Як побудувати інтелектуальну систему складу на основі АГВ

Інтелектуальна система логістики складу на основі AGV

Зі швидким розвитком логістичної галузі, зростанням дефіциту землі та підвищенням вартості праці, склади, як ключові логістичні центри, стикаються з значними викликами. З поширенням великих складів, збільшенням частоти операцій, складнішою інформацією та більш вимогливими завданнями по сортуванню замовлень, досягнення низької кількості помилок, зменшення витрат на працю та покращення загальної ефективності зберігання стало головною метою для сектору складування, що спонукає підприємства до інтелектуальної автоматизації.

Ця стаття сфокусована на інтелектуальній системі логістики складу на основі AGV. Система використовує Автоматизовані Керовані Вагонетки (AGV) як перевізники, інтегрується ззовнішніми інформаційними системами для отримання замовлень та використовує інтелектуальні алгоритми планування для оптимізації маршрутів AGV. Це дозволяє AGV автономно виконувати завдання, такі як приймання, транспортування, зберігання та відправлення товарів, що підвищує ефективність та точність логістичної системи, одночасно зменшуючи витрати на операції.

1. Аналіз системи

Суть інтелектуальної системи складу полягає у управлінні та плануванні. Описана тут система використовує шарувату архітектуру, при якій дані послідовно перетворюються від введення до контейнерів зберігання до AGV. На основі функціональних вимог та аналізу операцій зберігання, система поділяється на ключові модулі: управління складом, управління станціями, управління транспортними засобами, управління замовленнями та управління користувачами.

• Управління складом: Даний модуль займається моделюванням карти складу та управлінням інформацією. Склад розділено на 20 рядів та 12 колонок на трьох рівнях (верхній, середній, нижній). У кожного контейнера є унікальний ID. Карта включає стіни, двері, дві тимчасові платформи та зарядну станцію. Інформація про товари зберігається на основі місцезнаходження контейнера, з даними, пов’язаними з базою даних через ID контейнера.

• Управління станціями: Ключові місця, такі як входи на склад, входи до проходів, позиції стовпів, зарядні станції, точки завантаження/розгрузки та паркування, передвизначені як початкові або цільові точки для AGV.

• Управління маршрутами: Маршрути з’єднують станції. AGV слідують за запланованими маршрутами, які можуть бути односторонніми чи двосторонніми, лінійними чи криволінійними.

• Управління стелажами: Стелажі розміщуються лише на визначених місцях. Управління стелажами підтримує операції AGV з переміщенням стелажів між точками завантаження, точками розгрузки та місцями розташування стелажів. Стелажі мають чотири стани: початковий, очікування видачі, в дорозі та повернений.

• Управління транспортними засобами: При простій організації складу використовується лише один AGV, який обслуговує один контейнер за раз. Стани AGV включають: очікування (бездіяльність на вході з достатньо зарядженою батареєю), зарядка (пересування до зарядної станції при низькому рівні заряду) та виконання завдання (активне транспортування контейнера).

• Управління зарядкою: Коли рівень заряду батареї низький, AGV автоматично запитує зарядку. Система призначає маршрут зарядки, блокує зарядну станцію та переводить AGV в режим зарядки, під час якого не надаються нові завдання, поки рівень заряду не досягне визначеного рівня.

• Управління винятками: Потенційні аномалії AGV включають відхилення від запланованих маршрутів, невдалі запити на зарядку при низькому рівні заряду або втрату контролю. Усі винятки фіксуються, і якщо кількість аномалій перевищує заданий поріг, активується сигнал тривоги, що свідчить про потребу в технічному обслуговуванні.

• Управління завданнями: Нові завдання призначаються за допомогою визначених алгоритмів планування маршрутів. Після початку завдання, система призначає AGV та передає повний маршрут. Завдання можна переглядати, скасовувати, призупиняти або змінювати. Завдання поділяються на три типи: вивезення, завезення та переміщення.

• Управління користувачами: Даний модуль керує обліковими записами користувачів та правами доступу. Користувачі розподілені на чотири рівні: гість, оператор, адміністратор та суперадміністратор, кожен з яких має різні права доступу.

2. Огляд проектування системи

2.1 Принципи проектування

• Видимість: Дружній користувачеві інтерфейс, розроблений для інтуїтивного доступу до даних та управління.

• Операційна ефективність: Карта складу повинна відображати реальні позиції, стани та інформацію про стелажі AGV з мінімальною затримкою, забезпечуючи надійне зв’язку.

• Стабільність: Система повинна залишатися стабільною при високих обсягах даних та протяжному часі роботи.

• Масштабованість: Модульний дизайн дозволяє майбутнє розширення та інтеграцію нових функцій.

2.2 Архітектура системи
Система складається з трьох шарів:

• Шар виконання (транспортування AGV): Фізичні операції AGV.

• Сервісний шар: Виступає як міст між програмним та виконавчим шарами, включаючи центральну систему управління та систему доступу. Він взаємодіє з AGV, збирає дані про стани та надає API для призначення та керування завданнями.

• Програмний шар: Верхній шар, безпосередньо взаємодіє з користувачами через інтерфейс на основі Unity3D. Користувачі відправляють запити, а результати відображаються після обробки на сервері.

2.3 Проектування бази даних
Ключові дані включають:

• Дані користувачів: Базова інформація та права доступу.

• Дані транспортних засобів: Стан AGV, журнали зарядки/розрядки та записи аномалій.

• Дані завдань: Деталі та стани виконання завдань.

• Дані складу: Розташування, стелажі, станції, пункти зарядки тощо, формуючи карту складу.

Основні зв'язки: користувачі створюють завдання, AGV виконують завдання, AGV функціонують на складі, а користувачі керують складом.

2.4 Подробичне проектування та реалізація системи

2.4.1 Реалізація базової фреймворку
Створюється новий проект Unity3D, імпортується 3D-моделі для симуляції середовища складу. Логіка реалізована за допомогою C#.

Увіхід користувача:
Користувачам потрібно пройти автентифікацію та отримати права доступу на основі ролей, перед тим як вони зможуть отримати доступ до системи.

Реалізація управління складом:
Основна функціональність включає моделювання складу, що дозволяє користувачам переглядати та редагувати розташування контейнерів, позиції транспортних засобів та розподіл стелажів. Система включає списки маршрутів та станцій, а управління транспортними засобами охоплює зарядку та обробку аномалій.

2.4.2 Методологія проектування карти
Поширені методи картографії роботів включають:

• Метричні карти: 2D/3D реконструкції реального простору.

• Пряме представлення: Використовує необроблені дані датчиків без дискретизації.

• Сітчасті карти: Розділяє простір на рівномірні клітинки, легко перетворюється на топологічні графи.

• Топологічні карти: Представляє ключові місця як вершини, з'єднані ребрами.

Системи координат:

• Координати розташування: Віртуальні позиції інтерфейсу в Unity.

• Координати моделі: Реальні (x, y, z) позиції. Оскільки координати розташування генеруються автоматично, координати моделі повинні бути явно визначені для реалістичної симуляції.

Типи та операції з точками:
Точки представляють позиції AGV (за замовчуванням: 0,0,0). Типи включають: звичайні, завантаження/розгрузка, вхід/вихід, стелажі та пункти зарядки. Звичайні точки не можуть містити стелажі або дозволяти довготривалі зупинки AGV.

3. Висновок

Зі швидким прогресом інтелектуальної логістики та технологій Інтернету речей, склади переходять від «ручної механізації» до «товарів до особи» автоматизованих операцій. Оператори тепер можуть моніторити запаси в реальному часі, покращуючи точність сканування, динамічне зберігання та ефективність операцій, одночасно зменшуючи витрати та витрати на працю.

Однак, з масштабуванням інтелектуальних систем та зростанням флотов AGV, проблеми призначення завдань та управління флотом продовжують існувати. Ця стаття представляє практичну систему інтелектуального планування складу на основі AGV, що переносить управління складом з традиційного відстеження запасів до реального контролю операцій. Використовуючи повністю автоматизовані технології, система дозволяє автономні операції вивезення та завезення, що сприяє перетворенню від автоматизації до інтелектуальної логістики.