Đặt vấn đề Trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng công nghệ hiện đại trong quản lý và vận hành kho bãi trở nên cực kỳ quan trọng. Kho bãi đóng vai trò không thể phủ nhận trong chuỗi cung ứng, giữ vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và phân phối hàng hóa một cách hiệu quả, từ đó đảm bảo doanh nghiệp duy trì mức độ phục vụ khách hàng cao. Tuy nhiên, phương pháp quản lý kho theo kiểu truyền thống, tập trung chủ yếu vào lao động nhân công và các thiết bị bốc dỡ hàng hóa, không thực sự tận dụng hết các không gian và khả năng lưu trữ của kho. Việc này dẫn đến nhiều vấn đề như tốn kém chi phí, thời gian và diện tích đất làm nhà kho.
Những vấn đề này không chỉ gây tổn thất về chi phí mà còn ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh tổng thể của doanh nghiệp. Vì vậy, việc áp dụng hệ thống lưu kho tự động là cần thiết để mang lại nhiều lợi ích như tăng cường hiệu quả quản lý, tiết kiệm chi phí, giảm thiểu sai sót và cải thiện tốc độ xử lý đơn hàng. Với sự hỗ trợ của các công nghệ tiên tiến như robot, trí tuệ nhân tạo và IoT, hệ thống lưu kho tự động đang trở thành xu hướng không thể phủ nhận trong quản lý kho bãi. Nhóm của chúng tôi quyết định thực hiện đồ án " THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG " nhằm nghiên cứu và phát triển một hệ thống lưu kho tự động, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình quản lý và vận hành kho bãi.
Với việc ứng dụng hệ thống lưu kho tự động, doanh nghiệp không chỉ nâng cao năng lực cạnh tranh mà còn bắt kịp xu hướng phát triển của ngành công nghiệp hiện đại.2 Mục tiêu của đề tài - Thiết kế 3 kho hàng 3x3 đặt ở 3 hướng khác nhau để tận dụng tối đa diện tích kho. - Thiết kế bộ khung đỡ 2 trục XYZ và điều khiển nội suy tuyến tính 2 trục bằng servo để nâng cao tốc độ lưu kho. - Thiết kế cách tay robot scara 2 bậc tự do để bốc dở hàng hóa một cách chính xác, linh hoạt và nhanh chóng. - Hệ thống được điều khiển và giám sát qua giao diện winform C# trên máy tính, hiển thị thông tin về số lượng sản phẩm, thời gian nhập, xuất của chúng và cảnh báo lỗi cho người dùng biết trong quá trình vận hành 1 - Phân loại mã QR chính xác, ổn định.3 Giới hạn của đề tài - Cơ cấu lưu kho được thiết kế chỉ nâng được hàng có trọng lượng nhỏ dưới 1kg - Thành phần cơ khí của bộ trục XYZ chưa được chắc chắn nên bị rung lắc khi hệ thống hoạt động với tốc độ nhanh.
- Sử dụng nam châm điện gắn vào cơ cấu chấp hành cuối của robot scara để hút hàng nên độ chính xác chưa cao, thình thoảng không hút được hàng.4 Phương pháp nghiên cứu - Tham khảo các hệ thống lưu kho tự động có sẵn trên thị trường. - Dựa trên các tài liệu nghiên cứu, đồ án hay các tài liệu trên các trang mạng như google scholar, thư viện số Đại học Sư phạm Kỹ thuật,… Từ đó nhóm thực hiện cải tiến bằng cách thiết kế thêm cách tay robot scara và điều khiển nội suy tuyến tính bộ trục XYZ để bốc dỡ, vận chuyển hàng hóa một cách nhanh chóng, linh hoạt và chính xác.5 Nội dung của đề tài Phần còn lại của đề tài có nội dung như sau: • Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày yêu cầu của hệ thống cần thiết kế, các vấn đề liên quan đến công nghệ của hệ thống lưu kho tự động. • Chương 3: Thiết kế phần cứng Thiết kế, lựa chọn trang thiết bị, sơ đồ khối của hệ thống, sơ đồ đi dây và thi công mô hình. • Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển và hệ thống giám sát Trình bày chương trình điều khiển, nguyên lý hoạt động của hệ thống, thiết kế giao diện điều khiển và giám sát hệ thống.
• Chương 5: Kết quả Trình bày kết quả đạt được về phần cứng và phần mềm. • Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đánh giá lại kết quả đạt được và đề xuất phương án cải tiến trong tương lai 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các loại kệ kho hàng phổ biến hiện nay 2.1 Kệ kho selective Hình 2.1: Hình ảnh kệ selective trong thực tế Kệ Selective là giải pháp lưu trữ hàng nhà kho đa dạng, có khả năng chứa tối đa 3000kg/pallet. Với lối đi rộng lên đến 3.5m, hệ thống này tạo điều kiện thuận lợi cho việc di chuyển xe nâng bên trong và bốc dỡ hàng hóa một cách đơn giản. Với hiệu suất tiếp cận pallet đạt 100%, Kệ Selective tạo môi trường quản trị tồn kho chuyên nghiệp, giúp giải quyết lưu thông hàng hóa một cách thuận lợi.
Đồng thời, giảm thiểu rủi ro hư hỏng và va chạm không mong muốn giữa xe nâng và hệ thống kệ lưu trữ nhờ lối đi rộng. Với chi phí lắp đặt thấp và không đòi hỏi đầu tư xe nâng đặc biệt, kệ kho Selective trở thành sự lựa chọn hàng đầu trong các kho xưởng công nghiệp. Đặc biệt phù hợp trong việc lưu trữ vật tư, nguyên liệu sản xuất, và hàng hóa có hạn sử dụng ngắn như thực phẩm, dược phẩm, và vải. Cấu tạo: 3 Hình 2.2: Hệ thống kệ Selective Hệ thống kệ Selective bao gồm các chi tiết: - Chân trụ omega dập lỗ: Chịu tải toàn hệ thống.
- Thanh giằng (giằng chéo): kết nối chân trụ omega và khuếch đại khả năng chịu tải của chân trụ. - Thanh ngang (giằng ngang): giúp cố định khoảng cách giữa 2 chân trụ. - Thanh beam: Nối giữa 2 chân trụ, là nơi đặt cố định những pallet. - Thanh lót: hỗ trợ thanh beam giữ cho pallet luôn ổn định.
- Trụ bảo vệ: Liên kết thanh trụ omega với sàn, giữ cho hệ thống luôn vững chắc. - Chất liệu tấm lót (mâm): ván ép gỗ, mâm tole, tấm lưới thép. Ưu điểm - Kệ có tải trọng lớn lên đến 6000 kg/tầng - Kệ có thê lưu trữ nhiều loại hàng hóa đa dạng về chủng loại, quy cách, kích thước,. - Thiết kế đơn giản, dễ dàng tháo lắp, đáp ứng được mọi kích thước pallet - Dễ dàng điều chỉnh chiều cao giữa các tầng - Có các kết cấu phụ như mâm tole, lưới thép giúp bảo vệ hàng hóa tốt nhất - Sử dụng được trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực như: thực phẩm, công nghiệp, logistic, kho lạnh,.
- Khả năng tiếp cận pallet là 100%, giúp việc nhập và xuất hàng thuận tiện 4 - Không bị giới hạn bởi nguyên tắc nhập xuất hàng theo FIFO hay LIFO - Được liên kết bằng bulong giúp việc điều chỉnh kết cấu và nâng cấp cũng như di chuyển dễ dàng. - Phủ hợp với mọi loại xe nâng Nhược điểm: - Kệ chi tận dụng được 40% diện tích kho - Một số sản phầm không thể lưu trữ trên kệ selective mà cần chuyển qua một loại kệ chuyên dụng khác như: hàng quá nặng, cồng kềnh,.2 Kệ kho Drive in Hình 2.3: Kệ kho Drive in Hệ thống kệ Drive in hay còn có tên gọi khác là kệ xe nâng chui, được dùng để lưu trữ hàng hóa trong các kho công nghiệp là chủ yếu. Kệ sử dụng những ray dẫn đỡ pallet thay vì beam đỡ pallet, và xe nâng hàng có thể dễ dàng chịu sâu vào bên trong để lấy các pallet mà không hề gặp khó khăn. Loại kệ này cung cấp khả năng lưu trữ hàng hóa tối ưu nhất nhờ hoạt động linh hoạt dựa trên nguyên tắc FILO (các pallet nào vào trong đầu tiên thì sẽ được lấy ra sau cùng).
Ưu điểm: - Có thể tận dụng được đến 70% diện tích kho, tăng khả năng sử dụng không gian. 5 - Chi phí đầu tư khá thấp so với các loại kệ khác, đặc biệt là khi số lượng nhiều. - Phù hợp với hầu hết các loại xe nâng. - Khả năng lưu trữ hàng hóa với mật độ cao, giúp tối ưu hóa không gian kho.
- Dễ dàng tháo lắp, nâng cấp và sửa chữa khi cần thiết. - Có các thanh giằng được kết nối đối xứng giúp tăng khả năng chịu tải cho hệ thống kệ. - Thiết kế đa dạng và hiệu suất sử dụng tối ưu cao. Nhược điểm - Mặc dù có nhiều tính năng vượt trội, kệ Drive In vẫn còn tồn đọng khuyết điểm về khả năng chọn lọc hàng hóa.
- Không thích hợp để lưu trữ sản phẩm có hạn sử dụng hoặc nhiều chủng loại sản phẩm. - Xe nâng thường phải di chuyển vào bên trong để lấy hàng, dễ gây ra va chạm. - Trong các kho hàng lớn, thường kết hợp kệ Drive In với kệ Selective hoặc kệ Double Deep để nâng cao khả năng chọn lọc. - Thường được sử dụng để chứa đựng nhóm hàng đồng nhất và trong các kho yêu cầu sức chứa lớn và không quan trọng việc chọn lọc hàng hóa.
- Thích hợp cho kho hàng lạnh để tăng mật độ chứa hàng và giảm chi phí vận hành.3 Kệ Khuôn Hình 2.4: Kệ khuôn 6 Kệ khuôn là loại kệ được thiết kế dùng để lưu trữ các loại khuôn mẫu hay hàng hóa có tải trọng nặng, thường sử dụng cho các ngành cơ khí nhựa, công nghiệp xe hơi, tàu biển và lưu trữ khuôn mẫu,. Vì các loại khuôn mẫu có cấu trúc phức tạp, tải trọng nặng nên không thể xếp chồng lên nhau, thường được đặt trên sàn sản xuất. Tuy nhiên việc lưu trữ các loại máy móc này trên sàn chiếm rất nhiều không gian trống, lại dễ dàng gây hư hại đến những món đồ đắt tiền này. Chính vì vậy rất cần một loại kệ có cấu trúc vững chắc và độ bền cao như kệ khuôn, chịu được tải trọng lớn và khả năng lưu trữ hiệu quả.
Đặc điểm - Kệ khuôn có chân trụ làm theo chữ C lắp ráp, được thiết kế chắc chắn với các thanh trượt liên kết với nhau bằng ốc vít và bu lông. - Các tầng của kệ có kết cấu vững chãi, kệ được làm bằng thép với khả năng lưu trữ đến hàng nghìn kg. - Thiết kế móc khóa an toàn tự động của kệ giúp giữ vững mâm tầng được ổn định, tránh dịch chuyển gây nên sự cố cho người dùng. - Mỗi tầng của kệ đều có tay cầm để duy trì, tầng cuối sẽ được kết nối với thiết bị di chuyển tầng kệ.
Ưu điểm của kệ khuôn: Ngoài chức năng nâng đỡ và lưu trữ hàng hóa như chúng tôi vừa kể trên, kệ khuôn còn có những chức năng quan trọng sau: - Lưu trữ có tổ chức - Các khuôn được lưu trữ sắp xếp gọn gàng trên kệ, giúp cho việc lấy hàng và kiểm tra dụng cụ cũng dễ dàng hơn.