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PACS (PAllet Classification System)

SICK

Einer unserer Kunden stand vor dem Problem, dass seine Mitarbeiter im Wareneingang manuell ermitteln mussten, ob eintreffende Paletten einem Palettenpool angehören und entsprechend bepfandet werden. Bislang handelte es sich dabei um eine Zusatzaufgabe im Wareneingang, die ressourcenintensiv und fehleranfällig war.

Mit der Deep Learning-basierten Palettenidentifikation PACS (PAllet Classification System) von SICK erhalten Kunden die Möglichkeit, auf Basis eines modularen Baukastens aus Hardware und Software einen bislang aufwändigen und manuellen Prozess zu automatisieren.

Der Baukasten basiert auf SICK Appspace und dStudio. Appspace ist ein innovativer Ansatz zur Realisierung von leistungsfähigen Apps auf SICK Sensoren, dStudio ist ein webbasiertes Tool zur Klassifikation von Bildern auf Basis künstlicher neuronaler Netze, welche auf SICK Sensoren eingesetzt werden können. Der Baukasten kann auch für andere Aufgaben im Bereich der Bildverarbeitung genutzt werden.

Produktname und Firma

PACS (PAllet Classification System) – SICK

Kategorie

Special of the Year

Beschreibung

Das Deep Learning-basierte Palettenidentifikationssystem PACS von SICK wird zur automatisierten Erkennung von Palettentypen eingesetzt. Die automatisierte Erkennung vereinfacht den Prozess der automatischen Bepfandung von verschiedenen Palettentypen und kann als kompaktes System mit geringem Platzbedarf an vielen Positionen integriert werden.

Die Hardware des Systems besteht aus einer oder mehreren Farbkameras zur Bildaufnahme, einer Lichtschrankenanordnung zur Triggerung, sowie einem Controller zur Verarbeitung der Daten und zur Ausführung des trainierten neuronalen Netzwerks.

Die Softwaretools SICK Appspace und dStudio ermöglichen Bildaufzeichnung, Training, Klassifizierung und die Ausführung des trainierten Netzwerks auch ohne tiefergehende Kenntnisse zu Programmierung oder maschinellem Lernen. Optional können weitere SICK Sensoren eingebunden werden, die zusätzliche Aufgaben übernehmen können.

Innovationen

Anders als bei herkömmlichen Bildverarbeitungslösungen, erfordert der Einsatz von Deep-Learning-Technologie in der SICK-Lösung keine detaillierten Programmierkenntnisse, da das System aus konkreten Beispielen lernt. Dadurch konnte SICK die Palettenidentifikation für den Kunden vergleichsweise einfach gestalten. Wo die Verwendung von trainierten neuronalen Netzwerken normalerweise tiefgreifende Kenntnisse im Bereich des maschinellen Lernens erfordert, hat SICK mit dStudio eine Trainingssoftware entwickelt, die einen geführten Prozessablauf beinhaltet. So konnte die Vielzahl von Einstellmöglichkeiten herkömmlicher Lösungen auf ein Minimum reduziert werden. Diese Vereinfachung ermöglicht es den Anwendern, sich auf ihre konkrete Applikation zu konzentrieren – und nicht auf die Technologie.

Im Zusammenspiel mit SICK Appspace und SICK’s Know-How im Bereich der Sensorapplikationen wurde das Deep Learning-basierte Palettenidentifikationssystem entwickelt eine Komplettlösung mit höchstem Kundennutzen aus einer Hand.

Marktrelevanz

Kunden aus verschiedenen Branchen verlieren jedes Jahr viel Geld, weil Pfandpaletten im Wareneingang fehlerhaft zugeordnet werden. Das SICK-System hilft ihnen dabei, Verluste zu vermeiden, Ressourcen zu sparen und ihre Prozessqualität signifikant zu erhöhen. Ein bislang ressourcenintensiver und fehleranfälliger manueller Prozess kann auf diese Weise automatisiert werden. Höhere Zuverlässigkeit, gesteigerte Effizienz und Transparenz sind nur einige der Vorteile, die durch die Palettenidentifikation von SICK gewährleistet werden.

Mit dieser innovativen Lösung können Kunden aus allen Industrien und über alle Branchen hinweg ihr Palettenhandling optimieren und ihre Ressourcen im Wareneingang entlasten.
Der Markt kann zudem aus Anwendersicht noch bedeutend größer sein: Die eingesetzten Technologien bieten sich nicht nur in der Anwendung für die Identifikation von Palettentypen an, sondern können in vielen anderen Bereichen ebenfalls signifikante Vorteile bieten.

Kundennutzen

Die Vorteile der Deep Learning-basierten Palettenidentifikation PACS zeigen sich in der Erstellung, dem Einsatz und der Unterhaltung der Lösung.

Bei der Erstellung der Lösung kann im Vergleich zum Einsatz von herkömmlicher Bildverarbeitung Zeit und Komplexität eingespart werden. Durch die Verwendung von trainierten neuronalen Netzwerken ist es möglich, die Brandings der Palettentypen mit einer hohen Erfolgsquote zu erkennen, auch wenn die Qualität großen Abweichungen unterliegt. Diese Abweichungen werden im Trainingsprozess berücksichtigt, eingelernt und erhöhen so die Robustheit der Auswertung.

Der Einsatz der Lösung ermöglicht nicht nur eine Erhöhung der Effizienz und des Durchsatzes, sondern auch eine Steigerung der Prozessqualität und Nachverfolgbarkeit. Die Mitarbeiter werden entlastet und können sich auf Prozesse mit höherer Wertschöpfung konzentrieren.

Durch den platzsparenden Aufbau kann das System auch an engen Montagepositionen integriert werden. Die Verwendung von Standardsensorik macht Wartung und Unterhaltung des Systems sehr kostengünstig.

Testbericht

Ist es eine Euro-, eine Chep-, eine UIC- oder vielleicht eine ganz andere Palette? Falsche Pfandpaletten, die im Wareneingang zu Unrecht als „echte“ Pfandpaletten angesehen und beanstandungslos vereinnahmt werden, kosten Unternehmen jährlich Tausende von Euro. Die PACS-Applikation von Sick will damit jetzt Schluss machen, indem es die automatische Bepfandung verschiedener Palettentypen ermöglicht.

PACS – dieses Akronym steht für „Pallet Classification System“, also ein Erkennungssystem, das anhand von Bildern die Art einer Palette erkennt. Vier Bilder von den Palettenfüßen sind dafür nötig, das fünfte Bild wird von oben gemacht und zeigt, was auf der Palette drauf ist. Das Ganze ist in der Regel in die stationäre Fördertechnik direkt im Wareneingang eingebunden, für den Testaufbau in Dortmund musste noch ein Sick-Mitarbeiter die ankommende Palette zu Demonstrationszwecken händisch auf die Kameratechnik zuführen. Ziel der Veranstaltung ist es, dem Unternehmen aus Industrie und Handel die volle Transparenz im Wareneingang und demzufolge im Warenfluss zur Verfügung zu stellen. Denn falsche Pfandpaletten kosten die Firmen richtig Geld.

Das Ermitteln, also ob es sich um eine „gute“ oder eine „schlechte“ Palette handelt, die durch das Werkstor gefahren kommt, mussten Mitarbeitende bisher manuell erledigen – eine Zusatzaufgabe, die fehleranfällig und ressourcenintensiv war. Mit der Deep-Learning-Palettenidentifikation PACS erhalten Kunden die Möglichkeit, auf Basis eines modularen Baukastens aus Hardware und Software diesen Prozess zu automatisieren. Der finanzielle Aspekt ist der unmittelbare Gewinn dieses Klassifizierungssystems. Aber es gibt auch noch einen mittelbaren Effekt, vielmehr mehrere, die diese Lösung so interessant machen. Denn falsche Paletten im System führen überdurchschnittlich häufig auch zu Schäden und teuren Stillständen der Fördertechnikanlage. Ein weiterer, noch wertvollerer Aspekt sind transparentere Prozesse durch die Verheiratung der Ware mit dem Ladungsträger. Und letzten Endes ist für die Bedienung des PACS-Systems keinerlei Fachpersonal notwendig.

Wie funktioniert PACS? Die Hardware des Systems besteht aus einer oder mehreren Farbkameras, mit denen die Bilder für das System aufgenommen werden, aus einer Lichtschrankenanordnung zur Triggerung und einem Controller zur Verarbeitung der aufgenommenen Daten und zur Ausführung des trainierten neuronalen Netzwerks. Auch ohne tiefergehende Kenntnis zu Programmierung oder maschinellem Lernen ermöglichen die Software-Tools AICK Appspace und dStudio Bildaufzeichnungen, Training, Klassifizierung und die Ausführung des trainierten Netzwerks. Optional können sogar noch weitere Sick-Sensoren eingebunden werden, die zusätzliche Aufgaben übernehmen können. Es sind also keine Programmierkenntnisse vonnöten, weil das System aus konkreten Beispielen lernt. So konnte Sick die Palettenidentifikation für seine Kunden vergleichsweise einfach gestalten.

Weil Sick für seine Lösung trainierte neuronale Netzwerke verwendet, können die Brandings der einzelnen Palettentypen mit einer hohen Erfolgsquote erkannt werden – selbst wenn deren Qualität großen Abweichungen unterliegt. Der Trainingsprozess berücksichtigt nämlich diese Abweichungen, lernt sie ein und erhöht dadurch die robuste Auswertung. Durch den platzsparenden Aufbau lässt sich das PACS-System auch an engen Montagepositionen integrieren. Weil Sick für seine Lösung Standard-Sensorik verwendet, ist das System sehr kostengünstig zu warten und zu unterhalten.

IFOY Testfazit

Bei geschätzt über 500 Millionen Europaletten im Umlauf, von den anderen Typen noch gar keine Rede, geht das Einsparungspotenzial durch PACS in die zig Millionen. Aber auch Unternehmen, die regelmäßig beispielsweise Gitterboxen oder Kleinladungsträger in ihrer Intralogistik verwenden, können PACS einsetzen. Dabei deckt der Einsatzbereich des sehr zuverlässig arbeitenden Palettenklassifizierungssystems ein breites Spektrum ab: Retail, Speditionen, Automotive, Maschinenbau und viele weitere Branchen.

IFOY Innovation Check

Marktrelevanz

Vor dem Hintergrund des enormen Umschlages von Gütern aller Art auf verschiedenen Palettentypen wird für das PAllet Classification System von Sick eine sehr hohe Marktrelevanz gesehen. Eine Optimierung des Palettenhandlings kann in vielen Bereichen für eine hohe Anzahl an Kunden vorteilhaft sein. Die Einsparpotenziale in Form von der realisierten Automatisierung eines bisher manuellen Arbeitsprozesses und der kontrollierten Bepfandung lassen ein hohes Interesse erwarten.

Kundennutzen

Die Anwender profitieren letztendlich von der Kosteneinsparung. Paletten müssen beim Wareneingang nicht manuell erfasst werden und können mit dem System automatisiert erkannt und klassifiziert werden. Pfandpaletten können mit hoher Genauigkeit zugeordnet werden, was für Unternehmen weitere Einsparpotenziale mit sich bringt. Die Erweiterbarkeit des KNN-basierten Systems in Hinblick auf Fehlererkennung ist zusätzlich hervorzuheben. Fehlerhafte Paletten können rechtzeitig erkannt werden, wodurch man vor nachgelagerten Arbeitsprozessen reagieren und eventuelle Stillstandzeiten vermeiden kann.

Neuheitsgrad

Die Bildverarbeitung mittels künstlicher neuronaler Netze (KNN) ist an sich nicht neu, stellt aber hier in der praktischen Anwendung eine innovative Lösung zur Palettenklassifikation dar. Für die Zukunft ist das System gut gerüstet und kann für neue Palettentypen bis hin zur digitalen Palette (z.B. iPAL) erweitert werden. Zusätzliche Kenndaten können in die Erfassung eingebunden werden und für die kundenspezifischen Systeme weitergegeben werden.
Funktionalität / Art der Umsetzung

Das System erscheint in seiner Umsetzung sehr gut und kann flexibel an der Fördertechnik positioniert werden. Die Bilderfassung beschränkt sich auf die seitliche Erfassung der Palette. Die Erkennungsgenauigkeit ist dabei abhängig vom hinterlegten trainierten KNN, was jederzeit für zum Beispiel neue Palettentypen nachtrainiert werden kann.

Fazit

Das PAllet Classification System von Sick ist zweifelsohne ein verdienter Nominierter für den IFOY AWARD der hohe Einsparpotenziale für viele Bereiche verspricht.

Funktionalität  / Art der Umsetzung+
Neuheit / Innovation+
Kundennutzen++
Marktrelevanz++
++ sehr gut / + gut / Ø ausgeglichen / − weniger / −− nicht vorhanden
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Quellennachweis für Bilder/Videos: SICK

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