Đặt vấn đề Hệ thống điều khiển tự động đã không còn quá xa lạ với chúng ta. Nó được ra đời từ rất sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người. Vì vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động và sản xuất của con người. Trong thời buổi công nghiệp hóa, mọi công ty, tổ chức đều thực hiện chủ trương tối ưu hóa, hiện đại hóa dây chuyền sản xuất cũng như chuỗi cung ứng của mình.
Và kho hàng đóng một vai trò vô cùng quan trọng, kho không chỉ lưu trữ hàng tồn kho mà còn để vận chuyển, thực hiện kiểm tra chất lượng và bảo vệ các sản phẩm, là một phần cốt lõi của khâu quản lý hậu cần đối với một doanh nghiệp tổ chức. Trước đây, chúng ta biết đến kho với những hình ảnh là những công nhân sắp xếp hàng hóa thủ công hay là những chiếc xe nâng hạ vận chuyển hàng hóa. Điều đó gây ra rất nhiều vấn đề: tốn thời gian,tiền của, chiếm nhiều diện tích doanh nghiệp, hư hỏng hàng hóa đến với khách hàng, nguy hiểm cho công nhân,. Nhưng, hiện nay, hệ thống kho được thúc đẩy bởi công nghệ tiên tiến được tự động hóa thuân lời cho việc quản lý tốt dây chuyền hoàng hóa, nhanh chóng cho việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho.
Các hệ thống kho tự động đầu tư trang thiết bị hiện đại đồng nghĩa với việc tốn khá nhiều chi phí nhưng bù lại hàng hóa được bảo quản tốt, an toàn, không hư hỏng tạo niềm tin cho khách hàng. Kho thông minh hay còn được biết đến với tên gọi là kho hàng thông minh, hệ thống nhà kho thông minh, kho tự động. Hệ thống này dùng các khung kệ chứa hàng có khả năng nâng cấp và cải tạo sức chứa lên nhiều lần một cách dễ dàng. Kết hợp với đó là robot cấp và lấy hàng tự động, băng tải để di chuyển hàng hóa và phần mềm để điều khiển và lưu trữ thông tin.
Với hệ thống lưu kho – xuất kho nhiều tầng kết hợp phân loại sản phẩm, mọi thông số: số lượng mỗi loại sản phẩm, vị trí sản phẩm bất kì, tình trạng tồn kho, dự kiến tình trạng kho và dự đoán các kịch bản theo kế hoạch sản xuất sẽ được hiển thị và cập nhật theo thời gian thực giúp thủ kho quản lý dễ dàng và xử lí nhanh chóng. Sự ra đời của mã vạch đã giúp năng suất lao động và hiệu quả công việc tăng lên đáng kể. Hiện nay các loại hàng hóa muốn đem bán tại các siêu thị trong nước cũng như xuất khẩu ra nước ngoài đều phải có mã số mã vạch. Mã số mã vạch trên hàng hóa cần được thể hiện chính xác và đúng đắn theo những tiêu chuẩn quốc tế đã quy định và đã giúp đỡ rất nhiều những người trực tiếp làm việc với mặt hàng có dán mã vạch, năng suất lao động và hiệu quả công việc tăng lên.
Nó thực sự đem lại lợi ích rất lớn cho các doanh nghiệp trong nền kinh tế thị trường ngày nay. 1 Vì vậy việc thực hiện đề tài “Hệ thống lưu kho – xuất kho nhiều tầng kết hợp phân loại sản phẩm” là rất cần thiết vì đây là một mô hình rất điển hình khi theo hướng chuyên ngành kỹ thuật tại Việt Nam, nhất là trong ngành Điều khiển và Tự động hóa. Việc xây dựng mô hình sẽ giúp ích cho việc nghiên cứu và là cơ sở để phát triển nguồn cảm hứng nghiên cứu khoa học cho sinh viên đang theo học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hồ Chí Minh. Việc thực hiện đề tài chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Thầy/Cô để đề tài được hoàn thiện hơn nữa.2 Mục tiêu đề tài Đây là một đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn trong việc vận dụng các kiến thức đã được học vào trong thực tế.
Một hệ thống không những lưu kho được những sản phẩm mà còn lưu trữ và hiển thị được tất cả các thông tin của hàng hóa được lưu kho như mã sản phẩm, tên sản phẩm, số lượng đã lưu,. Xây dựng được mô hình thực tế của nhà kho có thể vận hành trơn tru và đầy đủ chức năng như đề tài đã nêu. Về mặt khoa học, đề tài sẽ giúp cho nhóm sinh viên thực hiện hiểu rõ thêm về cơ cấu và nguyên lý làm việc thực tiễn cũng như phương hướng phát triển của các hệ thống lưu trữ hàng hóa trong thực tế. Về mặt thực tiễn, đề tài này có thể áp dụng vào thực tế để tạo ra một hệ thống lưu hàng thật sự với nguyên tắc làm việc giống nhau hoặc tương tự.
Vậy nên đề tài “Hệ thống lưu kho – xuất kho nhiều tầng kết hợp phân loại sản phẩm” bao gồm những mục tiêu sau: - Thiết kế và thi công mô hình hệ thống kho lưu trữ hàng hóa. - Sử dụng Xử lý ảnh để nhận dạng Barcode. - Sử dụng PLC Siemens để điều khiển mô hình. - Điều khiển giám sát hệ thống bằng phần mềm.
- Điều khiển hệ thống bằng tủ điều khiển. - Dùng database để lưu trữ và quản lý dữ liệu xuất nhập kho.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu: Nghiên cứu về một số sách, giáo trình về lý thuyết điều khiển lập trình, báo nước ngoài để có thể hiểu sâu vấn đề hơn. Khảo sát một số mô hình đã được mô phỏng thực tế có từ các bài báo khoa học, các luận văn. Từ đó sử dụng phần mềm mô phỏng trên máy tính để mô phỏng và so sánh kết quả nhằm rút ra được những kinh nghiệm trong việc mô phỏng.
Phương pháp thực nghiệm: Vận hành mô hình nhiều lần với nhiều điều kiện khác nhau để đạt được kết quả tốt nhất.4 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: - Thiết kế hoàn chỉnh mô hình lưu kho – xuất kho tự động bao gồm: - Mô hình nhà kho. - Cơ cấu chuyển động lên xuống, chuyển động tịnh tiến. - Cơ cấu nâng hàng. - Lắp đặt tủ điện điều khiển.
- Phân loại sản phẩm theo Barcode. - Hoàn thành bộ điều khiển động cơ bằng relay. - Lập trình cho PLC hoạt động ở 2 chế độ: - Chế độ điều khiển bằng tay (Bán tự động). - Chế độ điều khiển tự động.
- Giám sát hệ thống lưu kho hàng hóa thông qua phần mềm WINCC. - Lưu trữ và quản lý dữ liệu xuất nhập kho bằng cơ sở dữ liệu SQL. - Giới hạn: - Trong đề tài này, phần cứng hệ thống được thực hiện bởi nhóm tác giả nhằm mô tả lại hoạt động của hệ thống nên sai số thi công lớn ± mm. - Khoảng cách 2 pallet tối thiểu cm.
- Giao diện thiết kế hiển thị ô hàng tương ứng với phần cứng mô hình. - Chương trình điều khiển và giám sát được xây dựng nhằm thoả mãn các yêu cầu đặt ra như phân loại, điều khiển đến vị trí kho hàng, lưu trữ dữ liệu,. các kĩ thuật điều khiển khác nằm ngoài phạm vi nghiên cứu của đề tài.5 Các đề tài liên quan + Ngoài nước Trong bài báo “Warehouse Logistics Control and Management System Based on RFID” được đăng trên tạp chí IEEE vào năm 2007, bài báo giới thiệu phần cứng và phần mềm của hệ thống quản lý và kiểm soát hậu cần lưu kho dựa trên công nghệ sử dụng trường điện từ để tự động nhận dạng và theo dõi các thẻ hỗ trợ công nghệ này được gắn vào đối tượng (nhận dạng tần số vô truyến RFID). Tác giả sử dụng PLC giao tiếp với phần mềm cấu hình Wincc của Siemens và công nghệ OPC.
Bằng việc truy cập máy chủ SQL, tác giả đã nghiên cứu và chứng minh tính khả thi của RFID trong việc lưu trữ hệ thống và truy xuất tự động mà không cần thủ công can thiệp nhằm phát triển một hệ thống quản lý kho hàng xây dựng trên nền tảng IOT để theo dõi các sản phẩm. Bài báo cho thấy sự tối ưu trong việc quản lý kho: tự động nhập kho, hướng dẫn sử dụng kho, quản lý khách hàng, 3 kiểm đếm hàng hóa và báo cáo tạo biểu mẫu. Hàng hóa được vận hành và được lưu trên cơ sỏ dữ liệu. Trong bào báo “Design of Control System for Warehousebased on PLC” được đăng trên tạp chí IEEE vào năm 2019, tác giả đã thiết kế hệ thống quản lý lưu kho với PLC Siemens làm lõi thông qua phân tích quy tình hoạt động của máy và đưa ra một cái nhìn chung về sơ đồ thiết kế của nhà kho từ đó cải thiện cấu trúc kho để đáp ứng các yêu cầu lưu trữ của các loại hàng hóa khác nhau.
Tác giả sử dụng phần mềm lập trình STEP 7 và thiết kế chương trình mô-đun để đạt được thiết của hệ thống điều khiển vòng kín, dữ liệu giao tiếp thông qua máy tính và PLC. Tác giả đã thiết kế hệ thống với hai cách thức làm việc: tự động và bán tự động. Tác giả đã cho thấy kho chứa với khả năng cơ động, định vị và chính xác cao. Thông qua thử nghiệm, hệ thống kiểm soát và đạt hiệu quả tốt, nếu thực tế hoạt động cho thấy báo báo này nghiên cứu hệ thống kho có tính ưu việt, thiết thực và hiệu quả, thảo tác đơn giản.
Bài báo chỉ thể hiện trên các lý thuyết mô phỏng mà chưa kiểm nghiệm trên mô hình thực tế để thấy được tính ứng dụng của nghiên cứu. + Trong nước Trong luận văn Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lưu kho và xuất kho thành phẩm” của tác giả Thạch Cao Minh Nam, tác giả đã nghiên cứu đề xuất lắp đặt kho hàng tự động tại kho thành phẩm của công ty SVEAM giúp hoàn thiện hơn dây chuyền chế tạo máy hiện đại của công ty. Đề tài đã khảo sát khảo sát kho hàng tự động xuất/nhập vật tư đã được lắp đặt và đi vào hoạt động tại nhà máy Vikyno – kho thành phẩm và dây chuyền sản xuất hiện đại của công ty SVEAM. Trên cơ sở đó, tác giả nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của hệ thống AS/RS.
Bài báo cho thấy được tính ưu việt của robot S/R, phân tích chi tiết ưu nhược điểm của thiết kế cơ khí, thiết kế phù hợp cho hoạt động không gian của công ty. Kho hàng tự động của trung tâm nghiên cứu triển khai (khu công nghệ cao Tp HCM). Đề tài được nghiên cứu do đội ngũ các kỹ sư thuộc trung tâm nghiên cứu Triển khai thực hiện trong hai năm. Hệ thống kho hàng hoạt động với chiều dài 12m rộng 1m vào cao 5m.