Como Construir um Sistema de Armazém Inteligente Baseado em AGV

Sistema de Logística de Armazém Inteligente Baseado em VAG

Com o rápido desenvolvimento da indústria logística, a escassez crescente de terras e o aumento dos custos de mão de obra, os armazéns, que servem como hubs logísticos chave, estão enfrentando desafios significativos. À medida que os armazéns se tornam maiores, as frequências operacionais aumentam, a complexidade das informações cresce e as tarefas de coleta de pedidos se tornam mais exigentes, alcançar taxas de erro baixas e redução de custos de mão de obra, enquanto melhora a eficiência geral do armazenamento, tornou-se um objetivo principal para o setor de armazenagem, impulsionando as empresas em direção à automação inteligente.

Este artigo se concentra em um sistema de logística de armazém inteligente baseado em VAG. O sistema utiliza Veículos Guiados Automatizados (VAGs) como transportadores, se conecta a sistemas de informação externos para receber pedidos e emprega algoritmos de planejamento inteligente para otimizar o roteamento dos VAGs. Isso permite que os VAGs realizem autonomamente tarefas como recebimento, transporte, armazenamento e despacho de mercadorias, melhorando assim a eficiência e a precisão do sistema logístico, enquanto reduz os custos operacionais.

1. Análise do Sistema

O cerne de um sistema de armazém inteligente reside na gestão e no agendamento. O sistema descrito aqui adota uma arquitetura em camadas, com dados fluindo progressivamente da entrada até os contêineres de armazenamento e aos VAGs. Com base nos requisitos funcionais e na análise das operações de armazenamento, o sistema é dividido em módulos-chave: gestão de armazém, gestão de estações, gestão de veículos, gestão de pedidos e gestão de usuários.

• Gestão de Armazém: Este módulo lida com a modelagem de mapas de armazém e a gestão de informações. O armazém é dividido em 20 fileiras e 12 colunas em três níveis (superior, médio, inferior). Cada contêiner tem um ID único. O mapa inclui paredes, portas, duas plataformas temporárias e uma estação de recarga. As informações dos itens são armazenadas com base na localização do contêiner, com os dados vinculados a um banco de dados através do ID do contêiner.

• Gestão de Estações: Locais-chave, como entradas do armazém, entradas de corredores, posições de colunas, estações de recarga, pontos de carregamento/descarregamento e vagas de estacionamento, são pré-definidos como pontos de partida ou destino dos VAGs.

• Gestão de Rotas: As rotas conectam as estações. Os VAGs seguem rotas previamente planejadas, que podem ser unidirecionais ou bidirecionais, lineares ou curvas.

• Gestão de Estantes: As estantes são colocadas apenas em locais designados para estantes. A gestão de estantes suporta as operações dos VAGs para mover estantes entre pontos de carregamento, pontos de descarregamento e locais de estantes. As estantes têm quatro estados: inicial, aguardando retirada, em trânsito e devolvida.

• Gestão de Veículos: Dada a configuração simples do armazém, é utilizado apenas um VAG, lidando com um contêiner por tarefa. Os estados do VAG incluem: em espera (ocioso na entrada com carga suficiente), recarga (movendo-se para o carregador quando a bateria está baixa) e execução de tarefas (transportando ativamente um contêiner).

• Gestão de Recarga: Quando os níveis de bateria estão baixos, o VAG solicita automaticamente uma recarga. O sistema atribui uma rota de recarga, bloqueia a estação de recarga e coloca o VAG no modo de recarga, durante o qual não são atribuídas novas tarefas até que a bateria atinja um nível pré-definido.

• Gestão de Exceções: Anomalias potenciais dos VAGs incluem desvios de rotas planejadas, falha em solicitar recarga quando a bateria está baixa ou perda de controle. Todas as exceções são registradas, e se o número de anomalias exceder um limite pré-definido, um alerta é acionado, indicando a necessidade de manutenção.

• Gestão de Tarefas: Novas tarefas são atribuídas usando algoritmos de planejamento de rotas pré-definidos. Ao iniciar a tarefa, o sistema atribui um VAG e transmite a rota completa. As tarefas podem ser visualizadas, canceladas, pausadas ou modificadas. As tarefas são categorizadas em três tipos: saída, entrada e relocalização.

• Gestão de Usuários: Este módulo gerencia contas de usuários e permissões. Os usuários são classificados em quatro níveis: convidado, operador, administrador e superadministrador, cada um com diferentes direitos de acesso.

2. Visão Geral do Projeto do Sistema

2.1 Princípios de Design

• Visibilidade: Interface amigável projetada para acesso e gestão intuitiva de dados.

• Desempenho em Tempo Real: O mapa do armazém deve refletir as posições, status e informações de estantes dos VAGs em tempo real, com mínima latência, garantindo comunicação confiável.

• Estabilidade: O sistema deve permanecer estável sob cargas de dados elevadas e durante operações prolongadas.

• Escalabilidade: Design modular permite expansão futura e integração de novos recursos.

2.2 Arquitetura do Sistema
O sistema compreende três camadas:

• Camada de Execução (Transporte VAG): Operações físicas dos VAGs.

• Camada de Serviço: Atua como ponte entre as camadas de aplicação e de execução, incluindo um sistema de gestão central e sistema de acesso. Comunica-se com os VAGs, coleta dados de status e fornece APIs para atribuição e controle de tarefas.

• Camada de Aplicação: A camada superior, interagindo diretamente com os usuários através de uma interface baseada em Unity3D. Os usuários enviam solicitações, e os resultados são exibidos após o processamento no backend.

2.3 Design do Banco de Dados
Dados-chave incluem:

• Dados do usuário: Informações básicas e permissões de acesso.

• Dados do veículo: Status do VAG, logs de recarga/descarga e registros de anomalias.

• Dados de tarefas: Detalhes e status de execução das tarefas.

• Dados do armazém: Layout, estantes, estações, pontos de recarga, etc., formando o mapa do armazém.

Relações-chave: usuários criam tarefas, VAGs executam tarefas, VAGs operam dentro do armazém, e usuários gerenciam o armazém.

2.4 Design e Implementação Detalhados do Sistema

2.4.1 Implementação da Estrutura Básica
Um novo projeto Unity3D é criado, importando modelos 3D para simular o ambiente do armazém. A lógica é implementada usando C#.

Login do Usuário:
Os usuários devem autenticar e obter permissões baseadas em papéis antes de acessar o sistema.

Implementação da Gestão de Armazém:
A funcionalidade central inclui a modelagem do armazém, permitindo que os usuários visualizem e editem layouts de contêineres, localizações de veículos e distribuição de estantes. O sistema inclui listas de rotas e estações, com a gestão de veículos abrangendo recarga e tratamento de anomalias.

2.4.2 Metodologia de Design do Mapa
Métodos comuns de mapeamento robótico incluem:

• Mapas Métricos: Reconstruções 2D/3D do espaço real.

• Representação Direta: Utiliza dados brutos de sensores sem discretização.

• Mapas de Grade: Divide o espaço em células uniformes, facilmente convertíveis em grafos topológicos.

• Mapas Topológicos: Representa locais-chave como nós, conectados por arestas.

Sistemas de Coordenadas:

• Coordenadas de Layout: Posições de interface virtual no Unity.

• Coordenadas de Modelo: Posições reais (x, y, z). Como as coordenadas de layout são geradas automaticamente, as coordenadas de modelo devem ser explicitamente definidas para simulação realista.

Tipos de Pontos e Operações:
Pontos representam posições dos VAGs (padrão: 0,0,0). Tipos incluem: normal, carregamento/descarregamento, entrada/saída, estante e ponto de recarga. Pontos normais não podem conter estantes ou permitir paradas de longo prazo dos VAGs.

3. Conclusão

Com o avanço rápido das tecnologias de logística inteligente e IoT, os armazéns estão transitando de "mecanização manual" para operações automatizadas "mercadoria para pessoa". Os operadores agora podem monitorar o inventário em tempo real, melhorando a precisão do escaneamento, o armazenamento dinâmico e a eficiência operacional, enquanto reduzem o desperdício e os custos de mão de obra.

No entanto, à medida que os sistemas inteligentes se expandem e as frotas de VAGs crescem, persistem desafios na alocação de tarefas e no controle da frota. Este artigo apresenta um sistema de agendamento de armazém inteligente baseado em VAGs, mudando a gestão do armazém de um rastreamento de inventário tradicional para um controle operacional em tempo real. Ao aproveitar tecnologias totalmente automatizadas, o sistema permite operações de entrada e saída autônomas, impulsionando a transformação da automação para a logística inteligente.