Com a construir un sistema d’almacenatge intel·ligent basat en VAG

Sistema Intel·ligent de Logística d'Almacén Basat en VAG

Amb el ràpid desenvolupament de la indústria logística, l'escassetat creixent de terres i l'increment dels costos laborals, els almacens, que serveixen com a punts clau de la logística, estan enfrontant reptes significatius. A mesura que els almacens es fan més grans, les freqüències operatives augmenten, la complexitat de la informació creix i les tasques de preparació de comandes es tornen més exigents, assolir un baix índex d'errors i reduir els costos laborals mentre s'aprofiten la eficiència general de l'emmagatzematge ha esdevingut l'objectiu principal del sector de l'emmagatzematge, impulsant les empreses cap a l'automatització intel·ligent.

Aquest article es centra en un sistema intel·ligent de logística d'almacén basat en VAG. El sistema utilitza Vehicles Autònoms Guiat (VAG) com a portadors, s'interficia amb sistemes d'informació externs per rebre comandes i utilitza algoritmes de planificació intel·ligents per optimitzar les rutes dels VAG. Això permet als VAG realitzar de manera autònoma tasques com la recepció, el transport, l'emmagatzemament i l'enviament de mercaderies, millorant així l'eficiència i la precisió del sistema logístic mentre es redueixen els costos operatius.

1. Anàlisi del Sistema

El nucli d'un sistema d'almacén intel·ligent resideix en la gestió i la planificació. El sistema descrit aquí adopta una arquitectura en capes, amb les dades fluïxint progressivament des de l'entrada fins als contenidors d'emmagatzemament i als VAG. Basant-se en els requisits funcionals i l'anàlisi de les operacions d'emmagatzemament, el sistema es divideix en mòduls clau: gestió d'almacén, gestió d'estacions, gestió de vehicles, gestió de comandes i gestió d'usuaris.

• Gestió d'Almacén: Aquest mòdul s'encarrega de modelar i gestionar la informació del mapa de l'almacén. L'almacén es divideix en 20 files i 12 columnes a través de tres nivells (superior, mig, inferior). Cada contenidor té un ID únic. El mapa inclou parets, portes, dues plataformes temporals i una estació de càrrega. La informació dels articles es guarda en base a la ubicació del contenidor, amb les dades enllaçades a una base de dades mitjançant l'ID del contenidor.

• Gestió d'Estacions: Les ubicacions clau, com les entrades de l'almacén, les entrades de passadisos, les posicions de les columnes, les estacions de càrrega, els punts de càrrega/descàrrega i els aparcaments, es predefinen com a punts d'inici o objectiu dels VAG.

• Gestió de Rutes: Les rutes connecten les estacions. Els VAG segueixen rutes preplanificades, que poden ser unidireccionals o bidireccionals, i lineals o corbes.

• Gestió d'Estanteries: Les estanteries només es col·loquen en ubicacions d'estanteries designades. La gestió d'estanteries suporta les operacions dels VAG per moure les estanteries entre punts de càrrega, punts de descàrrega i ubicacions d'estanteries. Les estanteries tenen quatre estats: inicial, esperant retirada, en trànsit i retornada.

• Gestió de Vehicles: Donat el disseny simple de l'almacén, només s'utilitza un VAG, que tracta un contenidor per tasca. Els estats del VAG inclouen: en espera (inactiu a l'entrada amb bateria suficient), carregant (mig a la càrrega quan la bateria és baixa) i execució de tasques (transportant activament un contenidor).

• Gestió de Càrrega: Quan els nivells de bateria són baixos, el VAG sol·licita automàticament una càrrega. El sistema assigna una ruta de càrrega, bloqueja l'estació de càrrega i col·loca el VAG en mode de càrrega, durant el qual no se li assignen noves tasques fins que la bateria arriba a un nivell predefinit.

• Gestió d'Excepcions: Les possibles anormalitats del VAG inclouen desviacions de les rutes planificades, fallar en sol·licitar una càrrega quan la bateria és baixa o perdre el control. Totes les excepcions es registren, i si el nombre d'anomalies supera un llindar preestablert, es genera una alerta, indicant la necessitat de manteniment.

• Gestió de Tasques: Les noves tasques s'assignen utilitzant algoritmes de planificació de rutes predefinits. Un cop iniciada la tasca, el sistema assigna un VAG i transmet la ruta completa. Les tasques es poden visualitzar, cancel·lar, pausar o modificar. Les tasques es classifiquen en tres tipus: sortida, entrada i reubicació.

• Gestió d'Usuaris: Aquest mòdul gestiona els comptes d'usuari i els permisos. Els usuaris es classifiquen en quatre nivells: convidat, operador, administrador i superadministrador, cada un amb diferents drets d'accés.

2. Visió General del Disseny del Sistema

2.1 Principis de Disseny

• Visibilitat: Interfície amiga de l'usuari dissenyada per a l'accés i gestió intuïtiva de les dades.

• Rendiment en temps real: El mapa de l'almacén ha de reflectir les posicions, estats i informació de les estanteries dels VAG en temps real amb mínim retard, assegurant una comunicació fiable.

• Estabilitat: El sistema ha de mantenir-se estable sota càrregues de dades elevades i durant operacions prolongades.

• Escalabilitat: Disseny modular que permet l'expansió futura i la integració de noves funcionalitats.

2.2 Arquitectura del Sistema
El sistema consta de tres capes:

• Capa d'Execució (Transport VAG): Operacions físiques del VAG.

• Capa de Servei: Actua com a pont entre les capes d'aplicació i d'execució, incloent un sistema de gestió central i un sistema d'accés. Comunica amb els VAG, recopila dades d'estat i proporciona API per l'assignació i control de tasques.

• Capa d'Aplicació: La capa superior, que interactua directament amb els usuaris a través d'una interfície basada en Unity3D. Els usuaris envien sol·licituds i els resultats es mostren després del processament posterior.

2.3 Disseny de la Base de Dades
Dades clau:

• Dades d'usuari: Informació bàsica i permisos d'accés.

• Dades de vehicle: Estat del VAG, registres de càrrega/descàrrega i registres d'anomàlies.

• Dades de tasca: Detalls de la tasca i estat d'execució.

• Dades d'almacén: Disposició, estanteries, estacions, punts de càrrega, etc., formant el mapa de l'almacén.

Relacions clau: els usuaris creen tasques, els VAG executen tasques, els VAG operen dins l'almacén, i els usuaris gestionen l'almacén.

2.4 Disseny i Implementació Detallada del Sistema

2.4.1 Implementació del Marc Bàsic
Es crea un nou projecte de Unity3D, important models 3D per simular l'ambient de l'almacén. La lògica s'implementa utilitzant C#.

Inici de Sessió d'Usuari:
Els usuaris han d'autenticar-se i obtenir permisos basats en rols abans d'accedir al sistema.

Implementació de la Gestió d'Almacén:
La funcionalitat principal inclou la modelització de l'almacén, permetent als usuaris veure i editar les disposicions de contenidors, les ubicacions dels vehicles i la distribució de les estanteries. El sistema inclou llistes de rutes i estacions, amb la gestió de vehicles que cobreix la càrrega i la gestió d'anomàlies.

2.4.2 Metodologia de Disseny de Mapes
Els mètodes comuns de mapatge robòtic inclouen:

• Mapes Mètrics: Reconstruccions 2D/3D de l'espai real.

• Representació Directa: Utilitza dades brut sensorials sense discretització.

• Mapes de Grilla: Divideix l'espai en cel·les uniforms, fàcilment convertibles a grafs topològics.

• Mapes Topològics: Representa les ubicacions clau com nodes, connectats per arestes.

Sistemes de Coordenades:

• Coordenades de Disposició: Posicions d'interfície virtual a Unity.

• Coordenades de Model: Posicions reals (x, y, z). Com que les coordenades de disposició són generades automàticament, les coordenades de model han de definir-se explícitament per a una simulació realista.

Tipus de Punts i Operacions:
Els punts representen les posicions dels VAG (per defecte: 0,0,0). Els tipus inclouen: normal, càrrega/descàrrega, entrada/sortida, estanteria i punt de càrrega. Els punts normals no poden allotjar estanteries ni permetre parades llargues dels VAG.

3. Conclusió

Amb l'avanç ràpid de les tecnologies de logística intel·ligent i IoT, els almacens estan passant de la "mecanització manual" a les operacions automatitzades "de mercaderia a persona". Els operadors ara poden monitorar l'inventari en temps real, millorant la precisió de l'escaneig, l'emmagatzemament dinàmic i l'eficiència operativa mentre es redueixen el residu i els costos laborals.

No obstant això, a mesura que els sistemes intel·ligents escalen i les flotes de VAG creixen, persisteixen els reptes en l'assignació de tasques i el control de flotes. Aquest article presenta un sistema pràctic de programació intel·ligent d'almacén basat en VAG, que canvia la gestió de l'almacén de la seguiment tradicional d'inventari al control operatiu en temps real. Mitjançant l'ús de tecnologies totalment automatitzades, el sistema permet operacions d'entrada i sortida autònomes, impulsant la transformació de l'automatització a la logística intel·ligent.