Jak zbudować system inteligentnego magazynu opartego na AGV

Inteligentny System Logistyczny Magazynu Oparty na AGV

Wraz z szybkim rozwojem branży logistycznej, rosnącym brakiem terenów i wzrostem kosztów pracy, magazyny, będące kluczowymi węzłami logistycznymi, stoją przed istotnymi wyzwaniami. W miarę jak magazyny stają się większe, częstotliwość operacji rośnie, złożoność informacji wzrasta, a zadania związane z kompletowaniem zamówień stają się bardziej wymagające, osiągnięcie niskiego poziomu błędów, obniżenie kosztów pracy oraz poprawa ogólnej efektywności przechowywania stały się głównym celem sektora magazynowego, popychając przedsiębiorstwa w kierunku inteligentnej automatyzacji.

Ten artykuł skupia się na inteligentnym systemie logistycznym magazynu opartym na AGV. System ten używa Samochodów Kierowanych Automatycznie (AGV) jako nośników, łączy się z zewnętrznymi systemami informacyjnymi do odbierania zamówień i wykorzystuje inteligentne algorytmy planowania do optymalizacji tras AGV. Pozwala to AGV na samodzielne wykonanie zadań takich jak odbiór, transport, przechowywanie i wysyłka towarów, co zwiększa efektywność i dokładność systemu logistycznego, jednocześnie obniżając koszty operacyjne.

1. Analiza Systemu

Kluczem do inteligentnego systemu magazynowego jest zarządzanie i planowanie. Opisany tu system przyjmuje warstwową architekturę, gdzie dane przepływają postępowo od wejścia do kontenerów magazynowych, a następnie do AGV. Na podstawie analizy wymagań funkcjonalnych i operacji magazynowych, system został podzielony na kluczowe moduły: zarządzanie magazynem, zarządzanie stanicami, zarządzanie pojazdami, zarządzanie zamówieniami i zarządzanie użytkownikami.

• Zarządzanie Magazynem: Ten moduł obsługuje modelowanie mapy magazynu i zarządzanie informacjami. Magazyn jest podzielony na 20 rzędów i 12 kolumn na trzech poziomach (górny, środkowy, dolny). Każdy kontener ma unikalny ID. Mapa obejmuje ściany, drzwi, dwie tymczasowe platformy i stację ładowania. Informacje o przedmiotach są przechowywane na podstawie lokalizacji kontenera, z danymi powiązanymi z bazą danych za pomocą ID kontenera.

• Zarządzanie Stanicami: Kluczowe lokalizacje, takie jak wejścia do magazynu, wejścia do przejść, pozycje kolumn, stacje ładowania, punkty załadunku/rozdładunku i miejsca parkingowe, są predefiniowane jako punkty startowe lub docelowe AGV.

• Zarządzanie Ścieżkami: Ścieżki łączą stacje. AGV poruszają się po zaplanowanych trasach, które mogą być jednokierunkowe lub dwukierunkowe, liniowe lub zakrzywione.

• Zarządzanie Regałami: Regały są umieszczane tylko w wyznaczonych miejscach na regały. Zarządzanie regałami wspiera operacje AGV dotyczące przenoszenia regałów między punktami załadunku, punktami rozładunku i lokalizacjami regałów. Regały mają cztery stany: początkowy, oczekujący na pobranie, w transporcie i zwrócony.

• Zarządzanie Pojazdami: Z uwagi na prostą konfigurację magazynu, używany jest tylko jeden AGV, obsługujący jeden kontener na zadanie. Stany AGV obejmują: gotowość (bezczynność przy wejściu z pełnym naładowaniem), ładowanie (przejście do ładowarki, gdy poziom baterii jest niski) i wykonanie zadania (aktywne transportowanie kontenera).

• Zarządzanie Ładowaniem: Gdy poziom baterii jest niski, AGV automatycznie żąda ładowania. System przypisuje ścieżkę do ładowania, blokuje stację ładowania i ustawia AGV w tryb ładowania, podczas którego nie są przypisywane nowe zadania, dopóki poziom baterii nie osiągnie określonego poziomu.

• Zarządzanie Wyjątkami: Potencjalne anomalie AGV obejmują odchylenia od zaplanowanych tras, brak żądania ładowania, gdy poziom baterii jest niski, lub utratę kontroli. Wszystkie wyjątki są rejestrowane, a jeśli liczba anomalii przekroczy ustalony próg, wyzwalany jest alarm, wskazujący na potrzebę konserwacji.

• Zarządzanie Zadaniami: Nowe zadania są przypisywane przy użyciu predefiniowanych algorytmów planowania tras. Po rozpoczęciu zadania, system przypisuje AGV i przesyła pełną trasę. Zadania można przeglądać, anulować, wstrzymać lub modyfikować. Zadania są podzielone na trzy typy: wyjazd, wprowadzenie i przeniesienie.

• Zarządzanie Użytkownikami: Ten moduł zarządza kontami użytkowników i uprawnieniami. Użytkownicy są podzieleni na cztery poziomy: gość, operator, administrator i superadministrator, każdy z różnymi uprawnieniami dostępu.

2. Przegląd Projektu Systemu

2.1 Zasady Projektowania

• Widoczność: Przyjazny użytkownikowi interfejs zaprojektowany do intuicyjnego dostępu do danych i zarządzania nimi.

• Real-time Performance: Mapa magazynu musi odzwierciedlać aktualne położenia, statusy i informacje o regałach AGV z minimalnym opóźnieniem, zapewniając niezawodną komunikację.

• Stabilność: System musi zachować stabilność pod dużym obciążeniem danych i podczas długotrwałej pracy.

• Skalowalność: Modułowa konstrukcja umożliwia przyszłe rozszerzenie i integrację nowych funkcji.

2.2 Architektura Systemu
System składa się z trzech warstw:

• Warstwa Wykonawcza (Transport AGV): Fizyczne operacje AGV.

• Warstwa Usługowa: Działa jako most między warstwami aplikacji i wykonawczej, w tym centralny system zarządzania i system dostępu. Komunikuje się z AGV, zbiera dane o stanie i udostępnia API do przypisywania i sterowania zadaniami.

• Warstwa Aplikacyjna: Najwyższa warstwa, bezpośrednio interaktywna z użytkownikami za pośrednictwem interfejsu Unity3D. Użytkownicy wysyłają żądania, a wyniki są wyświetlane po przetworzeniu przez backend.

2.3 Projekt Bazy Danych
Kluczowe dane obejmują:

• Dane użytkownika: Podstawowe informacje i uprawnienia dostępu.

• Dane pojazdu: Status AGV, logi ładowania/rozładowania i zapisy o anomalii.

• Dane zadania: Szczegóły zadania i status wykonania.

• Dane magazynu: Układ, regały, stacje, punkty ładowania itp., tworzące mapę magazynu.

Kluczowe relacje: użytkownicy tworzą zadania, AGV wykonują zadania, AGV działają w magazynie, a użytkownicy zarządzają magazynem.

2.4 Szczegółowe Projektowanie i Implementacja Systemu

2.4.1 Implementacja Podstawowej Struktury
Tworzony jest nowy projekt Unity3D, importując modele 3D do symulacji środowiska magazynowego. Logika jest implementowana za pomocą C#.

Logowanie Użytkownika:
Użytkownicy muszą się uwierzytelnić i uzyskać uprawnienia oparte na rolach, zanim uzyskają dostęp do systemu.

Implementacja Zarządzania Magazynem:
Główne funkcje obejmują modelowanie magazynu, umożliwiające użytkownikom przeglądanie i edytowanie układów kontenerów, lokalizacji pojazdów i rozkładu regałów. System obejmuje listy ścieżek i stacji, a zarządzanie pojazdami obejmuje ładowanie i obsługa anomalii.

2.4.2 Metodologia Projektowania Mapy
Typowe metody mapowania robotycznego obejmują:

• Mapy Metryczne: 2D/3D rekonstrukcje rzeczywistej przestrzeni.

• Bezpośrednia Reprezentacja: Używa surowych danych sensorycznych bez dyskretyzacji.

• Siatkowe Mapy: Dzieli przestrzeń na jednostajne komórki, łatwo przekształcalne w grafy topologiczne.

• Mapy Topologiczne: Reprezentują kluczowe lokalizacje jako węzły, połączone krawędziami.

Systemy Koordynatów:

• Koordynaty Układu: Wirtualne pozycje interfejsu w Unity.

• Koordynaty Modelu: Rzeczywiste pozycje (x, y, z). Ponieważ koordynaty układu są generowane automatycznie, koordynaty modelu muszą być jawnie zdefiniowane dla realistycznej symulacji.

Typy Punktów i Operacje:
Punkty reprezentują położenia AGV (domyślnie: 0,0,0). Typy obejmują: normalne, załadunkowe/rozdładunkowe, wejściowe/wyjściowe, regały i punkty ładowania. Punkty normalne nie mogą przechowywać regałów ani pozwalać na długotrwałe zatrzymanie AGV.

3. Podsumowanie

Wraz z szybkim rozwojem inteligentnych technologii logistycznych i IoT, magazyny przechodzą od "mechanizacji ręcznej" do "automatyzacji goods-to-person". Operatorzy mogą teraz monitorować zapasy w czasie rzeczywistym, poprawiając dokładność skanowania, dynamiczne przechowywanie i efektywność operacyjną, jednocześnie obniżając zużycie i koszty pracy.

Jednakże, w miarę jak inteligentne systemy skalują się i floty AGV rosną, trwają wyzwania związane z przydzielaniem zadań i kontrolą floty. Ten artykuł przedstawia praktyczny system planowania inteligentnego magazynu oparty na AGV, przesuwając zarządzanie magazynem od tradycyjnego śledzenia inwentarza do sterowania operacjami w czasie rzeczywistym. Dzięki wykorzystaniu pełnej automatyzacji, system umożliwia autonomiczne operacje wejściowe i wyjściowe, napędzając transformację od automatyzacji do inteligentnej logistyki.