Jak postavit inteligentní skladový systém založený na AGV

Inteligentní skladový logistický systém založený na AGV

S rychlým rozvojem logistického sektoru, rostoucím nedostatkem půdy a stoupajícími náklady na pracovní sílu, skladové prostory, které slouží jako klíčové logistické uzly, čelí významným výzvám. S tím, jak se sklady stávají většími, když roste frekvence provozu, složitost informací a požadavky na sběr objednávek, dosažení nízké chybové míry a snížení nákladů na práci při zlepšování celkové efektivity skladování se stalo hlavním cílem skladového sektoru, což podporuje podniky k inteligentní automatizaci.

Tento článek se zaměřuje na inteligentní skladový logistický systém založený na AGV. Systém používá Automatická řízená vozidla (AGV) jako nosiče, propojuje se s externími informačními systémy pro přijetí objednávek a využívá inteligentní plánovací algoritmy k optimalizaci tras AGV. To umožňuje AGV autonomně provádět úkoly, jako jsou přijímání, doprava, skladování a expedice zboží, čímž se zvyšuje efektivita a přesnost logistického systému a snižují se provozní náklady.

1. Analýza systému

Jádro inteligentního skladového systému spočívá v managementu a plánování. Popisovaný systém využívá vrstvenou architekturu, přičemž data postupně proudí od vstupu do skladových kontejnerů a dále do AGV. Na základě funkčních požadavků a analýzy skladových operací je systém rozdělen do klíčových modulů: správa skladu, správa stanic, správa vozidel, správa objednávek a správa uživatelů.

• Správa skladu: Tento modul zajišťuje modelování mapy skladu a správu informací. Sklad je rozdělen do 20 řad a 12 sloupců ve třech patrech (horní, prostřední, spodní). Každý kontejner má jedinečné ID. Mapa zahrnuje stěny, dveře, dvě dočasné platformy a nabíjecí stanici. Informace o položkách jsou uloženy na základě polohy kontejneru, s daty propojenými s databází prostřednictvím ID kontejneru.

• Správa stanic: Klíčové lokace, jako jsou vchody do skladu, vchody do chodeb, pozice sloupů, nabíjecí stanice, body naložení/vyložení a parkovací místa, jsou předdefinovány jako startovní nebo cílové body AGV.

• Správa tras: Trasy spojují stanice. AGV následují předplánované trasy, které mohou být jednosměrné nebo obousměrné a lineární nebo zakřivené.

• Správa paletových regálů: Regály jsou umístěny pouze na určených místech pro regály. Správa regálů podporuje operace AGV při přesouvání regálů mezi body naložení, vyložení a místy pro regály. Regály mají čtyři stavy: počáteční, čekající na vyzvednutí, v přepravě a vrácené.

• Správa vozidel: Vzhledem k jednoduchému nastavení skladu se používá pouze jedno AGV, které zpracovává jeden kontejner za úkol. Stavy AGV zahrnují: pohotovost (nečinné u vchodu s dostatečným nábojem), nabíjení (pohyb ke čerpadlu při nízkém náboji) a provádění úkolu (aktivní přeprava kontejneru).

• Správa nabíjení: Když jsou náboje nízké, AGV automaticky žádá o nabíjení. Systém přiřadí trať pro nabíjení, uzamkne nabíjecí stanici a umístí AGV do režimu nabíjení, během kterého nejsou přidělovány žádné nové úkoly, dokud náboj nedosáhne předdefinované hranice.

• Správa výjimek: Možné anomálie AGV zahrnují odchylky od plánovaných tras, selhání při žádosti o nabíjení při nízkém náboji nebo ztrátu kontroly. Všechny výjimky jsou zaznamenány a pokud počet anomálií překročí přednastavenou hranici, je aktivována upozornění, která signalizují potřebu údržby.

• Správa úkolů: Nové úkoly jsou přidělovány pomocí předdefinovaných algoritmů plánování tras. Po zahájení úkolu systém přiřadí AGV a přenese celou trasu. Úkoly lze zobrazit, zrušit, pozastavit nebo upravit. Úkoly jsou rozděleny do tří typů: výdej, příjem a přesun.

• Správa uživatelů: Tento modul spravuje uživatelské účty a oprávnění. Uživatelé jsou rozděleni do čtyř úrovní: host, operátor, administrátor a superadministrátor, každý s různými přístupovými právy.

2. Přehled návrhu systému

2.1 Návrh principy

• Srozumitelnost: Uživatelsky příznivé rozhraní navržené pro intuitivní přístup a správu dat.

• Reálný čas: Mapa skladu musí odrážet skutečné pozice, stavy a informace o regálech AGV s minimálním zpožděním, což zajišťuje spolehlivou komunikaci.

• Stabilita: Systém musí zůstat stabilní při vysokých datech a během dlouhotrvajícího provozu.

• Škálovatelnost: Modulární návrh umožňuje budoucí rozšíření a integraci nových funkcí.

2.2 Architektura systému
Systém se skládá ze tří vrstev:

• Prováděcí vrstva (doprava AGV): Fyzické operace AGV.

• Služební vrstva: Slouží jako most mezi aplikační a prováděcí vrstvou, včetně centrálního management systému a přístupového systému. Komunikuje s AGV, shromažďuje data o stavu a poskytuje API pro přidělování a kontrolu úkolů.

• Aplikační vrstva: Horní vrstva, která přímo interaguje s uživateli prostřednictvím rozhraní založeného na Unity3D. Uživatelé odesílají požadavky a výsledky jsou zobrazeny po zpracování na backendu.

2.3 Návrh databáze
Klíčová data zahrnují:

• Uživatelská data: Základní informace a přístupová práva.

• Data vozidla: Stav AGV, záznamy o nabíjení/odbíjení a záznamy o anomáliích.

• Údaje o úkolu: Detaily a stav provádění úkolu.

• Údaje o skladu: Rozvržení, regály, stanice, nabíjecí body atd., tvořící mapu skladu.

Klíčové vztahy: uživatelé vytvářejí úkoly, AGV provádí úkoly, AGV fungují uvnitř skladu a uživatelé spravují sklad.

2.4 Podrobný návrh a implementace systému

2.4.1 Implementace základní struktury
Vytvoří se nový projekt Unity3D, do kterého se importují 3D modely pro simulaci skladového prostředí. Logika je implementována pomocí C#.

Přihlášení uživatele:
Uživatelé se musí ověřit a získat oprávnění na základě role, než získají přístup k systému.

Implementace správy skladu:
Základní funkce zahrnují modelování skladu, což umožňuje uživatelům zobrazení a úpravu rozvržení kontejnerů, poloh vozidel a distribuce regálů. Systém zahrnuje seznamy tras a stanic, s správou vozidel pokrývající nabíjení a zpracování anomálií.

2.4.2 Metodologie návrhu mapy
Běžné metody mapování robotů zahrnují:

• Metrické mapy: 2D/3D rekonstrukce reálného prostoru.

• Přímé zobrazení: Používá nezpracovaná data z senzorů bez diskretizace.

• Mřížkové mapy: Dělí prostor do stejných buněk, které lze snadno převést na topologické grafy.

• Topologické mapy: Reprezentují klíčové lokace jako uzly, spojené hranami.

Souřadnicové systémy:

• Rozvržení souřadnic: Virtuální pozice rozhraní v Unity.

• Modelové souřadnice: Reálné světové (x, y, z) pozice. Protože rozvržení souřadnic je automaticky generováno, musí být modelové souřadnice explicitně definovány pro realistickou simulaci.

Typy a operace bodů:
Bod reprezentuje pozici AGV (výchozí: 0,0,0). Typy zahrnují: normální, naložení/vyložení, vchod/východ, regál a nabíjecí body. Normální body nemohou obsahovat regály nebo umožnit dlouhodobé zastavení AGV.

3. Závěr

S rychlým pokrokem v oblasti inteligentní logistiky a technologií IoT se skladové prostory přesouvají od „manuální mechanizace“ k „zboží k osobě“ automatické operace. Operátoři teď mohou sledovat skladové zásoby v reálném čase, což zlepšuje přesnost skenování, dynamické skladování a operační efektivitu, zatímco snižuje odpad a náklady na práci.

Nicméně, s rozšiřováním inteligentních systémů a růstem flotily AGV, trvají výzvy v přidělování úkolů a řízení flotily. Tento článek prezentuje praktický systém inteligentního plánování skladu založený na AGV, který přesouvá správu skladu od tradičního sledování zásob k reálnému času operačnímu řízení. Využitím plně automatizovaných technologií umožňuje systém autonomní příjmové a výdejové operace, podporuje transformaci od automatizace k inteligentní logistice.