Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống lưu kho tự động và quản lý bằng mã QR

Tìm hiểu giải pháp lưu kho tự động và quản lý bằng mã QR. Hệ thống giúp tối ưu hóa quy trình xuất nhập, tăng độ chính xác và hiệu quả vận hành.

• Tác giả: Vũ Thanh Bình
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Đời
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Hệ Thống Lưu Kho Tự Động Và Quản Lý Bằng Mã QR
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Hệ thống Lưu kho Tự động Bằng Mã QR

Hệ thống lưu kho tự động bằng mã QR là một giải pháp hiệu quả trong quản lý kho hàng hiện đại. Công nghệ này kết hợp tự động hóa với quản lý mã QR để tối ưu hóa quy trình lưu trữ và quản lý hàng hóa. Trong bối cảnh cạnh tranh kinh tế hiện nay, các doanh nghiệp cần nâng cao hiệu suất hoạt động và giảm chi phí vận hành. Hệ thống quản lý kho bằng mã QR không chỉ giúp theo dõi hàng hóa chính xác mà còn nâng cao tốc độ xử lý đơn hàng. Theo đó, giải pháp này đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành logistics, bán lẻ và sản xuất. Công nghệ tự động hóa lưu kho đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho doanh nghiệp.

1.1. Khái niệm Hệ thống Lưu kho Tự động

Hệ thống lưu kho tự động là quy trình sử dụng công nghệ máy móc và điều khiển để quản lý kho hàng mà không cần can thiệp thủ công. Hệ thống này bao gồm các thiết bị như robot, băng tải tự động và hệ thống quản lý kho thông minh. Mã QR được sử dụng để định danh và theo dõi từng sản phẩm trong kho. Khi hàng hóa được nhập hoặc xuất kho, mã QR sẽ được quét tự động, cập nhật thông tin vào hệ thống cơ sở dữ liệu.

1.2. Tầm quan trọng của Công nghệ Mã QR

Mã QR là công nghệ nhận dạng tự động giúp lưu trữ thông tin sản phẩm. Ưu điểm của mã QR bao gồm dung lượng lưu trữ lớn, tốc độ quét nhanh và độ chính xác cao. Công nghệ này cho phép theo dõi hàng hóa thời gian thực và giảm thiểu sai sót trong quản lý kho. Hệ thống quản lý bằng QR giúp nâng cao hiệu suất làm việc lên 60-80% so với phương pháp truyền thống.

II. Thành phần Chính của Hệ thống

Hệ thống lưu kho tự động bằng mã QR bao gồm nhiều thành phần công nghệ được tích hợp chặt chẽ. Các thành phần chính gồm thiết bị quét QR, hệ thống PLC (Programmable Logic Controller), cơ sở dữ liệu, và giao diện người dùng. Mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định. Thiết bị điều khiển tự động được lập trình để thực hiện các chỉ dạo một cách chính xác và hiệu quả. Các thiết bị cảm biến được sử dụng để phát hiện vị trí hàng hóa và điều khiển chuyển động. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa không gian lưu trữ và cải thiện hiệu suất vận hành kho.

2.1. Thiết bị Quét và Nhận dạng QR

Thiết bị quét mã QR là trung tâm của hệ thống nhận dạng hàng hóa. Các máy quét hiện đại sử dụng công nghệ camera hoặc laser để đọc thông tin mã QR một cách nhanh chóng. Thiết bị quét có thể được lắp đặt tại các điểm nhập hàng, xuất hàng và vị trí lưu trữ. Tốc độ quét có thể đạt hàng trăm mã QR mỗi phút, giúp tăng tốc độ xử lý đơn hàng. Độ chính xác của hệ thống nhận dạng lên tới 99.9%.

2.2. Hệ thống Điều khiển Tự động PLC

Hệ thống PLC (Programmable Logic Controller) là bộ não của hệ thống lưu kho tự động. PLC nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và phát lệnh điều khiển cho các thiết bị chuyển động. Lập trình PLC cho phép tùy chỉnh quy trình lưu kho theo nhu cầu của doanh nghiệp. Hệ thống điều khiển được thiết kế để hoạt động 24/7 mà không cần giám sát thường xuyên. Độ tin cậy của PLC rất cao, giảm thiểu nguy cơ dừng hoạt động không dự định.

III. Quy trình Vận hành Hệ thống

Quy trình vận hành hệ thống lưu kho tự động được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác. Khi hàng hóa đến kho, mã QR trên sản phẩm sẽ được quét và thông tin được ghi nhận vào hệ thống quản lý. Hệ thống PLC sẽ xác định vị trí lưu trữ phù hợp dựa trên thuật toán tối ưu hóa không gian. Các robot hoặc thiết bị vận chuyển tự động sẽ di chuyển hàng hóa đến vị trí được chỉ định. Trong quá trình xuất kho, hệ thống lại lặp lại quy trình tương tự nhưng theo chiều ngược lại. Hệ thống quản lý dữ liệu ghi lại toàn bộ hoạt động để cung cấp báo cáo chi tiết và lịch sử lưu trữ.

3.1. Giai đoạn Nhập Kho và Xác định Vị trí

Giai đoạn nhập kho bắt đầu với việc quét mã QR của sản phẩm. Hệ thống sẽ kiểm tra dung lượng kho hiện tại và đề xuất vị trí lưu trữ tối ưu. Thuật toán tối ưu hóa xem xét các yếu tố như loại hàng, kích thước, trọng lượng và yêu cầu tần suất truy cập. Các cảm biến vị trí giúp thiết bị tự động đến đúng vị trí lưu trữ. Quá trình này hoàn toàn tự động, giảm sai sót so với nhập kho thủ công.

3.2. Giai đoạn Xuất Kho và Giao Hàng

Giai đoạn xuất kho bắt đầu khi nhận được đơn hàng từ hệ thống quản lý đơn hàng. PLC sẽ tìm vị trí hàng hóa và chỉ dẫn thiết bị tự động lấy sản phẩm. Mã QR của sản phẩm được quét lại để xác nhận trước khi giao. Hệ thống cập nhật kho hàng trong thời gian thực, giúp tránh tình trạng hàng hóa bị xép. Quy trình xuất kho được thực hiện nhanh chóng, đảm bảo giao hàng đúng hạn.

IV. Lợi ích và Ứng dụng Thực tiễn

Hệ thống lưu kho tự động bằng mã QR mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho doanh nghiệp. Trước tiên, hiệu suất vận hành tăng đáng kể, giảm thời gian xử lý đơn hàng từ 50-70%. Chi phí nhân công giảm khi loại bỏ công việc lặp lại, thay vào đó tập trung vào công việc có giá trị cao hơn. Độ chính xác của hệ thống lên tới 99% giúp giảm thiểu tồn tại sai lệch hàng hóa. Tối ưu hóa không gian lưu trữ cho phép kho có thể chứa nhiều sản phẩm hơn. Hệ thống quản lý cung cấp dữ liệu thời gian thực, giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định nhanh chóng. Các doanh nghiệp logistics, bán lẻ, và sản xuất đều có thể hưởng lợi từ công nghệ này.

4.1. Lợi ích Kinh tế và Vận hành

Lợi ích kinh tế của hệ thống lưu kho tự động rất rõ rệt. Chi phí vận hành hàng năm giảm 30-40% nhờ giảm nhân công và sai sót. Hiệu suất công việc tăng cao do các quy trình được tự động hóa. Thời gian phục hồi vốn đầu tư thường từ 2-3 năm tùy quy mô kho. Hệ thống giúp giảm thiểu hao hụt hàng hóa do quản lý kém. Các doanh nghiệp có thể mở rộng kinh doanh mà không phải tăng tương ứng quy mô nhân công.

4.2. Ứng dụng trong Các Ngành Công nghiệp

Hệ thống lưu kho QR được ứng dụng rộng rãi trong ngành logistics và vận tải. Các nhà bán lẻ lớn sử dụng hệ thống để quản lý kho hàng trên toàn quốc. Trong ngành sản xuất, hệ thống tự động hóa giúp quản lý nguyên vật liệu và thành phẩm hiệu quả. Dược phẩm và thực phẩm sử dụng hệ thống để đảm bảo quản lý bảo hành và hạn dùng. Công nghệ này ngày càng trở nên bắt buộc với các doanh nghiệp muốn cạnh tranh trong thị trường hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Tính toán thiết kế Chương 4: Thi công hệ thống Chương 5: Kết quả thực hiện Chương 6: Kết luận và hướng phát triển 1. GIỚI HẠN Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ có những giới hạn nhất định mà nhóm chưa thể thực hiện được cụ thể như sau: + Mô hình còn kích cỡ nhỏ so với thực tế, sử dụng động cơ 24V (thực tế là 220V). + Đề tài chỉ có thể phân loại và lưu kho 3 sản phẩm khác nha trong cùng một thời điểm. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 2 CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO 2. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO Hệ thống lưu kho truyền thống là hệ thống sử dụng lao động thủ công để thực hiện các nhiệm vụ như nhận hàng, lưu trữ hàng, xuất hàng và vận chuyển hàng hóa.

Hệ thống này thường được áp dụng trong các doanh nghiệp có quy mô nhỏ, lưu trữ lượng hàng hóa ít và không có nhu cầu về hiệu quả và độ chính xác cao. Hệ thống lưu kho truyền thống có một số nhược điểm: hiệu quả thấp, tính chính xác thấp, an toàn lao động thấp… Hình 2. 1 Kho lưu trữ truyền thống Đại dịch Covid-19 bùng phát khiến nhu cầu về lưu trữ hàng hóa trong thương mại điện tử ngày càng tăng cao. Điều này đã khiến các kho hàng gặp khó khăn hơn trong việc đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng về tiến độ giao hàng.

Để vượt qua những thách thức này, nhiều công ty trên thế giới đã ứng dụng công nghệ tự động vào quản lý kho hàng nhằm quản lý hàng hóa của mình một cách khoa học, có hệ thống và tính linh hoạt cao - từ đó nâng cao hiệu quả làm việc và giảm giá thành hoạt động. Sự ra đời của hệ thống lưu kho và truy xuất tự động như một bước cải tiến lớn so với những mô hình lưu kho truyền thống khi nó đã giải quyết được những nhược điểm cố hữu của những mô hình truyền thống về trang thiết bị và phương pháp thực hiện. Đối với nhà kho truyền thống, cần nhiều nhân công phụ trách công việc phân loại, sắp xếp và di chuyển hàng hoá trong kho. Không chỉ vậy, việc quản lý lượng hàng hoá trong kho cũng được thực hiện thủ công mà không có phần mềm quản lý nên việc phát sinh nên những sai sót trong quá trình xuất nhập và kiểm tra là điều không thể tránh khỏi.

Bên cạnh đó, việc sử dụng sức người cho việc vận chuyển hàng hoá có khối lượng lớn bằng máy nâng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn lao động. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 3 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Có thể thấy, việc ứng dụng tự động hoá vào mô hình này là cần thiết và giảm thiểu những rủi ro xảy đến với các doanh nghiệp. Theo Mordor Intelligence: “Thị trường kho hàng tự động (AS/RS) được định giá 3809,9 triệu USD vào năm 2020 và dự kiến đạt 5864,6 triệu USD vào năm 2026, với tốc độ CAGR (tỉ lệ tăng trưởng kép hàng năm) là 9,01% trong giai đoạn dự báo 2021 – 2026”.

Cũng theo đó, Bắc Mỹ là một trong những thị trường lớn nhất về hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (ASRS) trên toàn cầu, dẫn đầu là Hoa Kỳ. Là nguồn cung cấp lớn nhu cầu cho các giải pháp ASRS, phụ thuộc vào nền kinh tế thống trị của Hoa Kỳ, chiếm 82% sản lượng kinh tế của khu vực. Tại khu vực Châu Á – Thái Bình Dương nhìn chung cũng có sự chuyển biến đáng kể. Bằng cách áp dụng tự động hóa trong sản xuất, Trung Quốc dự kiến sẽ cắt giảm 30% chi phí sản xuất vào năm 2025.

Hơn nữa, các công ty khởi nghiệp, chẳng hạn như Syrius Robotics, có trụ sở tại Thâm Quyến, đang xây dựng các robot di động tự động để tích hợp chúng vào hai kho mô hình của JD Logistics để thử nghiệm và tối ưu hóa thêm cho các chuyến giao hàng chặng cuối. Hệ thống AMH (Automated Material Handling) dự kiến sẽ đáp ứng nhu cầu từ các ngành công nghiệp sản xuất, với việc tăng sản lượng, kho hàng và trung tâm phân phối. Bất kỳ phân khúc nào bị ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp bởi nhu cầu tăng đột biến trên thị trường thương mại điện tử và bán lẻ dự kiến sẽ làm tăng nhu cầu về AMH trong nước. Tự động hóa trong các lĩnh vực khác đang làm tăng năng suất.

MỘT SỐ HỆ THỐNG LƯU KHO Từ hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động đền rô bốt di động tự động, dưới đây là tám loại giải pháp kho hàng mà bạn có thể sử dụng để đẩy nhanh quá trình hoàn thành đơn hàng của mình để giảm bớt các công việc thủ công: + Hàng hóa giao tiếp với người (G2P): hàng hóa được chuyển trực tiếp đến người vận hành kho thông qua việc sử dụng băng chuyền, mô-đun thang máy thẳng đứng hoặc băng tải. + Hệ thống lưu kho và truy xuất tự động (AS/RS): Hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động (AS / RS) được hỗ trợ bởi máy tính và robot, được sử dụng trong các nhà kho để lưu trữ các mặt hàng trong một khu vực cụ thể và lấy chúng khi cần thiết. + Robot di động tự động (AMR): là những robot tinh vi sử dụng trí thông minh nhân tạo và cảm biển để điều hướng đường đi trong kho một cách độc lập. + Xe tự hành (AGV): AGV được sử dụng nhưng không giống như AMR, chúng yêu cầu sự hướng dẫn của các nhà khai thác kho hàng và dựa vào dây điện, các điểm đánh dấu phản chiếu để hoạt động.

+ Hệ thống lấy sáng: Hệ thống lấy hàng bằng ánh sáng là một loại công nghệ thực hiện đơn hàng sử dụng đèn LED màu để hướng dẫn người vận hành trong quá trình chọn và phân loại. BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 4 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT + Hệ thống chiếu sáng: Hệ thống Put-to-Light là "chọn ngược sáng ". Họ hướng dẫn người vận hành trong giai đoạn bổ sung.

Đèn hướng người vận hành đến vị trí chính xác để sắp xếp, hoặc "đặt" các mục vào. + Chọn và tác vụ bằng giọng nói: Chọn bằng giọng nói hoặc giọng nói sử dụng tai nghe di động và nhận dạng giọng nói để hướng những người chọn kho đến vị trí họ nên đến và giải thích họ nên chọn sản phẩm nào. + Hệ thống phân loại tự động: Phân loại là quá trình xác định hàng hóa trên hệ thống băng tải và chuyển hướng chúng đến các vị trí kho được chỉ định bằng máy quét mã vạch, nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) và cảm biến. HỆ THỐNG LƯU KHO VÀ TRUY XUẤT TỰ ĐỘNG (AS/RS) Hệ thống AS/RS được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất, thương mại, dịch vụ,.Đặc biệt, hệ thống này rất phù hợp với các doanh nghiệp có quy mô lớn, lưu trữ lượng hàng hóa lớn và có nhu cầu về hiệu quả và độ chính xác cao.

Giải pháp AS/RS những ưu điểm và mức đầu tư hợp lý mà giải pháp này mang lại như: + Tiêu hao ít hơn so với các giải pháp khác so với cùng dung tích kho, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư. + Tốc độ nhập xuất hàng cao. + Công nghệ cho phép sử dụng một Robot duy nhất cho mỗi kho hàng, chuyển giao sang các kho hàng khác tương tự, giúp tiết kiệm được thời gian chi phí đầu tư và hiệu quả. + Hạn chế làm trong kho: tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, bảo hiểm và thiết bị hỗ trợ.

+ Quản lý chuyên nghiệp, hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp công nghệ thị giác máy tính quản lý thông qua mã vạch, mã QR. giúp giảm chi phí quản lý và nhân công, giúp tăng tính chính xác và đảm bảo an toàn lao động, dễ dàng đạt được tiêu chuẩn ISO tạo lợi thế cạnh tranh. Sản phẩm từ công đoạn đóng gói (chia theo hệ thống thành các thành phần lớn đối với sản phẩm nhỏ, nếu sản phẩm lớn được bảo quản trực tiếp) được đưa đến công trường thông qua các băng chuyền. Tại vị trí lưu trữ, hệ thống cơ khí lấy các gói hoặc sản phẩm này.

Lần lượt sắp xếp các thứ này vào các vị trí thích hợp trong kho và lưu dữ liệu của hàng vừa lưu vào máy tính, việc xuất cũng rất giống nhưng ngược lại. Ứng dụng của hệ thống lưu kho và truy xuất tự động AS/RS: Kho lưu trữ phụ tùng ô tô và điện tử, Bảo quản hóa chất và dược phẩm, Bảo quản các thực phẩm đóng gói, chai tiêu dùng. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 2. S7-1200 Để vận hành hệ thống lưu kho ứng dụng trong công nghiệp thì việc lựa chọn bộ điều khiển phù hợp rất quan trọng, phải đảm bảo hệ thống hoạt động tốt không bị ảnh hưởng bởi yếu tố môi trường xung quanh, môi trường khắc nghiệt trong nhà xưởng.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 5 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hiện nay trên thị trường có rất nhiều bộ điều khiển có thể lập trình được như Arduino, Esp8266, Raspberry pi, …Nhưng PLC là lựa chọn phù hợp nhất, nó có các thành phần lọc nhiễu tốt giúp hệ thống hoạt động ổn định và lâu dài trong nhà máy, công xưởng so với các mạch vi xử lý, vi điều khiển khác. PLC còn hỗ trợ rất nhiều chuẩn truyền thông ở nhiều khoảng cách khác nhau để dễ dàng giao tiếp với các module điều khiển khác, được thiết kế phù hợp với mức tín hiệu của các cảm biến, bộ điều khiển thông dụng trên thị trường. Thông qua quá trình tìm hiểu, nhóm quyết định chọn PLC Siemens vì sự thông dụng, phổ biến, dễ tiếp cận, đầy đủ tính năng, giá cả phù hợp.

Bảng 1 Các dòng sản phẩm của SIEMENS Dòng sản phẩm Đặc điểm PLC LOGO Siemens Là dòng PLC gọn nhẹ, bền đẹp, sử dụng cho các hệ thống vừa và nhỏ (ATS, nhà thông minh). Phần mềm và ngôn ngữ lập trình đơn giản, giá thành hợp lí. PLC Siemens S7-200 Là dòng PLC cở nhỏ nhưng vẫn đủ khả năng cho nhiều ứng dụng khác nhau.