Kako izgraditi AGV-bazirani inteligentni sustav skladišta

Inteligentni sustav skladišne logistike temeljen na AGV

S brzim razvojem logističke industrije, rastućom nedostupnošću zemljišta i povećanjem troškova rada, skladišta, kao ključni logistički čvorovi, suočavaju se s značajnim izazovima. Kako se skladišta šire, učestalost operacija raste, složenost informacija porasta, a zadaci preuzimanja narudžbi postaju zahtjevniji, postizanje niskih stopa grešaka i smanjenje troškova rada uz poboljšanje ukupne učinkovitosti skladišta postalo je glavni cilj skladišne industrije, potičući poduzeća prema inteligentnoj automatizaciji.

Ovaj rad fokusira se na inteligentni sustav skladišne logistike temeljen na AGV. Sustav koristi Automatizirana Vodena Vozila (AGV) kao nosače, sučelja se s vanjskim informacijskim sustavima za prihvaćanje narudžbi i koristi inteligentne algoritme planiranja za optimizaciju ruta AGV-a. To omogućuje AGV-ima da samostalno obavljaju zadatke poput primanja, transportiranja, skladištenja i isporuke robe, time unapređujući učinkovitost i točnost logističkog sustava, smanjujući operativne troškove.

1. Analiza sustava

Jezgra inteligentnog skladišnog sustava leži u upravljanju i raspoređivanju. Opisani sustav usvaja slojevit arhitekturu, s podacima koji teku progresivno od ulaza do kontejnera za skladištenje do AGV-a. Na osnovu funkcionalnih zahtjeva i analize operacija skladištenja, sustav je podijeljen na ključne module: upravljanje skladištem, upravljanje stanicama, upravljanje vozilima, upravljanje narudžbama i upravljanje korisnicima.

• Upravljanje skladištem: Ovaj modul obrađuje modeliranje mape skladišta i upravljanje informacijama. Skladište je podijeljeno na 20 redaka i 12 stupaca na tri razina (gornja, srednja, donja). Svaki kontejner ima jedinstvenu ID. Mapa uključuje zidove, vrata, dvije privremene platforme i napajalište. Informacije o predmetima su pohranjene na osnovu lokacije kontejnera, s podacima vezanim za bazu podataka preko ID kontejnera.

• Upravljanje stanicama: Ključne lokacije, poput ulaza u skladište, ulaza u hodnik, pozicija stupaca, napajališta, točaka učitavanja/isključivanja i parkirnih mjesta, definirane su kao početne ili ciljne točke AGV-a.

• Upravljanje putanjama: Putanje spajaju stanicu. AGV-ovi prate unaprijed planirane rute, koje mogu biti jednosmjerni ili dvosmjerni, linearni ili zakrivljeni.

• Upravljanje regalima: Regali su postavljeni samo na predviđene pozicije regala. Upravljanje regalima podržava AGV operacije za premještanje regala između točaka učitavanja, točaka isključivanja i pozicija regala. Regali imaju četiri stanja: početno, čekajući preuzimanje, u prijevozu i vraćeno.

• Upravljanje vozilima: Uz jednostavan postupak skladišta, koristi se samo jedan AGV, koji obrađuje jedan kontejner po zadatku. Stanja AGV-a uključuju: čekanje (neaktivno na ulazu s dovoljnom napajanjem), punjenje (prelazak na punjač kada je nivo energije nizak) i izvršavanje zadatka (aktivno transportiranje kontejnera).

• Upravljanje punjenjem: Kada nivo baterije padne, AGV automatski traži punjenje. Sustav dodjeljuje putanju za punjenje, zaključava napajalište i stavlja AGV u režim punjenja, tijekom kojeg novi zadaci ne dodjeljuju se dok baterija ne doseže preddefinirani nivo.

• Upravljanje iznimkama: Potencijalne anomalije AGV-a uključuju odstupanje od planiranih ruta, neuspjeh u traženju punjenja kada je nivo energije nizak ili gubitak kontrole. Sve iznimke se bilježe, a ako broj anomalija premaši predpostavljenu granicu, aktivira se alarm, indicirajući potrebu za održavanjem.

• Upravljanje zadacima: Novi zadaci dodjeljuju se koristeći unaprijed definirane algoritme planiranja ruta. Nakon inicijalizacije zadatka, sustav dodjeljuje AGV i šalje cijelu rutu. Zadaci mogu se pregledavati, otkazivati, pauzirati ili mijenjati. Zadaci se kategoriziraju u tri vrste: izlazni, ulazni i preusmjeravanje.

• Upravljanje korisnicima: Ovaj modul upravlja korisničkim računicima i dozvolama. Korisnici su klasificirani u četiri razina: gost, operator, administrator i superadministrator, svaki s različitim pravima pristupa.

2. Pregled dizajna sustava

2.1 Dizajnerski principi

• Vidljivost: Korisničko sučelje dizajnirano za intuitivni pristup podacima i njihovo upravljanje.

• Stvarno vrijeme: Mapi skladišta mora odražavati stvarne pozicije, stanje i informacije o regalima AGV-a s minimalnim kašnjenjem, osiguravajući pouzdanu komunikaciju.

• Stabilnost: Sustav mora ostati stabilan pod velikim opterećenjima podataka i tijekom dugotrajnog rada.

• Skalabilnost: Modularni dizajn omogućuje buduću ekspanziju i integraciju novih značajki.

2.2 Arhitektura sustava
Sustav sastoji se od tri sloja:

• Izvršni sloj (AGV prijevoz): Fizičke operacije AGV-a.

• Sloj usluga: Djeluje kao most između aplikacijskog i izvršnog sloja, uključujući centralni upravni sustav i sustav pristupa. Komunicira s AGV-ima, prikuplja podatke o stanju i pruža API-je za dodjelu i kontrolu zadataka.

• Aplikacijski sloj: Gornji sloj, koji direktno interagira s korisnicima putem sučelja temeljenog na Unity3D. Korisnici šalju zahtjeve, a rezultati se prikazuju nakon obrade unutar sustava.

2.3 Dizajn baze podataka
Ključni podaci uključuju:

• Podaci o korisnicima: Osnovne informacije i dozvole pristupa.

• Podaci o vozilima: Stanje AGV-a, zapisi o punjenju/ispunjavanju i zapisi o anomalijama.

• Podaci o zadacima: Detalji zadataka i stanje izvršenja.

• Podaci o skladištu: Dispozicija, regali, stancije, napajališta itd., formirajući mapu skladišta.

Ključne relacije: korisnici stvaraju zadatke, AGV-ovi izvršavaju zadatke, AGV-ovi operiraju unutar skladišta, a korisnici upravljaju skladištem.

2.4 Detaljni dizajn i implementacija sustava

2.4.1 Implementacija osnovnog okvira
Stvoren je novi Unity3D projekt, uvođenjem 3D modela za simulaciju okruženja skladišta. Logika je implementirana pomoću C#.

Prijava korisnika:
Korisnici moraju provjeriti autentičnost i dobiviti dozvole temeljene na ulogama prije pristupa sustavu.

Implementacija upravljanja skladištem:
Glavne funkcionalnosti uključuju modeliranje skladišta, omogućujući korisnicima da pregledaju i uređuju raspored kontejnera, lokacije vozila i distribuciju regala. Sustav uključuje popise putanja i stancija, s upravljanjem vozila koje pokriva punjenje i rukovanje anomalijama.

2.4.2 Metodologija dizajna mape
Zajedničke metode mapiranja robota uključuju:

• Metričke mape: 2D/3D rekonstrukcije stvarnog prostora.

• Direktna reprezentacija: Koristi surov podatkovni senzor bez diskretizacije.

• Mrežne mape: Podijeli prostor na uniformne celije, lako pretvorive u topološke grafove.

• Topološke mape: Predstavlja ključne lokacije kao čvorove, povezane bridovima.

Koordinatni sustavi:

• Koordinate rasporeda: Virtualne pozicije sučelja u Unity-u.

• Koordinate modela: Stvarne (x, y, z) pozicije. Budući da su koordinate rasporeda automatski generirane, koordinate modela moraju se eksplicitno definirati za realističnu simulaciju.

Tipovi točaka i operacije:
Točke predstavljaju pozicije AGV-a (zadano: 0,0,0). Tipovi uključuju: normalne, učitavanje/isključivanje, ulaz/izlaz, regal i napajalište. Normalne točke ne mogu držati regale ili dopustiti dugotrajne zaustavljanje AGV-a.

3. Zaključak

S brzim napretkom pametnih logističkih i IoT tehnologija, skladišta prelaze od "ručne mehanizacije" na "roba do osobe" automatizirane operacije. Operateri sada mogu pratiti inventar u stvarnom vremenu, poboljšavajući točnost skeniranja, dinamičko skladištenje i operativnu učinkovitost, smanjujući otplate i troškove rada.

Međutim, kako se inteligentni sustavi proširuju i flote AGV-a rastu, izazovi u dodjeli zadataka i upravljanju flotom nastavljaju postojati. Ovaj rad predstavlja praktičan AGV-bazirani inteligentni sustav raspoređivanja skladišta, prebacujući upravljanje skladištem s tradicionalnog praćenja inventara na stvarno-vremensko operativno upravljanje. Iskoristivši potpuno automatizirane tehnologije, sustav omogućuje autonomne ulazne i izlazne operacije, potičući transformaciju od automatizacije do inteligentne logistike.