CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu vấn đề 1.1 Giới thiệu hệ thống AGV trên thế giới và ở Việt Nam AGV là viết tắt cho cụm từ Automated Guided Vehicle, một phương tiện vận chuyển hàng hoá không người lái. Tập hợp nhiều AGV được gọi là AGV và thuật ngữ này được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1955 [1]. Khi AGV hoạt động cùng với nhau thực hiện công việc vận chuyển hàng hoá từ địa điểm này đến địa điểm khác thông qua mạng lưới giao thông thì chúng là một phần của hệ thống AGV. Ngoài ra, hệ thống AGV còn có các thành phần khác như hệ thống điều khiển, hệ thống định vị, hệ thống sản xuất, lưu trữ,… [1].1: Hệ thống AGV của SWISSLOG[2] Báo cáo của Grand View Reseach [3] cho thấy thị trường AGV vào năm 2022 có giá trị 4,28 tỉ USD trên toàn thế giới và tỉ lệ tăng trưởng kép được kỳ vọng là 9,7% từ năm 2023 tới năm 2030.
Trong 3 năm từ 2021 đến 2023, đã có nhiều doanh nghiệp ở nhiều ngành đã áp dụng hệ thống AGV vào hệ thống của họ. Năm 2021, công ty AUDI AGV, một công ty sản xuất ô tô đã áp dụng AGV trong hệ thống sản xuất. Cùng năm đó, công ty OTSAW Digital Pte.Ltd phát triển AGV để phục vụ cho mục đích chăm sóc sức khoẻ các bệnh nhân. Vào năm 2022, một công ty bán lẻ tên là SAVE MART SUPER MARKET đã mở rộng khu vực giao hàng của mình khi sử dụng AGV của công ty Starship.
Trong thời gian gần đây, vào tháng 3 năm 2023, Swisslog Holding AGV đã giới thiệu phiên bản mới của hệ thống CarryPick, hệ thống di động lấy hàng và lưu trữ đến người với tính năng hướng dẫn xe chở hàng tự động. 1 Vào tháng 12 năm 2022, Daifuku Co. Ltd, một nhà sản xuất hàng đầu về giải pháp xử lý tự động, đã thông báo về việc xây dựng một nhà máy mới tại Hyderabad – Telangana - Ấn Độ, nhằm sản xuất các giải pháp kho tự động, băng tải, hệ thống xe hướng dẫn theo dõi đường ray, bộ sắp xếp, và nhiều hệ thống khác. Trong tháng 10 năm 2022, Seegrid Corporation đã tuyên bố mối quan hệ chiến lược với Koops Automation Systems, tạo điều kiện cho Koops để nâng cao danh mục sản phẩm dịch vụ doanh nghiệp của họ bằng cách tích hợp giải pháp doanh nghiệp Fleet CentralTM và robot di động tự động Seegrid PalionTM.
Bastian Solutions, Inc., công ty logistics thuộc sở hữu của Toyota, đã giới thiệu giải pháp chọn lựa tự động SmartPick tại sự kiện PACK EXPO International vào tháng 9 năm 2022. Trong tháng 9 năm 2022, JBT Corporation đã mua lại Bevcorp để phát triển một mô hình kinh doanh chắc chắn, với 60% doanh thu định kỳ. Cũng vào tháng 9 năm 2022, Toyota Material Handling Japan (YMHJ), một phần của TOYOTA INDUSTRIES CORPORATION, đã ra mắt công nghệ mới về xe nâng tự động sử dụng trí tuệ nhân tạo để tự động nhận diện vị trí và địa điểm của xe nâng, từ đó tạo ra tuyến đường di chuyển tự động cho quá trình xếp hàng. Trên đây chỉ là một vài ví dụ về ứng dụng của AGV trong các ngành khác nhau.
Hệ thống AGV được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau như sản xuất, logistics, ô tô, chăm sóc sức khoẻ, thực phẩm vì khả năng nâng cao năng suất, giảm thiểu chi phí và khả năng thúc đẩy quy trình tự động hoá, công nghiệp hoá. Khi các doanh nghiệp nhận ra được quá trình công nghiệp hoá tự động hoá là xu hướng phát triển, nhu cầu phát triển các giải pháp xử lý vật liệu và vận chuyển sẽ tăng theo và đây chính là cơ hội phát triển của thị trường AGV.2: AGV của Starship[4] 2 Việt Nam thuộc khu vực châu Á – Thái Bình Dương, đây là khu vực có tốc độ phát triển thị trường lớn nhất[3]. Nhưng thị trường AGV ở Việt Nam không phát triển vì nền công nghiệp ở đây còn non trẻ. Nền công nghiệp của Việt Nam đang gặp rất nhiều thách thức, phụ thuộc vào vốn đầu tư nước ngoài, công nghệ kém, sản phẩm kém chất lượng và năng suất lao động thấp[5].
Mặc dù gặp nhiều thách thức và khó khăn nhưng Việt Nam định hướng phát triển theo hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá, mục tiêu tới năm 2030 cơ bản trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại[5]. Xu hướng tự động hoá, hiện đại hoá sẽ kéo theo sự phát triển các giáp pháp vận chuyển và xử lý vật liệu. Vậy nên đây sẽ là một cơ hội để phát triển thị trường AGV ở Việt Nam. Tại đây đã có một số công ty bắt đầu nghiên cứu phát triển AGV như IDEA group, INTECH group, ESATECH,… Các công ty này đã có các sản phẩm AGV và các hệ thống AGV hoàn thiện, góp phần phát triển thị trường ở Việt Nam.3: ESATECH AGV và IDEA AGV[6] [7] Từ những lý do trên, có thể thấy thị trường AGV ở Việt Nam có tiềm năng phát triển theo xu hướng tự động hoá, hiện đại hoá của đất nước.
Góp phần hỗ trợ quá trình nâng cấp từ quy trình sản xuất thủ công sang bán tự động và tự động. Vì thế hướng nghiên cứu hệ thống AGV được lựa chọn.2 Các nhiệm vụ cơ bản và vấn đề tồn đọng của hệ thống AGV Trong hệ thống AGV sẽ bao gồm 5 nhiệm vụ chính[8]: phân phối công việc, xác định đường đi, lập kế hoạch di chuyển, định vị và quản lý phương tiện. Các công việc sẽ được hệ thống điều khiển phân phối cho các AGV trong trạng thái rảnh rỗi, sau đó chọn ra một con đường để vận chuyển hàng hoá. 3 Trong quá trình vận chuyển, để tránh va chạm và kẹt cứng thì hệ thống cần phải hoàn thành tốt nhiệm vụ lập kế hoạch chuyển động cho tới khi AGV hoàn thành công việc được giao.
Trong lúc AGV đang vận hành thì các thành phần khác nhau trong hệ thống sẽ đảm nhiệm nhiệm vụ định vị và quản lý phương tiện.4: Quy trình làm việc chung của hệ thống AGV[8] Dựa theo quy trình làm việc chung của hệ thống AGV được trình bày ở [8], sau khi AGV hoàn thành công việc, nó sẽ tiếp tục nhận công việc mới và lặp lại quy trình. Trong trường hợp AGV không có được hệ thống điều khiển giao nhiệm vụ ngay tức khắc thì AGV sẽ chuyển về trạng thái rảnh[1]. Lúc này, hệ thống điều khiển ra lệnh cho AGV đến một vị trí để đỗ và chờ công việc tiếp theo được phân phối. Để giảm thời gian hàng hoá đợi AGV di chuyển từ vị trí đỗ tới địa điểm lấy hàng, vị trí đỗ của AGV cần được lựa chọn cân nhắc.
Với lý do trên, đã có nhiều nghiên cứu và tiêu chí đánh giá để lựa chọn một vị trí bãi đỗ AGV hợp lý, nhằm giảm thiểu thời gian phản hồi của các AGV qua đó gián tiếp giảm thời gian hoàn thành nhiệm vụ. Những cách giải quyết tiếp cận theo phương diện thống kê, tạo ra các chương trình linh hoạt hoặc dùng mô hình chuỗi Markov. Các phương pháp trên khi ứng dụng cho các hệ có số lượng AGV cố định thì có thể xử lý được nhưng khi hệ thống AGV trở nên lớn và phức tạp thì cần có những giải thuật hiệu quả hơn để xử lý vấn đề[1]. Bên cạnh đó, theo dòng lịch sử, con người đã phát minh ra nhiều loại công cụ để xử lý các công việc đơn giản hơn.
Những công cụ này giúp con người thoả mãn các nhu cầu trong đời sống, bao gồm di chuyển, các ngành công nghiệp và tính toán. Máy học là một trong số chúng[9]. Đã có những nghiên cứu ứng dụng máy học để xác định vị trí đỗ AGV nhằm giảm thời gian hoàn thành nhiệm vụ.2 Các công trình nghiên cứu liên quan Vào năm 1993, Egbelu đã chỉ ra rằng có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào vấn đề thiết kế và điều khiển nhưng vấn đề xác định vị trí đỗ cho AGV lại được ít chú ý hơn so với các hướng nghiên cứu khác. Trong nghiên cứu này, ông đã chỉ ra 3 hướng tiếp cận để giải quyết vấn đề: giảm thiểu thời gian phản hồi lớn nhất của hệ AGV, giảm thiểu thời gian phản hồi trung bình của hệ AGV và phân phối vị trí đỗ của các AGV đều trên khu vực hoạt động[10].
Ngoài ra, có 3 nguyên tắc đỗ được nhắc đến đó là: nguyên tắc đỗ tập trung, nguyên tắc đỗ vòng lặp và nguyên tắc đỗ tại chỗ[10].5 mô tả một hệ thống AGV với bố cục vòng lặp, trong hệ thống này bao gồm một đường đi khép kín qua các trạm làm việc được đánh số từ 1 tới 10.5: Một hệ thống AGV với bố cục vòng lặp[10] Khi áp dụng nguyên tắc đỗ tập trung, một khu vực sẽ được chọn để các AGV rảnh quay về. Khi chọn nguyên tắc này, không quan trọng AGV đang ở đâu, AGV chuyển trạng thái từ làm việc sang rảnh rỗi sẽ quay về khu vực tập trung. Trong trường hợp hệ thống AGV áp dụng nguyên tắc đỗ vòng lặp, trong hệ thống sẽ có một hoặc nhiều vòng lặp được xác định, khi AGV đổi trạng thái sẽ quay về một trong các vòng lặp này đợi tới khi được giao nhiệm vụ mới. Còn khi áp dụng nguyên tắc đỗ tại chỗ, các AGV sau khi hoàn thành công việc sẽ đỗ ngay tại vị trí giao hàng và đợi tới khi nhận nhiệm vụ mới, nhưng có thể gây ra tình trạng kẹt cứng vì AGV rảnh chặn đường đi của AGV khác[1], [10].
5 Egbelu[10] nghiên cứu quy tắc đỗ vòng lặp. Trong nghiên cứu này ông xem mọi vòng lặp đều tương đương với một bố cục hình tròn. Khi tiếp cận theo hướng này, khoảng cách giữa các trạm làm việc không còn tính theo khoảng cách mà tính theo độ lớn của cung tròn. Có 4 mô hình được giới thiệu, trong đó có hai mô hình đơn phương tiện, xem xét AGV di chuyển theo một hướng và hai hướng, hai mô hình còn lại xem xét trường hợp đa phương tiện và các phương tiện này di chuyển theo một chiều và hai chiều.
Nguyên lý cơ bản của các giải thuật được đề ra trong nghiên cứu này dựa trên mô hình toán, tính toán khoảng cách giữa các trạm theo độ lớn của cung tròn, chọn khoảng cách cung lớn nhất và chọn vị trí đỗ hợp lý sao cho giảm đi thời gian phản ứng tối đa của các phương tiện.6 mô tả cách Egbelu xem xét đường đi khép kín ngẫu nhiên (a) tương đương với một đường tròn (b). Độ dài đường đi ở bố cục (a) bằng với chu vi đường tròn bán kính r ở bố cục (b).
