nabíjačku skôr.

Roboty bez úlohy idú k akejkoľvek voľnej nabíjačke namiesto nečinného čakania a znovu odídu pracovať, len čo čakajú objednávky a majú o 20 % viac, než je hranica na poslanie nabíjať.

Rýchlosť nástroja, keď v bunke nikto nie je. Prepravka s 10 kusmi trvá pri 1 m/s 25 s.

Obmedzenie výkonu a sily: ruka pritlačená k prepravke nesmie pocítiť viac než 140 N (kvázistatický limit, použitý konzervatívne), čo tu dovoľuje najviac 0,67 m/s.

Posunutím posúvača sa najnovší vydaný build nasadí na tento podiel flotily (prvé roboty v poradí); zvyšok ide na v1. Build vydaný neskôr sa nainštaluje až vtedy, keď posúvačom znova pohnete. Každý robot, ktorý mení verziu, je na 4 minúty mimo prevádzky.

Ukazovatele

Zabalené prepravky
360/h
normálne
Doba vybavenia objednávky
0,0min
normálne
Dostupné roboty
100%
normálne
Rezerva zastavenia pri ľuďoch
0,27m
normálne
Čakajúce objednávky0
Rezerva rýchlosti kobota (limit výkonu a sily)0,17 m/s
Priemerné nabitie batérie67 %
Najnižšie nabitie batérie42 %
Roboty čakajúce na nabíjačku0
Nabíjajúce sa roboty0
Vybité roboty (odtiahnuté)0
Roboty v uviaznutí0
Vzniknuté uviaznutia0
Navigačné zastavenia (spojenie alebo lokalizácia)0
Zastavenia na robotohodinu, najnovší build0,0 /h
Zastavenia na robotohodinu, zvyšok flotily0,0 /h
Flotila s najnovším buildom0 %
Flotila na v2.00 %
Aktualizujúce sa roboty0
Nastavená rýchlosť v zóne A1,5 m/s
Čas operátorov strávený pri robotoch0 min
Spotrebované robotohodiny0 h
Roboty v prevádzke24
Jazdiace roboty0
Skutočná rýchlosť v zóne A1,50 m/s
Čakanie na prejazd križovatky0,0 s
Príkon flotily0,00 kW
Výkon dodaný nabíjačkami0,00 kW
Vyťažené bunky s kobotmi0 %

Trend

Zabalené prepravky: — /h6000

Krízové scenáre

Úroveň 1 · Polovica nabíjačiek zlyhá pred špičkou objednávok

Ranná zmena, 24 robotov v prevádzke, asi 3,7 objednávky za minútu. Po rušnej noci začína flotila zmenu v priemere na 60 % nabitia. V 15. minúte elektrická porucha vyradí štyri zo šiestich nabíjačiek až do konca zmeny. V 90. minúte začína špička objednávok (+25 % počas dvoch hodín). Udržte tok objednávok, vstúpte do špičky s nabitou flotilou, nedovoľte, aby sa niektorý robot úplne vybil, a zmestite sa do rozpočtu robotohodín na zmenu.

  • Priemerná doba vybavenia počas špičky a po nej ≤ 3,5 min
  • Flotila na začiatku špičky nabitá v priemere aspoň na 49 %
  • Žiadny robot sa úplne nevybije
  • Najviac 97 robotohodín za zmenu
  • Dráha zastavenia vždy vnútri poľa tam, kde sú ľudia
  • Kobot nikdy rýchlejší ako limit výkonu a sily, ak je vnútri človek

Úroveň 2 · Ulička sa zavrie, roboty sa zaseknú a do zóny A vojde čata

Asi 4,2 objednávky za minútu, 24 robotov, riadenie premávky nastavené na voľnú jazdu. V 10. minúte sa jedna ulička uzavrie kvôli prestavbe regálov: menej križovatiek, viac čelných stretnutí a žiadne obchádzky. V 60. minúte vstúpi do zóny A, určenej len pre roboty, servisná čata na 40 minút. Udržte objednávky v pohybe s malou spotrebou času operátorov, udržte každú dráhu zastavenia vnútri poľa detekcie osôb tam, kde sú ľudia, a hneď ako bude zóna A voľná, jazdite v nej znova plnou rýchlosťou.

  • Priemerná doba vybavenia ≤ 6 min
  • Po odchode čaty zóna A znova v priemere na ≥ 1,4 m/s
  • Vznikne najviac 1 uviaznutie
  • Najviac 20 operátorských minút pri robotoch
  • Dráha zastavenia vždy vnútri poľa tam, kde sú ľudia
  • Kobot nikdy rýchlejší ako limit výkonu a sily, ak je vnútri človek

Úroveň 3 · Kanárikové nasadenie nového navigačného softvéru

Uličky boli minulú noc prestavané a roboty so súčasným softvérom (v1) v nich častejšie strácajú polohu; každá strata si vyžaduje operátora. Vydanie v2.0 to opravuje a už beží na 10 % flotily ako kanárik. Dajte kanárikovi dosť času, aby ste ho mohli posúdiť, porovnajte ho so zvyškom flotily, rozhodnite, či rozšíriť, alebo vrátiť späť, a dostaňte flotilu na dobrý build — po etapách, bez toho, aby ste naraz vyradili príliš veľa robotov.

  • Kanárik bežal prvých 12 minút (≥ 5 % flotily na v2.0)
  • Preč z chybnej v2.0 od 30. do 49. minúty (priemerne ≤ 1 % flotily na nej)
  • Hotfix v prvých 10 minútach najviac na 20 % flotily
  • Hotfix nasadený včas: po jeho vydaní na ňom priemerne ≥ 55 % flotily
  • Na konci aspoň 90 % flotily na najnovšom builde
  • Vždy aspoň 60 % robotov k dispozícii
  • Dráha zastavenia vždy vnútri poľa tam, kde sú ľudia
  • Kobot nikdy rýchlejší ako limit výkonu a sily, ak je vnútri človek

Základ — model za číslami

Každý vzťah, ktorý simulátor používa, aj s jeho zdrojom. Konštanty označené ako predpoklady sú ilustračné kalibrácie.

Littleov zákon: všetky doteraz nezabalené objednávky — čakajúce alebo už vezené robotom — vydelené tempom, akým sa prepravky skutočne balia, dávajú dobu vybavenia.
lead time W = L / X, L = orders waiting + orders on a robot, X = totes packed per minute (smoothed, τ = 10 min)[5]
Rýchlosť klesá, čím viac robotov zdieľa uličky (Greenshieldsov lineárny vzťah rýchlosti a hustoty).
v_eff = v · max(0.1, 1 − n_moving / N_jam), N_jam = 120 robots (80 with an aisle closed)[7][9]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Bez rezervácie môže každý z dvoch robotov čakať na priestor, ktorý drží ten druhý — kruhové čakanie. Počet stretnutí rastie s druhou mocninou počtu jazdiacich robotov.
free traffic: P(new deadlock in a minute) = 1 − e^(−κ·n_moving²/n_I), κ = 0.00001 (× 300 with an aisle closed, n_I = 6 → 4); a robot behind joins with p = 0.5 (≤ 8); the fleet manager re-plans with p = 0.2/min (0.03/min with no detour)[8][10]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Rezervácia zón: robot vojde až vtedy, keď sú zóny pred ním rezervované preň (všetky naraz, v pevnom poradí), čo odstráni kruhové čakanie; každá križovatka sa potom správa ako front s jednou obsluhou a pevnou dobou prejazdu.
zone reservation: a robot enters only when the zones ahead are granted to it → no circular wait; each crossing W = ρτ / (2(1 − ρ)), ρ = λ_I·τ, τ = 2 s, 6 crossings per task[8][6][9]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Tam, kde môžu byť ľudia, sa dráha zastavenia — dráha počas reakcie plus brzdná dráha — musí zmestiť do poľa detekcie osôb.
d_stop = v·t_r + v²/(2a) + C ≤ F (t_r = 0.3 s, a = 0.8 m/s², C = 0.1 m, F = 1.3 m ⇒ v ≤ 1.17 m/s where people can be)[1][2]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Obmedzenie výkonu a sily: najvyššia rýchlosť, pri ktorej kontakt s rukou zostane pod prípustnou silou, určená z redukovanej hmotnosti ruky a robota a z tuhosti ruky. Kvázistatický limit sa používa aj pri krátkom kontakte, čo je konzervatívne.
v ≤ F / √(μ·k), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L; hand: F = 140 N (quasi-static limit, used conservatively), k = 75 N/mm, m_H = 0.6 kg; M = 24 kg, m_L = 3 kg ⇒ v ≤ 0.67 m/s[3][4]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Prepravka s tovarom zaberie čas uchopenia plus dva dosahy na každý kus; ak je v bunke človek, kobot ide kolaboratívnou rýchlosťou. Roboty sú obsluhované v poradí, v akom dorazia k bunkám, sekundu po sekunde v rámci každej minúty.
tote time = 10 items × (1.5 s + 2 × 0.5 m / v_cobot); v_cobot = collaborative speed while a person is in the cell; 4 cells, served in order of arrival within the minute[3]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Príkon na jazdu: stála záťaž elektroniky, valivý odpor a brzdná energia stratená pri každom zastavení a rozjazde.
P = 60 W + C_rr·m·g·v/η + 0.03/m · v · ½mv²·(1 − r)/η (C_rr = 0.012, m = 500 kg, η = 0.75, r = 0.5)[12]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Nabíjačky dávajú plný výkon približne do 70 % nabitia, potom prúd klesá (konštantný prúd, potom konštantné napätie).
P_charge = 0.8 kW up to 70 % SoC, then × (1 − 0.9·(SoC − 70)/30); battery 0.8 kWh; stranded at 1 %[11][10]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Robot zastaví, keď spojenie so správcom flotily mlčí dlhšie ako jeho watchdog; kratší watchdog zachytí oveľa viac krátkych výpadkov Wi-Fi.
P(link silent > W in a robot-minute) = 0.224·e^(−W/0.1 s); watchdog W: v1 0.5 s, v2.0 0.15 s, v2.1 0.5 s; stop 2 min[13]Ilustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.
Kanárikové porovnanie: zastavenia na robotohodinu robotov s najnovším buildom oproti zvyšku flotily.
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
Ďalšie konštanty tohto modelu
task 200 m in zone A + 40 m in the shared area · 6 intersections · 4 cobot cells, a person inside 25 % of minutes · 6 chargers · shift-start charge stratified over mean ± 27.5 % · v1 mislocalises 0.6 % per driving minute in re-racked aisles (others 0.04 %), 6-min stop + 3 operator-min · clearing a deadlock 2 operator-min per robot · tow 15 operator-minIlustračné hodnoty, nie hodnoty skutočnej prevádzky alebo produktu. Skutočné prevádzky nastavujú polia, rýchlosti a limity podľa vlastného posúdenia rizík a údajov výrobcu.

Náhodnosť: generátor mulberry32 so seedom; použité rozdelenia — rovnomerné, exponenciálne (inverzná CDF), normálne (Box–Muller), Poissonovo (Knuth). Seed je zobrazený a dá sa zdieľať.

Zdroje

  1. ISO 3691-4:2023 Industrial trucks — Safety requirements and verification — Part 4: Driverless industrial trucks and their systems (personnel detection, zones, speed) — ISO/TC 110/SC 2, 2023
  2. ISO 13855:2024 Safety of machinery — Positioning of safeguards with respect to the approach of the human body (minimum distance S = K·T + C; replaces the 2010 edition) — ISO/TC 199, 2024
  3. ISO/TS 15066:2016 Robots and robotic devices — Collaborative robots (Annex A: body-region limits; transient contact speed v = F/√(μk), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L) — ISO/TC 299, 2016
  4. ISO 10218-2:2025 Robotics — Safety requirements — Part 2: Industrial robot applications and robot cells (collaborative applications; takes over the ISO/TS 15066 body-region data) — ISO/TC 299, 2025
  5. J. D. C. Little — A Proof for the Queuing Formula: L = λW — Operations Research 9(3):383–387, 1961
  6. M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
  7. B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935
  8. E. G. Coffman, M. Elphick, A. Shoshani — System Deadlocks (the four necessary conditions; prevention by ordered resource allocation) — ACM Computing Surveys 3(2):67–78, 1971
  9. I. F. A. Vis — Survey of research in the design and control of automated guided vehicle systems (fleet sizing, zone control, deadlocks, battery management) — European Journal of Operational Research 170(3):677–709, 2006
  10. M. De Ryck, M. Versteyhe, F. Debrouwere — Automated guided vehicle systems, state-of-the-art control algorithms and techniques (traffic, deadlock avoidance, battery charging strategies) — Journal of Manufacturing Systems 54:152–173, 2020
  11. BU-409: Charging Lithium-ion (constant current to about 70 % state of charge, then constant voltage while the current tapers) — Battery University
  12. T. D. Gillespie — Fundamentals of Vehicle Dynamics (rolling resistance F = C_rr·m·g; kinetic energy lost in braking) — SAE International, 1992
  13. The Site Reliability Workbook — Ch. 16 Canarying Releases (canary vs control, multi-stage rollout, rollback) — Beyer, Murphy, Rensin, Kawahara, Thorne (eds.), O'Reilly, 2018

Kto to robí ako povolanie

Vzdelávací model — nie na prevádzkové rozhodnutia. Skutočné zariadenia kalibrujú každú konštantu podľa vlastného vybavenia a údajov.