Como construir un sistema de almacén inteligente baseado en AGV

Sistema de Xestión Loxística de Almacén Intelixente Baseado en VAG

Co rápido desenvolvemento da industria logística, a crecente escasez de terreo e o aumento dos custos laborais, os almacéns, como húsbices logísticos clave, están afrontando desafíos significativos. A medida que os almacéns son maiores, as frecuencias operativas aumentan, a complexidade da información crece e as tarefas de recolexión de pedidos son máis exigentes, lograr baixas taxas de erro e reducir os custos laborais mentres se mellora a eficiencia global do almacenamento converteuse nun obxectivo principal para o sector de almacenamento, impulsando ás empresas cara á automatización intelixente.

Este artigo centrase nun sistema de xestión logística de almacén intelixente baseado en VAG. O sistema utiliza Veículos Guiados Automáticos (VAG) como portadores, interfaz con sistemas de información externos para recibir pedidos e emprega algoritmos de planificación intelixentes para optimizar a ruta dos VAG. Isto permite que os VAG realicen tarefas como recibir, transportar, almacenar e despachar mercadorías de forma autónoma, mellorando así a eficiencia e precisión do sistema logístico, mentres se reducen os custos operativos.

1. Análise do Sistema

O núcleo dun sistema de almacén intelixente está na xestión e programación. O sistema descrito aquí adopta unha arquitectura en capas, co flujo de datos que avanza progresivamente dende a entrada ata os contedores e aos VAG. Basándose nos requisitos funcionais e na análise das operacións de almacenamento, o sistema está dividido en módulos clave: xestión de almacén, xestión de estacións, xestión de vehículos, xestión de pedidos e xestión de usuarios.

• Xestión de Almacén：Este módulo encárgase da modelización do mapa do almacén e da xestión da información. O almacén está dividido en 20 filas e 12 columnas a lo largo de tres niveis (superior, medio, inferior). Cada contedor ten un ID único. O mapa inclúe paredes, portas, dúas plataformas temporais e unha estación de carga. A información dos artigos almacénase en función da localización do contedor, coa información vinculada a unha base de datos mediante o ID do contedor.

• Xestión de Estacións：As localizacións clave, como as entradas do almacén, entradas de corredores, posicións de columnas, estacións de carga, puntos de carga/descarga e espazos de aparcado, están predefinidas como puntos de inicio ou destino dos VAG.

• Xestión de Rutas：As rutas conectan as estacións. Os VAG seguen rutas previamente planeadas, que poden ser unidireccionais ou bidireccionais, e lineares ou curvas.

• Xestión de Estantes：Os estantes só están colocados nas localizacións de estantes designadas. A xestión de estantes soporta as operacións dos VAG para mover estantes entre puntos de carga, puntos de descarga e localizacións de estantes. Os estantes teñen catro estados: inicial, agardando recolexión, en tránsito e devolvidos.

• Xestión de Vehículos：Dada a configuración simple do almacén, só se utiliza un VAG, manexando un contedor por tarefa. Os estados do VAG inclúen: en espera (ocioso na entrada con carga suficiente), cargando (movendo a unha estación de carga cando a batería está baixa) e execución de tarefa (transportando activamente un contedor).

• Xestión de Carga：Cando os niveis de batería son baixos, o VAG solicita automaticamente unha carga. O sistema asigna unha ruta de carga, bloquea a estación de carga e coloca o VAG en modo de carga, durante o cal non se asignan novas tarefas ata que a batería alcance un nivel predefinido.

• Xestión de Excepcións：As posibles anomalias dos VAG inclúen desviar das rutas planeadas, non solicitar carga cando a batería está baixa ou perder o control. Tódalas excepcións están rexistradas, e se o número de anomalias excede un umbral predefinido, dispara unha alerta, indicando a necesidade de manutención.

• Xestión de Tarefas：As novas tarefas son asignadas usando algoritmos de planificación de rutas predefinidos. Ao iniciar a tarefa, o sistema asigna un VAG e transmite a ruta completa. As tarefas poden ser vistas, canceladas, pausadas ou modificadas. As tarefas están categorizadas en tres tipos: saída, entrada e reubicación.

• Xestión de Usuarios：Este módulo xestiona as contas e permisos de usuarios. Os usuarios están clasificados en catro niveis: convidado, operador, administrador e superadministrador, cada un con diferentes dereitos de acceso.

2. Visión Xeral do Diseño do Sistema

2.1 Principios de Diseño

• Visibilidade: Interfaz amigable para o usuario deseñada para un acceso e xestión intuitiva dos datos.

• Rendemento en tempo real: O mapa do almacén debe reflicir as posicións, estados e información dos estantes dos VAG en tempo real, con mínima latencia, asegurando unha comunicación fiable.

• Estabilidade: O sistema debe manterse estable baixo cargas de datos altas e durante operacións prolongadas.

• Escalabilidade: Deseño modular que permite futuras expansións e integración de novas características.

2.2 Arquitectura do Sistema
O sistema compónse de tres capas:

• Capa de Execución (Transporte VAG): Operacións físicas dos VAG.

• Capa de Servicio: Actúa como puente entre as capas de aplicación e execución, incluíndo un sistema de xestión central e un sistema de acceso. Comunica cos VAG, recolle datos de estado e fornece APIs para a asignación e control de tarefas.

• Capa de Aplicación: A capa superior, que interactúa directamente coos usuarios a través dunha interface baseada en Unity3D. Os usuarios envían solicitudes, e os resultados son mostrados despois do procesamento no backend.

2.3 Diseño da Base de Datos
Os datos clave inclúen:

• Datos de usuario: Información básica e permisos de acceso.

• Datos de vehículo: Estado do VAG, rexistros de carga/descarga e rexistros de anomalias.

• Datos de tarefa: Detalles da tarefa e estado de execución.

• Datos de almacén: Disposición, estantes, estacións, puntos de carga, etc., formando o mapa do almacén.

Relacións clave: os usuarios crean tarefas, os VAG executan tarefas, os VAG operan dentro do almacén, e os usuarios xestionan o almacén.

2.4 Diseño e Implementación Detallada do Sistema

2.4.1 Implementación da Estrutura Básica
Créase un novo proxecto Unity3D, importando modelos 3D para simular o entorno do almacén. A lóxica é implementada utilizando C#.

Inicio de Sesión do Usuario:
Os usuarios deben autenticarse e obter permisos basados en roles antes de acceder ao sistema.

Implementación da Xestión de Almacén:
A funcionalidade central inclúe a modelización do almacén, permitindo aos usuarios ver e editar a disposición dos contedores, as localizacións dos vehículos e a distribución dos estantes. O sistema inclúe listas de rutas e estacións, con a xestión de vehículos que cubre a carga e o manejo de anomalias.

2.4.2 Metodoloxía de Diseño do Mapa
Os métodos comúns de mapeo robótico inclúen:

• Mapas Métricos: Reconstrucións 2D/3D do espazo real.

• Representación Directa: Utiliza datos brutos de sensores sen discretización.

• Mapas de Rede: Divide o espazo en células uniformes, facilmente convertibles en grafos topolóxicos.

• Mapas Topolóxicos: Representa as localizacións clave como nodos, conectados por bordos.

Sistemas de Coordenadas:

• Coordenadas de Disposición: Posicións de interface virtual en Unity.

• Coordenadas de Modelo: Posicións reais (x, y, z). Como as coordenadas de disposición son xeradas automáticamente, as coordenadas de modelo deben definirse explícitamente para unha simulación realista.

Tipos de Puntos e Operacións:
Os puntos representan as posicións dos VAG (por defecto: 0,0,0). Os tipos inclúen: normais, de carga/descarga, de entrada/saída, de estante e de carga. Os puntos normais non poden sostener estantes nin permitir paradas prolongadas de VAG.

3. Conclusión

Co rápido adianto das tecnoloxías de logística intelixente e IoT, os almacéns están a transicionar dende a "mecanización manual" ás operacións automáticas de "mercadoría ao persoal". Os operadores agora poden monitorizar o inventario en tempo real, mellorando a precisión do escaneo, o almacenamento dinámico e a eficiencia operativa, mentres se reducen o desperdicio e os custos laborais.

No entanto, a medida que os sistemas intelixentes escalan e as flotas de VAG crecen, persisten desafíos na asignación de tarefas e no control da frota. Este artigo presenta un sistema práctico de programación de almacén intelixente baseado en VAG, cambiando a xestión do almacén dende o seguimento tradicional do inventario ao control operativo en tempo real. Ao aproveitar tecnoloxías totalmente automatizadas, o sistema permite operacións de entrada e saída autónomas, impulsando a transformación dende a automatización á logística intelixente.