Cara Membangun Sistem Gudang Cerdas Berbasis AGV

Sistem Logistik Gudang Cerdas Berbasis AGV

Dengan perkembangan cepat industri logistik, kelangkaan lahan yang semakin meningkat, dan biaya tenaga kerja yang naik, gudang—sebagai pusat logistik kunci—menghadapi tantangan signifikan. Seiring gudang menjadi lebih besar, frekuensi operasi meningkat, kompleksitas informasi bertambah, dan tugas pemilihan pesanan menjadi lebih menuntut, mencapai tingkat kesalahan rendah dan mengurangi biaya tenaga kerja sambil meningkatkan efisiensi penyimpanan secara keseluruhan telah menjadi tujuan utama bagi sektor pergudangan, mendorong perusahaan menuju otomatisasi cerdas.

Makalah ini berfokus pada sistem logistik gudang cerdas berbasis AGV. Sistem ini menggunakan Kendaraan Pandu Otomatis (AGVs) sebagai pengangkut, terhubung dengan sistem informasi eksternal untuk menerima pesanan, dan menggunakan algoritma perencanaan cerdas untuk mengoptimalkan rute AGV. Ini memungkinkan AGVs untuk secara otomatis melakukan tugas seperti menerima, mengangkut, menyimpan, dan mendistribusikan barang, sehingga meningkatkan efisiensi dan akurasi sistem logistik sambil mengurangi biaya operasional.

1. Analisis Sistem

Inti dari sistem gudang cerdas terletak pada manajemen dan penjadwalan. Sistem yang dijelaskan di sini mengadopsi arsitektur berlapis, dengan data mengalir secara progresif dari input ke wadah penyimpanan hingga AGVs. Berdasarkan persyaratan fungsional dan analisis operasi penyimpanan, sistem dibagi menjadi modul-modul kunci: manajemen gudang, manajemen stasiun, manajemen kendaraan, manajemen pesanan, dan manajemen pengguna.

• Manajemen Gudang：Modul ini menangani pemodelan peta gudang dan manajemen informasi. Gudang dibagi menjadi 20 baris dan 12 kolom di tiga lantai (atas, tengah, bawah). Setiap wadah memiliki ID unik. Peta termasuk dinding, pintu, dua platform sementara, dan stasiun pengisian daya. Informasi barang disimpan berdasarkan lokasi wadah, dengan data terhubung ke database melalui ID wadah.

• Manajemen Stasiun：Lokasi kunci—seperti pintu masuk gudang, pintu masuk lorong, posisi tiang, stasiun pengisian daya, titik muat/bongkar, dan tempat parkir—didefinisikan sebagai titik awal atau target AGV.

• Manajemen Rute：Rute menghubungkan stasiun. AGVs mengikuti rute yang telah direncanakan, yang bisa satu arah atau dua arah, dan linear atau melengkung.

• Manajemen Rak：Rak hanya ditempatkan di lokasi rak yang ditentukan. Manajemen rak mendukung operasi AGV untuk memindahkan rak antara titik muat, titik bongkar, dan lokasi rak. Rak memiliki empat status: awal, menunggu pengambilan, dalam perjalanan, dan dikembalikan.

• Manajemen Kendaraan：Mengingat setup gudang yang sederhana, hanya satu AGV yang digunakan, menangani satu wadah per tugas. Status AGV termasuk: siaga (idle di pintu masuk dengan daya cukup), pengisian daya (bergerak ke pengisi daya ketika daya rendah), dan pelaksanaan tugas (secara aktif mengangkut wadah).

• Manajemen Pengisian Daya：Ketika tingkat baterai rendah, AGV secara otomatis meminta pengisian daya. Sistem menugaskan rute pengisian, mengunci stasiun pengisian, dan menempatkan AGV dalam mode pengisian, selama mana tidak ada tugas baru yang ditugaskan hingga baterai mencapai level yang ditentukan.

• Manajemen Pengecualian：Anomali potensial AGV termasuk menyimpang dari rute yang direncanakan, gagal meminta pengisian daya ketika daya rendah, atau kehilangan kontrol. Semua pengecualian dicatat, dan jika jumlah anomali melebihi ambang batas yang ditetapkan, peringatan dipicu, menunjukkan perlunya perawatan.

• Manajemen Tugas：Tugas-tugas baru ditugaskan menggunakan algoritma perencanaan rute yang telah ditentukan. Setelah inisiasi tugas, sistem menugaskan AGV dan mentransmisikan rute lengkap. Tugas dapat dilihat, dibatalkan, dihentikan, atau dimodifikasi. Tugas dibagi menjadi tiga jenis: keluar, masuk, dan relokasi.

• Manajemen Pengguna：Modul ini mengelola akun pengguna dan izin. Pengguna diklasifikasikan menjadi empat tingkatan: tamu, operator, administrator, dan super administrator, masing-masing dengan hak akses yang berbeda.

2. Tinjauan Desain Sistem

2.1 Prinsip Desain

• Visibilitas: Antarmuka pengguna yang ramah digunakan dirancang untuk akses dan manajemen data intuitif.

• Performa Real-time: Peta gudang harus mencerminkan posisi, status, dan informasi rak AGV secara real-time dengan jeda minimal, memastikan komunikasi yang andal.

• Stabilitas: Sistem harus tetap stabil di bawah beban data tinggi dan selama operasi berkepanjangan.

• Skalabilitas: Desain modular memungkinkan ekspansi masa depan dan integrasi fitur baru.

2.2 Arsitektur Sistem
Sistem terdiri dari tiga lapisan:

• Lapisan Eksekusi (Transportasi AGV): Operasi AGV fisik.

• Lapisan Layanan: Bertindak sebagai jembatan antara lapisan aplikasi dan eksekusi, termasuk sistem manajemen pusat dan sistem akses. Berkomunikasi dengan AGVs, mengumpulkan data status, dan menyediakan API untuk penugasan dan kontrol tugas.

• Lapisan Aplikasi: Lapisan atas, berinteraksi langsung dengan pengguna melalui antarmuka berbasis Unity3D. Pengguna mengirim permintaan, dan hasil ditampilkan setelah pemrosesan backend.

2.3 Desain Database
Data kunci termasuk:

• Data pengguna: Informasi dasar dan izin akses.

• Data kendaraan: Status AGV, log pengisian/pengosongan, dan catatan anomali.

• Data tugas: Detail tugas dan status pelaksanaan.

• Data gudang: Tata letak, rak, stasiun, titik pengisian, dll., membentuk peta gudang.

Hubungan kunci: pengguna membuat tugas, AGVs menjalankan tugas, AGVs beroperasi dalam gudang, dan pengguna mengelola gudang.

2.4 Desain dan Implementasi Sistem Secara Detail

2.4.1 Implementasi Kerangka Dasar
Proyek Unity3D baru dibuat, mengimpor model 3D untuk mensimulasikan lingkungan gudang. Logika diimplementasikan menggunakan C#.

Login Pengguna:
Pengguna harus otentikasi dan mendapatkan izin berbasis peran sebelum mengakses sistem.

Implementasi Manajemen Gudang:
Fungsi inti termasuk pemodelan gudang, memungkinkan pengguna untuk melihat dan mengedit tata letak wadah, lokasi kendaraan, dan distribusi rak. Sistem mencakup daftar rute dan stasiun, dengan manajemen kendaraan mencakup pengisian daya dan penanganan anomali.

2.4.2 Metodologi Desain Peta
Metode pemetaan robotik umum termasuk:

• Peta Metrik: Rekonstruksi 2D/3D ruang nyata.

• Representasi Langsung: Menggunakan data sensor mentah tanpa diskritisasi.

• Peta Grid: Membagi ruang menjadi sel-sel seragam, mudah dikonversi ke graf topologi.

• Peta Topologi: Mewakili lokasi kunci sebagai node, dihubungkan oleh tepi.

Sistem Koordinat:

• Koordinat Tata Letak: Posisi antarmuka virtual di Unity.

• Koordinat Model: Posisi dunia nyata (x, y, z). Karena koordinat tata letak dihasilkan secara otomatis, koordinat model harus didefinisikan secara eksplisit untuk simulasi yang realistis.

Jenis Titik dan Operasi:
Titik mewakili posisi AGV (default: 0,0,0). Jenis termasuk: normal, muat/bongkar, masuk/keluar, rak, dan titik pengisian. Titik normal tidak dapat menampung rak atau memungkinkan AGV berhenti lama.

3. Kesimpulan

Dengan kemajuan cepat teknologi logistik cerdas dan IoT, gudang sedang beralih dari "mekanisasi manual" ke operasi otomatis "barang ke orang". Operator kini dapat memantau inventaris secara real-time, meningkatkan akurasi pemindaian, penyimpanan dinamis, dan efisiensi operasional sambil mengurangi pemborosan dan biaya tenaga kerja.

Namun, seiring sistem cerdas berskala dan armada AGV bertambah, tantangan dalam alokasi tugas dan kontrol armada tetap ada. Makalah ini menyajikan sistem penjadwalan gudang cerdas berbasis AGV yang praktis, menggeser manajemen gudang dari pelacakan inventaris tradisional ke kontrol operasional real-time. Dengan memanfaatkan teknologi sepenuhnya otomatis, sistem memungkinkan operasi masuk dan keluar secara otonom, mendorong transformasi dari otomatisasi ke logistik cerdas.