Thiết kế hệ thống tìm kiếm và lưu trữ hàng hóa tự động

LỜI CAM KẾT

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. AS/RS là gì?

1.2. Lợi ích của hệ thống kho hàng tự động AS/RS

1.3. Phạm vi sử dụng

1.4. Cấu tạo của AS/RS cơ bản bao gồm

1.4.1. Kho lưu trữ

1.4.2. Khây chứa hàng

1.4.3. Máy bốc xếp hàng

1.4.4. Máy tính điều khiển, giám sát

1.4.5. Trạm vận chuyển

1.5. Phân loại AS/RS

1.5.1. AS/RS tải đồng nhất

1.5.2. AS/RS tải nhẹ

1.5.3. AS/RS tải hàng dài

1.5.4. AS/RS có người điều khiển

1.6. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng của hệ thống

1.6.1. Trên thế giới

1.6.2. Trong nước

2. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÔ HÌNH AS/RS

2.1. Tính toán thiết kế kho chứa hàng và khây chứa hàng

2.1.1. Tính toán kho chứa hàng

2.1.2. Thiết kế kho chứa hàng

2.1.3. Mô hình kho chứa hàng

2.1.4. Khây chứa hàng

2.2. Tính toán, thiết kế bàn nâng lấy hàng

2.2.1. Cấu tạo và hoạt động của bàn nâng

2.2.2. Tính toán các thông số cho bàn nâng

2.2.3. Cơ cấu nâng/hạ

2.2.3.1. Tính toán lựa chọn động cơ

2.2.3.2. Bộ truyền vít me

2.2.3.3. Bộ truyền đai răng

2.2.3.4. Mô hình cơ cấu nâng

2.2.4. Cơ cấu di chuyển dọc

2.2.4.1. Thiết kế đế đỡ cho cơ cấu

2.2.4.2. Lựa chọn ray trượt

2.2.4.3. Tính toán lựa chọn động cơ

2.2.4.4. Tính toán bộ truyền đai

2.2.4.5. Mô hình cơ cấu di chuyển dọc

2.2.5. Mô hình AS/RS hoàn chỉnh

3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

3.1. Bài toán hoạt động của mô hình hệ thống

3.2. Input, output của mô hình hệ thống

3.2.1. Input của mô hình hệ thống

3.2.2. Output của mô hình hệ thống

3.2.3. Tọa độ các hàng trong kho chứa

3.2.4. Các thiết bị sử dụng trong mô hình hệ thống điều khiển

3.2.4.1. Board arduino mega 2560

3.2.4.2. Module TB6560 và module ULN2003

3.2.5. Sơ đồ hồi hệ thống điều khiển

3.2.6. Sơ đồ kết nối hệ thống

3.2.6.1. Sơ đồ kết nối giữa PC-KXLTH

3.2.6.2. Sơ đồ kết nối giữa KCS-KCCCH

3.2.6.3. Sơ đồ kết nối giữa KN-KXLTH-KCS-KCCCH

3.2.6.4. Sơ đồ kết nối giữa KPN-KXLTH

3.2.6.5. Sơ đồ kết nối tổng thể hệ thống điều khiển

3.2.7. Bảng địa chỉ kết nối, danh sách tiến trong hệ thống điện điều khiển

3.2.8. Giao diện giám sát mô hình hệ thống

3.2.8.1. Các thành phần trong giao diện chương trình

3.2.8.2. Cách sử dụng giao diện trong mô hình hệ thống

3.2.8.3. Các tiến tác động trong chương trình giao diện giám sát

3.2.8.4. Thuộc tính hiển thị và hoạt động mô phỏng của giao diện giám sát và điều khiển

3.3. Lưu đồ và giải thuật điều khiển

3.3.1. Giải thuật chọn chế độ di chuyển trên giao diện

3.3.2. Giải thuật nhập hoặc xuất hàng hóa

3.3.3. Giải thuật nhập hàng vào hàng trong kho

3.3.4. Giải thuật xuất hàng từ hàng trong kho

3.3.5. Giải thuật xác định hàng nhập kho

3.3.6. Giải thuật xác định hàng xuất kho

3.3.7. Giải thuật phân tích dữ liệu

3.3.8. Giải thuật di chuyển cần nâng tới hàng

3.3.9. Giải thuật di chuyển cần nâng về điểm home

3.3.10. Giải thuật cần nâng lấy hàng

3.3.11. Giải thuật cần nâng xuất hàng

3.3.12. Giải thuật phát hiện hàng hết hạn trong kho

3.3.13. Giải thuật xuất tất cả hàng hết hạn trong kho

4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM

4.1. Kế hoạch xây dựng mô hình thực nghiệm

4.2. Thực nghiệm mô hình

4.2.1. Hình ảnh về gia công và ráp mô hình cơ khí

4.2.2. Hình ảnh quá trình mô phỏng thử nghiệm mô hình

5. CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT

5.1. Những kết quả đã đạt được

5.2. Những hạn chế trong đề tài

5.3. Hướng phát triển trong tương lai

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Hệ thống tìm kiếm và lưu trữ hàng hóa tự động AS RS

Đồ án tập trung vào thiết kế mô hình hệ thống tìm kiếm và lưu trữ hàng hóa tự động (AS/RS). AS/RS, hay hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động, là một giải pháp hiện đại cho quản lý kho hàng tự động. Nó tích hợp nhiều lĩnh vực như cơ khí, điện tử và công nghệ thông tin, nhằm tự động hóa toàn bộ quá trình nhập/xuất hàng. Hệ thống tìm kiếm tự động và hệ thống lưu trữ tự động là hai thành phần cốt lõi. Lợi ích chính bao gồm: giảm chi phí nhân công, tăng tốc độ nhập/xuất hàng, nâng cao độ chính xác và an toàn, tối ưu hóa không gian kho, và giảm thiểu thất thoát hàng hóa. Tuy nhiên, cần lưu ý chi phí đầu tư và bảo trì cao, cũng như thời gian thiết kế và lắp đặt khá dài. Việc ứng dụng AS/RS phụ thuộc vào loại hàng hóa, quy mô kho và yêu cầu cụ thể của từng ngành, ví dụ như kho hàng lạnh, kho hàng y tế, hay kho hàng nguy hiểm. Cấu tạo của AS/RS bao gồm kho lưu trữ, máy bốc xếp, hệ thống điều khiển giám sát và trạm vận chuyển. Phân loại AS/RS dựa trên tải trọng (tải nặng, tải nhẹ, tải dài) và mức độ tự động hóa (có người điều khiển hoặc hoàn toàn tự động). Ứng dụng AS/RS rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như logistics, sản xuất, và thương mại.

1.1 Lợi ích và hạn chế của hệ thống AS RS

Hệ thống kho hàng tự động AS/RS mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Nó giúp giảm chi phí kho hàng bằng cách giảm thiểu nhân công. Quá trình nhập xuất hàng hóa diễn ra nhanh chóng và chính xác hơn, nhờ đó nâng cao hiệu quả kho hàng. An toàn kho hàng được đảm bảo tốt hơn do giảm thiểu sự can thiệp của con người. Tối ưu hóa không gian kho cũng là một ưu điểm, giúp tiết kiệm diện tích. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cho AS/RS khá cao. Việc bảo trì và bảo dưỡng hệ thống cũng cần chi phí đáng kể. Thời gian thiết kế và triển khai hệ thống cũng lâu hơn so với các phương pháp truyền thống. Do đó, việc lựa chọn AS/RS cần cân nhắc kỹ lưỡng giữa lợi ích và chi phí.

1.2 Ứng dụng của AS RS trong các ngành công nghiệp

Hệ thống AS/RS được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Trong ngành logistics, AS/RS hỗ trợ việc quản lý và vận chuyển hàng hóa hiệu quả. Trong sản xuất, AS/RS giúp tối ưu hóa việc cung cấp nguyên vật liệu và lưu trữ sản phẩm. Ngành thương mại điện tử cũng tận dụng AS/RS để đáp ứng nhu cầu xử lý đơn hàng khổng lồ. Ngành y tế cần AS/RS để quản lý thuốc men và thiết bị y tế. Ngành thực phẩm sử dụng AS/RS để bảo quản hàng hóa tươi sống. Tùy thuộc vào loại hàng hóa và yêu cầu cụ thể của từng ngành, hệ thống AS/RS cần được thiết kế và tùy chỉnh cho phù hợp. Việc tích hợp công nghệ IoT và trí tuệ nhân tạo (AI) vào AS/RS đang ngày càng phổ biến, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động.

II. Thiết kế mô hình AS RS trong đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp tập trung vào thiết kế mô hình AS/RS với quy mô nhỏ, nhằm minh họa nguyên lý hoạt động của hệ thống. Kho chứa hàng được thiết kế đơn giản với số lượng ô chứa hạn chế. Khây chứa hàng được làm từ mica, phù hợp với tải trọng nhẹ. Bàn nâng lấy hàng được thiết kế để di chuyển trên một đường ray. Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển Arduino và giao diện giám sát Winform. Quản lý hàng hóa được thực hiện thông qua việc nhập mã hàng hóa trên giao diện. Mô hình này tập trung vào cơ cấu vận chuyển và điều khiển tự động, thể hiện cơ bản các thành phần chính của một hệ thống AS/RS thực tế. Mặc dù quy mô nhỏ, nhưng mô hình này cho phép sinh viên thực hành và hiểu rõ các nguyên lý hoạt động của hệ thống.

2.1 Thiết kế kho chứa hàng và khây chứa hàng

Thiết kế kho chứa hàng đơn giản với cấu trúc 4x4 ô chứa, mỗi ô có kích thước 80x47x80 mm. Vật liệu sử dụng là mica, đảm bảo tính minh bạch và dễ quan sát. Khây chứa hàng có dạng hộp, được làm từ mica, có kích thước phù hợp với ô chứa. Thiết kế này ưu tiên sự đơn giản và dễ chế tạo, phù hợp với điều kiện của một đồ án tốt nghiệp. Các thông số thiết kế được tính toán dựa trên tải trọng hàng hóa và các yêu cầu kỹ thuật khác. Tối ưu hóa không gian được xem xét trong quá trình thiết kế kho chứa hàng. Việc sử dụng mica cũng giúp giảm trọng lượng tổng thể của mô hình.

2.2 Thiết kế bàn nâng lấy hàng và hệ thống điều khiển

Bàn nâng lấy hàng được thiết kế để di chuyển trên ray trượt, thực hiện chức năng nâng, hạ và di chuyển theo 3 trục. Động cơ bước được lựa chọn để điều khiển chuyển động chính xác. Hệ thống điều khiển sử dụng vi điều khiển Arduino Mega 2560, điều khiển các động cơ bước thông qua module TB6560 và ULN2003. Giao diện giám sát được lập trình bằng C# trên nền tảng Winform, cung cấp chức năng nhập liệu, xuất dữ liệu và giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống. Gói phần mềm quản lý kho đơn giản hóa việc theo dõi và quản lý hàng hóa trong mô hình. Phần mềm này cho phép người dùng nhập mã hàng, hiển thị vị trí hàng hóa và trạng thái hoạt động của bàn nâng.

III. Kết luận và hướng phát triển

Đồ án tốt nghiệp đã hoàn thành việc thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống AS/RS. Mô hình thể hiện được nguyên lý hoạt động cơ bản của một hệ thống tự động. Phần mềm quản lý kho đơn giản và trực quan. Tuy nhiên, mô hình còn hạn chế về quy mô và tính năng. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm: mở rộng quy mô mô hình, nâng cao tính năng phần mềm, tích hợp các công nghệ hiện đại như RFID, IoT, và AI. Nghiên cứu về tối ưu hóa thuật toán điều khiển nhằm tăng hiệu suất hoạt động của hệ thống. Phân tích dữ liệu từ hoạt động mô hình để cải tiến thiết kế.

3.1 Hạn chế và hướng cải tiến

Mô hình AS/RS trong đồ án tốt nghiệp có một số hạn chế. Quy mô nhỏ của mô hình không phản ánh đầy đủ khả năng của hệ thống AS/RS thực tế. Tính năng phần mềm còn đơn giản, chưa tích hợp nhiều tính năng nâng cao. Khả năng mở rộng của hệ thống còn hạn chế. Để cải thiện, cần nghiên cứu và phát triển thêm các tính năng như tích hợp RFID, quản lý hàng tồn kho, dự báo nhu cầu và quản lý bảo trì. Thuật toán điều khiển cần được tối ưu hóa để tăng hiệu quả hoạt động của hệ thống.

3.2 Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, có thể phát triển mô hình AS/RS này bằng cách tăng quy mô hệ thống, tích hợp nhiều loại thiết bị tự động hơn, và nâng cấp phần mềm quản lý. Công nghệ RFID có thể được tích hợp để tự động nhận diện và theo dõi hàng hóa. Internet of Things (IoT) có thể được sử dụng để giám sát từ xa và điều khiển hệ thống. Trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được áp dụng để tối ưu hóa việc sắp xếp hàng hóa, dự đoán nhu cầu và tự động điều chỉnh hoạt động của hệ thống. Nghiên cứu về các thuật toán tối ưu sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Đồ án thiết kế mô hình hệ thống tìm kiếm và lưu trữ hàng hóa tự động tại HCMUTE