Как построить систему интеллектуального склада на основе АГТ
Интеллектуальная система логистики склада на основе АГВ
С быстрым развитием логистической отрасли, растущей нехваткой земель и повышением затрат на рабочую силу, склады, служащие ключевыми логистическими узлами, сталкиваются с значительными вызовами. По мере увеличения размеров складов, частоты операций, сложности информации и требовательности задач по сборке заказов, достижение низкого уровня ошибок, снижение затрат на рабочую силу и повышение общей эффективности хранения стало основной целью для складской отрасли, что стимулирует предприятия к переходу на интеллектуальную автоматизацию.
Эта статья сосредоточена на интеллектуальной системе логистики склада на основе АГВ. Система использует автономные транспортные средства (АГВ) в качестве перевозчиков, интерфейс с внешними информационными системами для получения заказов и применяет интеллектуальные алгоритмы планирования для оптимизации маршрутов АГВ. Это позволяет АГВ самостоятельно выполнять задачи, такие как прием, транспортировка, хранение и отправка товаров, что повышает эффективность и точность логистической системы, а также снижает эксплуатационные расходы.
1. Анализ системы
Основа интеллектуальной системы склада заключается в управлении и планировании. Описываемая система использует многослойную архитектуру, при которой данные последовательно передаются от входных данных к контейнерам для хранения, а затем к АГВ. На основе функциональных требований и анализа операций хранения система разделена на ключевые модули: управление складом, управление станциями, управление транспортными средствами, управление заказами и управление пользователями.
Управление складом: Этот модуль занимается моделированием карты склада и управлением информацией. Склад разделен на 20 рядов и 12 столбцов на трех уровнях (верхний, средний, нижний). Каждый контейнер имеет уникальный ID. Карта включает стены, двери, две временные платформы и станцию зарядки. Информация о товарах хранится на основе местоположения контейнера, данные связаны с базой данных через ID контейнера.
Управление станциями: Ключевые места, такие как входы на склад, входы в проходы, позиции стоек, станции зарядки, точки погрузки/разгрузки и парковочные места, предварительно определены как начальные или целевые точки для АГВ.
Управление маршрутами: Маршруты соединяют станции. АГВ следуют заранее запланированным маршрутам, которые могут быть одно- или двусторонними, прямыми или изогнутыми.
Управление стеллажами: Стеллажи размещаются только на назначенных местах. Управление стеллажами поддерживает операции АГВ по перемещению стеллажей между точками погрузки, разгрузки и местами хранения. Стеллажи имеют четыре состояния: начальное, ожидание извлечения, в пути и возвращено.
Управление транспортными средствами: Учитывая простую конфигурацию склада, используется только один АГВ, который выполняет одну задачу с одним контейнером. Состояния АГВ включают: режим ожидания (простой на входе с достаточным уровнем заряда), зарядка (перемещение к зарядному устройству при низком уровне заряда) и выполнение задачи (активная транспортировка контейнера).
Управление зарядкой: При низком уровне заряда батареи АГВ автоматически запрашивает зарядку. Система назначает маршрут зарядки, блокирует станцию зарядки и переводит АГВ в режим зарядки, во время которого новые задачи не назначаются до тех пор, пока уровень заряда не достигнет заданного значения.
Управление исключениями: Возможные аномалии АГВ включают отклонение от запланированных маршрутов, неспособность запросить зарядку при низком уровне заряда или потерю управления. Все исключения регистрируются, и если количество аномалий превышает установленный порог, срабатывает сигнал тревоги, указывающий на необходимость обслуживания.
Управление задачами: Новые задачи назначаются с использованием предопределенных алгоритмов планирования маршрутов. После начала задачи система назначает АГВ и передает полный маршрут. Задачи можно просматривать, отменять, приостанавливать или изменять. Задачи классифицируются на три типа: исходящие, входящие и перераспределение.
Управление пользователями: Этот модуль управляет учетными записями пользователей и правами доступа. Пользователи классифицируются на четыре уровня: гость, оператор, администратор и суперадминистратор, каждый с различными правами доступа.
2. Обзор проектирования системы
2.1 Принципы проектирования
Видимость: Дружественный пользователю интерфейс, предназначенный для интуитивного доступа к данным и их управления.
Реальное время: Карта склада должна отображать текущие позиции, статусы АГВ и информацию о стеллажах с минимальной задержкой, обеспечивая надежное взаимодействие.
Стабильность: Система должна оставаться стабильной при высоких нагрузках на данные и длительной работе.
Масштабируемость: Модульная конструкция позволяет будущее расширение и интеграцию новых функций.
2.2 Архитектура системы
Система состоит из трех слоев:
Слой выполнения (транспортировка АГВ): Физические операции АГВ.
Слой услуг: Выступает в качестве моста между прикладным и исполнительным слоями, включая центральную систему управления и систему доступа. Он взаимодействует с АГВ, собирает данные о состоянии и предоставляет API для назначения и контроля задач.
Прикладной слой: Верхний слой, непосредственно взаимодействующий с пользователями через интерфейс на основе Unity3D. Пользователи отправляют запросы, и результаты отображаются после обработки на стороне сервера.
2.3 Проектирование базы данных
Ключевые данные включают:
Данные пользователей: Базовая информация и права доступа.
Данные транспортных средств: Состояние АГВ, журналы зарядки/разрядки и записи аномалий.
Данные задач: Подробности задач и состояние выполнения.
Данные склада: Планировка, стеллажи, станции, точки зарядки и т.д., формирующие карту склада.
Ключевые отношения: пользователи создают задачи, АГВ выполняют задачи, АГВ работают на складе, и пользователи управляют складом.
2.4 Подробное проектирование и реализация системы
2.4.1 Реализация базовой структуры
Создается новый проект Unity3D, импортируются 3D модели для моделирования складской среды. Логика реализуется с использованием C#.
Вход пользователя:
Пользователи должны аутентифицироваться и получить права доступа на основе ролей, прежде чем смогут получить доступ к системе.
Реализация управления складом:
Основные функции включают моделирование склада, позволяющее пользователям просматривать и редактировать расположение контейнеров, местоположение транспортных средств и распределение стеллажей. Система включает списки маршрутов и станций, управление транспортными средствами включает управление зарядкой и обработку аномалий.
2.4.2 Методология проектирования карты
Общие методы роботизированного картографирования включают:
Метрические карты: 2D/3D реконструкции реального пространства.
Прямое представление: Использует необработанные данные сенсоров без дискретизации.
Сеточные карты: Разделяет пространство на равномерные ячейки, легко преобразуемые в топологические графы.
Топологические карты: Представляют ключевые места в виде узлов, связанных ребрами.
Системы координат:
Координаты планировки: Виртуальные позиции интерфейса в Unity.
Координаты модели: Реальные (x, y, z) позиции. Поскольку координаты планировки генерируются автоматически, координаты модели должны быть явно определены для реалистичного моделирования.
Типы точек и операции:
Точки представляют позиции АГВ (по умолчанию: 0,0,0). Типы включают: обычные, загрузка/выгрузка, вход/выход, стеллажи и точки зарядки. Обычные точки не могут содержать стеллажи или позволять длительные остановки АГВ.
3. Заключение
С быстрым прогрессом в области интеллектуальной логистики и технологий Интернета вещей, склады переходят от "ручной механизации" к автоматизированным операциям "товар к человеку". Операторы теперь могут в реальном времени контролировать запасы, повышая точность сканирования, динамическое хранение и операционную эффективность, а также снижая отходы и затраты на рабочую силу.
Однако, по мере масштабирования интеллектуальных систем и увеличения флота АГВ, остаются вызовы в распределении задач и управлении флотом. Эта статья представляет практическую систему интеллектуального планирования склада на основе АГВ, сдвигая управление складом от традиционного отслеживания запасов к оперативному контролю в реальном времени. Используя полностью автоматизированные технологии, система обеспечивает автономные входящие и исходящие операции, способствуя трансформации от автоматизации к интеллектуальной логистике.
