Đặt vấn đề Trong bối cảnh nền kinh tế Việt Nam đang trên đà phát triển nhanh chóng, đặc biệt với sự bùng nổ của thương mại điện tử, nhu cầu về hệ thống lưu kho hiện đại và hiệu quả ngày càng trở nên cấp thiết. Hệ thống lưu kho đóng vai trò then chốt trong 3 chuỗi cung ứng, không chỉ giúp doanh nghiệp lưu trữ và quản lý hàng hóa mà còn tối ưu hóa quy trình vận chuyển và phân phối. Tuy nhiên, hệ thống lưu kho tại Việt Nam hiện nay đang đối mặt với nhiều thách thức và hạn chế cần được giải quyết để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường. Một số hạn chế mà Việt Nam phải đối mặt trong việc phát triển hệ thống lưu kho như cơ sở hạ tầng Logistic chưa hoàn thiện, gây khó khăn trong việc vận chuyển lưu kho hàng hóa; Thiếu hụt nguồn nhân lực chất lượng cao, gây ảnh hưởng nhiều đến quản lý và vận hành lưu kho hàng hóa; Chi phí đầu tư ban đầu lớn, gây khó khăn cho nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp vừa và nhỏ; Việc quản lý và bảo mật thông tin chưa được chú trọng, có thể gây rủi ro về đánh cấp dữ liệu và tấn công mạng.
Vậy, thế nào là một hệ thống lưu kho? Làm thế nào để triển khai một hệ thống lưu kho thông minh, đáp ứng các yêu cầu của doanh nghiệp? “Nhà lưu kho nên được xem là nơi tạm thời để lưu trữ hàng tồn kho và là nơi đệm trong chuỗi cung ứng. Nó đóng vai trò như một đơn vị tĩnh - chủ yếu - kết nối tính sẵn có của sản phẩm với nhu cầu của người tiêu dùng và do đó có mục đích chính là tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển hàng hóa từ nhà cung cấp đến khách hàng, đáp ứng nhu cầu một cách kịp thời và tiết kiệm chi phí” – Theo Van den Berg (2013).[9] “Trước đây, kho hàng thường được coi là trung tâm chi phí và hiếm khi tạo thêm giá trị. Sự dịch chuyển sản xuất sang Viễn Đông, sự phát triển của thương mại điện tử và nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng đã chứng kiến sự thay đổi từng bước trong hoạt động kho bãi. Kho hiện được coi là một mắt xích quan trọng trong chuỗi cung ứng ngày nay.” [9] Trên thực tế, như đã nêu trong một cuộc khảo sát gần đây của Motorola (2013): “Ngày càng ít tổ chức tiếp tục coi kho hàng đơn giản là các liên kết hàng hóa giữa các điểm cuối của chuỗi cung ứng.
Kho hàng không còn là những “tệ nạn” cần thiết mà về cơ bản là trung tâm chi phí. Sự chuyển đổi từ chuỗi cung ứng tuyến tính sang chuỗi cung ứng đa nút phức tạp nhận thấy sự thay đổi trong nhận thức này và đang được thúc đẩy bởi sự biến động lớn hơn, năng lực hạn chế, các quy định ngày càng phát triển, những thay đổi lớn về nhân khẩu học và mô hình mua hàng của khách hàng cũng như yêu cầu ngày càng khắt khe của khách hàng và nhà cung cấp. Kho hàng ngày nay có thể thúc đẩy sự khác biệt mang tính cạnh tranh và bằng cách đó sẽ tăng tốc độ tăng trưởng lợi nhuận.” [9] Như vậy, để phát triển ngành quản lý kho hàng nói riêng và lĩnh vực Logistics và Quản lý chuỗi cung ứng nói chung tại nước ta hiện nay, ngoài việc nâng cao chất 4 lượng nguồn nhân lực và cơ sở hạ tầng thì việc áp dụng các công nghệ tiên tiến cũng vô cùng quan trọng. Nhất là việc sử dụng những máy móc, thiết bị, những robot vào quá trình tự động hóa trong lưu kho hàng hóa nhằm dễ dàng quản lý và kiểm soát kho hàng.
Trong các cửa hàng tiện lợi nói riêng và cửa hàng bán lẻ nói chung, nơi có các kho hàng nhỏ, hẹp với yêu cầu lưu kho hàng hóa với số lượng lớn, nhưng vẫn đảm bảo về mặt diện tích, dễ dàng kiểm soát và quản lý giúp giảm thiểu sai sót do con người, tiết kiệm chi phí nhân công và nâng cao năng suất. Để giải quyết vấn đề trên đòi hỏi phải áp dụng một mô hình lưu kho hàng hóa thông minh và sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa một cách tự động nhằm tối ưu hóa không gian lưu kho, giảm sức lao động và dễ dàng quản lý kho hàng. Trong khuôn khổ của Khóa luận tốt nghiệp, với mong muốn nghiên cứu, thiết kế và phát triển một mô hình robot kết hợp với lưu kho thông minh để giải quyết vấn đề trên và góp phần cho sự phát triển của lưu kho hàng hóa nói riêng và lĩnh vực Quản lý chuỗi cung ứng nói chung. Nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và triển khai hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động”.
Đây là một hệ thống lưu kho kết hợp giữa lưu kho thông minh và sử dụng robot trong quá trình vận chuyển hàng hóa nhằm tối ưu hóa hệ thống và nâng cao chất lượng trong quản lý kho hàng. Chúng em mong rằng những kết quả thu được từ quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài trong bài báo cáo này sẽ góp một phần nhỏ vào phát triển lĩnh vực Logistics và Quản lý chuỗi cung ứng của nước ta cũng như làm cơ sở cho việc phát triển những ý tưởng mới về Robot trong tương lai trong quản lý kho hàng và nhiều lĩnh vực khác. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu • Tìm hiểu về hệ thống lưu kho thông minh kết hợp với robot vận chuyển hàng hóa lưu kho. • Thiết kế và chế tạo mô hình lưu kho kết hợp robot vận chuyển để hiểu hơn về kết cấu, nguyên lý hoạt động cũng như những ứng dụng và khả năng thực tiễn của hệ thống.
• Xây dựng thuật toán điều khiển vị trí cho robot vận chuyển. • Thiết kế các bản vẽ 3D và bản vẽ 2D bằng phần mềm Solidworks và sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng chuyển động, tính toán và hoàn chỉnh thiết kế cơ khí cho hệ thống lưu kho. • Gia công, lắp ráp và xây dựng mô hình để triển khai thực nghiệm. 5 • Xây dựng hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát bằng Web Server, cơ sở dữ liệu và mã QR.
• Nguyên lý áp dụng: Điều khiển và giám sát robot lưu kho thông qua Web Server để thao tác các hoạt động nhập kho và xuất kho theo mong muốn của người dùng cùng với xử lý cơ sở dữ liệu để quản lý lưu kho. Các thông số thiết kế hệ thống ban đầu như sau: • Tốc độ tối đa của các trục: 𝑣𝑚𝑎𝑥 = 0,5(𝑚/𝑠) • Khối lượng tối đa của robot vận chuyển: 𝑚𝑚𝑎𝑥 = 12(𝑘𝑔) • Số lượng kệ hàng lưu trữ: 18 (kệ hàng) • Công suất trung bình: Khoảng 25 giây (một lần nhập/xuất kho) • Loại hàng lưu trữ: các loại hàng nước đóng chai/lon từ (250 - 500ml) • Kích thước thùng hàng trung bình: 380 x 280 x 190 (mm) • Số lượng thùng hàng lưu trữ tối thiểu: 18 (một thùng trên mỗi kệ hàng) • Số lượng thùng hàng lưu trữ tối đa: tùy vào kích thước thùng hàng 1. Các nội dung thực hiện Đề tài bao gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Giới thiệu tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Thiết kế cơ cấu cơ khí Chương 4: Thiết kế bộ điều khiển hệ thống Chương 5: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển Chương 6: Thi công mô hình và điều khiển thực nghiệm Chương 7: Kết luận và hướng phát triển 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động (Automated Storage and Retrieval System - AS/RS) là giải pháp quản lý kho hiện đại ứng dụng các công nghệ tiên tiến như tự động hóa, robot, Internet vạn vật (IoT), dữ liệu lớn (Big Data) và trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa quy trình lưu trữ, phân phối và quản lý hàng hóa.1 Tổng quan về một hệ thống lưu kho thông minh 2.
Đặc điểm nổi bật Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động có các đặc điểm nổi bật sau: • Tự động hóa cao: Sử dụng robot, xe tự hành (AGV), hệ thống băng tải tự động và các thiết bị tự động khác để thực hiện các nhiệm vụ như di chuyển hàng hóa, sắp xếp, đóng gói, vận chuyển và kiểm tra chất lượng. • Hiệu quả cao: Tăng năng suất, giảm thiểu sức lao động và sai sót do con người, tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả quản lý kho. • Độ chính xác cao: Hệ thống theo dõi và giám sát hàng hóa theo thời gian thực, đảm bảo độ chính xác trong việc xuất nhập kho và quản lý tồn kho. • Linh hoạt: Dễ dàng điều chỉnh hệ thống để đáp ứng nhu cầu thay đổi về quy mô sản xuất, kinh doanh và thị trường.
• Tiết kiệm diện tích: Hệ thống lưu trữ hàng hóa thông minh giúp tối ưu hóa diện tích kho, tăng khả năng lưu trữ. Thành phần chính Hệ thống lưu kho phân phối hàng tự động bao gồm các thành phần chính: • Hệ thống quản lý kho (WMS): Phần mềm quản lý kho trung tâm, điều phối tất cả hoạt động trong kho như nhập kho, xuất kho, quản lý tồn kho, theo dõi vị trí hàng hóa,. • Robot và xe tự hành (AGV): Di chuyển hàng hóa trong kho, sắp xếp, đóng gói và vận chuyển hàng hóa theo yêu cầu. • Hệ thống băng tải tự động: Vận chuyển hàng hóa giữa các khu vực khác nhau trong kho.
• Hệ thống lưu trữ hàng hóa tự động (AS/RS): Lưu trữ hàng hóa trên các giá kệ cao, tối ưu hóa diện tích kho. • Hệ thống thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu về vị trí hàng hóa, nhiệt độ, độ ẩm, tình trạng hàng hóa. • Hệ thống phân tích dữ liệu: Phân tích dữ liệu để dự báo nhu cầu, tối ưu hóa quy trình kho, quản lý tồn kho hiệu quả. Lợi ích Sử dụng hệ thống lưu kho tự động mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm: • Nâng cao hiệu quả hoạt động: Tăng năng suất lao động, giảm thiểu sai sót, tiết kiệm chi phí vận hành và nâng cao hiệu quả quản lý kho.
• Tăng độ chính xác: Đảm bảo độ chính xác trong việc xuất nhập kho và quản lý tồn kho. • Cải thiện điều kiện làm việc: Giảm thiểu tai nạn lao động, nâng cao sức khỏe và an toàn cho người lao động. • Nâng cao khả năng cạnh tranh: Giúp doanh nghiệp nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường.2 Lợi ích của hệ thống lưu kho thông minh 8 2.