Hoe een AGV-gebaseerd intelligent magazijnssysteem opbouwen

Intelligent Warehouse Logistics System Based on AGV

Met de snelle ontwikkeling van de logistieke sector, toenemende grondschaarste en stijgende arbeidskosten, staan opslagplaatsen, die dienen als belangrijke logistieke knooppunten, voor significante uitdagingen. Terwijl opslagplaatsen groter worden, neemt de frequentie van operaties toe, de complexiteit van informatie groeit en het ophaalwerk meer veeleisend wordt, is het bereiken van lage foutpercentages en lagere arbeidskosten terwijl de algehele opslagefficiëntie wordt verbeterd, een primaire doelstelling geworden voor de opslagsector, wat bedrijven aanzet tot intelligente automatisering.

Dit artikel richt zich op een AGV-gebaseerd intelligent opslagsysteem. Het systeem gebruikt Automated Guided Vehicles (AGVs) als transporteurs, koppelt aan externe informatiesystemen om bestellingen te ontvangen, en maakt gebruik van intelligente planningalgoritmen om de routes van AGVs te optimaliseren. Dit stelt AGVs in staat taken zoals ontvangst, transport, opslag en versturen van goederen autonoom uit te voeren, waardoor de efficiëntie en nauwkeurigheid van het logistieke systeem wordt verhoogd terwijl de bedrijfskosten worden verlaagd.

1. Systeemanalyse

Het kernaspect van een intelligent opslagsysteem ligt in beheer en planning. Het hier beschreven systeem hanteert een gestructureerde architectuur, waarbij gegevens geleidelijk stromen van invoer naar opslagcontainers naar AGVs. Op basis van functionele vereisten en opslagoperatie-analyse, is het systeem verdeeld in belangrijke modules: opslagbeheer, stationbeheer, voertuigbeheer, orderbeheer en gebruikersbeheer.

• Opslagbeheer: Deze module houdt zich bezig met de modellering van de opslagkaart en informatiebeheer. De opslagruimte is verdeeld in 20 rijen en 12 kolommen over drie niveaus (boven, midden, onder). Elk container heeft een unieke ID. De kaart bevat muren, deuren, twee tijdelijke platforms en een oplaadstation. Informatie over items wordt opgeslagen op basis van de locatie van de container, met data gekoppeld aan een database via de ID van de container.

• Stationbeheer: Belangrijke locaties, zoals ingangen van de opslag, gangingangen, kolomposities, oplaadstations, laad/losspunten en parkeerplaatsen, zijn vooraf gedefinieerd als start- of doelpunten voor AGVs.

• Routemanagement: Routes verbinden stations. AGVs volgen vooraf geplande routes, die unidirectioneel of bidirectioneel kunnen zijn, en lineair of gebogen.

• Rackbeheer: Racks worden alleen geplaatst op aangewezen racklocaties. Rackmanagement ondersteunt AGV-operaties voor het verplaatsen van racks tussen laadpunten, lospunten en racklocaties. Racks hebben vier staten: initiële, wachtend op ophalen, in transit, en teruggebracht.

• Voertuigbeheer: Gezien de eenvoudige opslagopstelling wordt slechts één AGV gebruikt, die per taak één container afhandelt. AGV-statussen omvatten: stand-by (idle bij de ingang met voldoende lading), opladen (verplaatsen naar oplaadstation wanneer batterij laag is), en taakuitvoering (actief transporteren van een container).

• Oplaadbeheer: Wanneer de batterijniveaus laag zijn, vraagt de AGV automatisch om opladen. Het systeem wijst een oplaadroute toe, vergrendelt het oplaadstation en plaatst de AGV in oplaadmodus, waarbij geen nieuwe taken worden toegewezen totdat de batterij een vooraf gedefinieerd niveau heeft bereikt.

• Uitzonderingsbeheer: Mogelijke AGV-afwijkingen omvatten afwijken van geplande routes, niet opladen wanneer de batterij laag is, of het verliezen van controle. Alle uitzonderingen worden gelogd, en als het aantal afwijkingen een ingestelde drempelwaarde overschrijdt, wordt een waarschuwing getriggerd, wat aangeeft dat onderhoud nodig is.

• Taakbeheer: Nieuwe taken worden toegewezen met behulp van vooraf gedefinieerde routeplanning-algoritmen. Bij het starten van een taak, wijst het systeem een AGV toe en verzendt de volledige route. Taken kunnen worden bekeken, geannuleerd, gepauzeerd of aangepast. Taken worden ingedeeld in drie typen: uitgaand, inkomend en verplaatsing.

• Gebruikersbeheer: Deze module beheert gebruikersaccounts en rechten. Gebruikers worden ingedeeld in vier niveaus: gast, operator, beheerder en superbeheerder, elk met verschillende toegangsrechten.

2. Overzicht van systeemontwerp

2.1 Ontwerpprincipes

• Zichtbaarheid: Gebruiker-vriendelijke interface ontworpen voor intuïtieve toegang tot en beheer van gegevens.

• Real-time prestaties: De opslagkaart moet de real-time posities, statussen en rackinformatie van AGVs weergeven met minimale vertraging, zodat betrouwbare communicatie wordt gewaarborgd.

• Stabiliteit: Het systeem moet stabiel blijven onder hoge gegevensbelasting en tijdens langdurige werking.

• Schaalbaarheid: Modulaire ontwerp toelaat toekomstige uitbreiding en integratie van nieuwe functies.

2.2 Systeemarchitectuur
Het systeem bestaat uit drie lagen:

• Uitvoeringslaag (AGV-transport): Fysieke AGV-operaties.

• Servicelaag: Dient als brug tussen applicatie- en uitvoeringslagen, inclusief een centraal beheersysteem en toegangssysteem. Het communiceert met AGVs, verzamelt statusgegevens en biedt API's voor taaktoewijzing en -controle.

• Applicatielaag: De bovenste laag, die direct interacteert met gebruikers via een Unity3D-gebaseerde interface. Gebruikers sturen verzoeken, en resultaten worden weergegeven na backend-verwerking.

2.3 Database-ontwerp
Belangrijke gegevens omvatten:

• Gebruikersgegevens: Basisinformatie en toegangsrechten.

• Voertuiggegevens: AGV-status, oplaad/ontlaadlogboeken en anomalierapporten.

• Taakgegevens: Taakdetails en uitvoeringsstatus.

• Opslaggegevens: Layout, racks, stations, oplaadpunten, etc., vormen de opslagkaart.

Belangrijke relaties: gebruikers creëren taken, AGVs voeren taken uit, AGVs opereren binnen de opslag, en gebruikers beheren de opslag.

2.4 Gedetailleerd systeemontwerp en implementatie

2.4.1 Implementatie van basisstructuur
Een nieuw Unity3D-project wordt gemaakt, waarbij 3D-modellen worden geïmporteerd om de opslagomgeving te simuleren. Logica wordt geïmplementeerd met C#.

Gebruikersinlog:
Gebruikers moeten authenticeren en rolgebaseerde rechten verkrijgen voordat ze toegang krijgen tot het systeem.

Implementatie van opslagbeheer:
Kernfuncties omvatten opslagmodellering, waarmee gebruikers containerlay-outs, voertuiglocaties en rackverdelingen kunnen bekijken en bewerken. Het systeem bevat lijsten van routes en stations, met voertuigbeheer dat opladen en anomaliebehandeling omvat.

2.4.2 Methodologie voor kaartontwerp
Algemene robotische kaartmethoden omvatten:

• Metrische kaarten: 2D/3D-reconstructies van echte ruimtes.

• Directe representatie: Gebruikt rauwe sensorgegevens zonder discretisatie.

• Rasterkaarten: Verdeelt ruimte in uniforme cellen, gemakkelijk om te zetten naar topologische grafen.

• Topologische kaarten: Vertegenwoordigt belangrijke locaties als knooppunten, verbonden door randen.

Coördinatensystemen:

• Layoutcoördinaten: Virtuele interfaceposities in Unity.

• Modelcoördinaten: Echte wereld (x, y, z) posities. Aangezien layoutcoördinaten automatisch worden gegenereerd, moeten modelcoördinaten expliciet worden gedefinieerd voor realistische simulatie.

Punttypen en -operaties:
Punten vertegenwoordigen AGV-posities (standaard: 0,0,0). Typen omvatten: normaal, laden/lossen, in- en uitgang, rack, en oplaadpunten. Normale punten kunnen geen racks bevatten of langdurige AGV-stoppen toestaan.

3. Conclusie

Met de snelle vooruitgang van slimme logistiek en IoT-technologieën, maken opslagplaatsen de overstap van "manuele mechanisering" naar "goederen-naar-mens" geautomatiseerde operaties. Bedrijven kunnen nu inventaris in real-time monitoren, de nauwkeurigheid van scannen, dynamische opslag en operationele efficiëntie verbeteren, terwijl afval en arbeidskosten worden verlaagd.

Echter, naarmate intelligente systemen in omvang toenemen en AGV-vloten groeien, blijven uitdagingen in taaktoewijzing en vlootbeheer bestaan. Dit artikel presenteert een praktisch AGV-gebaseerd intelligent opslagschema-systeem, dat opslagbeheer verschuift van traditionele inventarisvolg naar real-time operationeel beheer. Door gebruik te maken van volledig geautomatiseerde technologieën, stelt het systeem autonome inkomende en uitgaande operaties in, waardoor de transformatie van automatisering naar slimme logistiek wordt gedreven.