چگونه میتوان یک سیستم انبار هوشمند مبتنی بر AGV ساخت
سیستم هوشمند لجستیک انبار بر اساس AGV
با پیشرفت سریع صنعت لجستیک، کمبود زمین و افزایش هزینههای نیروی کار، انبارها به عنوان مراکز لجستیک کلیدی با چالشهای قابل توجهی مواجه شدهاند. با بزرگتر شدن انبارها، افزایش فرکانس عملیاتی، پیچیدگی اطلاعات و افزایش درخواستهای جمعآوری، دستیابی به خطاهای کم و کاهش هزینههای نیروی کار در حالی که کارایی کلی انبار را بهبود میبخشد، هدف اصلی بخش انبارداری شده است که شرکتها را به سمت خودکارسازی هوشمند میبرد.
این مقاله روی یک سیستم لجستیک انبار هوشمند بر اساس AGV تمرکز میکند. این سیستم از وسایل نقلیه هدایتپذیر خودکار (AGVs) به عنوان حملکننده استفاده میکند، با سیستمهای اطلاعاتی خارجی برای دریافت سفارشات ارتباط برقرار میکند و از الگوریتمهای برنامهریزی هوشمند برای بهینهسازی مسیر AGVs استفاده میکند. این امکان را فراهم میکند که AGVs به طور خودکار وظایفی مانند دریافت، حمل، ذخیره و ارسال کالاها را انجام دهند، بنابراین کارایی و دقت سیستم لجستیک را افزایش میدهد و هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد.
۱. تحلیل سیستم
قلب یک سیستم انبار هوشمند مدیریت و زمانبندی است. سیستم مورد بحث در اینجا از یک معماری لایهای استفاده میکند، با جریان دادهها از ورودی به ظروف ذخیرهسازی و سپس به AGVs. بر اساس نیازمندیهای عملکردی و تجزیه و تحلیل عملیات ذخیرهسازی، سیستم به ماژولهای کلیدی تقسیم میشود: مدیریت انبار، مدیریت ایستگاه، مدیریت وسیله نقلیه، مدیریت سفارش و مدیریت کاربر.
مدیریت انبار: این ماژول مدیریت مدلسازی نقشه انبار و مدیریت اطلاعات را انجام میدهد. انبار به ۲۰ ردیف و ۱۲ ستون در سه سطح (بالا، میانی، پایین) تقسیم شده است. هر ظرف یک ID منحصر به فرد دارد. نقشه شامل دیوارها، درها، دو پلت موقت و یک ایستگاه شارژ است. اطلاعات کالا بر اساس مکان ظروف ذخیره میشود و دادهها از طریق ID ظروف به پایگاه داده متصل میشوند.
مدیریت ایستگاه: مکانهای کلیدی مانند ورودی انبار، ورودی راهرو، موقعیت ستونها، ایستگاه شارژ، نقاط بارگیری/بارگیری و محلهای پارکینگ به عنوان نقاط شروع یا هدف AGV تعریف شدهاند.
مدیریت مسیر: مسیرها ایستگاهها را به هم متصل میکنند. AGVs مسیرهای پیشبرنامهریزی شده را دنبال میکنند که میتوانند یکطرفه یا دوطرفه و خطی یا منحنی باشند.
مدیریت رک: رکها فقط در مکانهای مشخص شده قرار داده میشوند. مدیریت رک حمایت میکند از عملیات AGV برای حرکت رکها بین نقاط بارگیری، بارگیری و مکانهای رک. رکها چهار وضعیت دارند: اولیه، منتظر برداشت، در حال حمل و بازگشت.
مدیریت وسیله نقلیه: با توجه به تنظیمات ساده انبار، فقط یک AGV استفاده میشود که یک ظرف در هر وظیفه را میحمل میکند. وضعیتهای AGV شامل: آماده (در ورودی با شارژ کافی)، شارژ (حرکت به شارژر وقتی انرژی کم است) و اجرای وظیفه (حمل فعال یک ظرف).
مدیریت شارژ: وقتی سطح باتری کم میشود، AGV به طور خودکار درخواست شارژ میکند. سیستم مسیر شارژ را اختصاص میدهد، ایستگاه شارژ را قفل میکند و AGV را در حالت شارژ قرار میدهد، در این حالت تا رسیدن باتری به سطح مشخص، هیچ وظیفه جدیدی اختصاص نمییابد.
مدیریت استثناء: ناهماهنگیهای بالقوه AGV شامل انحراف از مسیرهای برنامهریزی شده، عدم درخواست شارژ وقتی انرژی کم است یا از دست دادن کنترل میشود. تمام استثناءها ثبت میشوند و اگر تعداد ناهماهنگیها از حد تعیین شده عبور کند، هشداری تولید میشود که نیاز به تعمیر را نشان میدهد.
مدیریت وظیفه: وظایف جدید با استفاده از الگوریتمهای برنامهریزی مسیر پیشفرض اختصاص مییابند. در هنگام شروع وظیفه، سیستم یک AGV را اختصاص میدهد و مسیر کامل را ارسال میکند. وظایف میتوانند مشاهده، لغو، توقف یا تغییر کنند. وظایف به سه نوع تقسیم میشوند: خروجی، ورودی و جابجایی.
مدیریت کاربر: این ماژول حسابهای کاربری و مجوزها را مدیریت میکند. کاربران به چهار سطح تقسیم میشوند: مهمان، اپراتور، مدیر و مدیر ارشد، هر کدام با مجوزهای دسترسی مختلف.
۲. مروری بر طراحی سیستم
۲.۱ اصول طراحی
قابلیت دید: رابط کاربری دوستانه برای دسترسی و مدیریت دادهها طراحی شده است.
عملکرد زنده: نقشه انبار باید موقعیتها، وضعیتها و اطلاعات رک را با تأخیر کم بازتاب دهد تا ارتباط قابل اعتمادی فراهم شود.
پایداری: سیستم باید تحت بار دادههای بالا و در طول عملیات طولانی پایدار بماند.
قابلیت مقیاسپذیری: طراحی مدولار اجازه گسترش آینده و ادغام ویژگیهای جدید را میدهد.
۲.۲ معماری سیستم
سیستم شامل سه لایه است:
لایه اجرا (حمل AGV): عملیات فیزیکی AGV.
لایه خدمات: به عنوان پل بین لایههای کاربردی و اجرایی عمل میکند، شامل سیستم مدیریت مرکزی و سیستم دسترسی. با AGVs ارتباط برقرار میکند، دادههای وضعیت را جمعآوری میکند و APIهایی برای اختصاص و کنترل وظایف ارائه میدهد.
لایه کاربردی: لایه بالایی که مستقیماً با کاربران از طریق رابط Unity3D تعامل میکند. کاربران درخواستها را ارسال میکنند و نتایج بعد از پردازش پشتیبانی نمایش داده میشوند.
۲.۳ طراحی پایگاه داده
دادههای کلیدی شامل:
دادههای کاربر: اطلاعات پایه و مجوزهای دسترسی.
دادههای وسیله نقلیه: وضعیت AGV، لاگهای شارژ/شارژ کردن و ضبطهای ناهماهنگی.
دادههای وظیفه: جزئیات وظیفه و وضعیت اجرا.
دادههای انبار: چیدمان، رکها، ایستگاهها، نقاط شارژ و غیره که نقشه انبار را تشکیل میدهند.
رابطههای کلیدی: کاربران وظایف ایجاد میکنند، AGVs وظایف را اجرا میکنند، AGVs در انبار عمل میکنند و کاربران انبار را مدیریت میکنند.
۲.۴ طراحی و پیادهسازی دقیق سیستم
۲.۴.۱ پیادهسازی چارچوب پایه
یک پروژه Unity3D جدید ایجاد میشود و مدلهای ۳D برای شبیهسازی محیط انبار وارد میشوند. منطق با استفاده از C# پیادهسازی میشود.
ورود کاربر:
کاربران باید قبل از دسترسی به سیستم معتبرسازی شده و مجوزهای مبتنی بر نقش را به دست آورند.
پیادهسازی مدیریت انبار:
عملکرد کلیدی شامل مدلسازی انبار است که به کاربران اجازه میدهد چیدمان ظروف، موقعیتهای وسیله نقلیه و توزیع رکها را مشاهده و ویرایش کنند. سیستم شامل لیستهای مسیر و ایستگاه است، با مدیریت وسیله نقلیه که شامل شارژ و مدیریت ناهماهنگی است.
۲.۴.۲ روش طراحی نقشه
روشهای رایج نقشهبرداری رباتیک شامل:
نقشههای متریک: بازسازی ۲D/۳D فضای واقعی.
نمایش مستقیم: استفاده از دادههای خام حسگر بدون گسستهسازی.
نقشههای شبکهای: تقسیم فضا به سلولهای یکنواخت که به راحتی به گرافهای توپولوژیکی تبدیل میشوند.
نقشههای توپولوژیکی: نمایش مکانهای کلیدی به عنوان گرهها، متصل شده با یالها.
سیستمهای مختصات:
مختصات چیدمان: موقعیتهای رابط مجازی در Unity.
مختصات مدل: موقعیتهای واقعی (x, y, z). چون مختصات چیدمان به طور خودکار تولید میشوند، مختصات مدل باید به طور صریح برای شبیهسازی واقعی تعریف شوند.
نوعها و عملیات نقاط:
نقاط موقعیت AGV (پیشفرض: ۰,۰,۰) را نشان میدهند. نوعها شامل: عادی، بارگیری/بارگیری، ورود/خروج، رک و نقاط شارژ. نقاط عادی نمیتوانند رک را نگه دارند یا اجازه توقف طولانی AGV را بدهند.
۳. نتیجهگیری
با پیشرفت سریع لجستیک هوشمند و فناوریهای IoT، انبارها از "مکانیزهسازی دستی" به عملیات خودکار "کالا به شخص" تغییر میکنند. اپراتورها اکنون میتوانند موجودی را به طور زنده مانیتور کنند، دقت اسکن را بهبود بخشند، ذخیرهسازی پویا و کارایی عملیاتی را افزایش دهند و هدر و هزینههای نیروی کار را کاهش دهند.
با این حال، با افزایش سیستمهای هوشمند و ناوگانهای AGV، چالشهای تخصیص وظیفه و کنترل ناوگان همچنان وجود دارد. این مقاله یک سیستم زمانبندی انبار هوشمند مبتنی بر AGV عملی ارائه میدهد که مدیریت انبار را از پیگیری موجودی به کنترل عملیاتی زنده تغییر میدهد. با استفاده از فناوریهای کاملاً خودکار، سیستم عملیات ورودی و خروجی خودکار را ممکن میسازد و تحول از خودکارسازی به لجستیک هوشمند را ایجاد میکند.
