Wie man ein auf AGV basiertes intelligentes Lager-System aufbaut

AGV-basiertes intelligentes Lagerlogistiksystem

Mit der rasanten Entwicklung der Logistikbranche, dem zunehmenden Mangel an Flächen und steigenden Arbeitskosten stehen Lager, die als wichtige Logistikknotenpunkte fungieren, vor erheblichen Herausforderungen. Da Lager größer werden, die Betriebsfrequenz steigt, die Informationskomplexität wächst und die Auftragsabwicklung anspruchsvoller wird, ist es das Hauptziel der Lagerwirtschaft, niedrige Fehlerraten und reduzierte Arbeitskosten zu erreichen, während gleichzeitig die Gesamtspeichereffizienz verbessert wird. Dies führt dazu, dass Unternehmen in Richtung intelligenter Automatisierung streben.

Dieser Artikel konzentriert sich auf ein AGV-basiertes intelligentes Lagerlogistiksystem. Das System verwendet automatische geführte Fahrzeuge (AGVs) als Träger, stößt an externe Informationssysteme an, um Bestellungen zu erhalten, und setzt intelligente Planungsalgorithmen ein, um die Routenplanung für AGVs zu optimieren. Dadurch können AGVs autonom Aufgaben wie das Entgegennehmen, Transportieren, Lagern und Versenden von Waren ausführen, was die Effizienz und Genauigkeit des Logistiksystems erhöht und die Betriebskosten senkt.

1. Systemanalyse

Das Kernstück eines intelligenten Lagersystems liegt in der Verwaltung und Steuerung. Das hier beschriebene System verwendet eine schichtbasierte Architektur, bei der Daten von der Eingabe über die Lagervorräte bis hin zu den AGVs fließen. Basierend auf funktionalen Anforderungen und der Analyse der Lagerverwaltungsprozesse wird das System in Schlüsselmodule unterteilt: Lagerverwaltung, Stationenverwaltung, Fahrzeugverwaltung, Auftragsverwaltung und Benutzerverwaltung.

• Lagerverwaltung: Dieses Modul verarbeitet die Modellierung der Lagerkarte und die Informationsverwaltung. Das Lager ist in 20 Reihen und 12 Spalten auf drei Ebenen (oben, mittig, unten) unterteilt. Jede Palette hat eine eindeutige ID. Die Karte enthält Wände, Türen, zwei temporäre Plattformen und eine Ladestation. Artikelinformationen werden basierend auf der Lage der Palette gespeichert, mit Daten, die über die ID der Palette mit einer Datenbank verknüpft sind.

• Stationenverwaltung: Schlüsselstandorte wie Lagerausgänge, Gassenausgänge, Stellplatzpositionen, Ladestationen, Belade/Entladepunkte und Parkplätze werden als Start- oder Zielpunkte für AGVs vorgegeben.

• Pfadverwaltung: Pfade verbinden Stationen. AGVs folgen vordefinierten Routen, die unidirektional oder bidirektional sowie linear oder gekrümmt sein können.

• Regalverwaltung: Regale werden nur an vorgesehenen Regalstandorten platziert. Die Regalverwaltung unterstützt AGV-Operationen für das Verschieben von Regalen zwischen Belade/Entladepunkten und Regalstandorten. Regale haben vier Zustände: initial, abholbereit, im Transport und zurückgebracht.

• Fahrzeugverwaltung: Bei der einfachen Lagerausstattung wird nur ein AGV eingesetzt, das pro Aufgabe eine Palette bewältigt. AGV-Zustände umfassen: Standby (leerstehend am Eingang mit ausreichender Batteriekapazität), Laden (bewegt sich zur Ladestation, wenn die Batterie schwach ist) und Auftragsausführung (aktiv transportiert eine Palette).

• Lademanagement: Wenn die Batteriekapazität gering ist, fordert das AGV automatisch eine Ladung an. Das System weist einen Lade-Pfad zu, sperrt die Ladestation und legt das AGV in den Lademodus, während keine neuen Aufgaben zugewiesen werden, bis die Batterie einen vordefinierten Pegel erreicht.

• Ausnahmeverwaltung: Mögliche AGV-Anomalien umfassen Abweichungen von geplanten Routen, fehlende Ladeanforderungen bei geringer Batteriekapazität oder Kontrollverlust. Alle Ausnahmen werden protokolliert, und wenn die Anzahl der Anomalien ein vordefiniertes Schwellenwert überschreitet, wird eine Warnung ausgelöst, die eine Wartung signalisiert.

• Auftragsverwaltung: Neue Aufträge werden mithilfe vordefinierter Pfadplanungsalgorithmen zugewiesen. Beim Beginn eines Auftrags weist das System ein AGV zu und sendet die vollständige Route. Aufträge können eingesehen, storniert, pausiert oder modifiziert werden. Aufträge werden in drei Kategorien unterteilt: Ausgang, Eingang und Umstellung.

• Benutzerverwaltung: Dieses Modul verwaltet Benutzerkonten und Berechtigungen. Benutzer werden in vier Ebenen klassifiziert: Gast, Operator, Administrator und Superadministrator, jeder mit unterschiedlichen Zugriffsrechten.

2. Überblick über das Systemdesign

2.1 Designprinzipien

• Sichtbarkeit: Benutzerfreundliche Schnittstelle, die intuitive Datenaufbereitung und -verwaltung ermöglicht.

• Echtzeitfähigkeit: Die Lagerkarte muss die aktuellen Positionen, Status und Regalinformationen der AGVs mit minimaler Verzögerung widerspiegeln, um eine zuverlässige Kommunikation sicherzustellen.

• Stabilität: Das System muss auch bei hohen Datenlasten und langfristiger Nutzung stabil bleiben.

• Skalierbarkeit: Modularer Aufbau, der zukünftige Erweiterungen und die Integration neuer Funktionen ermöglicht.

2.2 Systemarchitektur
Das System besteht aus drei Ebenen:

• Ausführungs-Ebene (AGV-Transport): Physische AGV-Operationen.

• Service-Ebene: Dient als Brücke zwischen Anwendung- und Ausführungsebene, einschließlich eines zentralen Managementsystems und eines Zugriffssystems. Es kommuniziert mit AGVs, sammelt Statusdaten und bietet APIs für die Auftragszuweisung und -steuerung.

• Anwendungsebene: Die oberste Ebene, die direkt über eine Unity3D-basierte Schnittstelle mit Benutzern interagiert. Benutzer senden Anfragen, und nach der Backend-Verarbeitung werden die Ergebnisse angezeigt.

2.3 Datenbankdesign
Wichtige Daten umfassen:

• Benutzerdaten: Grundlegende Informationen und Zugriffsberechtigungen.

• Fahrzeugdaten: AGV-Status, Lade-/Entladeprotokolle und Anomalieaufzeichnungen.

• Auftragsdaten: Auftragsdetails und Ausführungsstatus.

• Lagerdaten: Layout, Regale, Stationen, Ladepunkte usw., die die Lagerkarte bilden.

Kernbeziehungen: Benutzer erstellen Aufträge, AGVs führen Aufträge aus, AGVs operieren innerhalb des Lagers, und Benutzer verwalten das Lager.

2.4 Detailliertes Systemdesign und Implementierung

2.4.1 Implementierung des grundlegenden Rahmens
Ein neues Unity3D-Projekt wird erstellt, und 3D-Modelle werden importiert, um die Lagerumgebung zu simulieren. Die Logik wird in C# implementiert.

Benutzeranmeldung:
Benutzer müssen sich authentifizieren und rollenbasierte Berechtigungen erhalten, bevor sie auf das System zugreifen können.

Implementierung der Lagerverwaltung:
Kernfunktionalitäten umfassen die Lagermodellierung, die es Benutzern ermöglicht, Containerlayouts, Fahrzeugpositionen und Regalverteilungen einzusehen und zu bearbeiten. Das System enthält Listen von Pfaden und Stationen, wobei die Fahrzeugverwaltung das Laden und die Anomaliebehandlung abdeckt.

2.4.2 Methodologie der Kartenerstellung
Gängige robotische Kartierungsmethoden umfassen:

• Metrische Karten: 2D/3D-Rekonstruktionen des realen Raums.

• Direkte Darstellung: Verwendet rohe Sensordaten ohne Diskretisierung.

• Gitterkarten: Teilt den Raum in gleichmäßige Zellen, die leicht in topologische Graphen umgewandelt werden können.

• Topologische Karten: Stellt Schlüsselstandorte als Knoten dar, die durch Kanten verbunden sind.

Koordinatensysteme:

• Layout-Koordinaten: Virtuelle Schnittstellenpositionen in Unity.

• Modell-Koordinaten: Realwelt-(x, y, z)-Positionen. Da Layout-Koordinaten automatisch generiert werden, müssen Modellkoordinaten explizit definiert werden, um eine realistische Simulation zu ermöglichen.

Punkttypen und -operationen:
Punkte repräsentieren AGV-Positionen (Standard: 0,0,0). Typen umfassen: normal, Belade/Entlade, Ein/Ausgang, Regal und Ladepunkte. Normale Punkte können keine Regale aufnehmen oder lange AGV-Stopps zulassen.

3. Schlussfolgerung

Mit dem schnellen Fortschritt intelligenter Logistik- und IoT-Technologien gehen Lager von „manueller Mechanisierung“ zu „goods-to-person“-automatisierten Operationen über. Betreiber können nun den Bestand in Echtzeit überwachen, die Scann-Genauigkeit, dynamisches Speichern und die Betriebs-effizienz verbessern, während Abfall und Arbeitskosten reduziert werden.

Allerdings bestehen bei der Skalierung intelligenter Systeme und der Ausweitung von AGV-Flotten weiterhin Herausforderungen in der Aufgabenallokation und Flottensteuerung. Dieser Artikel präsentiert ein praktisches, AGV-basiertes, intelligentes Lagerscheduling-System, das die Lagerverwaltung von traditioneller Inventarverfolgung zu Echtzeitbetriebssteuerung verschiebt. Durch die Nutzung vollautomatischer Technologien ermöglicht das System autonome Eingangs- und Ausgangsoperationen und treibt die Transformation von Automatisierung zu intelligenter Logistik voran.