LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu tính toán lý thuyết và kiến thức kinh điển dưới sự hướng dẫn khoa học của Thầy PGS. Lê Hiếu Giang và Ths. Lê Việt Hùng. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.
Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013 Thạch Cao Minh Nam ii LỜI CẢM ƠN Qua thời gian thực hiện luận văn: “Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lưu/xuất kho tại kho thành phẩm công ty SVEAM”, ngoài những cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ nhà trường, Thầy, Cô, gia đình và bạn bè. Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trước tiên tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS. Lê Hiếu Giang và ThS. Lê Việt Hùng, hai Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua. Cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa cơ khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành. Cảm ơn Ban Giám Hiệu, cùng quý Thầy, Cô Trường Cao Đẳng Nghề Số 8 đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình. Cảm ơn Ban lãnh đạo, cùng tất cả đồng nghiệp trong sở Khoa Học và Công Nghệ Đồng Nai đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình.
Cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn. iii TÓM TẮT Hệ thống kho hàng tự động xuất/ nhập ngày càng trở nên một cấu thành quan trọng trong dây chuyền chế tạo máy hiện đại. Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lƣu và xuất kho tại kho thành phẩm công ty SVEAM ” 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 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 đã nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của hệ thống AS/RS. Dựa vào kết quả đạt được tác giả đề xuất áp dụng kho hàng tự động lưu và xuất kho tại kho thành phẩm của công ty SVEAM, đồng thời có thể nhân rộng ứng dụng cho các dây chuyền công nghiệp, hàng hóa khác. SUMMARY Automatic Storage and Retrieval Systems - AS/RS more and more becomes an important factor in modern machine building assembly.
The subject: “Research design and simulation AS/RS at finished goods warehouse of SVEAM Company’’ studied proposal of assembling AS/RS at finished goods warehouse. This has helped improve machine building assembly at SVEAM Company. The subject has surveyed AS/RS of material assembled and operated at Vikyno factory, finished goods warehouse and modern production line at SVEAM. Based on that, the author has studied design and the operation system of AS/RS simulation.
Based on the results, the author proposed applying Automatic Storage and Retrieval Systems at finished goods warehouse of SVEAM Company and expand this application to industrial line, other merchandises. iv MỤC LỤC Trang tựa TRANG Lý lịch cá nhân. i Lời cam đoan. ii Lời cảm ơn.
iv Lục lục .v Danh sách các bảng. ix Danh sách các hình.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .1 Giới thiệu về kho hàng tự động.2 Các bộ phận cấu thành hệ thống kho hàng tự động .3 Các loại hệ thống lưu/xuất kho tự động .2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động trên thế giới.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động tại Việt Nam.4 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh .5 Tên của đề tài .6 Mục tiêu nghiên cứu .7 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn của đề tài .8 Dự kiến kết quả đạt được của đề tài .9 Phương pháp nghiên cứu .1 Khái niệm về hệ thống tự động hóa lưu kho .2 Hiện trạng kho thành phẩm tại nhà máy Vikyno .3 Các chỉ tiêu về hệ thống lưu/xuất kho tự động .4 Bố trí nhà kho và lựa chọn kệ chứa hàng .1 Cách bố trí nhà kho .2 Lựa chon thiết kế kệ chứa hàng .3 Lựa chọn thiết kế kệ chứa hàng cho hệ thống AS/RS .4 Kho hàng thành phẩm ứng dụng hệ thống AS/RS .1 Tổng Quan Về Các Loại Robot S/R .2 Tính ưu việt của Robot S/R.3 Phân tích ưu nhược điểm thiết kế các bộ truyền động .4 Phân tích nguyên lý điều khiển robot S/R .5 So sánh và đánh giá các ý tưởng cho thiết kế Robot S/R .6 Chọn phương án thiết kế .7 Thiết kế cấu trúc sơ bộ .6 Bộ điều khiển liên kết nhập/ xuất .1 Yêu cầu điều khiển .2 Hệ thống truyền động .3 Hệ thống điều khiển .4 Hệ thống truyền thông.5 Hệ thống an toàn .6 Hệ thống nguồn năng lượng .7 Phương án điều khiển.7 Trạm thu nhận và nhận dạng mã vạch .1 Thông số kỹ thuật sơ bộ hệ thống AS/RS .2 Trạm thu nhận và phân loại (Pick and Deposit station – DPS) .3 PDS cho hệ thống mini load AS/RS. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ .1 Cơ sở thiết kế .2 Bài toán tối ưu hệ thống kho chứa hàng: .3 Thiế t kế daỹ kê ̣ chứa .4 Thiết kế robot .1 Thiết kế, tính toán cụm truyền động nâng hạ.2 Thiết kế cơ khí cụm truyền động nâng hạ .3 Tính toán kết cấu .2 Thiết kế, tính toán cụm truyền động dọc .1 Yêu cầu kỹ thuật của đề tài đối với cụm truyền động dọc .2 Phân tích cấu trúc sơ bộ cụm truyền dọc của robot S/R .4 Thiết kế cơ khí cụm truyền động dọc .5 Tính toán kết cấu .3 Thiết kế, tính toán cụm truyền động vào/ra.1 Thiết kế pallet lưu trữ .2 Sơ đồ động cụm truyền động vào ra.3 Thiết kế cơ khí cụm truyền động vào/ra .4 Tính toán kết cấu. THIẾT KẾ TRẠM THU NHẬN VÀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MÃ VẠCH .1 Xây dựng hệ thống nhận dạng mã vạch .1 Hệ thống nhận dạng mã vạch nhập/xuất .2 Barcode và Radio Frequency Identification .3 So sánh, lựa chọn hệ thống tự động nhận dạng cho AS/RS .4 Lựa chọn hệ thống nhận dạng mã vạch.2 Thiết kế trạm thu nhận .1 Trạm thu nhận và phân loại (Pick and Deposit station – DPS) .2 PDS cho hệ thống mini load AS/RS .3 Vị trí lắp đặt và các yêu cầu cơ bản trạm thu nhận.4 Quy trình nhập/ xuất sản phẩm.
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT NHẬP/XUẤT HÀNG .1 Xây dựng giải thuật điều khiển robot S/R .2 Giải thuật điều khiển di chuyển .3 Giải thuật điều khiển phương án A (Xuất hàng) .4 Giải thuật điều khiển phương án B (Nhập hàng) .2 Thiết kế hệ thống điều khiển robot S/R .1 Thiết kế bộ phận thu phát RF .2 Thiết kế bộ nhận tín hiệu điều khiển .3 Bộ điều khiển PLC .5 Công tắc hành trình, Cảm biến tiệm cận .8 Thiết kế hệ thống báo hiệu .117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .119 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Yêu cầu kỹ thuật thiết kế robot 28 Bảng 3.1: Thông số kích thước và trọng lượng động cơ 168F-2 39 Bảng 3.2: Thông số kích thước và trọng lượng động cơ RV3200-H 40 Bảng 3.3: Chi tiế t kỹ thuâ ̣t hê ̣ thố ng kê ̣ selective 43 Bảng 4.1: Đặc tính của AS/RS 84 Bảng 4.2: So sánh barcode và RFID ứng dụng vào hệ thống AS/RS 85 Bảng 4.3: Đặc tính kỹ thuật thiết bị đọc mã vạch 87 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của máy tính kết nối 89 Bảng 5.1: Định nghĩa giao thức truyền giữa trung tâm điều khiển và robot 108 Bảng 5.2: Bảng định nghĩa mã số robot 108 ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cung cấp và trộn hàng hóa 1 Hình 1.2: Hệ thống AS/RS đơn giản 2 Hình 1.3: Unit load AS/RS 4 Hình 1.4: Hệ thống AS/RS tải nhỏ Mini Load AS/RS 4 Hình 1.5: Kho bán tự động (xếp nhặt hàng bằng tay) 4 Hình 1.6: Kho bán tự động (xuất nhập vào kho bằng tay) 4 Hình 1.7: Kho bán tự động (xuất nhập qua băng chuyền) 5 Hình 1.8: Điều khiển bán tự động trên bàn phím để xuất nhập hàng 5 Hình 1.9: Điều khiển tự động trực tuyến (Automatic on line controls) 5 Hình 1.10: Kho AS/RS tuyến sâu 6 Hình 2.1: Hệ thống Kho hàng tự động điển hình 11 Hình 2.2: Kiện hàng được lưu/xuất kho tại nhà máy Vikyno 12 Hình 2.3: Di chuyển hàng hóa theo đường thẳng 14 Hình 2.4: Tối thiểu hóa đường đi trong kho 14 Hình 2.5: Kệ chọn hàng (Selective) 15 Hình 2.6: Kệ Drive-in 16 Hình 2.7: Kệ Flowrack 16 Hình 2.8: Kệ trượt nghiêng (Pushback) 17 Hình 2.9: Kệ tay đỡ 18 Hình 2.10: Kệ tự động 18 Hình 2.11: Kệ di động 19 Hình 2.12: Vị trí kho thành phẩm trong tổng thể nhà máy Vikyno 20 Hình 2.13: Mặt bằng bố trí kho thành phẩm tại SVEAM 21 Hình 2.14: Sơ đồ bố trí ứng dụng hệ thống AS/RS vào kho thành phẩm 22 Hình 2.15: Robot thường dùng tại các cảng 23 Hình 2.16: Robot vận chuyển hàng hóa có kích thước đồng đều 23 Hình 2.17: Robot vận chuyển hàng hóa có kích thước khác nhau 24 x Hình 2.18: Cấu trúc tổng quát Robot S/R 27 Hình 2.19: Hệ thống điều khiển robot S/R 29 Hình 2.20: Bộ điều khiển tốc độ và vị trí 30 Hình 2.21: Nguyên lý truyền dẫn RF 31 Hình 2.22: Sơ đồ điều khiển hệ thống an toàn 31 Hình 2.23: Sơ đồ xuất/nhập hàng trong hệ thống AS/RS 32 Hình 2.24: Quy trình nhập kho 34 Hình 2.25: Quy trình nhập kho 35 Hình 2.26: Mô hình hệ thống mini load AS/RS 34 Hình 2.27: Hai PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS 35 Hình 2.28: Một PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS 35 Hình 2.29: Tem dán Barcode 35 Hình 2.30: Tem dán RFDI 36 Hình 3.1: Động cơ xăng 168F-2 39 Hình 3.2: Động cơ diesel RV3200-H 40 Hình 3.3: Góc nhìn từ trên và từ bên hông của một kho chứa hàn 41 Hình 3.4: Bản vẽ tổng thể kệ chứa 43 Hình 3.5: Sơ đồ động học cụm nâng robot S/R 45 Hình 3.6: Cơ cấu truyền động nâng/hạ 45 Hình 3.