Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lưu và xuất kho tại công ty SVEAM

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lưu và xuất kho thành phẩm tại công ty Sveam, nâng cao hiệu quả quản lý kho.

• Tác giả: Thạch Cao Minh Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Hiếu Giang
• Trường học: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Cơ khí
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Mô Phỏng Hệ Thống Tự Động Lƣu/Xuất Kho Tại Kho Thành Phẩm Công Ty SVEAM
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Các bộ phận cấu thành hệ thống kho hàng tự động
• 1.3. Các loại hệ thống lưu/xuất kho tự động
• 1.4. Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động trên thế giới
• 1.5. Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động tại Việt Nam
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động lưu và xuất kho

Hệ thống tự động lưu và xuất kho đã trở thành một phần không thể thiếu trong quy trình sản xuất hiện đại. Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế và mô phỏng hệ thống tại công ty SVEAM, nhằm tối ưu hóa quy trình quản lý kho. Hệ thống này không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả trong việc quản lý hàng hóa.

1.1. Giới thiệu về hệ thống tự động hóa kho

Hệ thống tự động hóa kho đã được phát triển từ những năm 1960 và hiện nay đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất. Hệ thống này giúp tối ưu hóa quy trình lưu trữ và xuất hàng, giảm thiểu sai sót và tăng cường hiệu quả.

1.2. Lợi ích của hệ thống tự động hóa kho

Việc áp dụng hệ thống tự động hóa kho mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí lao động, tăng tốc độ xử lý đơn hàng và cải thiện độ chính xác trong quản lý hàng tồn kho. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gia tăng.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý kho tại công ty SVEAM

Công ty SVEAM đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc quản lý kho hàng. Những vấn đề này bao gồm việc thiếu chính xác trong việc theo dõi hàng tồn kho, thời gian xử lý đơn hàng lâu và chi phí vận hành cao. Nghiên cứu này sẽ phân tích các vấn đề này và đề xuất giải pháp.

2.1. Các vấn đề chính trong quản lý kho

Một trong những vấn đề lớn nhất là việc theo dõi hàng tồn kho không chính xác, dẫn đến tình trạng thiếu hàng hoặc thừa hàng. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sản xuất và sự hài lòng của khách hàng.

2.2. Thách thức trong việc áp dụng công nghệ mới

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào quy trình quản lý kho gặp nhiều thách thức, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu cao và sự cần thiết phải đào tạo nhân viên. Điều này đòi hỏi một kế hoạch triển khai chi tiết và hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động hóa kho

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thiết kế và mô phỏng để phát triển hệ thống tự động hóa kho tại công ty SVEAM. Các công nghệ như RFID và phần mềm quản lý kho sẽ được áp dụng để tối ưu hóa quy trình lưu trữ và xuất hàng.

3.1. Thiết kế hệ thống tự động hóa kho

Thiết kế hệ thống bao gồm việc lựa chọn các thiết bị tự động hóa phù hợp, như robot và băng chuyền, để đảm bảo quy trình lưu trữ và xuất hàng diễn ra một cách hiệu quả nhất.

3.2. Mô phỏng hoạt động của hệ thống

Mô phỏng hoạt động của hệ thống giúp đánh giá hiệu quả và khả năng hoạt động của các thiết bị trong thực tế. Điều này cho phép điều chỉnh thiết kế trước khi triển khai thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống tự động hóa kho tại SVEAM

Hệ thống tự động hóa kho đã được triển khai tại công ty SVEAM và mang lại nhiều kết quả tích cực. Việc áp dụng công nghệ mới đã giúp cải thiện đáng kể quy trình quản lý kho và tăng cường hiệu quả sản xuất.

4.1. Kết quả đạt được sau khi triển khai

Sau khi triển khai hệ thống, công ty đã ghi nhận sự giảm thiểu thời gian xử lý đơn hàng và tăng cường độ chính xác trong quản lý hàng tồn kho. Điều này đã góp phần nâng cao sự hài lòng của khách hàng.

4.2. Khả năng mở rộng ứng dụng

Hệ thống tự động hóa kho không chỉ có thể áp dụng cho công ty SVEAM mà còn có thể được mở rộng cho các doanh nghiệp khác trong ngành công nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và quản lý kho.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống tự động hóa kho

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng hệ thống tự động hóa kho là một giải pháp hiệu quả cho công ty SVEAM. Tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển với sự tiến bộ của công nghệ, mang lại nhiều lợi ích hơn nữa cho doanh nghiệp.

5.1. Tương lai của công nghệ tự động hóa kho

Công nghệ tự động hóa kho sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các giải pháp mới như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT), giúp nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quản lý kho.

5.2. Đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình và áp dụng các công nghệ mới để nâng cao hiệu quả của hệ thống tự động hóa kho, đồng thời nghiên cứu các mô hình kinh doanh mới trong lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu hướng tự động hóa công nghiệp hiện đại, chi phí logistics nội bộ và quản trị kho bãi thường chiếm từ 15% đến 25% tổng chi phí vận hành của một nhà máy chế tạo máy. Tại Việt Nam, nhiều doanh nghiệp cơ khí chế tạo vẫn đang duy trì phương thức lưu kho truyền thống, khiến hiệu suất khai thác diện tích sàn chỉ đạt mức trung bình từ 50% đến 60%. Thực trạng tại kho thành phẩm của Tổng công ty Máy nông nghiệp SVEAM (nhà máy Vikyno) là một ví dụ điển hình khi toàn bộ mặt bằng 1000 m2 (kích thước chiều dài 50 m, chiều rộng 22 m và chiều cao trần 7 m) đang bị quá tải nghiêm trọng. Nơi đây tiếp nhận và lưu trữ hơn 35 chủng loại động cơ xăng và diesel có kích thước đa dạng từ 376 x 324 x 335 mm đến 1500 x 720 x 940 mm cùng trọng lượng dao động từ 16 kg đến 300 kg. Việc xuất nhập hàng hóa bằng xe nâng thủ công dẫn đến thời gian luân chuyển kéo dài, dễ xảy ra sai lệch số liệu tồn kho giữa sổ sách và thực địa.

Đề tài tập trung giải quyết bài toán thiết kế cơ khí và mô phỏng không gian ba chiều cho hệ thống lưu trữ và xuất kho tự động (Automated Storage and Retrieval System - AS/RS) chuyên biệt cho kho thành phẩm. Mục tiêu cụ thể là chế tạo mô hình robot cần trục S/R có tải trọng nâng danh định 400 kg/pallet, đáp ứng dung lượng lưu trữ từ 96 đến 384 vị trí chứa hàng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại kho thành phẩm nhà máy Vikyno thuộc công ty SVEAM trong giai đoạn 2012 - 2013. Kết quả nghiên cứu mang lại ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật to lớn khi giúp gia tăng thể tích chứa hữu dụng lên tới 42%, cắt giảm 60% thời gian bốc dỡ và bảo đảm tính đồng bộ dữ liệu quản lý đạt độ chính xác 100%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sản xuất tinh gọn Just-In-Time (JIT), hệ thống sản xuất linh hoạt (Flexible Manufacturing System - FMS) và mô hình sản xuất tích hợp máy tính (Computer Integrated Manufacturing - CIM) được giảng dạy chuyên sâu trong ngành chế tạo máy. Công trình kế thừa khung lý thuyết tổng quan về AS/RS với hơn 500 tài liệu nghiên cứu chuyên sâu trên thế giới do các trường đại học danh tiếng tổng hợp. Hệ thống kho tự động được tiếp cận như một tổ hợp cơ điện tử hoàn chỉnh, tích hợp chặt chẽ giữa 4 khối chức năng: hệ thống giàn kệ công nghiệp chịu lực, thiết bị cần trục lưu/xuất hàng (Robot S/R), trạm tiếp nhận và phân loại trung chuyển (Pick and Deposit Station - PDS) cùng hệ thống điều khiển trung tâm tự động.

Các khái niệm then chốt được phân tích và ứng dụng bao gồm: khái niệm hệ thống lưu trữ tải trọng lớn (Unit Load AS/RS), hệ thống lưu trữ tải trọng nhỏ (Mini Load AS/RS), kệ chứa hàng chọn lọc (Selective Pallet Rack) và công nghệ nhận dạng tự động (AutoID) thông qua đối sánh giữa kỹ thuật mã vạch (Barcode) và sóng vô tuyến (RFID).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm số liệu đo đạc thực tế tại kho hàng Vikyno về kích thước bao, trọng tâm và khối lượng của hơn 35 loại động cơ thành phẩm. Cỡ mẫu nghiên cứu được xác định gồm 48 ô kệ chứa tiêu chuẩn trong một mô hình 2 dãy giàn kệ (kích thước bao ngoài dài 15 m, cao 5 m, rộng 2,08 m) và 100 chu trình vận hành thử nghiệm của cơ cấu chấp hành robot S/R trên cả 3 trục tọa độ X, Y, Z.

Phương pháp chọn mẫu là phương pháp lấy mẫu định mức có chủ đích, tập trung vào 2 mẫu đại diện phân cực: động cơ xăng 168F-2 (trọng lượng nhẹ 16 kg) và động cơ diesel RV3200-H (trọng lượng nặng 300 kg) nhằm kiểm định độ bền cơ học và tính ổn định động học ở các chế độ tải trọng biên.

Phương pháp phân tích được lựa chọn là tính toán giải tích cơ học động lực học kết hợp phương pháp mô phỏng số học trên các phần mềm đồ họa kỹ thuật cao cấp gồm AutoCAD, Pro/Engineer và Autodesk Inventor. Lý do lựa chọn phương pháp này xuất phát từ yêu cầu phải kiểm tra ứng suất tập trung, biến dạng đàn hồi của trụ đứng robot cao 5 m và tối ưu hóa quỹ đạo chuyển động không gian ba chiều trước khi tiến hành chế tạo thử nghiệm. Việc mô phỏng ảo giúp phát hiện sớm các va chạm hình học, rút ngắn 70% thời gian thiết kế và tiết kiệm đáng kể kinh phí thử nghiệm. Toàn bộ lộ trình thực hiện được hoàn thành trong thời gian 12 tháng từ tháng 3 năm 2012 đến tháng 3 năm 2013.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được 4 phát hiện và kết quả kỹ thuật mang tính đột phá:

Thứ nhất, thiết kế hoàn chỉnh kết cấu robot S/R một trụ dẫn hướng với hệ thống dẫn động bánh răng - thanh răng tối ưu. Robot đạt tốc độ di chuyển dọc trục X là 100 m/phút, tốc độ nâng hạ hàng dọc trục Y đạt 60 m/phút và tốc độ đưa tay xúc vào/ra dọc trục Z đạt 60 m/phút, chịu được tải trọng nâng tối đa lên đến 400 kg.

Thứ hai, hệ thống đạt độ chính xác định vị vị trí dừng đỗ là cộng trừ 3 mm và độ lặp lại vị trí đạt mức cộng trừ 2 mm. Thông số này đảm bảo quá trình tiếp cận và bốc dỡ 2 loại pallet tiêu chuẩn (PL01 kích thước 1100 x 600 x 115 mm và PL02 kích thước 500 x 600 x 115 mm) diễn ra mượt mà, triệt tiêu 100% rủi ro va quẹt cơ khí.

Thứ ba, việc quy hoạch 2 dãy kệ Selective gồm 48 khoang chứa hàng với chiều cao khung 5 m đã giúp chuyển đổi sức chứa mặt bằng từ 96 pallet ban đầu lên đến 384 pallet hàng, làm gia tăng thể tích chứa hữu dụng của nhà kho lên tới 42% so với cách thức xếp chồng truyền thống.

Thứ tư, thiết lập thành công hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng bộ lập trình PLC Mitsubishi dòng FX1N kết hợp biến tần FR-A700 và module truyền thông sóng vô tuyến tần số 433 MHz công suất 1W ERP theo đúng Nghị định số 24/2004/NĐ-CP, duy trì cự ly thu phát tín hiệu ổn định trong bán kính 150 m với thời gian đáp ứng lệnh dưới 0,05 giây.

Thảo luận kết quả

Việc lựa chọn bộ truyền bánh răng - thanh răng thay vì truyền động cáp kéo hoặc xích tải mang lại độ cứng vững cao và loại bỏ hiện tượng co giãn đàn hồi khi robot S/R vận hành ở dải vận tốc cao 100 m/phút. Thuật toán điều khiển tích hợp biến tần cho phép giảm tốc 2 cấp trước khi đến tọa độ đích, giúp khử triệt để lực quán tính và bảo vệ an toàn cho các cụm chi tiết máy nhạy cảm.

Khi so sánh với các hệ thống AS/RS nhập khẩu từ Nhật Bản (Daifuku) hoặc Mỹ (Dematic), giải pháp tự thiết kế trong nước giúp hạ giá thành đầu tư từ 60% đến 70%, tạo điều kiện khả thi cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam tiếp cận công nghệ kho thông minh.

Các thông số động học của hệ thống có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ đường cong vận tốc hình chữ S (S-curve Velocity Profile) của 3 trục chuyển động và bảng đối sánh hiệu suất chu kỳ đơn (Single Command) so với chu kỳ kép (Dual Command). Việc phân tích biểu đồ cho thấy việc áp dụng chu kỳ kép (kết hợp lấy hàng ngay sau khi gửi hàng) giúp cắt giảm 35% tổng quãng đường di chuyển của robot S/R và nâng cao 28% năng suất bốc dỡ toàn trạm.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, nghiên cứu đưa ra 4 khuyến nghị hành động cụ thể:

Thứ nhất, tiến hành gia công chế tạo thử nghiệm mô hình thực tế hệ thống giàn kệ Selective 48 ô và robot S/R một trụ tại kho thành phẩm SVEAM trong vòng 6 tháng đầu năm, nhằm hiện thực hóa mục tiêu tăng 42% thể tích chứa và giảm 50% chi phí nhân công bốc dỡ (Chủ thể thực hiện: Ban Lãnh đạo và Phòng Kỹ thuật Công ty SVEAM).

Thứ hai, trang bị nâng cấp trạm thu nhận PDS với thiết bị quét mã vạch Symbol LS2208 và máy in nhiệt công nghiệp B-SX6T trong thời gian 3 tháng tới, nhằm rút ngắn thời gian quét nhận dạng xuống dưới 2 giây/kiện hàng và đạt độ chính xác quản trị dữ liệu 99,9% (Chủ thể thực hiện: Bộ phận Quản trị Kho vận phối hợp cùng Phòng Quản lý Chất lượng).

Thứ ba, hoàn thiện phần mềm quản lý kho thông minh WMS kết nối trực tuyến với PLC FX1N thông qua chuẩn giao thức RS-485 và sóng RF trong thời gian 4 tháng, nhằm đồng bộ hóa 100% số liệu luân chuyển hàng hóa lên hệ thống hoạch định nguồn lực ERP của doanh nghiệp (Chủ thể thực hiện: Đội ngũ Kỹ sư Phần mềm và Chuyên gia Tự động hóa).

Thứ tư, chuyển giao và nhân rộng giải pháp thiết kế AS/RS tải nhỏ (Mini Load) cho các nhà máy lắp ráp cơ khí, kho phụ tùng và trung tâm logistics tại các khu công nghiệp phụ trợ trên địa bàn trong lộ trình 12 đến 24 tháng, giúp tiết kiệm từ 40% đến 50% chi phí đầu tư thiết bị so với phương án nhập khẩu (Chủ thể thực hiện: Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng Nai cùng các Hiệp hội Doanh nghiệp Cơ khí).

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Nhóm 1 - Giám đốc điều hành và Quản lý chuỗi cung ứng tại các nhà máy chế tạo: Nắm vững phương pháp luận và số liệu kinh tế - kỹ thuật để ra quyết định đầu tư hiện đại hóa kho bãi, nâng cao 42% hiệu suất khai thác diện tích sàn và tối ưu hóa luồng hàng hóa nội bộ.

Nhóm 2 - Kỹ sư Cơ khí và Kỹ sư Tự động hóa: Khai thác chi tiết các công thức tính toán động lực học cơ cấu bánh răng - thanh răng, sơ đồ mạch điều khiển biến tần Mitsubishi FR-A700, mã lệnh lập trình PLC FX1N và thiết kế mạch thu phát RF 433 MHz.

Nhóm 3 - Giảng viên, Học viên Cao học và Sinh viên ngành Cơ điện tử: Sử dụng toàn bộ hệ thống cơ sở lý thuyết, sơ đồ giải thuật điều khiển xuất nhập 3 trục và quy trình mô phỏng 3D trên nền tảng AutoCAD/Inventor làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu chuyên đề.

Nhóm 4 - Các đơn vị tư vấn và tích hợp hệ thống nhà kho thông minh: Tận dụng các bản vẽ kỹ thuật và giải pháp kết cấu nội địa hóa để phát triển các dòng sản phẩm Mini Load AS/RS thương mại có giá thành cạnh tranh cho thị trường trong nước.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nghiên cứu lại lựa chọn cơ cấu truyền động bánh răng - thanh răng cho robot S/R? Cơ cấu bánh răng - thanh răng mang lại độ cứng vững kết cấu vượt trội, khả năng chịu tải trọng nâng tới 400 kg và độ chính xác định vị đạt mức sai số chỉ cộng trừ 3 mm. Phương án này khắc phục hoàn toàn nhược điểm trượt tải hoặc dão đàn hồi của bộ truyền dây cáp và xích kéo khi robot vận hành ở tốc độ cao 100 m/phút.

Hệ thống kho tự động trong đề tài có khả năng lưu trữ những loại mặt hàng nào? Hệ thống được thiết kế linh hoạt cho hơn 35 chủng loại động cơ xăng và diesel có khối lượng từ 16 kg đến 300 kg. Hàng hóa được cố định trên 2 dạng pallet tiêu chuẩn PL01 (1100 x 600 x 115 mm) và PL02 (500 x 600 x 115 mm), kết hợp với cơ cấu tay xúc có thể tự động co giãn độ rộng theo phương ngang.

Việc truyền thông dữ liệu bằng sóng vô tuyến RF 433 MHz có đảm bảo an toàn và tuân thủ pháp lý? Hệ thống sử dụng module RF ở dải tần số 433 MHz với công suất phát 1W ERP và cự ly phủ sóng 150 m. Cấu hình này tuân thủ nghiêm ngặt quy định tại Nghị định số 24/2004/NĐ-CP của Chính phủ, kết hợp thuật toán mã hóa dữ liệu chuyên dụng giúp tín hiệu truyền thông ổn định, không bị nhiễu loạn trong môi trường công nghiệp.

Hệ thống AS/RS mang lại hiệu quả cải thiện không gian kho như thế nào so với kho truyền thống? Nhờ tận dụng tối đa chiều cao không gian 5 m và thu hẹp bề rộng hành lang chạy của robot xuống chỉ còn 0,88 m, hệ thống 2 dãy kệ 48 khoang đã nâng dung lượng lưu trữ từ 96 lên 384 pallet thành phẩm. Thể tích lưu trữ thực tế của nhà kho tăng lên 42%, giải quyết triệt để tình trạng quá tải mặt bằng 1000 m2.

Cơ chế an toàn của robot S/R hoạt động ra sao khi gặp vật cản bất ngờ trên đường chạy? Robot được trang bị cảm biến laser đo khoảng cách liên tục ở đầu thân máy. Khi phát hiện vật thể lạ nằm trong cự ly cảnh báo, cảm biến gửi tín hiệu về PLC để hạ biến tần và kích hoạt phanh điện từ hãm cứng trục động cơ trong thời gian dưới 0,2 giây, bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người và thiết bị.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra thông qua 5 kết quả then chốt:

• Thiết kế hoàn chỉnh kết cấu cơ khí robot S/R một trụ với tải trọng nâng 400 kg và tốc độ chạy dọc 100 m/phút.
• Xây dựng thành công hệ thống điều khiển tự động hóa bằng PLC Mitsubishi FX1N kết hợp biến tần FR-A700 và sóng RF 433 MHz.
• Tăng cường 42% thể tích lưu trữ hữu dụng cho kho thành phẩm 1000 m2 của SVEAM, đáp ứng lưu trữ 384 vị trí pallet.
• Chuẩn hóa trạm trung chuyển PDS tích hợp đầu đọc mã vạch Symbol LS2208, đảm bảo truy xuất dữ liệu chính xác 100%.
• Mô phỏng thành công chuyển động động học 3D trên Inventor, chứng minh tính khả thi và độ tin cậy của mô hình trước khi chế tạo.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là làm chủ quy trình tính toán, thiết kế và mô phỏng hệ thống Mini Load AS/RS nội địa hóa, mở ra hướng đi tự chủ công nghệ với chi phí chỉ bằng 30% đến 40% so với thiết bị ngoại nhập. Trong lộ trình 6 đến 12 tháng tới, nhóm nghiên cứu khuyến nghị chế tạo thực nghiệm giàn kệ 48 ô và tích hợp đồng bộ với phần mềm WMS. Quý doanh nghiệp và viện nghiên cứu quan tâm vui lòng kết nối để tiếp nhận chuyển giao toàn bộ hồ sơ thiết kế, thuật toán điều khiển và mô hình mô phỏng chuyên sâu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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.