Hoe reichelt elektronik zijn eigen logistiek automatiseert met behulp van Raspberry Pi

Ook de onlinedistributeur reichelt elektronik is overtuigd van de minicomputer. Bij de huidige uitbreiding van de tweetraps orderverzamelstations van het distributiecentrum integreert het Noord-Duitse bedrijf capacitieve sensoren voor een snellere herkenning van de producten. Lees dit artikel om precies te weten te komen hoe dit complexe proces met behulp van de Raspberry Pi werd geïmplementeerd.

Online retail is booming. Om aan de toegenomen vraag te voldoen, voegt de online distributeur reichelt elektronik nog een verdieping toe aan het distributiecentrum dat het in 2016 bouwde met high-bay racking gangpaden en transportbandtechnologie. Terwijl andere distributeurs kant-en-klare logistiek in huis halen, vertrouwt reichelt elektronik met veel creativiteit en ontwikkelingsgeest op het beproefde concept 'made in-house'. Al sinds de jaren ‘90 vormt een zelf ontworpen en ontwikkelde logistiek het hart en het recept voor het succes van de Noord-Duitse distributeur. Sindsdien wordt bij elke uitbreiding of verbouwing nagegaan of het logistieke systeem met de modernste techniek kan worden geoptimaliseerd.

Zo ook in 2020 bij de uitbreiding van het in 2016 in gebruik genomen distributiecentrum met een extra verdieping. reichelt elektronik greep dit aan als een kans om verdere updates te integreren. Het doel van het interne ontwikkelingsteam van reichelt was om bij de optimalisatie van de tweetraps- orderverzamelstations het proces voor de medewerkers eenvoudiger en efficiënter te maken. Dit moet worden bereikt door gebruik te maken van de nieuwste technologie in de vorm van capacitieve sensoren die via de Raspberry Pi en een server-socketverbinding communiceren met het goederenbeheersysteem.

Altijd state-of-the-art

In Sande, Duitsland, verzendt reichelt elektronik dagelijks tot 10.000 pakketten naar particuliere en zakelijke klanten in 128 landen wereldwijd. Hiervoor worden in de logistiek een- en tweetraps-orderverzamelstations, evenals een automatisch magazijn voor kleine onderdelen en een volautomatische palletiseermachine gebruikt, die allemaal met elkaar verbonden zijn. Voor een effectieve artikelverwerking wordt bij reichelt elektronik het tweetraps-orderverzamelstation het meest gebruikt. 

Simpel gezegd gebeurt het volgende: in de eerste stap worden de artikelen aan de hand van de totale order geordend - d.w.z. gebundeld. Vervolgens wordt de bestelling gescand en in een vrij vak geplaatst. Hoe eenvoudig dit ook klinkt, het proces erachter is complex.

Tot nu toe bedienden de medewerkers de tweetraps-orderverzamelstations via sensoren, nadat deze in 2016 de eerder uitgefaseerde knoppen hadden vervangen. Om nog efficiënter te kunnen werken en omdat de knoppen en sensoren gevoelig waren voor slijtage doordat ze werden ingedrukt, was het Noord-Duitse bedrijf op zoek naar een manier om deze stations van het logistieke centrum te optimaliseren.

De oplossing is een intelligente ledstrip die nu elk station in staat stelt visueel aan te geven welke vakken in een sectie vrij en beschikbaar zijn; voorheen moest een vrij vak handmatig worden gezocht, wat tijdrovend was. Als een vak vrij is, lichten de overeenkomstige led’s achter de plexiglasstrip groen op. De goederen kunnen dan in een van de vrije vakken worden geplaatst.

Met behulp van een capacitieve sensor, waarvoor niets meer hoeft te worden ingedrukt, worden de goederen ontvangen, bevestigd en opgeslagen. De voordelen zijn duidelijk: het proces verloopt nu slijtagevrij en veel efficiënter, omdat er sneller een vrij vak gevonden wordt.

Compatibiliteits-uitdagingen

Aangezien reichelt elektronik zich op duurzaamheid concentreert en alleen bestaande systemen vervangt die niet meer werken, bestaan er in het bedrijf nog stations met sensoren en zelfs knoppen. Dit betekent dat hiermee rekening moest worden gehouden bij de implementatie van de nieuwe verdieping, waar beide werden afgeschaft. De opdracht in het project was dus dat de software nu drie technische 'tijdperken' moest verenigen.

Zoals wel vaker loonde het ook hier de moeite dat reichelt elektronik de software voor het logistieke systeem al sinds de jaren negentig zelf programmeert. Eigen software maakt het mogelijk vereiste updates snel te integreren en het bestaande programma naar behoefte uit te breiden - afgezien van het feit dat het bedrijf hieruit het voordeel van lagere kosten haalt, geeft zelfprogrammering reichelt elektronik ook meer flexibiliteit. De online distributeur is immers niet afhankelijk van de vrije middelen van een logistiek bedrijf en behoudt te allen tijde de volledige controle over zijn eigen systeem. Op die manier slaagt reichelt elektronik erin een dialoog tussen de verschillende werelden tot stand te brengen.

Raspberry Pi slim gebruikt

In de eerste stap ontwikkelde het Noord-Duitse bedrijf voor het project een miniatuursimulatie van een orderverzamelstation. Deze aanpak had als voordeel dat de bedrijfsvoering geen seconde stil hoefde te liggen, maar dat het team er continu aan kon werken. Om de capacitieve sensoren in de staaf te kunnen integreren, maakte reichelt elektronik gebruik van een nieuwe technologie. Terwijl in het verleden voor de knoppen en sensoren com-servers en expertmodules werden gebruikt, is de Raspberry Pi het nieuwe hart dat de vorige technologie op intelligente wijze comprimeert.

Wanneer een medewerker een nieuwe order verwerkt en de bestelling van een klant afhandelt, is het eerste wat hij doet het ophalen van de verschillende producten uit het magazijn. Vervolgens gaat hij naar het verzamelstation waar de bestelling is gebundeld en zoekt daar naar een vrij vak. Per meter schap worden twee Raspberry Pi’s gebruikt. De strips zijn verbonden met elkaar via de I2C-bus met de Raspberry Pi: Via een serversocketverbinding geeft het Python-script de informatie welke led’s aan moeten gaan door aan de Raspberry Pi.

Het script zorgt er vervolgens voor dat de juiste I/O-unit wordt geschakeld. Via de I2C-bus wordt dit over de kabel naar verschillende posities gerouteerd. Dit betekent dat niet elke led afzonderlijk op de Raspberry Pi aangesloten hoeft te worden. Dit heeft als voordeel dat de strips gecodeerd kunnen worden.

Bij het gebruik van de single board computer vertrouwt reichelt elektronik bewust op de Raspberry Pi 3, die als eerste single board computer in de industrie werd gebruikt en inmiddels stabiel genoeg is voor de industriestandaard. De Raspberry Pi maakt ook service en onderhoud eenvoudiger. Waar de knoppen gevoeliger waren voor slijtage, zijn de capacitieve sensoren ingebed in een strip en daardoor onderhoudsvrij.

Slimme communicatie tussen logistiek en ERP-systeem via Arduino

Als je het scanproces nader bekijkt, zal je merken dat ook hier een nieuwe technologie wordt gebruikt. Om een netwerkverbinding met de boards tot stand te kunnen brengen, is afgezien van de voorheen gebruikte Com-servers en is in plaats daarvan de Arduino met een Ethernet-shield gebruikt. Deze zorgt voor de communicatie en geeft ook de gegevens door aan de ERP-omgeving.

De Arduino neemt dus de overdracht van de scans in het systeem en de bijbehorende weergave op het display over. Op deze manier kan de medewerker die de order verwerkt in één oogopslag zien wat de status van de artikelverwerking is.

De verbinding tussen logistiek en het ERP-systeem is ook belangrijk omdat de verdere verwerking ervan afhangt - als het bijvoorbeeld om meerdere stations gaat waarin het distributiecentrum is onderverdeeld, dan moeten de producten die op verschillende stations in de rekken zijn verzameld, aan het eind worden samengebracht. Om dit soepel te laten verlopen, zijn de systemen op intelligente wijze in een netwerk opgenomen.

Stabiele communicatie ondanks verschillende systemen

Een andere uitdaging waarmee het projectfaseteam te maken kreeg, was de integratie van de verschillende systemen: De in-house-software moest worden verenigd met de sketch van de Arduino en het Python-script van de Raspberry Pi.

“Ervoor zorgen dat deze verschillende talen stabiel met elkaar blijven communiceren, was een van de moeilijkste taken van het project. Zoals gebruikelijk bij alle automatiseringsprojecten hebben we ons systeem altijd getest. Toch moesten we een beetje bijsturen. Want hoewel de capacitieve sensoren in de simulatie perfect werkten, was dit in de praktijk niet het geval. Daarom moesten de weerstanden opnieuw worden gesoldeerd”, aldus Ulf Timmermann, CEO van reichelt elektronik. “Maar het team heeft alle uitdagingen heel goed weten te overwinnen en daar ben ik heel trots op.”

Het volgende project staat alweer te wachten

De nieuwe verdieping is nu helemaal klaar voor gebruik. In totaal heeft het uitgebreide distributiecentrum een oppervlakte van iets minder dan 8.000 m2, verdeeld over twee verdiepingen. Dit komt overeen met een verdubbeling van de ruimte. Daarbij is ruimte gecreëerd voor 50.000 extra artikelen.

Met het gebruik van de Raspberry Pi zelf toont reichelt elektronik, de distributeur van de minicomputer, hoe veelzijdig het ontwikkelbord ook in de industrie kan worden geïntegreerd. Als de hier toegepaste automatiseringstechniek zich bewijst in de vorm van een verhoging van de effectiviteit bij de orderuitvoering, dan kan dit een impuls zijn om de oude stations volledig te vervangen. Ze hebben dan geen onderhoud meer nodig. Dit kan al spelen bij de bouw van het nieuwe distributiecentrum, het volgende project dat al van start is gegaan.