Đặt vấn đề Khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquid Petroleum Gas – LPG) đã trở thành mặt hàng tiêu dùng thiết yếu trong cuộc sống sinh hoạt thƣờng ngày và đang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi. Theo số liệu (năm 2010) từ Ban phân tích – Công ty cổ phần chứng khoán dầu khí [1], nhu cầu tiêu thụ LPG tại Việt Nam tăng nhanh chóng: năm 1991 nhu cầu LPG cả nƣớc 50,000 tấn, năm 2001 là 400,000 tấn và năm 2010 là 1.1 triệu tấn (Hình 1. Dự báo năm 2015 nhu cầu sử dụng LPG cả nƣớc khoảng 1,5 triệu tấn và năm 2020 đạt 2 triệu tấn [2].1 Biểu đồ tiêu thụ LPG tại Việt Nam [1] Theo số liệu thống kê ở trên ta nhận thấy thị trƣờng gas Việt Nam có tốc độ tăng trƣởng 15% / năm trong vòng 10 năm qua. Thị trƣờng tiêu thụ sản phẩm LPG tại Việt Nam hiện nay, đối tƣợng cơ sở thƣơng mại, dịch vụ và hộ tiêu thụ dân dụng (sử dụng bình gas 12kg) chiếm khoảng 65% [1].
Từ số liệu trên chúng ta nhận thấy nhu cầu sử dụng bình gas 12 kg là rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ to lớn trên, các công ty gas đang đầu tƣ xây dựng thêm các cửa hàng phân phối gas đến ngƣời tiêu dùng. Các cửa hàng phân phối không chỉ có chức năng lƣu trữ mà còn là nơi các công ty đầu tƣ công nghệ để quảng bá sản phẩm và thƣơng hiệu. Đầu tƣ công nghệ thể hiện bằng việc tự động hóa các hoạt động nhập, sắp xếp, xuất bình gas….
Tự động hóa nhằm bảo 2 đảm độ an toàn, tăng năng suất và đồng thời xây dựng hình ảnh công ty hiện đại và chuyên nghiệp. Hiện nay hoạt động vận chuyển, sắp xếp hàng trong các nơi lƣu trữ gas ở Việt Nam chủ yếu vẫn dùng sức ngƣời là chính hoặc cao hơn là sử dụng xe nâng cho các nhà kho lớn. Do đó giải quyết bài toán tự động hóa các hoạt động trong nhà kho chứa gas là hết sức cần thiết và mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp. Với thực trạng trên tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp dùng tay máy cho bài toán lƣu trữ, trích xuất bình gas trong hệ trong phân phối ” nhằm mục đích cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao hiệu quả công việc, bƣớc đầu tối ƣu hóa đƣờng đi của tay máy(robot) và phƣơng pháp sản phẩm nhập trƣớc xuất trƣớc(First In First Out - FIFO) 1.2 Phạm vi nghiên cứu và mục tiêu của luận văn Tự động hóa việc vận chuyển xuất nhập và sắp xếp bình gas có thể thực hiện bằng nhiều cách.
Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu, đề xuất thiết kế dạng tay máy khớp bản lề để thực hiện các tác vụ trong nhà kho. Để đạt đƣợc mục đích nêu ở phần 1, luận văn cần phải hoàn thành các mục tiêu sau: - Thiết kế bố trí sản phẩm trong nhà kho, sử dụng tay máy gắp sản phẩm nhập xuất và lƣu trữ. Lựa chọn robot phù hợp để đáp ứng yêu cầu. - Phân tích động học thuận và nghịch của robot đã chọn.
- Đề xuất giải thuật nhập xuất và sắp xếp sản phẩm trong nhà kho, mô phỏng.3 Ý nghĩa thực tiễn của luận văn Mô phỏng hoạt động robot giúp kiểm chứng kết quả lựa chọn, đánh giá tƣơng đối đầy đủ khả năng làm việc của robot mà không cần chế tạo thử. Mô phỏng giải thuật sắp xếp bình gas giúp ta đánh giá và lựa chọn đƣờng đi hợp lý cho robot nhằm tiết kiệm năng lƣợng, thời gian và tăng hiệu suất công việc.1 Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc có liên quan đến đề tài Ngoài nƣớc Hiện nay, trên thế giới, robot công nghiệp dùng để vận chuyển và sắp xếp sản phẩm đƣợc nhiều công ty thiết kế và chế tạo. Một số công ty chuyên sản xuất nhƣ: ABB, Kuka, Fanuc…Các công ty chủ yếu tập trung ở các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật, Đức, Ý… Ngày nay, xu thế phát triển của robot công nghiệp tập trung theo hƣớng tăng khả năng làm việc của robot (tốc độ làm việc, độ chính xác…), tăng tính an toàn, giảm giá thành, giảm kích cỡ và trọng lƣợng robot. Một số nghiên cứu đã triển khai có liên quan đến đề tài đã đƣợc công bố trên các tạp chí chuyên ngành.
[1] Guan Xiaoqing, Wang Jidong, “Mechanical design and kinematic analysis of a new kind of palletizing robot”, Mechanic Automation and Control Engineering (MACE), 2011 Second International Conference on, 2011, pp. [2] Murat AKDAG, Design and analysis of robot manipulators by integrated CAE procedures, 2008. Trong nƣớc Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bƣớc tiến đáng kể trong 25 năm qua. Đặc biệt phải kể đến Công ty Cổ phần TOSY, đã thiết kế chế tạo thành công tay máy robot sáu bậc tự do.
Tuy nhiên cụ thể robot công nghiệp chuyên dùng để vận chuyển và sắp xếp hàng hóa vẫn chƣa có cơ quan hoặc tổ chức nào tiến hành nghiên cứu và sản xuất. Danh mục các nghiên cứu có liên quan [1] Phan Tấn Tùng, “Mô hình động học và động lực học của tay máy di động 5 bậc tự do”, Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9: Phân ban Cơ điện tử và Robot, Đại học Bách Khoa Tp. 4 [2] Lê Đình Nguyên, Nghiên cứu thiết kế và giải thuật điều khiển tay máy theo vết một đƣờng cong không gian, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Tp HCM, 2009. [3] Nguyễn Quốc Cƣờng, Xây dựng giải thuật điều khiển cho robot hàn giàn giáo dựa trên mô hình động lực học, Luận văn Thạc sĩ, Đai học Bách Khoa Tp HCM.
[4] Huỳnh Quang Huy, Nghiên cứu, thiết kế tay máy gắp bình gas, Luận văn Thạc sĩ, Đai học Bách Khoa Tp HCM.2 Tổng quan về kho bãi Các khái niệm cơ bản và vai trò của kho bãi Kho bãi là một phần trong hoạt động hậu cần. Do đó trƣớc khi tìm hiểu về kho bãi chúng ta có cái nhìn sơ lƣợc về hậu cần. Logistic đƣợc định nghĩa nhƣ sau: “Logistics là một môn khoa học của việc hoạch định, tổ chức, quản lý và thực hiện các hoạt động cung ứng hàng hóa và dịch vụ” [3]. Mục tiêu của hậu cần là phân phối đúng sản phẩm, đúng thời gian với đúng số lƣợng và chất lƣợng tại đúng nơi.
Khái niệm kho bãi: Kho bãi là một trung tâm phân phối hàng hóa, với mục tiêu đƣa hàng hóa đến ngƣời dùng cuối một cách thuận tiện nhất. Chức năng cơ bản của kho bãi là bao gồm nhận hàng hóa, nhận biết và sắp xếp, phân phối hàng hóa đến nơi lƣu giữ, lấy hàng từ nơi lƣu giữ ra theo yêu cầu của khách hàng, đóng gói, gửi hàng. Vai trò của kho bãi: Kho bãi đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động hậu cần. Kho bãi có tác dụng duy trì một nguồn hàng liên tục, giảm chi phí vận tải và là địa điểm trung chuyển hàng gom hàng từ nhiều khách hàng hoặc tách hàng cho nhiều khách hàng khác nhau.
Đối với các công ty nhập khẩu nguyên liệu, kho bãi giúp công ty chủ động đƣợc nguồn nguyên liệu không phụ thuộc vào sự biến động giá cả của thị trƣờng. Một số hệ thống vận chuyển và sắp xếp hàng hóa tự động đƣợc sử dụng trong nhà kho. Hệ thống AS/RS (Automated Store & Retrieval System) 5 Hệ thống AS/RS là hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động. Hệ thống này đƣợc ứng dụng cho số lƣợng hàng hóa lƣu trữ lớn mà không gian lại giới hạn.
Một Hệ thống lƣu kho & truy hồi tự động, hoặc AS/RS, là sự kết hợp của các thiết bị và sự kiểm soát, nhằm xử lý, lƣu kho và truy hồi vật liệu với sự rõ ràng, chính xác và tốc độ. Các hệ thống có thể thay đổi từ tƣơng đối đơn giản, điều khiển bằng tay hoạt động trong các cấu trúc kho chứa đến các hệ thống lƣu kho và truy hồi điều khiển bằng máy tính, đƣợc tích hợp hoàn toàn vào các quy trình sản xuất và phân phối. Một AS/RS cho phép các công ty lấy lại không gian sàn, nâng cao hiệu quả và bảo đảm việc kiểm soát tồn trữ. Các thiết bị cần thiết cho một AS / RS bao gồm một máy Lƣu kho & Truy hồi, hoặc SRM, đƣợc sử dụng cho việc lƣu kho và truy hồi vật liệu nhanh chóng.
Các loại SRM thông thƣờng là tải mini và tải đơn vị. Một SRM di chuyển tải trên ba trục: đứng và/hoặc ngang ở lối đi, và sau đó là sang bên để đặt tải tại ví trí lƣu kho.2 Hệ thống AS/RS cỉa hãng Efacec Ƣu điểm: Hệ thống AS/RS mang lại những lợi ích sau - Quá trình lƣu và xuất hàng hóa nhanh, hoạt động liên tục 24 giờ/ ngày. - Tiết kiệm không gian lƣu trữ. - Khả năng lƣu trữ linh hoạt và dễ dàng mở rộng theo nhu cầu.
- Sử dụng lao động ít nên tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ. 6 - Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp với công nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ từ (Transponder). Khuyết điểm: Chi phí đầu tƣ ban đầu cho hệ thống cao. Xe tự hành (AGVs – Automated Guided Vehicles) Xe tự hành là một dạng xe chở hàng không ngƣời lái, hoạt động nhờ động cơ điện và pin.
Chiếc xe đầu tiên đƣợc phát minh vào năm 1953. Tải trọng nâng đƣợc của xe từ vài kg tới hơn 100 tấn. Xe tự hành có thể nâng, hạ và vận chuyển pallet một cách tự động bằng các càng nâng hoặc đầu nâng tùy thuộc vào loại và kích cỡ của hàng hóa cần vận chuyển. Những chiếc xe đầu tiên nhận biết đƣờng đi nhờ vệt sơn trên sàn, dải dẫn hƣớng (inductive guide wire) v.v… Những năm gần đây, công nghệ dò đƣờng hiện đại hơn đã đƣợc sử dụng nhƣ bộ dò laser, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, hệ thống camera… Hình 1.
3 Xe tự hành của hãng JBT Carousel Carousel là một dạng kệ lƣu giữ hàng hóa, có thể chuyển động nhờ hệ thống xích dẫn động bằng động cơ điện. Carousel đƣợc ứng dụng trong chu trình lấy hàng từ nơi lƣu giữ ra theo yêu cầu của khách hàng (order picking) quy mô nhỏ. Có hai dạng carousel: đứng và ngang. 7 Trong carousel dạng ngang ở hình 1.4, các ngăn đựng hàng đƣợc gắn trên khung kệ, các ngăn này có thể chuyển động tới lui nhờ hệ thống xích.
Hàng hóa theo yêu cầu đƣợc mang tới ngƣời điều khiển theo đƣờng ngắn nhất. 4 carousel dạng ngang Trong carousels dạng đứng (hình 1.5), các ngăn đƣợc giữ trên khung kệ đƣợc lắp giữa hai hệ thống truyền động động cơ – xích lắp thẳng đứng. Các kệ di chuyển lên xuống theo đƣờng ngắn nhất mang hàng hóa theo yêu cầu đến ngƣời vận hành.
