Come Costruire un Sistema Magazzino Intelligente Basato su AGV

Sistema di Logistica Magazzino Intelligente Basato su AGV

Con lo sviluppo rapido del settore logistico, la crescente scarsità di terreni e l'aumento dei costi della manodopera, i magazzini, che fungono da hub logistici chiave, stanno affrontando significative sfide. Con la crescita delle dimensioni dei magazzini, l'aumento della frequenza operativa, la complessità delle informazioni e le esigenze più elevate per le operazioni di prelievo, raggiungere bassi tassi di errore e ridurre i costi della manodopera mentre si migliora l'efficienza complessiva dello stoccaggio è diventato un obiettivo primario per il settore magazziniero, spingendo le imprese verso l'automazione intelligente.

Questo articolo si concentra su un sistema di logistica magazzino intelligente basato su AGV. Il sistema utilizza Vehicoli Guidati Automatici (AGV) come mezzi di trasporto, interagisce con sistemi informativi esterni per ricevere ordini e impiega algoritmi di pianificazione intelligente per ottimizzare il percorso degli AGV. Ciò consente agli AGV di eseguire autonomamente compiti come il ricevimento, il trasporto, lo stoccaggio e la spedizione di merci, migliorando l'efficienza e l'accuratezza del sistema logistico e riducendo i costi operativi.

1. Analisi del Sistema

Il cuore di un sistema di magazzino intelligente risiede nella gestione e nella pianificazione. Il sistema descritto qui adotta un'architettura a strati, con i dati che fluiscono progressivamente dall'input ai contenitori di stoccaggio agli AGV. In base ai requisiti funzionali e all'analisi delle operazioni di stoccaggio, il sistema è suddiviso in moduli chiave: gestione del magazzino, gestione delle stazioni, gestione dei veicoli, gestione degli ordini e gestione degli utenti.

• Gestione del Magazzino: Questo modulo gestisce la modellazione e la gestione delle informazioni della mappa del magazzino. Il magazzino è diviso in 20 file e 12 colonne su tre livelli (superiore, centrale, inferiore). Ogni contenitore ha un ID univoco. La mappa include pareti, porte, due piattaforme temporanee e una stazione di ricarica. Le informazioni sugli articoli sono memorizzate in base alla posizione del contenitore, con i dati collegati a un database tramite l'ID del contenitore.

• Gestione delle Stazioni: Le posizioni chiave, come gli ingressi del magazzino, gli ingressi dei corridoi, le posizioni delle colonne, le stazioni di ricarica, i punti di carico/scarico e i posti di parcheggio, sono predefiniti come punti di partenza o destinazione degli AGV.

• Gestione dei Percorsi: I percorsi collegano le stazioni. Gli AGV seguono rotte pre-pianificate, che possono essere unidirezionali o bidirezionali, lineari o curvi.

• Gestione degli Scaffali: Gli scaffali sono posizionati solo nelle posizioni designate. La gestione degli scaffali supporta le operazioni degli AGV per spostare gli scaffali tra i punti di carico, i punti di scarico e le posizioni degli scaffali. Gli scaffali hanno quattro stati: iniziale, in attesa di recupero, in transito e restituito.

• Gestione dei Veicoli: Data la configurazione semplice del magazzino, viene utilizzato un solo AGV, che gestisce un contenitore per compito. Gli stati dell'AGV includono: in stand-by (inattivo all'ingresso con carica sufficiente), in ricarica (si sposta verso la stazione di ricarica quando la carica è bassa) ed esecuzione del compito (trasporta attivamente un contenitore).

• Gestione della Ricarica: Quando il livello della batteria è basso, l'AGV richiede automaticamente una ricarica. Il sistema assegna un percorso di ricarica, blocca la stazione di ricarica e mette l'AGV in modalità di ricarica, durante la quale non vengono assegnati nuovi compiti fino a quando la batteria non raggiunge un livello predefinito.

• Gestione delle Eccezioni: Le potenziali anomalie degli AGV includono deviazioni dai percorsi pianificati, la mancata richiesta di ricarica quando la carica è bassa o la perdita di controllo. Tutte le eccezioni vengono registrate e, se il numero di anomalie supera una soglia predefinita, viene generato un avviso, indicando la necessità di manutenzione.

• Gestione dei Compiti: I nuovi compiti vengono assegnati utilizzando algoritmi di pianificazione dei percorsi predefiniti. All'avvio del compito, il sistema assegna un AGV e trasmette l'intero percorso. I compiti possono essere visualizzati, annullati, sospesi o modificati. I compiti sono categorizzati in tre tipi: uscita, entrata e ricollocazione.

• Gestione degli Utenti: Questo modulo gestisce gli account e le autorizzazioni degli utenti. Gli utenti sono classificati in quattro livelli: ospite, operatore, amministratore e super amministratore, ciascuno con diversi diritti di accesso.

2. Panoramica del Progetto di Sistema

2.1 Principi di Progettazione

• Visibilità: Interfaccia utente amichevole progettata per un accesso intuitivo ai dati e alla loro gestione.

• Prestazioni in tempo reale: La mappa del magazzino deve riflettere le posizioni, gli stati e le informazioni sugli scaffali degli AGV in tempo reale, con un ritardo minimo, garantendo una comunicazione affidabile.

• Stabilità: Il sistema deve rimanere stabile sotto carichi elevati di dati e durante operazioni prolungate.

• Scalabilità: Un design modulare consente espansioni future e l'integrazione di nuove funzionalità.

2.2 Architettura del Sistema
Il sistema comprende tre livelli:

• Livello di Esecuzione (Trasporto AGV): Operazioni fisiche degli AGV.

• Livello di Servizio: Funge da ponte tra i livelli applicativo ed esecutivo, inclusi un sistema di gestione centrale e un sistema di accesso. Comunica con gli AGV, raccoglie dati sullo stato e fornisce API per l'assegnazione e il controllo dei compiti.

• Livello Applicativo: Il livello superiore, che interagisce direttamente con gli utenti tramite un'interfaccia basata su Unity3D. Gli utenti inviano richieste e i risultati vengono visualizzati dopo l'elaborazione backend.

2.3 Progettazione del Database
I dati chiave includono:

• Dati utente: Informazioni di base e permessi di accesso.

• Dati veicolo: Stato degli AGV, registri di ricarica/scarica e registri di anomalie.

• Dati compito: Dettagli del compito e stato di esecuzione.

• Dati del magazzino: Layout, scaffali, stazioni, punti di ricarica, ecc., formando la mappa del magazzino.

Relazioni chiave: gli utenti creano compiti, gli AGV eseguono i compiti, gli AGV operano all'interno del magazzino e gli utenti gestiscono il magazzino.

2.4 Progettazione e Implementazione Dettagliata del Sistema

2.4.1 Implementazione del Framework di Base
Viene creato un nuovo progetto Unity3D, importando modelli 3D per simulare l'ambiente del magazzino. La logica viene implementata utilizzando C#.

Accesso Utente:
Gli utenti devono autenticarsi e ottenere i permessi basati sui ruoli prima di accedere al sistema.

Implementazione della Gestione del Magazzino:
La funzionalità principale include la modellazione del magazzino, consentendo agli utenti di visualizzare e modificare la disposizione dei contenitori, le posizioni dei veicoli e la distribuzione degli scaffali. Il sistema include elenchi di percorsi e stazioni, con la gestione dei veicoli che copre la ricarica e la gestione delle anomalie.

2.4.2 Metodologia di Progettazione della Mappa
I metodi di mappatura robotica comuni includono:

• Mappe Metriche: Ricostruzioni 2D/3D dello spazio reale.

• Rappresentazione Diretta: Utilizza dati grezzi dei sensori senza discretizzazione.

• Mappe a Griglia: Divide lo spazio in celle uniformi, facilmente convertibili in grafici topologici.

• Mappe Topologiche: Rappresenta le posizioni chiave come nodi, connessi da archi.

Sistemi di Coordinate:

• Coordinate del Layout: Posizioni dell'interfaccia virtuale in Unity.

• Coordinate del Modello: Posizioni reali (x, y, z). Poiché le coordinate del layout sono generate automaticamente, le coordinate del modello devono essere definite esplicitamente per una simulazione realistica.

Tipi di Punti e Operazioni:
I punti rappresentano le posizioni degli AGV (default: 0,0,0). I tipi includono: normali, carico/scarico, ingresso/uscita, scaffali e punti di ricarica. I punti normali non possono ospitare scaffali o permettere soste prolungate degli AGV.

3. Conclusione

Con il rapido avanzamento delle tecnologie di logistica intelligente e IoT, i magazzini stanno passando da "meccanizzazione manuale" a operazioni automatizzate "merce all'uomo". Gli operatori possono ora monitorare l'inventario in tempo reale, migliorando l'accuratezza dello scanning, lo stoccaggio dinamico e l'efficienza operativa, riducendo allo stesso tempo lo spreco e i costi della manodopera.

Tuttavia, con l'espansione dei sistemi intelligenti e la crescita delle flotte di AGV, persistono le sfide nell'allocazione dei compiti e nel controllo della flotta. Questo articolo presenta un sistema pratico di pianificazione magazzino intelligente basato su AGV, spostando la gestione del magazzino dal tradizionale tracciamento degli inventari al controllo operativo in tempo reale. Sfruttando tecnologie completamente automatizzate, il sistema abilita operazioni di entrata e uscita autonome, guidando la trasformazione dall'automazione alla logistica intelligente.