Cách xây dựng hệ thống kho thông minh dựa trên AGV

Hệ thống Logistics Kho Thông Minh Dựa trên AGV

Với sự phát triển nhanh chóng của ngành logistics, sự khan hiếm đất đai ngày càng tăng và chi phí lao động tăng cao, các kho hàng - đóng vai trò là trung tâm logistics quan trọng - đang đối mặt với những thách thức lớn. Khi các kho trở nên lớn hơn, tần suất hoạt động tăng lên, độ phức tạp thông tin tăng và nhiệm vụ nhặt đơn đặt hàng trở nên khó khăn hơn, việc đạt được tỷ lệ lỗi thấp, giảm chi phí lao động đồng thời cải thiện hiệu quả lưu trữ tổng thể đã trở thành mục tiêu chính của ngành kho bãi, thúc đẩy doanh nghiệp hướng tới tự động hóa thông minh.

Bài viết này tập trung vào hệ thống logistics kho thông minh dựa trên AGV. Hệ thống sử dụng xe dẫn đường tự động (AGVs) làm phương tiện vận chuyển, kết nối với các hệ thống thông tin bên ngoài để nhận đơn đặt hàng và sử dụng thuật toán lập kế hoạch thông minh để tối ưu hóa tuyến đường di chuyển của AGV. Điều này cho phép AGVs thực hiện tự động các nhiệm vụ như nhận, vận chuyển, lưu trữ và điều phối hàng hóa, từ đó nâng cao hiệu quả và độ chính xác của hệ thống logistics trong khi giảm chi phí vận hành.

1. Phân tích Hệ thống

Tâm điểm của hệ thống kho thông minh nằm ở quản lý và điều độ. Hệ thống được mô tả ở đây áp dụng kiến trúc phân tầng, với dữ liệu luân chuyển từ đầu vào đến các thùng chứa và AGVs. Dựa trên yêu cầu chức năng và phân tích hoạt động lưu trữ, hệ thống được chia thành các mô-đun chính: quản lý kho, quản lý trạm, quản lý phương tiện, quản lý đơn đặt hàng và quản lý người dùng.

• Quản lý Kho：Mô-đun này xử lý mô hình hóa bản đồ kho và quản lý thông tin. Kho được chia thành 20 hàng và 12 cột trên ba tầng (trên, giữa, dưới). Mỗi thùng chứa có một ID duy nhất. Bản đồ bao gồm tường, cửa, hai bệ tạm thời và một trạm sạc. Thông tin về mặt hàng được lưu trữ dựa trên vị trí thùng chứa, với dữ liệu được liên kết với cơ sở dữ liệu qua ID của thùng chứa.

• Quản lý Trạm：Các vị trí quan trọng - như lối vào kho, lối vào lối đi, vị trí cột, trạm sạc, điểm tải/xuất và chỗ đậu - được định trước làm điểm xuất phát hoặc đích của AGV.

• Quản lý Đường đi：Đường đi kết nối các trạm. AGVs theo các tuyến đường đã được lập kế hoạch, có thể là một chiều hoặc hai chiều, và tuyến tính hoặc cong.

• Quản lý Kệ：Kệ chỉ được đặt tại các vị trí kệ được chỉ định. Quản lý kệ hỗ trợ hoạt động của AGV để di chuyển kệ giữa các điểm tải, điểm xuất và vị trí kệ. Kệ có bốn trạng thái: ban đầu, chờ lấy, đang di chuyển và đã trả lại.

• Quản lý Phương tiện：Với cấu trúc kho đơn giản, chỉ sử dụng một AGV, xử lý một thùng chứa mỗi nhiệm vụ. Các trạng thái của AGV bao gồm: chờ (nhàn rỗi tại lối vào với đủ điện), sạc (di chuyển đến trạm sạc khi điện yếu) và thực hiện nhiệm vụ (chuyển thùng chứa).

• Quản lý Sạc：Khi mức pin thấp, AGV tự động yêu cầu sạc. Hệ thống gán một tuyến đường sạc, khóa trạm sạc và đặt AGV vào chế độ sạc, trong đó không có nhiệm vụ mới được giao cho đến khi pin đạt mức đã định.

• Quản lý Ngoại lệ：Các bất thường tiềm ẩn của AGV bao gồm đi sai tuyến đường, không yêu cầu sạc khi pin yếu, hoặc mất kiểm soát. Tất cả các ngoại lệ đều được ghi lại, và nếu số lượng bất thường vượt quá ngưỡng đã đặt, cảnh báo sẽ được kích hoạt, chỉ ra nhu cầu bảo trì.

• Quản lý Nhiệm vụ：Các nhiệm vụ mới được giao bằng cách sử dụng thuật toán lập kế hoạch tuyến đường đã định. Khi bắt đầu nhiệm vụ, hệ thống gán một AGV và truyền toàn bộ tuyến đường. Các nhiệm vụ có thể được xem, hủy, tạm dừng hoặc sửa đổi. Các nhiệm vụ được phân loại thành ba loại: xuất kho, nhập kho và di chuyển.

• Quản lý Người dùng：Mô-đun này quản lý tài khoản và quyền hạn của người dùng. Người dùng được phân loại thành bốn cấp độ: khách, người vận hành, quản trị viên và siêu quản trị viên, mỗi cấp độ có quyền truy cập khác nhau.

2. Tổng quan Thiết kế Hệ thống

2.1 Nguyên tắc Thiết kế

• Hiển thị: Giao diện thân thiện với người dùng được thiết kế để dễ dàng truy cập và quản lý dữ liệu.

• Hiệu suất Thời gian Thực: Bản đồ kho phải phản ánh vị trí, trạng thái của AGV và thông tin kệ với độ trễ tối thiểu, đảm bảo giao tiếp đáng tin cậy.

• Ổn định: Hệ thống phải ổn định dưới tải dữ liệu cao và trong quá trình hoạt động kéo dài.

• Khả năng Mở rộng: Thiết kế mô-đun cho phép mở rộng và tích hợp các tính năng mới trong tương lai.

2.2 Kiến trúc Hệ thống
Hệ thống bao gồm ba lớp:

• Lớp Thực thi (Vận chuyển AGV): Hoạt động vật lý của AGV.

• Lớp Dịch vụ: Đóng vai trò là cầu nối giữa lớp ứng dụng và lớp thực thi, bao gồm hệ thống quản lý trung tâm và hệ thống truy cập. Nó giao tiếp với AGVs, thu thập dữ liệu trạng thái và cung cấp API cho việc giao nhiệm vụ và kiểm soát.

• Lớp Ứng dụng: Lớp trên cùng, tương tác trực tiếp với người dùng qua giao diện dựa trên Unity3D. Người dùng gửi yêu cầu, và kết quả được hiển thị sau khi xử lý phía sau.

2.3 Thiết kế Cơ sở Dữ liệu
Dữ liệu chính bao gồm:

• Dữ liệu Người dùng: Thông tin cơ bản và quyền truy cập.

• Dữ liệu Phương tiện: Trạng thái AGV, nhật ký sạc/xả, và hồ sơ bất thường.

• Dữ liệu Nhiệm vụ: Chi tiết nhiệm vụ và trạng thái thực hiện.

• Dữ liệu Kho: Bố cục, kệ, trạm, điểm sạc, v.v., tạo thành bản đồ kho.

Các mối quan hệ chính: người dùng tạo nhiệm vụ, AGVs thực hiện nhiệm vụ, AGVs hoạt động trong kho, và người dùng quản lý kho.

2.4 Thiết kế và Triển khai Chi tiết Hệ thống

2.4.1 Triển khai Khung Cơ bản
Một dự án Unity3D mới được tạo, nhập các mô hình 3D để mô phỏng môi trường kho. Logic được triển khai bằng C#.

Đăng nhập Người dùng:
Người dùng phải xác thực và nhận quyền hạn dựa trên vai trò trước khi truy cập hệ thống.

Triển khai Quản lý Kho:
Chức năng cốt lõi bao gồm mô hình hóa kho, cho phép người dùng xem và chỉnh sửa bố cục thùng chứa, vị trí phương tiện và phân bố kệ. Hệ thống bao gồm danh sách đường đi và trạm, với quản lý phương tiện bao gồm sạc và xử lý ngoại lệ.

2.4.2 Phương pháp Thiết kế Bản đồ
Các phương pháp lập bản đồ robot phổ biến bao gồm:

• Bản đồ Đo lường: Tái tạo 2D/3D của không gian thực.

• Biểu diễn Trực tiếp: Sử dụng dữ liệu cảm biến thô mà không cần rời rạc.

• Bản đồ Lưới: Chia không gian thành các ô đều, dễ chuyển đổi thành đồ thị tô pô.

• Bản đồ Tô pô: Biểu diễn các vị trí chính làm nút, được kết nối bởi các cạnh.

Hệ tọa độ:

• Tọa độ Bố cục: Vị trí giao diện ảo trong Unity.

• Tọa độ Mô hình: Vị trí thực tế (x, y, z). Do tọa độ bố cục được tạo tự động, tọa độ mô hình phải được định rõ để mô phỏng thực tế.

Loại Điểm và Thao tác:
Các điểm đại diện cho vị trí AGV (mặc định: 0,0,0). Các loại bao gồm: bình thường, tải/xuất, vào/ra, kệ, và điểm sạc. Các điểm bình thường không thể giữ kệ hoặc cho phép AGV dừng lâu dài.

3. Kết luận

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ logistics thông minh và IoT, các kho đang chuyển từ "cơ giới hóa thủ công" sang "hàng hóa đến người" tự động hóa. Các nhà vận hành giờ có thể theo dõi tồn kho theo thời gian thực, cải thiện độ chính xác quét, lưu trữ động và hiệu quả hoạt động trong khi giảm lãng phí và chi phí lao động.

Tuy nhiên, khi các hệ thống thông minh mở rộng và đội ngũ AGV tăng lên, thách thức trong việc phân bổ nhiệm vụ và kiểm soát đội ngũ vẫn còn tồn tại. Bài viết này trình bày một hệ thống lập lịch kho thông minh dựa trên AGV thực tế, chuyển đổi quản lý kho từ theo dõi tồn kho truyền thống sang kiểm soát hoạt động theo thời gian thực. Bằng cách tận dụng công nghệ tự động hoàn toàn, hệ thống cho phép hoạt động vào và ra tự chủ, thúc đẩy sự chuyển đổi từ tự động hóa sang logistics thông minh.