CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU - CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI - CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG - CHƯƠNG 4: ĐỘNG HỌC – ĐIỀU KHIỂN - CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUÉT BARCODE VÀ LƯU TRỮ DỮ LIỆU VỚI PYQT5 VÀ QT DESIGNER - CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 2 CHƯƠNG 2.1 Tìm hiểu về nhà kho thông minh 2.1 Giới thiệu chung về nhà kho thông minh Kho là một thành phần quan trọng trong quy trình sản xuất và chuỗi cung ứng. Cải thiện và nâng cao mức độ tự động hóa trong quản lý kho hàng là cơ sở để thực hiện mục tiêu thông minh hóa nhà máy và tích hợp liên nhà máy trong tương lai. Hệ thống kho thông minh (hay còn gọi là hệ thống kho tự động) là một giải pháp hiện đại trong lĩnh vực quản lý và lưu trữ hàng hóa. Đây là một phần quan trọng của Cách mạng Công nghiệp 4.0, nơi mà sự hội nhập của các công nghệ tiên tiến như tự động hóa, robot, trí tuệ nhân tạo, và IoT (Internet of Things) đang tạo ra những đổi mới mạnh mẽ trong quy trình sản xuất và quản lý chuỗi cung ứng.1 Amazon warehouse Đặc điểm chính của hệ thống kho thông minh bao gồm: + Tự động hóa hoàn toàn: Hệ thống kho tự động không yêu cầu sự can thiệp của con người trong quy trình xuất nhập hàng.
Mọi công đoạn, từ xếp, dỡ, đến vận chuyển hàng hóa, đều được điều khiển và thực hiện tự động. + Robot và máy móc tự động: Các robot và máy móc được tích hợp vào hệ thống để thực hiện các nhiệm vụ như xếp, dỡ, và vận chuyển hàng hóa theo lệnh của hệ thống. + Quản lý thông tin thông minh: Hệ thống kho tự động sử dụng các phần mềm quản lý thông minh để giám sát và quản lý hàng hóa. Việc sử dụng mã định danh, cảm biến, và IoT giúp theo dõi chính xác vị trí và tình trạng của từng sản phẩm.
+ Tích hợp với các công nghệ mới: Hệ thống kho tự động thường tích hợp các công nghệ tiên tiến như trí tuệ nhân tạo, machine learning, và big data để tối ưu hóa quy trình lưu trữ và quản lý hàng hóa. Hệ thống kho thông minh mang lại những lợi ích lớn về tăng cường hiệu suất, giảm chi phí và sai sót, đồng thời nó còn là một bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa quản lý lưu trữ và chuỗi cung ứng.2 Hệ thống nhà kho lưu trữ và truy hồi tự động Thuật ngữ ASRS là viết tắt của từ Automated Storage and Retrieval Systems, có nghĩa là hệ thống lưu trữ và truy hồi tự động. Kho sử dụng ASRS bao gồm 1 hệ thống kệ chứa kết hợp với 1 hệ thống cánh tay robot đưa hàng tự động để nhập xuất hàng. Ưu điểm của hệ thống nhà kho ASRS: + Tận dụng tối đa chiều cao kho, tiết kiệm diện tích kho.
+ Tuổi thọ dài, giảm lượng lao động, an toàn hơn cho người vận hành. + Giảm hoạt động của xe nâng trong nhà kho. + Phù hợp với những kho có nhiều loại hàng hóa khác nhau. Nhược điểm của hệ thống nhà kho ASRS: + Giá thành cao, đầu tư lớn.
+ Vận hành tự động, nên bảo trì, bảo dưỡng nhiều. + Phụ thuộc hệ thống mạng và hệ thống điện.2 Hệ thống kho ASRS 2.3 Cấu trúc và hoạt động của hệ thống kho ASRS Mô hình kho được cấu thành từ 3 phần: - Hệ thống vận chuyển: Hệ thống vận chuyển trong kho rất đa dạng, tùy theo yêu cầu về công nghệ, về hàng hóa mà áp dụng. Trong đề tài này, nhóm lựa chọn hệ thống tay robot. Cánh tay robot sử dụng trục tuyến tính để chuyển động, bao gồm chuyển động tuyến tính theo 3 xyz vuông góc với nhau, tương ứng với ba chuyển động tới-lùi, ra-vào, lên-xuống.
Không gian hoạt động của robot có dạng hình khối hộp. Robot chuyển động thẳng thông qua các động cơ. Bộ truyền động tuyến tính được sử dụng có thể ở nhiều dạng khác nhau tùy theo ứng dụng cụ thể. Robot có cấu trúc thuộc loại Cartesian (hệ tọa độ Descartes) hay còn gọi là robot tuyến tính.
Ưu điểm đó là độ chính xác cao, tốc độ cao, hoạt động đơn giản, chi phí không 4 quá cao. - Hệ thống xuất nhập: Trạm xuất nhập, là nơi hàng hoá được chuyển vào và ra khỏi kệ chứa. Được thiết kế riêng biệt và đặt đối ở hai đầu kệ kho hoặc kết hợp tại cùng một vị trí tùy theo loại hàng hóa hoặc yêu cầu của kho. Để xử lí hàng hóa tại trạm xuất nhập ta có: băng tải,tay robot gắp hàng.
Hệ thống xuất nhập của kho tự động có thể áp dụng nhiều phương thức khác nhau có thể kể đến như Barcode, Qrcode, camera, xử lí ảnh, nhân công. Trong đề tài này, nhóm lựa chọn phương án trạm xuất nhập kết hợp, hàng hóa tại trạm xuất nhập được xử lí bằng băng tải kết hợp camera quét mã Barcode - Hệ thống lưu giữ: Kệ chứa hàng là khung giá đỡ, làm nhiệm vụ đỡ hàng hoá trong hệ thống ASRS. Kệ chứa phải đủ sức bền và chắc chắn, các ngăn trong kệ chứa hàng riêng lẻ. Đặc điểm của kệ ASRS là được thiết kế rất cao, tận dụng tối đa chiều cao kho, mật độ lưu trữ cực cao, không yêu cầu nhiều lối đi và chiều rộng lối đi chỉ xây dựng ở mức tối thiểu.
Quản lý việc nhập, xuất hàng hóa thông qua phần mềm ứng dụng và cơ sở dữ liệu. Lưu trữ thông tin xuất / nhập vào file Excel. Thể hiện thông tin đó trên một Localhost. Hoạt động: - Khi nhập hàng: hệ thống nhận tín hiệu từ chương trình quét barcode, chương trình hiển thị và cập nhập thông tin liên quan tới hàng hóa sau đó ra lệnh cho tay robot mang hàng đến một ngăn còn trống, quá trình tay robot di chuyển hàng diễn ra tự động.
Sau khi hàng được cất vào ngăn, tay robot sẽ tự động về vị trí gốc để chờ tín hiệu tiếp theo. - Khi lấy hàng: khi nhận lệnh xuất hàng robot tự động đến ngăn hàng đó và lấy hàng trả về. Sau đó chương trình cập nhập và thay đổi thông tin liên quan đến xuất nhập hàng hóa.2 Các cơ sở lí thuyết liên quan 2.1 Bộ điều khiển PLC Bộ điều khiển PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.
Các sự kiện này được kích hoạt tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. Khi thiết bị được kích hoạt trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lý bên ngoài. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình vòng lặp do người dùng cài đặt sẵn và chờ các tín hiệu xuất hiện ở ngõ vào và xuất ra các tín hiệu ở ngõ ra. Hệ thống nhà kho thông minh này yêu cầu hoạt động một cách tự động, tuần tự, liên tục, phù hợp và có tính ứng dụng cao trong công nghiệp.
5 Ưu điểm của PLC: + Độ ổn định và tin cậy cao. + Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển. + Chống nhiễu tốt, phù hợp trong môi trường công nghiệp. + Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng chức năng khác.
+ Lập trình dễ dàng 2.2 Phần mềm GX Works2 GX Works2 là một công cụ lập trình dùng để thiết kế, gỡ lỗi, và duy trì chương trình trên Windows. GX Works2 quản lý các chương trình và thông số đầu vào của dự án cho mỗi CPU điều khiển khả trình. Chức năng chính của GX Works có thể kể đến là: Lập trình, cài đặt tham số, viết/đọc dữ liệu đến/từ một CPU điều khiển khả trình, quan sát/soát lỗi, chẩn đoán. Tạo chương trình tuần tự có thể được viết/đọc từ một CPU điều khiển khả trình sử dụng Read từ PLC/Write của chức năng PLC.
Đồng thời, với chương trình thay đổi chức năng trực tuyến, chương trình tuần tự có thể bị thay đổi ngay cả khi CPU điều khiển khả trình đang chạy (RUN).3 Phần mềm Microsoft Visual Studio Đây là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft. Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web. Có rất nhiều ngôn ngữ để cho bạn có thể lập trình trên môi trường này gồm có C, C++, C#, Visual Basic, Java và Python. Python là một ngôn ngữ lập trình bậc cao cho các mục đích lập trình đa năng, được thiết kế với ưu điểm mạnh là dễ đọc, dễ học và dễ nhớ.
Python là ngôn ngữ có hình thức rất sáng sủa, cấu trúc rõ ràng, thuận tiện cho người mới học. Bộ thư viện chuẩn rộng lớn là một trong những điểm mạnh lớn nhất của Python.4 Phần mềm thiết kế SolidWorks Đầu tiên trước khi thi công thực tế cần phải có mô hình tổng quan mô phỏng 3D trên máy tính. Phần mềm tạo mô hình 3D hiện là một công cụ thiết yếu cho rất nhiều ngành công nghiệp. Các kỹ sư và nhà thiết kế đang thực sự tận dụng tối đa các công cụ phần mềm tiên tiến này, hữu ích cho nhiều ứng dụng, từ mô phỏng đến sản xuất.
Hiện nay có rất nhiều phần mềm thiết kế 3D khác nhau như: SketchUp, Inventor, NX, SolidWorks, Catia,… Cụ thể đối 6 với đề tài này, nhóm thực hiện thiết kế mô phỏng hệ thống trên phần mềm SolidWorks.1 Phần mền thiết kế Solidworks SolidWorks là phần mềm vẽ 3D, thiết kế, kiểm tra ý tưởng và tạo hình mẫu các sản phẩm. SolidWorks tạo ra những nguyên mẫu mô phỏng chuẩn xác về khối lượng, tải trọng, áp lực, độ ma sát, … của các sản phẩm được chọn trong môi trường 3D. Các phần mềm mô phỏng, phân tích được áp dụng vào trong SolidWorks cho phép người sử dụng thiết kế khuôn mẫu từ đơn giản đến nâng cao như thiết kế chi tiết máy, làm sản phẩm trở nên trực quan hơn. SolidWorks giúp cắt giảm nhiều chi phí sản xuất bằng cách tạo ra những nguyên mẫu và thử nghiệm chúng trên máy tính, hạn chế lỗi sai và lao động thủ công, tăng nhanh chu kỳ sản xuất để có thể đưa sản phẩm đến thị trường sớm hơn.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế cơ khí 3.1 Yêu cầu kỹ thuật và phương án thiết kế Yêu cầu kỹ thuật - Loại hàng hóa mô hình đưa vào có kích thước (dài x rộng x cao): 12cm x 13cm x 3cm, khối lượng từ 200g đến 500g và được gán mã vạch QRCode tương ứng thể thuận lợi cho việc phân loại hàng hóa.