thiết kế thiết kế hệ thống lưu kho tự động

9 Hệ thống lưu kho tự động là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động hay còn gọi là hệ thống AS/RS Automated Storage and Retrieval System là hệ thống quản lý xuất nhập

1 MỤC LỤC

Đặt vấn đề 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 5

1.1 H ệ thống kho bãi ở Việt Nam 5

1.2 Khái niệm hệ thống lưu kho tự động 8

1.7.3 H ệ thống lưu trữ 19

1.8 Phân loại hệ thống lưu kho tự độ ng 19

1.9 Tìm hi u m t s k ể ộ ố ệ chứa hàng tự độ ng hi n nay 21ệ1.9.1 K ệ chứa hàng Pallet Flow 21

1.9.2 K ệ chứa hàng Carton flow 24

1.9.3 K ệ chứa hàng công nghiệp Shuttle Rack 26

1.9.4 K kho ch a hàng AS-ệ ứ RS 28

1.10 K t lu n 30ế ậCHƯƠNG II: THIẾT KẾ, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 31

2.1 M c tiêu thi t k 31ụ ế ế2.2 Sơ đồ và nguyên lý truyền động của hệ thống lưu kho tự động 31

Sơ đồ và nguyên lý truyền động của hệ thống lưu kho tự động được biểu diện trong hình phía dưới đây: 31

2.3 Phương án thiết kế 32

2

2.3.1 Phân tích chuyển động 32

2.3.1.1 H ệ thống v n chuy n 32ậ ể2.3.1.1.1.Tính toán thiết kế băng tải 32

2.3.1.1.2 Tính toán thiết kế robot 37

3.3.4.3 Thi t k giao di n HMI 80ế ế ệ3.3.5 Khối c m biả ến 80

3.3.6 Kh i quét mã 82ố3.3.7 Lựa chọn các thiết bị khác 82

3.3.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển 87

3 Đặt vấn đề

Nền công nghi p t ệ ự động hóa nước ta nói riêng và các nước trên th gi i nói chung ế ớđang phát triển mạnh mẽ Trước đây, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công và việc v n chuy n s n ph m ra/vào kho ch yậ ể ả ẩ ủ ếu cũng được th c hi n th công tự ệ ủ ừ con ngườ iDo đó không tận dụng được hết tối đa năng suất nguồn lực và việc quản lý hàng hoá kém hi u quệ ả cũng như tốn nhi u diề ện tích đất làm nhà kho ch a hàng dứ ẫn đến nhi u ềthách th c khi n doanh nghi p bu c phứ ế ệ ộ ải thay đổi Theo th ng kê, chi phí nhân công ốtrung bình chiếm 65% ngân sách hoạt động của hầu hết các cơ sở kho hàng

Trong thời kỳ công nghi p hoá, hiệ ện đại hoá, s n xu t ngày càng phát tri n, hàng ả ấ ểhóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu c u tiêu dùng cho xã h i Tầ ộ ừ đó các doanh nghiệp cần phải có nh ng công ngh hiữ ệ ện đại trong nhà kho để đáp ứng yêu cầu c a s n xuủ ả ất và gi m thiả ểu chi phí lao động, kh c phắ ục được nh ng h n ch c a các nhà kho hàng ữ ạ ế ủcũ

Hình 1.1 Xe nâng điện bốc dỡ hàng hóa

Hiện t i, trên th gi i có nhi u h ạ ế ớ ề ệ thống lưu trữ hàng hóa, các h ệ thống này rất đa d ng, phong phú vạ ề thiết bị cũng như cách thức th c hiự ện Nhưng trong đó chủ ế y u là s dử ụng nhân công để ố b c d hàng hóa, các thi t b b c d hàng là các máy nâng s ỡ ế ị ố ỡ ửdụng người lái để ắ s p x p hàng hóa vào kho ( hình 1.1 ) ế

Nhìn chun các nhà kho hi n nay có các nh c g, ệ ượ điểm sau: - Sử dụng nhi u di n ch ề ệ tí để chứa hàng hóa

- Không phân lo i ạ được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa th ng ườ để chung v i nhau trong 1 kho) ớ

4 - Không b o qu n t t hàng ả ả ố hóa khi số ượ l ng nhiều (chất h g chàn ồng lên nhau).- R t khó ki m soát s l ng hàng hóa vào ong kấ ể ố ượ ra tr ho

V i sớ ự ra đờ ủ i c a các hệ thống x p hàng hóa tế ự động, người có thta ể qu n lý tốt ảhàng hóa cũng như nhanh chóng trong vi c l u tr và xu t hàng ệ ư ữ ấ hó raa kh i kho, cáỏ c hệ th ng kho tố ự động được s dử ụng robot v n cđể ậ huyển hàng hóa, điều này đồng ngh a v i vi c u t ang thi t b hi n i cho h th ng kho t n khá nhi u ch phí chĩ ớ ệ đầ ư tr ế ị ệ đạ ệ ố ố ề i o vi c v n chuyệ ậ ển hàng hóa nhưng bù lại hàng là hóa được b o qu n tốt, thu n ti n chả ả ậ ệ o vi c qu n lý và kiệ ả ểm soát, t ki m tiế ệ đượ nhc ân công …

Nhằm đáp ứng nhu cầu sắp xếp sản phẩm, hàng hóa một cách tự động giúp tiết ki m th i gian và chi phí chúng em quyệ ờ ết định l a chự ọn đề tài “Nghiên c u, tính toán ứvà thiết kế ệ thống lưu kho tự động” h

5 CHƯƠNG I

TỔNG QUAN V H Ề Ệ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 1.1 H ệ thống kho bãi ở Việt Nam

Báo cáo g n ầ đây của Bộ Công Thương chỉ ra rằng, h ệ thống kho bãi ở Việt Nam được thiết kế và quy hoạch không đồng đều, kho bãi tập trung phần l n các t nh phía ớ ở ỉNam

Tuy có diện tích kho bãi ít hơn (30%) nhưng miền Bắc là nơi có nhu cầu s d ng kho ử ụtăng trưởng liên t c trong nhụ ững năm qua, bất chấp tình hình biến động kinh tế, đạ ịi d ch COVID-19

Thương mại điện tử phát triển, các doanh nghiệp đẩy mạnh hoạt động sản xuất và kinh doanh, nhu cầu kho bãi do đó tăng theo Các chuyên gia đánh giá, chi phí thuê kho bãi s có s ẽ ự tăng trưởng trung bình t ừ 1.5 đến 4% hàng năm.

• H ệ thống kho bãi ở Việt Nam khu v c mi n B c ự ề ắ

Các khu v c t p trung kho bãi t i mi n B c Vi t Nam ch y u nự ậ ạ ề ắ ệ ủ ế ằm ở các t nh lân ỉcận Hà N i và các trung tâm kinh tộ ế ven biển như Hải Phòng Hiện tại, t lỷ ệ kho tr ng ốở khu vực này đang giảm mạnh, cho thấy tiềm năng phát triển hệ thống kho bãi tại đây đang được tăng cường khi thu hút được sự quan tâm của các nhà đầu tư nước ngoài

Hình 1.2 Kho bãi khu vực miền B c t p trung chính Hà Nắ ậ ở ội và Hải Phòng • H ệ thống kho bãi vi t nam khu v c mi n Nam ở ệ ự ề

6 Miền Nam Vi t Nam là thệ ị trường kho bãi phát tri n sôi n i nh t cể ổ ấ ủa đất nước Lợi th này b t ngu n t s k t n i giao thông thu n ti n bao gế ắ ồ ừ ự ế ố ậ ệ ồm đường hàng không, đường cao t c, cảng biển, kênh rạch, Nhu cầu mua sắm tại th trường miền Nam rất ố ịl n, tớ ạo điều ki n thu n l i cho s phát tri n c a các doanh nghi p bán lệ ậ ợ ự ể ủ ệ ẻ Do đó, nhu cầu về kho bãi sẽ tiếp tục tăng trong tương lai

Hình 1.3 Nhu c u kho bãi tầ ại miền Nam đang tăng lên nhanh chóng

Tuy nhiên, so v i mi n B c, t l ớ ề ắ ỷ ệ trống kho ở miền Nam v n khá cao (do s ẫ ố lượng kho bãi l n ớ ở miền Nam và tốc độ phát tri n quá nhanh) ể

❖ Thực trạng kho bãi ở Việt Nam hiện nay • Thiếu kho bãi

Hình 1.4 Thực trạng thiếu kho bãi trong một kho thương mại điện t ử

7 Hiện nay, tình tr ng thiạ ếu kho bãi đang là một vấn đề đáng quan ngại ở Việt Nam Nguyên nhân chính là do giá thuê đất tại các khu công nghiệp hiện nay đang ở mức rất cao do nhu cầu thuê kho bãi tăng mạnh Tình hình này càng trở nên căng thẳng hơn khi nguồn đất cho thuê t i các khu công nghi p ngày càng khan hiạ ệ ếm.

• Cơ sở hạ tầng hạn chế

Hình 1.5 Thực trạng cơ sở ạ ầ h t ng trong m t nhà máy ộ

Việc phát triển cơ sở hạ ầ t ng là y u t quan trế ố ọng tác động đến s phát tri n cự ể ủa h ệ thống kho bãi ở Việt Nam trong dài hạn.

Hệ thống kho bãi và cơ sở hạ tầng phát triển đồng bộ với nhau Trong thời gian gần đây, chú trọng đầu tư công và phát triển h t ng cạ ầ ủa Nhà nước đã tạo điều ki n cho ệh ệ thống kho bãi ở Việt Nam phát tri n nhanh chóng ể

Đầu tư và nâng cấp đường bộ, đường sắt, đường thủy, đường hàng không cũng là yếu t ố thu hút đầu tư phát triển dịch vụ kho v n bãi logitsics ậ

• Thiếu nguồn lao động có chuyên môn

Việc quản lý kho bãi đòi hỏi ki n th c chuyên môn và kinh nghi m, n u không ế ứ ệ ếs g p nhiẽ ặ ều khó khăn Các khó khăn này bao gồm:

- Kiểm tra hàng hóa: Thường được ghi chép vào sổ hoặc lưu trữ trong h ệthống file để dễ ki m tra Tuy nhiên, vi c này t n nhi u th i gian và d x y ra sai ể ệ ố ề ờ ễ ảsót dữ liệu, đặc biệt với các doanh nghi p có nhi u ch ng lo i hàng hóa ệ ề ủ ạ

8 - Kiểm soát t n kho: C n th c hiồ ầ ự ện thường xuyên để đảm bảo báo cáo đầy đủ và chính xác Th i gian nhập liệu vào hệ ờ thống nên được quy định rõ ràng, ví d ụ như 3 tháng hay 6 tháng một lần

- S p x p hàng hóa: Vi c s p x p phù h p giúp ki m tra và di chuy n hàng ắ ế ệ ắ ế ợ ể ểhóa dễ dàng hơn Nếu s p x p không h p lý s gây c n trắ ế ợ ẽ ả ở đến quá trình xuất nh p kho c a doanh nghi p trong ngành Logistics ậ ủ ệ

Hình 1.6 Các kĩ sư đang làm việc trong m t kho hàng ộ• Thương mại điện tử và công nghệ thông tin bùng nổ

Trong thời đại công ngh thông tin hiệ ện nay, Internet đang có ảnh hưởng r t lấ ớn đến cu c s ng cộ ố ủa con người Người tiêu dùng ngày càng có xu hướng mua sắm trực tuyến nhiều hơn, và dễ dàng ti p c n v i các nguế ậ ớ ồn hàng hóa thông qua các trang thương mại điện t ử

Sự thay đổi trong thói quen này đã tác động đến cách v n hành c a các doanh ậ ủnghi p, khi h cệ ọ ần tăng cường các d ch v v n chuy n và kho vị ụ ậ ể ận để đáp ứng t t nhố ất nhu c u c a th ầ ủ ị trường Có th nói, ngành d ch v ể ị ụ kho bãi cũng là một trong những lĩnh vực hưởng lợi từ ự thay đổi này s

→ Hệ thống lưu kho tự ng là gi i pháp t t y u trong bđộ ả ấ ế ối cảnh kho bãi Việt ởNam đang đối mặt với nhiều thách thức quan trọng Điều này đặt ra một cơ hộ ớn đểi lphát tri n và nâng cao hi u suể ệ ất của hệ thống lưu kho trong tương lai.

1.2 Khái ni m h ệ ệ thống lưu kho tự động

9 Hệ thống lưu kho tự động là hệ thống nhà kho thông minh, nơi lưu trữ hàng hóa tự động hay còn gọi là hệ thống AS/RS (Automated Storage and Retrieval System) là hệ thống quản lý xuất nhập hàng hoá tự động với sự phối hợp các kỹ thuật cao về cơ khí, tự động hoá và công nghệ thông tin Hệ ống này được ử dụng phổ ến trong các th s bikho hàng và trung tâm phân phối có mật độ lưu chuyển lớn với nhiều ràng buộc về quản lý hàng

Hình 1 Hình 7 ảnh minh h a kho hàng t ng ọ ự độ1.3 L ch s hình thành ị ử

Khái niệm tích trữ đã có lịch sử lâu đời, bắt nguồn từ thời xa xưa của loài người, những quả dại được thu hái vào thời đó, những con thú bị săn bắt, và sau khi kết thúc ữa ăn thì người ta sẽ tích trữ những thứ dư thừa Tuy nhiên, sự xuất hiện của danh từ riêng "kho" đã trải qua một lịch sử tiến hóa lâu dài Là giai đoạn cao hơn của kho bãi, "kho tự động" có liên quan chặt chẽ đến sự phát triển nhanh chóng của hậu cần nhur hoạt động nghiên cứu và phát triển của nó Kho tự động từ thế hệ này đến nay đã trải qua khoảng 5 giai đoạn, gồm giai đoạn lưu trữ thủ công, giai đoạn lưu trữ cơ học, giai đoạn lưu trữ tự động, giai đoạn lưu tích hợp, giai đoạn lưu trữ thông minh.

Vào những năm 1950, có một nhà kho ba chiều ở Mỹ sử dụng cần cẩu xếp chồng kiểu cầu:

10 Hình 1.8 Nhà kho ba chiều ở Mỹ

Cuối những năm 1960, người điều khiển hoạt động của kho dùng cần cẩu xếp chồng hàng hóa:

Hình 1.9 Dùng cần cẩu xếp hàng hóa

Năm 1963, Hoa Kỳ đi đầu trong việc sử dụng công nghệ điều khiển máy tính trong các nhà kho trên cao để thành lập nhà kho ba chiều được điều khiển bằng máy tính đầu tiên Kể từ đó, kho tự động đã phát triển nhanh chóng ở các nước công nghiệp phát triển của EU và hình thành một bộ môn đặc biệt

Vào giữa những năm 1960, Nhật Bản bắt đầu xây dựng nhà kho tự động Kể từ những năm 1970, các nước phát triển đã thúc đẩy mạnh mẽ việc tự động hóa, tiêu chuẩn hóa và thông tin hóa hoạt động hậu cần sản phẩm cũng như phát triển các trung tâm phân phối tập trung cho hàng hóa đô thị Tất cả đều lần lượt thiết lập các kho ba chiều tự động quy mô lớn Vào những năm 1980, kho ba chiều tự động đã phát

11 triển nhanh chóng trên toàn thế giới và được sử dụng ở hầu hết các ngành công nghiệp.

Năm 1963, Bộ Máy móc Trung Quốc đã phát triển cầu trục đầu tiên, năm 1980 Bộ Máy móc Trung Quốc đã phát triển nhà kho ba chiều tự động điều khiển bằng máy tính đầu tiên

Từ nhận thức ban đầu hệ ống kho hàng tự động chỉ là kết hơp cơ giới hóath và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập/ lưu/ xuất kho, ngày nay hệ ống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics) ở mức độ tựthđộng hóa cao, phân phối hệ thống sản xuất thông minh Sự phát triển của kho hàng tựđộng là những bước tiến quan trọng trên con đường tiế tới hện thống sản xuất “Just in time” đáp ứng kịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế (“Just in time” là hệ thống sản xuất trong đó các luồng nguyên vật liệu, hàng hoá và sản phẩm truyền vận trong quá trình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết từng bước sao cho quy trình tiếp theo có thể ực hiện ngay khi quy trình hiện thời chấm dứt) th

Để đáp ứng nhu cấu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho và xuất kho, trên thế ới đã có các công ty nghiên cứu chế tạo các hệ ống tự động hóa gi thlưu kho và xuất kho cho các kho hàng, kho chứa bưu phẩm như Daifuku (Nhật), Dematic Corp,…Technologies, Bastian-BMH (Mỹ), Union Rack, Manufacturing Co Najing Zhongyang Racking (Trung Quốc)

Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen, K.J và Vis I.F.A, hiện nay có khoảng hơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa lưu xuất kho được công bố

Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực khác nhau:

- Ở các nhà máy công nghiệp cần thay đổi kho hàng cho theo kịp đồng bộ với sự đổi mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện đại, nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tự động

- Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay

- Ở các siêu thị lớn, bưu điện chuyển phát nhanh, ngân hàng, thư viện lớn, các bãi đỗ xe ô tô v.v

1.4 Ưu nhược điểm c a h ủ ệ thống lưu kho tự động 1.4.1 Ưu điểm

12 Tối ưu hóa không gian: AS/RS là một giải pháp tối ưu cho việc quản lý không gian lưu trữ Khả năng lưu trữ pallet mật độ cao giúp tận dụng mọi góc và khoảng trống trong kho, giảm thiểu diện tích cần dành cho lưu trữ Điều này không chỉ tối ưu hóa không gian trong kho mà còn giúp giải phóng diện tích cho các hoạt động sản xuất khác

Cải thiện hiệu suất: Sự tự động hóa trong quá trình lưu trữ và truy xuất giúp tăng cường hiệu suất làm việc AS/RS có khả năng xử lý hàng hóa một cách nhanh chóng, đồng thời giảm thiểu thời gian chờ đợi và tối đa hóa thời gian hoạt động của các thiết bị Việc này đặc biệt quan trọng trong môi trường sản xuất liên tục, giúp tăng năng suất toàn hệ thống

Giảm sai sót: Khả năng thay thế con người trong các công đoạn lưu trữ và truy xuất giúp giảm thiểu sai sót gây ra bởi yếu tố con người như nhầm lẫn hay thiếu sót thông tin Điều này đồng nghĩa với việc đảm bảo tính chính xác và đáng tin cậy trong quá trình quản lý hàng hóa

Tăng năng suất toàn hệ thống sản xuất: Khi quá trình quản lý kho được tối ưu hóa và hiệu suất làm việc được cải thiện, toàn bộ hệ thống sản xuất cũng được tác động tích cực Sự tăng năng suất tại phần kho có thể lan tỏa sang các giai đoạn khác trong quá trình sản xuất, đảm bảo quá trình hoạt động diễn ra một cách suôn sẻ và liên tục

Kiến thức kỹ thuật: Triển khai và vận hành hệ thống AS/RS đòi hỏi kiến thức chuyên môn cao về cơ khí, điện tử, tự động hóa và phần mềm Cần có đội ngũ kỹ thuật viên có khả năng hiểu và xử lý các vấn đề phức tạp liên quan đến hệ thống Việc tạo ra và duy trì đội ngũ như vậy cũng có thể gặp khó khăn và tốn kém

1.5 ng d ng c a hỨ ụ ủ ệ thống lưu kho tự động trong công nghi p hiệ ện nay

13 • Tối ưu hóa quản lý t n khoồ : Hệ thống lưu kho tự động giúp tối ưu hóa quản lý

t n kho b ng cách theo dõi và kiồ ằ ểm soát lượng hàng hóa t n t i trong th i gian ồ ạ ờthực Điều này giúp giảm thiểu thất thoát và tồn kho dư thừa, cải thiện hiệu suất và giảm chi phí lưu trữ

Hình 1.10 Quy trình tối ưu hóa một kho hàng • Tăng năng suất và hiệu qu : ả

Hình 1.11 Tăng năng suất và hiệu quả kho bãi

Hệ thống t ự động hóa kho hàng giúp tăng năng suất lao động và gi m công ảvi c th công Các robot và máy móc t ng có th ệ ủ ự độ ể thực hi n các nhi m v ệ ệ ụ như di chuy n, x p dể ế ỡ hàng hóa, và đóng gói một cách nhanh chóng và chính xác • Tăng độ chính xác và truy xu t thông tinấ : H ệ thống tự động hóa lưu kho cung cấp

khả năng theo dõi và truy xuất thông tin v hàng hóa m t cách nhanh chóng và ề ộ

14 chính xác Điều này đặc biệt quan trọng trong quản lý chuỗi cung ứng, giúp cải thiện d ch v ị ụ và đảm bảo tuân th quy trình ủ

Hình 1.11 Tăng độ chính xác và truy xu t thông tin ấ• Giảm thiểu l và th t thoátỗi ấ :

Hình 1.12 Giảm thiểu l i và thất thoát kho bãi ỗ

Tự ng hóa giúp gi m thi u lđộ ả ể ỗi con người trong quá trình qu n lý và x lý hàng ả ửhóa Điều này giúp giảm thiểu thất thoát và tăng ch t lưấ ợng sản phẩm

• Tăng khả năng mở rộng và linh hoạt: Hệ thống lưu kho tự độ ng có kh ả năng mởrộng và linh ho t, giúp các doanh nghi p thích nghi nhanh chóng vạ ệ ới thay đổi trong nhu cầu và quy trình s n xuả ất

15 Hình 1.13 Tăng khả năng mở rộng và linh hoạt

1.6 Nguyên lí hoạt động hệ thống lưu kho tự động

Các hệ thống nhà kho hiện nay thường hoạt động theo ki u tể ự động ho c bán t ặ ựđộng, nhưng nhìn chung thì đều có nguyên lý làm vi c gi ng nhau Khi nh p hàng, hàng ệ ố ậhóa s ẽ được đưa vào khu vực nhập hàng nhờ hệ thống vận chuyển Khi hàng hóa đến vị trí l y hàng, hấ ệ thống Robot s l y hàng r i v n chuy n vào v trí trẽ ấ ồ ậ ể ị ống trong khu lưu trữ Khi xu t hàng, hàng hóa s ấ ẽ được h ệ thống Robot đưa ra từ khu lưu trữ đến khu xuất hàng, sau đó hàng hóa sẽ được vận chuyển ra ngoài nhờ hệ thống vận chuyển 1.7 Các thành phần cơ bản hệ thống lưu kho

Hệ thống tự động hóa kho t ự động được thi t k g m có: M t xe nâng có tay máy ế ế ồ ộchạy dọc theo đường ray giở ữa hai kho để hàng có nhiều ngăn Tay máy là cơ cấu hai tầng bánh răng có thể ấ l y c t hàng theo hai chiấ ều, cơ cấu tay máy có th di chuy n lên ể ểxu ng d c theo c t cố ọ ộ ủa xe nâng để đưa hàng vào các ngăn chứa hàng Nhìn chung kho t ự động được cấu thành t 3 ph n: ừ ầ

- H ệ thống v n chuy n ậ ể- H ệ thống xu t nh p ấ ậ- H ệ thống lưu trữ

16 Hình 1.14 H ệ thống kho hàng tự động

1.7.1 H ệ thống vận chuyển.

Hình 1.15 Băng chuyền

Hệ thống v n chuy n trong kho rậ ể ất đa dạng, tùy theo yêu c u công ngh , v hàng ầ ệ ềhóa, hình th c xu t nhứ ấ ập… mà có những phương thức v n chuyậ ển hàng trong kho tương ứng Hiện nay h thống v n chuy n trong kho t độệ ậ ể ự ng các nước đã có áp dụng như: ởbăng tải, robot, xe tự hành, máy nâng, máy xếp dỡ…

H ệ thống băng tải được s dử ụng như một gi i pháp tả ối ưu cho kho tự động ở các công ty v n chuy n, siêu thậ ể ị… băng tải ở những môi trường này có nhi m v v n hàng hóa ệ ụ ật kho từ ới nơi tập kết để vận chuyển đi hoặc t ừ nơi sản xuất v ề kho Băng tải có r t nhiấ ều loại, mỗi loại dùng để di chuy n nh ng vể ữ ậ ệu khác nhau t li

17 Đố ới v i nhà máy ch sản xuất m t sản phẩm thì hệ thống băng chuyền ch đơn thuần ỉ ộ ỉphân ph i s n ph m cho robot v n chuy n m t cách tố ả ẩ ậ ể ộ ối ưu Nhưng với nh ng nhà máy ữs n xu t nhi u lo i s n ph m thì h ả ấ ề ạ ả ẩ ệ thống băng chuyền còn th c hi n phân lo i s n phự ệ ạ ả ẩm vào khu v c thích h p ự ợ

Các robo , t xe t hành là nh ng thi t b t t yự ữ ế ị ấ ếu của một hệ th ng kho tự động ốChúng di chuyển trong di n ch c a nhà kho theo 3 tr c làm nhi m vệ tí ủ ụ , ệ ụ đưa hàng t ừc ng ổ nhậ đếp n nh ng ô tr ng và l y hàng t nh ng ô chữ ố ấ ừ ữ ứa hàng c ng xu t Rora ổ ấ bot l y c t hàng ấ ấ được thi t k riêng theo yêu c u l u tr c ng nhế ế ầ ư ữ ũ ư môi tr ng là vi c ườ m ệđặc trưng của khách hàng

Hình 1.16 Robot l y hàngấ1.7.2 H ệ thống xu t nh p ấ ậ

Hệ thống xu t nh p c a kho t ấ ậ ủ ự động có th áp d ng nhiể ụ ều phương thức khác nhau có thể kể đến như dung nhân công, thẻ ừ t , tích kê, mã vạch, máy tính, camera…

Phạm vi của đề tài s d ng ử ụ phương pháp xuất nh p bậ ằng mã QRcode để phân loại sản ph m và giám sát ẩ

QR Code, vi t tế ắt của Quick response code (tạm dịch "Mã ph n h i nhanh") hay ả ồcòn g i là mã v ch ma tr n (matrix-barcode) là d ng mã v ch hai chi u (2D) có th ọ ạ ậ ạ ạ ề ể được đọc b i mở ột máy đọc mã vạch hay smartphone (điện thoại thông minh) có chức năng chụp ảnh (camera) v i ứng d ng chuyên biớ ụ ệt để quét mã vạch.

QR Code (mã QR) được tạo ra bởi Denso Wave (công ty con của Toyota) vào năm 1994, có hình dạng bao gồm các điểm đen và ô vuông nằm trong ô vuông m u trên ẫn n tr ng QR Code có thề ắ ể được đọc nhanh hơn, tiết ki m th i gian và không gian so ệ ờvới các loại mã v ch truy n th ng ạ ề ố

18 Mã QR cũng tương tự mã v ch truy n th ng bạ ề ố ạn thường th y trên các thùng hàng, ấcác s n phả ẩm được người bán l theo dõi qu n lý kho hàng và giá s n ph m trong kinh ẻ ả ả ẩdoanh

Điểm khác nhau giữa mã QR và mã vạch truy n thề ống là lượng dữ li u chúng ệnắm giữ hay chia s ẻ

Các mã v ch truy n thạ ề ống có các đường v ch th ng dài m t chi u và ch có th ạ ẳ ộ ề ỉ ểlưu giữ 20 số chữ số, trong khi các mã QR hai chiều có thể lưu giữ thông tin hàng ngàn ký tự chữ ố s Mã QR n m gi nhiắ ữ ều thông tin hơn và tính chất d dùng s giúp ích rễ ẽ ất nhi u cho doanh nghi p nh ề ệ ỏ

Hình 1.17 QR code và mã v ch truy n th ng ạ ề ốMột vài ưu điểm vượt trội của mã QR so với mã vạch (BarCode):

• Kích thước của QR Code có thể thay đổi tùy chỉnh dựa vào từng loại sản phẩm, tiết kiệm chi phí in n ấ

• QR Code có thể được thi t k nhi u phong cách màu s c khác nhau, gế ế ề ắ ắn được logo, giúp khách hàng nhận diện thương hiệu d ễ dàng hơn.

• Lượng thông tin chứa được trong mã QR Code có th lên tể ới hơn 7000 ký tự bao g m c các chồ ả ữ tượng hình, s và các ký tố ự đặc bi t, ngoài ra cệ ó thể ạ t o m QR ãCode gđể ắn được website, facebook, slide, PDF, video, ảnh… giúp đa thông tin đến khách hàng đa dạng, thu hút hơn

• Thông tin gắn đến mã QR Code dù đã in và phân phối hoàn toàn có thể thay đổi được bất k lúc nào tùy theo từng mỳ ục đích, chiến dịch truyền thông c a doanh ủnghi p ệ

• Hệ thống ph n m m QR Code có th ầ ề ể thống kê được s ố lượt quét, v trí quét và s ị ốđiện thoại quét mã, giúp doanh nghiệp nắm bắt tâm lý, hành vi mua sắm c a ủkhách hàng theo t ng khu vừ ực, đánh giá chính xác hiệu qu c a vi c t o mã ả ủ ệ ạQR v s d ng à ử ụ

Công nghệ đọc mã QR ng d ng trong nhà kho tứ ụ ự động: Mỗi đơn vị hàng khi nh p vào kho sậ ẽ được dán nhãn mã QR, tương ứng v i m t lo i hàng trong kho (Hàng ớ ộ ạphân theo t ng) Khi hàng tầ ới băng tả ẽ đượi s c camera quét, mã QR sẽ được lưu lại và được xử lý bằng máy tính, truyền qua PLC để đưa hàng đến đúng tầng của nó

19 1.7.3 H ệ thống lưu trữ

Hệ thống lưu trữ của kho tự động thường được sử d ng chính là các hụ ệ giả/kệ v i ớcác khoang ch a hàng, có r t nhi u hứ ấ ề ệ thống lưu trữ hàng hóa trên thị trường hi n nay ệcó thể nói đến như: kệ để hàng n ng, kặ ệ để hàng trung t i, kả ệ để hàng nh , kẹ ệ để ồ sơ hdi động, kệ sàn

Việc s d ng các lo i h giá phù h p vử ụ ạ ệ ợ ới nhà kho đem lại những hiệu quả: giảm chi phí đầu tư, thuận lợi cho việc sử dụng đa dạng các loại xe nâng, giảm được chi phí đầu tư, tiết kiệm được diện tích, nâng cao được sức chứa hàng hóa

1.8 Phân lo i h ạ ệ thống lưu kho tự động

Hệ thống lưu kho tự động tùy theo yêu c u công ngh c a m i nhà kho nên s có ầ ệ ủ ỗ ẽcấu trúc khác nhau Các kiểu nhà kho hiện nay có thể kể đến như:

• H ệ thống lưu kho tự động cho các kiện hàng đồng hạng

Loại kho này thi t k cho các ki n hàng cùng hàng t i tr ng (unit load), hoế ế ệ ả ọ ặc cùng h ng kích c , ví d ng trong các thùng hàng chu n hóa, ho c cùng ki u b c x p ạ ỡ ụ đự ẩ ặ ể ố ếTrong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng hạng bộ phận công gắp của Robot S/R có th ể thiết k chuyên d ng, ví d ế ụ ụ cùng cơ cấu kẹp cơ khí hoặc bàn k p chân không, ẹbàn k p t ẹ ừ tính Đồng th i k t cờ ế ấu cũng được tính toán cho m t h ng m c tr ng t i hoộ ạ ứ ọ ả ặc kích c ỡ

Hệ thống lưu kho tự động này thường được thi t k ế ế đi kèm với m t h ộ ệ thống băng truyền và thường được sử dụng trong kho hàng các xí nghi p, trong các kho ch a ôtô ệ ứ …

Hình 1.18 Unit load AS/RS • H ệ thống lưu kho tự động dành cho tải nhỏ

20 Là hệ thống Mini Load AS/RS thi t kế ế cho trường h p các ki n hàng tr ng t i nh ợ ệ ọ ả ỏHệ thống kho AS/RS này thích h p vợ ới cơ sở không có m t b ng r ng, các s n phặ ằ ộ ả ẩm thường là các chi tiết máy, các d ng cụ ụ và thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo Các xí nghiệp, các cơ sở dịch vụ lại hay sử dụng các loại hệ thống kho này

Hình 1.19 Mini load AS/RS

• H ệ thống lưu/ ấxu t kho t ự động có ngườ ận hành (Man-oni v -boaed AS/RS)

Hình 1.20 Kho bán tự động ( x p nhế ặt bằng tay )

21 Là hệ thống kho bán t ng, t c là có s tham gia tr c ti p cự độ ứ ự ự ế ủa ngư i vậờ n hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp, nhặt hàng như trên hình Hệ thống này thích h p v i nh ng lo i m t hàng d ng các chi tiợ ớ ữ ạ ặ ạ ết máy để ờ r i H ệthống có s c chứ ứa, kích thước và t i tr ng nhả ọ ỏ Nhưng có thể thích h p v i các xí nghiợ ớ ệp vừa và nhỏ

• Kho chiều sâu (Deep-Lane AS/RS)

Hệ thống tự động AS/RS tuy n sâu (deep- lane) chế ỉ có đặc điểm khác là chi u ềsâu của kho tương đối lớn nên c t gi ấ ữ được nhiều khoang hàng hơn.

Hình 1.20 Kho AS/RS tuy n sâuế1.9 Tìm hiểu một số ệ chứ k a hàng t ng hi n nay ự độ ệ

Kệ chứa hàng là hệ thống khung giàn (rack) dùng để chứa hàng hóa Có nhiều loại kệ chứa hàng được phân loại theo công năng và cách bố trí, v n hành c a nó ậ ủHiện này để vừa tiết kiệm diện tích, vừa tăng tốc độ vận hành thì có các hình thức chứa hàng ph ổ biến như: kệ chứa hàng Pallet Flow, kệ chứa hàng Carton Flow, k ệ chứa hàng Shuttle Rack, k ệ chứa hàng AS-RS… sau đây nhóm sẽ gi i thiớ ệu sơ qua các loại k ệ chứa hàng

1.9.1 K ệ chứa hàng Pallet Flow

Kệ chứa hàng Pallet Flow bao g m 1 hồ ệ thống khung giàn (racking) đặt sát nhau (không có l i vào cho xe nâng) ố Thông thường, kệ chứa hàng Pallet Flow có t 4-5 t ng ừ ầMỗi tầng, người ta s ẽ đặt thêm 1 hệ thống băng tải con lăn tự do v i 1 góc nghiêng phù ớh p ợ

• Nguyên tắc hoạt động c a Pallet Flow ủ

22

Hình 1.21 K ệ chứa hàng Pallet Flow

Nguyên t c hoắ ạt động c a Pallet Plow là pallet hàng sủ ẽ trôi từ đầu cao xuống đầu thấp Xe nâng khi ch t hàng lên ho c l y hàng ra ch cấ ặ ấ ỉ ần đứng bên ngoài hệ thống ch ứkhông c n ch y vào khu vầ ạ ực khung kệ

Trên mỗi băng tả con lăn sẽi có thêm m t b phộ ộ ận hãm trượt nhằm đảm b o khi ảpallet (có trọng lượng lên đến vài t n) s ấ ẽ trượ ới một tốt v c độ c nh ố đị

• Cách thức vận hành

Cùng 1 hệ thống, ta có th v n hể ậ ành theo 02 phương án: LIFO hoặc FIFO

Last In – First Out (LIFO)

Nguyên lý của cách v n hậ ành này là hàng hóa bỏ vào sau, sẽ đượ ấy ra trước c l

Hình 1.22 Nguyên lý v n hành LIFO ậ

23

Nguyên lý LIFO: Theo phương án này, khi chất hàng lên kệ và khi dỡ hàng từ kệ ra, ngườ ận hành đềi v u thao tác u th p Khi ch t hàng ở đầ ấ ấ lên, người lái xe nâng s ẽ thao thác ở đầu thấp, đẩy các pallet ngược lên dốc để đặt pallet m i vào Khi l y hàng ra, ớ ấngười lái xe lấy pallet u thấp, rút ra Các pallet còn lại sẽ ôi xuở đầ tr ống đầu thấp

First In First Out (FIFO) –

Hình 1.23 Nguyên lý v n hành FIFO ậ

Nguyên lý của cách v n hậ ành này là hàng hóa bỏ vào trước, sẽ đượ ấy ra trước c lNguyên lý FIFO: Theo phương án này, khi chất hàng lên kệ, người vận hành thao tác ở đầu cao hơn Pallet hàng hóa sẽ tự trôi về phía thấp Khi lấ hàng ra, người lái xe y l y pallet ấ ở u th p, rút ra Các pallet còn l i s trôi xuđầ ấ ạ ẽ ống đầu thấp Đầu vào và đầu ra của kho có thể tùy từng trường h p cợ ụ thể mà người ta kết hợp sử dụng các hệ thống băng tải tự động ho c các c n crane nhặ ầ ằm gi m bả ớt hoạt động của xe nâng

• Ưu nhược điểm của kệ chứa hàng Pallet Flow

Kệ chứa hàng Pallet Flow là một phương án r t hiấ ện đại, cao cấp, được nhi u nhề à máy l n ớ trên thế giới áp d ng Khác v i các hình th c kho tụ ớ ứ ự động khác như AS-RS hay Shuttle Rack, kho Pallet Flow hoạt động bằng cơ, nên bảo hành, b o trì r t nh ả ấ ẹnhàng

Hình th c kứ ệ này thường được áp d ng trong các kho ch a hàng c a các nhà sụ ứ ủ ản xu t th c ph m, th y h i sấ ự ẩ ủ ả ản, bia, nước gi i khát, kho lả ạnh, kho đông, xe máy, xe đạp…

• Ưu điểm

- Phương án này tiết kiệm được 60% di n tích s d ng so v i k ệ ử ụ ớ ệ thông thường - Ít bảo trì, b o hành ả

- Không sử dụng điện - Tuổi thọ dài

- Thu hồi vốn trong 02 năm

24

- Giảm lượng lao động

- Giảm hoạt động của xe nâng trong nhà kho - An toàn hơn cho người v n hậ ành

- Đặc biệt phù h p cho nh ng loợ ữ ại kho lạnh, kho đông

• Nhược điểm

- Giá thành cao, đầu tư lớn

- Không áp dụng được cho d ng hàng hóa c ng k nh (ph i chạ ồ ề ả ất được trên pallet)

- Không áp dụng được cho kho hàng chứa nhiều loại hàng hóa khác nhau - Đòi hỏi tay ngh ề người lái xe nâng phải tốt hơn các loại kệ thông thường

1.9.2 K ệ chứa hàng Carton flow

Kệ con lăn (Carton Flow Rack) hay còn gọi là kệ pallet trôi (trượt) Đây là dạng k có b khung g n gi ng v i ệ ộ ầ ố ớ k Drive inệ nhưng được thiết k k t hế ế ợp thêm các con lăn và l i d ng tr ng lợ ụ ọ ực để đẩy hàng hóa về phía trước mà không c n sầ ức người hay cơ điện

Hình 1.24 K ệ con lăn Carton Flow• Đặc điểm

- Được cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là: bộ kệ tĩnh và phần con lăn động - Nguyên tắc xuất nhập hàng: nhập trước xuất trước (FIFO), luân chuyển hàng

-25 • Cách thức vận hành

- Các pallet hàng hóa sẽ được đặt ở đầu cao của kệ (đầu nhập) và sử dụng trọng lực của pallet để di chuyển chúng trên các con lăn cho đến khi chúng đến đầu thấp của kệ (đầu xuất)

- Hàng hóa sẽ tự động di chuyển theo độ dốc của hệ thống con lăn Xe nâng sẽ không phải đi sâu vào trong các làn kệ để lấy hàng

- Khi một pallet được lấy ra khỏi giá đỡ này, một pallet liền phía sau tự động tiến đến thế vào vị trí theo hình thức xoay vòng

Hình 1.25 Nguyên lý hoạt động kệ Carton Flow

• Ưu điểm:

- Hệ thống kệ carton flow giúp giảm chi phí nhân công đáng kể Với hệ thống lối đi cho việc nhập và xuất hàng tách rời nhau, hệ thống kệ Carton Flow cho phép quá trình nhập và xuất hàng diễn ra đồng thời, và giảm được các phí đi lại không cần thiết

- Với cách thức xuất nhập hàng FIFO (First In First Out), hàng hóa trong kho sẽ được luân chuyển hợp lý, các hàng cũ hơn sẽ được xuất ra trước, đảm bảo hàng tồn kho luôn luôn tươi mới

- Ngoài ra, với hệ thống kệ carton flow, quá trình kiểm đếm hàng hóa diễn ra dễ dàng, nâng cao hiệu suất quản lý hàng tồn kho

• Nhược điểm:

- Với cấu trúc sử dụng các con lăn, kệ carton flow sẽ có chi phí cao hơn các loại kệ tĩnh cùng tải trọng

26 1.9.3 K ệ chứa hàng công nghi p Shuttle Rackệ

Shuttle có nghĩa là con thoi Shuttle Rack bao gồm 1 hệ thống khung giàn (racking) kết h p v i 1 hợ ớ ệ thống con thoi để ậ v n chuy n c pallet hàng hóa Hể ác ệ thống racking sẽ được thi t kế ế thêm đường di chuyển cho các shutllet xuyên suốt tới tất cả vị trí trong kho V i hớ ình thức kệ chứa hàng công nghi p này, khách hàng không c n phệ ầ ải lãng phí quá nhiều di n tệ ích để àm đườ l ng di chuyển như kệ Selective, thậm chí nó còn tiết ki m diệ ện tích hơn cả hình thức kho AS-RS.

• Nguyên lý hoạt động của hệ thống kệ Shuttle Rack

Hình 1.26 K ệ chứa hàng công nghi p Shuttle Rackệ

Kệ chứa hàng Shuttle Rack s d ng các cử ụ ần crane để di chuy n các con thoi qua ểlại giữa các dãy hàng khác nhau Trường h p các kho nh , s t ng th p thì các con thoi ợ ỏ ố ầ ấcó thể được di chuyển giữa các dãy hàng, các tầng khác nhau nh xe nâng ờ

Các con thoi shuttle hoạt động hoàn toàn độc l p v i h ậ ớ ệ thống racking, ch y b ng ạ ằpin Khi có s c , ho c t i thự ố ặ ạ ời điểm bảo dưỡng, nhà kho hoàn toàn có th thay th các ể ếshuttle này bằng nh ng máy d phòng ữ ự

Nếu được thiết kế thêm hệ thống băng tải vận chuyển tự động thì kho Shuttle Rack hoàn toàn không cần có con người thao tác trong kho Toàn b khâu xu t nh p ộ ấ ậhàng đều do phần mềm điều khiển Điều này cực kì phù h p trong nh ng kho l nh, kho ợ ữ ạđông

Khi pallet được nhập kho, hệ thống sẽ quản lý toàn bộ thông tin liên quan đến pallet hàng đó thông qua mã định danh Khi xuất kho, hệ thống cũng tự định vị pallet

57 Suy ra momen quán tính tải theo công thức (2.15):

𝐽𝐿= 1,4.10−6+ 1,27.10 = 1,41.10 (𝐾𝑔 𝑚−5−52) Tốc độ quay của trục vít me 𝑁𝑀= 900(𝑣𝑔/𝑝 )ℎ

Momen tăng tốc theo công thức (2.14):

𝑇𝑎=1,41.10−5+9,55380.10−7 900

2 = 2,46.10−3(𝑁 𝑚)

Chọn hệ s an toàn ố 𝑆𝑓= 2 ta có momen xoắn của động cơ theo công thức (2.11):

𝑇𝑀= (2,46.10−3+ 3,66.10−3).2 = 0,012(𝑁 𝑚)Tính chọn động cơ trục Z

Hình 2.16: B n v ả ẽ kích thước trục Z và tay nâng Thông số thiết kế :

- Khối lượng tr c Z : m = 3kg ụ- Chiều dài trục Z : l=600 mm - Bước vít : 𝑃𝐵= 4mm - Đường kính vít me : 𝐷𝐵= 8mm

58 Hình 2.17 : Momen xo n do t i tác d ng lên trắ ả ụ ục Z

Tính momen xoắn cho động cơ bước :

𝑇𝑀= (𝑇𝑎+ 𝑇𝐿) 𝑆𝑓 (2.11)Trong đó :

𝑇𝐿 : momen tải 𝑇𝑎: momen tăng tốc 𝑆𝑓: hệ số an toàn Công thức tính 𝑇𝐿 :

𝜇0: hệ số ma sát khớp nối ren (0,1 0,3 lấy bằng 0,3)𝜂: hiệu suất động cơ (0,85 - 0,95 lấy bằng 9,5)𝒾: tỷ số truyền của hệ thống

-𝑃𝐵: bước c a vít ủ me (4 mm) Lực làm bàn máy dịch chuyển:

𝐹 = 𝐹𝐴 + 𝑚𝑔(sin 𝜃 + 𝜇 cos 𝜃) (2.13)

59 Trong đó :

𝐹𝐴: ngoại lực

𝜇: hệ số ma sát bề mặt (0,1) 𝜃: góc nghiêng của trục Z (90 ) 0

Coi ngoại lực tác dụng là không đáng kể, khối lượng trục Z là 3 (kg) và góc nghiêng trục Z bằng 90 độ

Thay số vào công thức (2.13) ta có:

1= 0,022(𝑁 𝑚)Công thức tính momen tăng tốc: (áp dụng chung cho các động cơ)

𝐽𝐿= 𝐽𝐵+ 𝐽𝑇 (2.15)

Momen quán tính của trục vitme: 𝐽𝐵=18 𝑚 𝐷𝐵2=𝜋

32 𝜌 𝐿𝐵 𝐷𝐵4 (2.16)Thay số vào công thức (2.16) ta có:

𝐽𝐵= 𝜋

32 7,9.103 0,6.0,0084= 1,9.10−6(𝐾𝑔 𝑚 )2