tiểu luận phương pháp nghiêm cứu khoa học nghiêm cứu hệ thống kho hàng thông minh phục vụ hậu cần

KY HIEU VA CHU VIET TAT AGV Automated Guided Vehicle Hé thong xe ty hanh AS/RS Automated Storage Hệ thống lưu trữ và soạn and hàng bán tự động ` , A Retrieval Systems CMCN Cách mạng cô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH KHOA HE THONG THONG TIN VA VIEN THÁM

NGHIEM CUU HE THONG KHO HANG THONG MINH PHUC

TP Hé Chi Minh, thang 09 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TAI NGUYEN VA MOI TRUONG

THANH PHO HO CHi MINH

KHOA HE THONG THONG TIN VA VIEN THAM

AZANNGUYEY SS

VS

TIEU LUAN PHUONG PHAP NGHIEM CUU KHOA HOC NGHIEM CUU HE THONG KHO HANG THONG MINH PHUC

VU HAU CAN

Trần Hoàng Phúc Thái Văn Duy

Khoá: 2020 — 2024

Giảng viên hướng dẫn: TS Dương Thị Thúy Nga

TP Hé Chi Minh, thang 09 năm 2023

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CÁM ƠN

Để đề tài nay đạt kết quả tốt đẹp, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, tô chức, cá nhân Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép tác giả được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu

MỤC LỤC

DANH MUC BANG BIEU HINH VE

DANH MUC BANG BIEU

.©4:0)9â.09:i0A1I500V-v0Nnn

1.1 Bối cảnh phát triển hệ thống kho hàng thông minh - 1

1.2.2 Hệ thống kho hàng tự động hoàn toàn - 2-2z22zzzZ22zZ25sc+ 12

2.4 Clink sacha Lure trit AS/RS occ cccccesccceccceccsececcsssscssssssssesssssseesssusesuseuesssseussssss 21

2.5.Quy tắc gán và xen kẽ lưu trữ 22

2.7.Phân tích điểm dừng Dwell poiHI - 1 1 2 S122 11121151 2111121 512151212 2n s2 24

2.8 Định cỡ kết cau ga đỡ trong hệ thông A8/RS 2222222222222 2222222 26 2.9.Thông lượng AS/RS 222Q 2, 2222222222012221222122221 21222212122, 26

3.3.2 Cụm đường dịch chuyên ngang S220 2212221222222 2212 22166 31 3.3.3 Robot lấy hàng Q.2 222 2 22 22 222,22 22, 222 2 222 D02 31

3.4 Thiết kế phần mềm quản lý hệ thống cất trữ soạn hàng thông minh 33 3.4.1 Biểu đỗ nghiệp vụ S12 2121 22122 EE E2 HH nà 33 3.4.2 Danh sách hỗ sơ dữ liệu -2-222222222222222222122212232221 522252211222 34

3.4.3 Ma trân thue thé di liéu - S222 2122122221221 0102201220122 01022222022 34

3.4.5 Lưu đồ thuật toán cắt trả hàng ::522222-2222222222222222222222222E Le 38

3.4.6 Xây dựng giao diên diéu khién co c4u chap hanh 39 3.5.Xay dung quy trình công nghệ gia công một chỉ tiết đai diện trong mô hình kho

3.5.1, Phân tích công nghệ trong két cầu của chế 47

3.5.2 Chọn phương pháp chế tạo phôi 47 3.5.3 Quy trình công nghệ chế tao trục -2- 22222 22222212252 22222 22222222222 48

DANH MỤC "BANG BIEU HINH VE

Hình 1.4: ong x ụ an Baudin, 2004 7

Hình 1.6: Nguyên tắc hoạt động của VLM nhìn từ cạnh bên - 9

Hình 1.7: VLM với chai khay ú Dukic và các đồng t tác giả, 2013) 9 Hình I.9: Xe AGV di chuyến trong hệ thống kho II Hinh 1.10: Cac Robot tự động di chuyên trong kho hàng của JD.com 13 Hinh 1.11: Những cánh tay robot đang hoat đông 14 Hình 3.1: Mô hình kho hàng tự động 29 ii: 620.419 8 0n .ÔỎ 30 Hình 3.3 : Cụm đường dịch chuyển ngang 31

Hình 3.4: Hệ thống trụ đứng 2222222222222222 22222222 7222222,222 2222 00 32 Hình 3.5: Biếu đồ phân rã chức năng hệ thống, 2:¿22- 5222222222222 33 Hình 3.6: Mô hình quan hệ của hệ thống 222¿¿2222222222EE22222EE22Exre 37

Hinh 3.8: Phan mềm mã nguồn mở CNC Mach3 2.22222222222222 2222222262 39 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối bộ điều khiến ƠNC 2 2 22122 2 D1012 222 22 40 Hình 3.10 : Giao điện phân mềm Machsereen 2 2222222212222 22222 66 41 Hình 3.11: Màn hinh chon tap tin 222222 42 Hinh 3.12: Bảng các chive nang eects

Hình 3.16: Màn hình thiết lập các thông số đầu ra S2 22122 222 2222122122256 45

Hình 3.19: Trục truyền động s22 1 21 1121111211201 21 210 21222 2n na 47

DANH MUC BANG BIEU

KY HIEU VA CHU VIET TAT

AGV Automated Guided Vehicle Hé thong xe ty hanh AS/RS Automated Storage Hệ thống lưu trữ và soạn

and hàng bán tự động ` , A Retrieval Systems

CMCN Cách mạng công nghiệp

FCFS First Come First Sevred Đến trước phục vụ trước FKA Forward Keeping Area Khu vực chọn chuyên tiếp loT Internet of Things Internet kết nỗi vạn vật ToS Internet of Services Internet cua cac dich vu SKU Stock Keeping Unit Mã định danh lưu trữ duy

nhất

S/R Storage and Retrieval Lưu trữ và truy xuất P/D Pick and Dilivery Thu gom va giao hang VLM Vertical Lift Module Modul nâng thắng đứng

LOI MO DAU Tính cấp thiết của đề tài

Kho là hệ thông thành phân rất quan trọng trong hệ thống sản xuất công nghiệp, liên quan đến logistics sản xuất và cao hơn là các chiến lược sản xuất Cần có tiếp cận hệ thông và nâng cao trinh độ tự động hoá của kho hàng, làm cơ

sở cho thông minh hoá nhà máy và liên nhà máy trong tương lai

Nhiều công ty, doanh nghiệp, kế cả với quy mô nhỏ, cũng đã mạnh dạn đầu

tư tự động hóa nhà kho Và thị trường công nghiệp đã chứng mình được tính hữu ích của tự động hóa nhà kho bởi những lí do sau:

Tự động hóa nhà kho giúp doanh nghiệp vận hành chính xác tuyệt đối Với việc sở hữu một kho thông minh, công tác xuất/nhập và quản lý kho được tự động hóa nên hiệu suất làm việc rất cao, lại vô cùng chính xác Bởi vi là sản phẩm của công nghệ được lập trình sẵn nên sự chính xác của các dây chuyền kho tự động là không phải bàn cãi

Mỗi pallet nằm ở trong một ô khác nhau biệt Mà mỗi một ô đều có | dia chỉ IP riêng Điều đó giúp hệ thông có thể nhận dạng vị trí một cách chính xác Giúp thủ kho dễ dàng trong khâu quản lý khi chỉ cần quan sát và quản lý qua phần mềm

Trúnh bị thất lục hàng hóa trong kho chứa rất rộng

Nếu như ta ghi chép tất cả các thông tin cần thiết về khách hàng hay hàng hóa bằng bút và giấy thì rủi ro rất cao Chính tự động hóa sẽ giúp cho doanh nghiệp của bạn lưu trữ được thông tin dài hạn Mà các thông tin đó sẽ không bao giờ bị mắt hay nhầm lẫn dẫn đến các rủi ro không đáng có cho doanh nghiệp Không gian được tận dụng triệt để

Tự động hóa nhà kho cũng đồng nghĩa với việc sở hữu một chiếc kho tuyệt vời, ở đó diện tích kho sẽ được tận dụng đến từng chi tiết nhỏ Không gian sử dụng kho tự động hóa sẽ không chiếm nhiều diện tích, chính vì vậy có thê tiết kiệm được chỉ phí đi thuê mặt bằng

Với công nghệ tự động cùng sự hoạt động nhanh, gọn, chính xác của robot thì việc cần nhiều không gian để chứa những đồ dùng thủ công là không cần thiết Từ đó giảm thiểu được diện tích kho hàng

Giảm thiêu tôi đu nhân công, sức lao động và những rúi ro trong quá trình làm việc cua con nguoi

Với kho truyền thống thi ta sé can rất nhiều nhân công trong một khâu, bởi

lẽ để có năng suất thì con người phải hoạt động nhiều, không được nghỉ tay Nỗi

có bất cứ sai sót trong một khâu thì rất có thê sẽ dẫn tới việc cả một hệ thống bị ảnh hưởng

Kho thông minh đã khắc phục được những nhược điểm này Nó hoạt động bằng mô hình tự động, vi vậy được lập trinh sẵn, sự sai sót trong từng khâu được giảm thiểu đi rất nhiều Sức người trong công việc khi xây dựng một nhà kho thông minh cũng được giảm thiểu tới mức thấp nhất Con người chỉ cần lập trình, quản lý qua phần mềm và quan sát Những việc nặng nhọc và tốn nhiều sức sẽ được khắc phục tạo ra những hiệu quả cao trong năng suất, từ đó thúc đây Sự tăng nhanh của kinh tế

Đang công tác tại một đơn vị quốc phòng, hàng ngày trong quá trình sản xuất việc cấp phát, kiêm kê vật tư theo phương pháp truyền thống luôn gây ra nhiều sự bất tiện, nhằm lẫn đặc biệt với quá trình sản xuất những hàng hóa cần nhiều chỉ tiết Được sự cho phép của thay Tran Anh Quân tôi thực hiện đề tài này với mong muốn từng bước có thê cải thiện tình hình sản xuất tại đơn vị trong thực tế

CHUONG I:

TONG QUAN VE HE THONG KHO HANG THONG MINH

1.1 Bối cánh phát triển hệ thống kho hàng thông minh

Khái niệm Công nghiệp 4.0 lần đầu tiên được đưa ra tại Hội chợ công nghiệp Hamnover tại CHLB Đức vào năm 2011 Công nghiệp 4.0 là xu hướng hiện thời trong việc tự động hóa và trao đổi dữ liệu trong công nghệ sản xuất mà không cần sự tham gia của con người

Tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới (WEF) lần thứ 46 đã chính thức khai mạc tại

thành phố Davos-Klosters của Thụy Sĩ, với chủ đề “Cuộc CMCN lần thứ 4`, Chủ tịch Diễn đàn Kinh tế Thế giới đã đưa ra một định nghĩa mới, mở rộng hơn khái niệm Công nghiệp 4.0 của Đức Nhân loại đang đứng trước một cuộc cách mạng công nghiệp mới, có thê thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sông, làm việc

và quan hệ với nhau Quy mô, phạm vi và sự phức tạp của lần chuyển đổi này không giống như bất kỳ điều gì mà loài người đã từng trải qua

Cụ thê, đây là “một cụm thuật ngữ cho các công nghệ và khái niệm của to chức trong chuỗi gid trƒ” đi cùng với các hệ thông vật lý trong không gian ảo, Internet kết nổi vạn vật IoT- Internet of Things và Internet của các dịch vụ IoS - Internet of Services

Công nghiệp 4.0 tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các "hở máy thông minh" hay “nha may số” Trong các nhà máy thông minh, các hệ thông thực - ảo hóa sẽ giám sát các quả trình vật lý, tạo ra một bản sao ảo của thé giới vật lý Với IoT, các hệ thông thực - ảo hóa này tương tác với nhau và với con người theo thời gian thực, và thông qua IoS thì người dùng sẽ được tham gia vào chuỗi giá trị thông qua việc sử dụng các dịch vụ này

“Nhà mắy thông mình” là giải pháp sản xuất cung cấp các quy trình sản xuất linh hoạt và thích nghi để giải quyết các vấn để phát sinh trên cơ sở sản xuất với điều kiện biên thay đổi nhanh và năng động trong một thế giới ngày càng phức tạp Giải pháp đặc biệt này có thể liên quan đến tự động hóa, được hiểu là sự kết hợp giữa phần mềm, phần cứng và/hoặc cơ học, điều này sẽ dẫn đến tôi ưu hóa sản xuất đưa đến giảm lao động không cần thiết và lãng phí tài nguyên

Với sự phát triển của các nhà máy thông minh thì hệ thống kho hàng thông minh cũng ngày càng được phát triển.Tương tự như một ngôi nhà thông minh, một kho hàng thông minh được kích hoạt với một số công nghệ tự động và kết nổi với nhau Các công nghệ này phối hợp với nhau để tăng năng suất và hiệu quả của kho, giảm thiêu số lượng nhân công trong khi giảm lỗi tới mức tối đa

Hinh 1.1; M6 hinh nha may thong minh

Trong hệ thống kho thủ công, kho truyền thống : các công nhân di chuyển xung quanh với danh sách các sản phẩm và thiết bị trên tay.Đôi khi, đó có thê là một cuốn số cũ nát với nhiều số liệu thống kê được viết bằng bút mực, tây xóa, con số được cộng trừ từ năm này qua năm khác Đôi khi là một vài phiếu yêu cầu vật liệu, phiếu xuất kho của các đồng nghiệp trong cùng nhà máy gửi tới Và việc của những người quản lí kho là làm sao tìm tới vị trí lưu trữ sản phẩm, chọn sản phẩm, xếp chúng vào giỏ hàng và sau đó chuyên chúng đến bộ phận cần sử dụng hoặc xuất kho bằng các phương tiện vận tải Nhưng trong kho thông minh, các đơn đặt hàng được nhận tự động, sau đó hệ thông xác nhận nếu các sản phẩm trong kho Các danh sách nhận hàng sau đó được gửi đến các xe đây robot đặt các sản phẩm được đặt hàng vào các thùng chứa và giao chúng cho các công nhân cho bước tiếp theo

Năm hoạt động chính của kho có thể được phân biệt: tiếp nhận, lưu trữ, chọn hàng theo đơn, tích lũy và vận chuyển (Hompel và Schmidt, 2007) Một minh họa về các hoạt động kho khác nhau và các luỗng tương ứng có thê được miêu tả như trong hình 1.2

Hoạt động đầu tiên trong kho vận là tiếp nhận - liên quan đến việc chuyên đến và bốc đỡ hàng hóa từ hãng vận tải Thông thường kiểm tra được bao gồm trong giai đoạn này - được cho là để xác nhận rằng hàng hóa đến đúng chất lượng và số lượng Đồng thời các hỗ sơ kiêm kê được cập nhật

Lựa chọn và loại bỏ hàng hóa bị

và xử lý các vật phẩm đã lấy Việc truy xuất đơn hàng thực tế bao gồm đi đi lại, tìm kiếm và trích xuất cùng với công việc và giấy tờ khác nhau

Để đảm bảo thoả mãn hiệu suất kho vận, người ta phải chọn các chính sách

về tô chức và hoạt động được sử dụng trong kho Vì chúng có liên quan lẫn nhau rất mật thiết, điều quan trọng là chúng phải được phối hợp Vì các mặt hàng cân được đưa vào lưu trữ trước khi chúng có thê được lựa lấy, niên một bộ các qw tắc

về cách thức gán chúng cho các vị trí lưu trữ cần được thiết lập, chúng được gọi

là các chính sách gán lưu trữ Các yếu tố quan trọng cân xem xét bao gồm thê tích, chính sách định tuyến, số lượng các SKU (stock keepmg umt — mã định danh lưu trữ duy nhất) trên mỗi tuyến lấy hàng và kích thước kho với các vị trí khả dụng (Baudin, 2004; Koster và các đồng tác giả, 2007) Nói chung, có thê phân biệt giữa các chính sách phân công lưu trữ chuyên dụng và động Trong chính sách gản lưu trữ chuyên dụng, mỗi hạng mục/mặt hàng có một vị trí lưu

trữ chuyên dụng Trong trường hợp này, các vị trí phải được để dành riêng ngay

cả đối với các sản phẩm hết hàng và mỗi vị trí phải đảm bảo đủ không gian cho hàng tồn kho tối đa được lưu trữ, dẫn đến việc sử dụng không gian thấp nhất Tuy nhiên, chính sách gán lưu trữ chuyên dụng có được lợi ích là các mặt hàng có thê được nhóm một cách logic và một chuỗi xếp chồng tốt, ví dụ đặt các mặt hàng nặng trong các kệ dưới cùng Theo cách khác, chính sách gán lưu trữ động chỉ định vị trí lưu trữ cho các mặt hàng đến một cách linh hoạt Có một số phương pháp khác nhau về cách gán vị trí lưu trữ trong chính sách gán lưu tữ động, từ phân công ngẫu nhiên đơn giản đến các phương thức phức tạp hơn, chẳng hạn như lưu trữ dựa trên lớp Nếu thực hiện đúng, chính sách gán lưu trữ động có thê làm tăng đáng kê việc sử dụng không gian và năng suất lấy hàng (Koster và các

đồng tác giả, 2007)

Trong việc phân vùng (zonning), kho hàng được chia thành các vùng khác nhau và các đơn đặt hàng được phân chia tương ứng Mục đích là để giảm khoảng cách đi lại và ùn tắc giao thông trên lối đi, tăng năng suất lấy hàng Người ta có thê phân biệt hai cách tiếp cận khác nhau, thứ nhất là lắp ráp/ghép luỹ tiến và thứ hai là lấy song song Trong quá trỉnh lắp ráp lũy tiến, việc chọn hàng theo đơn được bắt đầu trong một khu vực và được chuyên sang khu vực tiếp theo sau khi hoàn thành Thay vào đó, khi lấy hàng song song, một đơn hàng được chọn đồng thời trong các khu vực khác nhau và được dồn/tích lũy su khi chọn Thách thức lớn nhất trong việc phân vùng là cân bằng khối lượng công việc giữa các vùng Phân vùng được áp dụng một cách tự nhiên nếu các đặc tính của sản phâm thay đôi trong một đơn hàng, ví dụ: yêu cầu về nhiệt độ hoặc an toàn (Koster và các đồng tác giá, 2007)

Một loại phân vùng đặc biệt là thực hiện phân bỗ dự trữ chuyển tiếp Trong phân bé nay, số lượng hàng lớn được giữ trong một khu vực dự trữ, từ đó mộc mặt hàng chọn được bé sung nội bộ vào khu vực chọn chuyên tiếp FKA — Forward Keeping Area Bang cách đó, FKA có thê được hạn chế về kích thước và khoảng cách di chuyên có thê giảm đi đáng kể Kích thước của FKA và số lượng SKU trong đó sẽ quyết định sự đánh đổi giữa bô sung hàng và những tiết kiệm trong nỗ lực lấy hàng Do đó, cần phải quyết định những mặt hàng nào, với số lượng bao nhiêu và chúng nên được đặt ở đâu trong FKA Đề một vật phẩm phù hợp với việc được lưu trữ trong FKA, mức tiết kiệm để lấy hàng theo đơn phải lớn hơn chỉ phí bổ sung hàng tăng thêm Một số SKU nhất định có thê được lưu trữ hoàn toàn trong khu vực dự trữ hoặc khu vực chuyên tiếp, tùy thuộc vào số lượng và tần suất xuất hiện nhu cầu (Koster và các đồng tác giá, 2007) Một chính sách tổ chức và hoạt động cuối cùng thường được sử dụng khi

kích thước đơn hàng nhỏ được gọi la Batching (theo dot/phan 16 —- mẻ) Trong phân lô, một số đơn hàng được trộn/gộp lại với nhau thay vì chọn từng đơn hàng riêng biệt, điều này có thê làm giảm thời gian di chuyên Batching có thể theo hoặc là phương thức phân lô gần hoặc phương thức phân lô cửa số thời gian Trong phân lô gần nhau các đơn hàng được trộn/ghép mẻ theo mức độ gân nhau của các vị trí lưu trữ trong số các đơn đặt hàng khác nhau này Điều này có thê được thực hiện thông qua nhiều thuật toán heuristic Trong việc phân lô theo cửa

số thời gian, các đơn đặt hàng được trộn/ghép mẻ theo cửa sô thời gian mà chúng đến hoặc sẽ được chuyên đi (Choe và Sharp, 1991) Nếu đơn đặt hàng không được sắp xếp trong khi nhặt cần phân loại để chia tách lại các lô và để hợp nhất vật phẩm nhằm hoàn thành đơn hàng Điều này có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động (Koster và các đồng tác giả, 2007)

1.2 Các hệ thống kho hàng thông minh hiện nay trên thế giới

Hiện nay trên thế giới hệ thông kho hàng thông minh được chia thành 02

nhóm như sau: Hệ thống kho hàng bán tự động và hệ thống kho hàng tự động hoàn toàn

1.2.1 Hệ thẳng kho hàng bán tự động

Hệ thống lưu trữ và soạn hàng AS/RS (Automated Storage and Retrieval Svstems) bán tự động là các hệ thống chọn hàng theo đơn tự động một phân, trong đó sự chuyển động của hàng hóa được tự động hóa, nhưng việc trích xuất vẫn được thực hiện thủ công Viện vận chuyển hàng hoa Hoa Ky (Material Handling Institute of America - MHIA) phan biét gitta hai nhom AS/RS chinh: Nhóm I bao gồm vòng xoay ngang, vòng xoay đứng và Modul nâng thắng đứng - VLM (Vertical LiÑ Module) Các hệ thống của nhóm 1 có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc được ghép nhóm trong các ứng dụng cỡ nhỏ đến trung bình Mỗi hệ thống con thường có một lần mở đề lấy hàng và các mặt hàng không thê chuyên được giữa các hệ thống con Đề giảm thời gian chuyên đổi giữa hai lượt lấy hàng, thông thường, một người lấy hàng vận hành một số hệ thống cơn (Arnold và các đồng tác giả, 2008; Bartholdi và Hackman, 2014) Đến lượt mình, các hệ thông trong nhóm 2 được cầu trúc như một thực thể lớn với một số trạm lấy hàng

Nhóm 2 bao gồm các hệ thông mimload, hệ thông xe tự hành AGV(Automated Guided Vehicle), thường được sử dụng trong các ứng dựng lớn hơn Vì các hệ thống bao gồm một thực thể lớn, nên thường sử dụng bộ đệm tại

mỗi trạm lay hang đề giảm thời gian chuyên đôi giữa hai lần lay hang (Bartholdi

và Hackman, 2014)

Đối với các hệ thông nhóm 1, hiéu quả phụ thuộc rất lớn vào việc nhập

kho và điều rất quan trọng là phải phân tán các mặt hàng phố biến và hoạt động giữa các hệ thống cơn khác nhau, để tránh tắc nghẽn và bảo vệ hoạt động trong

trường hợp xảy ra lỗi hệ thống con (Bartholdi va Hackman, 2014) Théng

thường A5/RS được vận hành như một FKA (forward picking area), và do đồ đòi hỏi phải bô sung thường xuyên Điều này có thê trở thành vấn đề đối với AS/RS với một điểm đầu vào và đầu ra (I/O) tức là vòng xoay và miniload một phân Khác với các trạm lấy hàng, điêm 1/O không chỉ được sử dụng để lấy đơn hàng

mà còn đề bố sung cho hệ thống Mặc dù các biến thể nhu cầu nhỏ có thể được cân đối ở một mức độ hạn chế, bằng cách chuyên đôi giữa hoạt động lay va bé sung đơn hàng (Arnold và các đồng tác giả, 2008), không thể tăng tốc độ chọn hàng theo đơn bằng cách phân công thêm người vận hành Do đó, các hệ thông nay dé bị tac nghén (Bartholdi va Hackman, 2014)

Vòng xoay có thé đạt được mức sử dụng không gian rất cao, vì tất cả không gian trong hé thông được sử dụng đề lưu trữ thay vi van chuyén các chi tiết Hơn nữa, một hệ thông vòng xoay có thê đạt được năng suất chọn rất cao đối với các mẫu hình nhu cầu nhất định, trong đó một số mặt hang co nhu cau chung Bởi vòng xoay di chuyên toàn bộ kệ hàng, có thê một số dòng đơn hàng có thể được chọn mà không có bất kỳ sự thay đôi/chỉnh lại (changeover) nào, khi có nhiều hơn một vật phâm có thể được lưu trữ trên cùng một giá (Arnold và các đồng tác

giả, 2008) Các kệ khá linh hoạt về kích thước sản phẩm, vỉ chúng có thê dễ

dang chia thành các ngăn nhỏ hơn áp dụng cho trước và sau đó (Viekson, 1996) Vòng xoay dễ bị mất cân bằng trọng lượng Nếu hàng hóa được lưu trữ và phân phối trọng lượng không đồng đều, hệ thống có thể bị mắt cân bằng niưr minh họa trong hỉnh 1.3 Đề tránh mất cân bằng và giảm nguy cơ bị lật, hầu hết các

hệ thống đều cung cấp các khuyến nghị về tải trọng, hạn chế người vận hành hoặc yêu cầu phân bồ lại (Industore, 2016)

Hình 1.3:Mat can béng trong lweng trén vong xoaytir cin bang dén

rất mắt cân bằng(dựa trên Industore, 2016)

Tuy nhiên, có một số hạn chế cũng không thê khắc phục được Vì các vòng xoay sử dụng một điểm I/O duy nhất, chúng hoạt động kém với nhu cầu tăng vọt đột biến (Bartholdi và Hackman, 2014) Một hạn chế khác là khả năng mở rộng Không thê tăng số lượng giá đỡ hoặc thêm một điểm I/O khác vào hệ thống vòng xoay, do đó để mở rộng thì yêu cầu toàn bộ một vòng xoay mới (Arnold và các đồng tác giả, 2008) Tóm lại, hệ thông vòng xoay nên được thực hiện trong bối cảnh có nhu cầu liên tục và ít biến đổi, trọng lượng hàng hóa từ thấp đến trung bình và số lượng SKU cao (Arnold và các đồng tác giá, 2008) Phụ thuộc vào hướng quay, có thê phân ra hai loại vòng xoay Vòng xoay đứng, trong đó giá đỡ xoay theo chiều đứng và vòng xoay ngang xoay trên một vòng phẳng (Arnold và các đồng tác giả, 2008) Hai nguyên tắc khác nhau được minh họa trong hình 1.4

Hình 1.4: So sanh vòng xoay đứng và ngang (Baudin, 2004)

- Vòng xoay đứng có thể tận dụng tốt chiều cao trong kho hàng Một lợi thế lớn so với vòng xoay ngang là tất cả các mặt hàng được trình bày theo chiều cao lấy hàng công thái học, và do đó công thái học chỗ làm việc vượt trội so với

vòng xoay ngang (Buley và Knott, 1986) Vòng xoay đứng thường được sử dụng

để lưu trữ các chỉ tiết nhỏ

- Vòng xoay ngang thường bị giới hạn về chiều cao, vì người lấy hàng phải

có khả năng tiếp cận tất cả các vị trí lưu trữ trong giá đỡ Khác với vòng xoay đứng, các vật phâm không phải lúc nào cũng được trỉnh bày theo chiều cao lấy hàng một cách công thái học, làm cho vòng xoay ngang trở nên kém tiện dụng hơn Vòng xoay ngang có thể bao gồm một thân vòng xoay hoặc nhiều vòng xoay con, trong đó đơn giản nhất là hệ thông vòng xoay kép Nói chung, một vòng xoay ngang có nhiều vòng xoay con có thê đạt được thông lượng cao hơn vòng xoay tiêu chuẩn, do cơ chế dẫn động bổ sung cho phép truy cập nhanh hơn đến các vị trí lưu trữ

Modul nang thang ding

Một Modul nâng thắng đứng - VLM (Vertical Lift Module) c6 thé duoc coi

là một sự phát trién cua bang chuyén dimg, noi hang hóa được xếp theo chiều dọc trên các khay Như có thê thay trong hình 1.5, một VLM bao gồm ba cột trong đó mặt trước và mặt sau được sử dụng để lưu trữ và cột ở giữa hoạt ding nhự một trục nâng mà qua đó các khay di chuyên

Hình 1.5: VLM voi hai hàng khay lưu trữ, một trục ở giữa và một khu vực

lấp hàng ở phía trước Các mặt hàng được di chuyển qua một thiết bị S/R - mang các khay đến và

đi khỏi vị trí của chúng trong cột, như được minh họa trong hình Í.6 Thiết bị S⁄R thu thập khay và đưa nó xuống qua cột giữa và sau đó cho phép nó di chuyển theo chiều ngang bên dưới cột phía trước để đến người lấy hàng Khi người vận hành thực hiện xong với khay, tức là đã trích xuất hoặc bố sung, khay

sẽ được trả về vị trí lưu trữ của nó (Dukic và các đồng tác giá, 2013)

trí lưu giữ và hàng đầu tiên trí và đi lây thứ 2 đưa vào

đi lây kiện về vị trí lưu kiện hàng thứ vị trí lưu trữ,

và đi lấy kiện

hang tiép theo

Hình 1.6: Nguyên tắc hoạt động của VLM nhìn từ cạnh bên VLM bày tất cả hàng hóa ra ở một chiều cao lấy hàng công thái học Để tăng năng suất chọn của một người lấy hàng, thông thường là một người lẫy hàng vận hành nhiều hệ thống con cùng một lúc Thời gian chờ đợi có thể giảm hơn nữa nhờ sử dụng cơ chế khay kép cho phép hai vị trí lấy hàng ở các tầng khác nhau Do đó, người lấy hàng có thê chọn từ một trong các khay trong khi thiết bị S/R chuyên đổi sang cái khác Điều này được minh họa trong hình 1.7

bi S/R hoat déng (Bartholdi va Hackman, 2014; Lerher va cac déng tac gia, 2011) Các mặt hàng được lưu trữ trong các thùng nhựa nhỏ, được goi la cac ta trọng nhỏ (miniloads) Trong các hệ thông đó, giá đỡ thường có thê rất cao và lỗi

đi cực kỳ hẹp, thường rộng hơn một chút so với bản than miniload (Bartholdi va Hackman, 2014) Thiết bị S/R di chuyên trên đường ray được gắn vào cả trần và mặt đất Nó có thê di chuyển cả theo chiều ngang và chiều đứng để chuyên tải vật phẩm giữa các vị trí lưu trữ và trạm lấy hàng (Arnold và các đồng tác giả, 2008) Việc thành phần và chuyên động của một hệ thông mimiload được minh họa trong hình 1.8

Một hệ thống miniload có thể được vận hành theo chu kỳ lệnh đơn, kép hoặc nhiều lệnh Trong một chu kỳ lệnh đơn, thiết bị S/R thực thi lệnh đặt hoặc lẫy đơn nguyên hàng (unit load), có nghĩa là thiết bị S/R luôn quay trở lại điểm 1O sau khi cất hoặc lay Trai lai, trong chu trinh lénh kép, thiết bị S/R sẽ cất một đơn nguyên hàng hoá và sau đó lẫy ra một đơn nguyên khác trước khi quay trở lại điểm I/O Đương nhiên, sẽ hiệu quả hơn khi vận hành các chu trình lệnh kép, nhưng nếu việc truy xuất là khan cấp, có thê chỉ nên chạy các chu trình lệnh đơn

SC truy xuất và tạm hoãn việc cat hang di (Bartholdi va Hackman, 2014) Cudi cùng, với các chu kỳ đa lệnh, nhiều hơn một thiết bị con thoi được sử dụng và trong một chu kỳ, một số hàng hoá/tái trọng có thê được lay ra hoặc cất di (Koster và các déng tác gia, 2007)

Hanh lang Rane SEF

Ké dé hang

Z

Robot cat, lay hàng

Hình 1.8: Thanh phan va chuyén dong trong hé thong miniload Lerher va cac déng tac gid (2011) mé ta hé théng nay khá không lĩnh hoạt

và khó thích ứng với những thay đôi nhu cầu trong tương lai Tinh linh hoạt bị

hạn chế hơn nữa do các kích thước cô định của các thùng lưu trữ, không thê thay

di déi lai duoc (Karlsson, 2016)

Xe tự hành

Xe tự hành AGV (Automation Guide Vehicle) giúp thay thế các phương tiện trong chuỗi cung ứng vật liệu vận hành thủ công như xe nâng tay, xe nâng forklift, xe day tay, xe kéo Đáp ứng dam bảo năng suất ngay cả khi thiếu lao động trong công việc này Cho phép nhân viên được chỉ định lại các khu vực ra vào hàng hóa, nơi họ có thể tăng giá trị cho sản phẩm Xe tự hành có những chức năng cụ thể như sau:

- Phân phối bán thành phẩm, sản phẩm giữa các khâu của dây chuyển sản xuất, lắp ráp Xe tự hành AGV kéo hàng đi khắp nhà xưởng, kết nổi giữa các công đoạn một cách nhanh chóng Robot kéo hàng thay thế hệ thống băng tải, sản nâng, bản nâng truyền thống vốn tốn nhiều diện tích, không gian và khó khăn trong lắp đặt, dịch chuyên khi thay đổi quy mô sản xuất

- Vận chuyên, loại bó chất thải để tái chế: Xe robocar vận chuyên các thùng, sọt, g1ỏ chất thải rắn, thùng chất thải lỏng từ các khu vực gia công, chế biến đưa ra khu vực tập kết rác thải theo lộ trình được lập sẵn

- Thực hiện công tác lưu kho khi vận chuyên các sản phẩm từ cuối dây chuyền sản xuất về kho tập kết một cách tự động Sản phâm được lưu trữ trong các kho thông minh sẽ giúp tăng tính tự động cho nhà máy

- Phân phối, lưu trữ và thu hồi sản phẩm (xếp chồng trong kệ, giá để hàng v.v.) với sự kết hợp của các robot cộng tác Vận chuyên pallet hàng hóa, xe đây hàng một cách nhanh chóng, chính xác và an toàn

Hình 1.9: Xe AGV di chuyển trong hệ thống kho

Các ứng dụng của AS/RS có thể được thấy trong các dây chuyên lắp ráp của các linh kiện điện tử nhỏ, nơi các trạm lắp ráp được lắp đặt trong các cửa

mở của kệ lưu trữ, trong môi trường sản xuất kiểu phòng sạch để giảm nhiễm bân sản phẩm khỏi vận chuyên thủ công, trong các trung tâm phân phối y tế hàng hoá trên pallet là sản phẩm y tế, từ các dịch truyền ven đến van tìm được lưu trữ tạm thời để phân phối sau đó Môi trường chế biến thực phẩm đông lạnh nơi nhiệt độ luôn được giữ ở -29 °C, khiến nó trở nên cực kỳ bất lợi với người vận hành cũng là nơi triên khai khác của AS/RS

Ứng dụng gần đây của AS/RS là trong ngành công nghiệp ô tô Sau khi các thân xe được sơn, chúng được chuyên vào kho trong một hệ thông AS/RS đề phối hợp lịch trình sản xuất với số lượng các thân xe đã được sơn một màu cụ thể Các thân xe lựa chọn sau đó được lay ra và đưa trở lại sản xuất

Ngoài ra còn rất nhiều ứng dụng của hệ thống này trong công nghiệp và dân dụng Ngay tại Việt Nam, Vinamilk đã và đang tiếp tục triển khai các giải pháp và thiết bị kho thông minh của Schaefer - CHLB Đức với giá trị nhiều triệu đô la Mỹ Hệ thông AS/RS là một phân trong các giải pháp đang được khai thác rất hiệu quả tại nhà máy sữa Vinamilk tại Bình Dương, Việt Nam 1.2.2 Hệ thẳng kho hàng tự động hoàn toàn

Đặc điểm:

- Đây là loại kho hàng sử dụng các hệ thống máy móc hoàn toàn tự động, mọi đữ liệu xuất nhập cũng như dữ liệu của từng loại hàng hóa đều được quản lý một cách tự động bởi phần mềm chuyên dụng Vai trò của con người trong những hệ thông kho hàng này chỉ là giám sát và điều khiển tông quát cho toàn

bộ hệ thống

- Cơ cầu máy sử dụng trong những kho hàng tự động này thường dùng: các cánh tay nâng hàng, gắp hàng, vòng xoay có chuyên động tịnh tiến Nhờ có tính chính xác và tốc độ cao nên các cơ cầu máy vận chuyển hiệu quả và cho năng suất cao

- Việc quản lý hệ thống hàng hóa trong những kho hàng hoàn toàn tự động

sẽ thông qua những cảm biến thông minh Các cảm biến này hoạt động chính xác và hiệu quả

- Với quy mô lớn và rất lớn nên các kho hàng này sẽ được quản lý bởi các hệ thông mạng như mang LAN, mang Internet

- Ngoài các cơ cấu chính để nâng hàng, vận chuyển hàng hóa còn gồm các

cơ cầu phụ giúp cho việc quản lý và xuất nhập như: đóng gói, phân loại hàng hóa, nạp pallet

Ưu điểm:

- Những hệ thống kho hàng này hoạt động gần như hoàn toàn tự động, số lượng người lao động chiếm rất ít, tiết kiệm chi phí nhân công

- Hiệu suất hoạt động và độ chính xác cao, thời gian hoạt động ở mức tôi thiểu vì rất ít sai sót trong hành trình vận chuyên

- Có tính ôn định, ít xuất hiện sai sót nhằm lẫn trong khau quan lý và bốc xếp hàng hóa

Nhược điểm:

- Chi phi dau tư ban đâu rất là cao, đòi hỏi trình độ công nghệ, nhân công

có trình độ chuyên môn cao

- Thường dùng cho những hệ thống kho hàng có quy mô rất là lớn

- Luôn phải đảm bảo tính ôn định vì khi xuất hiện lỗi sẽ ảnh hưởng đến toàn

bộ hệ thống kho hàng do đó phải thực hiện nghiêm ngặt quy trình bảo trì, bảo dưỡng sửa chữa

Tháng 6 năm 2017 hãng thương mại điện tử JD.com và công ty Muyjin đã cho vận hành hệ thông kho hoàn toàn tự động đầu tiên trên thế giới tại Thượng Hải Với quy mô 40.000 m2 hệ thống kho hàng này đã cắt giảm nhân công từ khoảng 4-500 người xuống chỉ còn 5 người và những nhân công này chỉ đảm nhiệm vai trò giảm sát sự vận hành của máy móc Bằng cách xây dựng các bộ điều khiển và hệ thống camera ghép nối chúng với những cánh tay robot hiện

có trong kho hàng của JD.com đề tăng tính tự chủ và trí thông minh của chúng Những cánh tay robot này sau khi cải thiện đã tự động nhặt, vận chuyên và đóng gói hàng hóa trong khi các robot khác di chuyên khấp kho hàng để vận chuyên hàng hóa từ xe chở hàng

Hình 1.11; Nhiing canh tay robot lang hoạt động

“Robot thậm chí còn tạo ra việc làm, lịch sử đã chứng mình điều đó", Rosen Diankov CTO của MujJn chia sẻ với CNBC “Các công ty sớm đón nhận

tự động hóa, chẳng hạn như Toyota — nay đã trỏ thành nhà sản xuất xe hơi lớn

nhất thể giới.

1.3 So sánh các hệ thông kho hàng théng minh

Bảng I.I đưa ra đánh giá về các loại AS/RS đó là: Vòng xoay đứng, Vòng xoay ngang, Modul nâng thang dung , hé thống mimload, hệ thông xe tự hành AGV Cột đầu tiên mô tả tình huỗng hiện tại và đóng vai trò là điểm khởi đầu

để đánh giá AS/RS Các hàng của bảng được nhóm thành năm nhóm khác nhau, hai nhóm đầu tiên tập trung vào hiệu suất hệ thống về lấy hàng theo đơn và lưu trữ tương ứng Nhóm ba, bốn và năm giải quyết việc bỗ sung hàng, thực thi và công thái học Mỗi nhóm được phân tích trong một tiểu mục riêng biệt Sự đánh giá được mình họa bằng các dấu hiệu khác nhau, từ “- -”,„ là t6i nhất, cho đến “+ +”, là tốt nhất Dấu hiệu “0” thể hiện giá trị trung bình

Bảng I.I có thể được sử dụng như một tổng quan đơn giản về các AS/RS khác nhau và các điểm mạnh và điểm yếu tương ứng của chúng để hỗ trợ cho việc lựa chọn hệ thông chọn hàng theo đơn tự động

Vòng xoay đứng thực hiện tuyệt vời cho việc chọn hàng theo đơn, nhưng

nó mang lại ít cải tiễn nhất về công thái học và có tính linh hoạt hạn chế về thay đổi sản pham và khả năng mở rộng Vòng xoay ngang đạt được điểm thấp nhất trong tất cả các loại hệ thông và hoạt động kém nhất từ góc độ thực hiện Tuy nhiên, vòng xoay ngang chắc chắn có thể hoạt động rất tốt trong các bồi cảnh cụ thể và nên là lựa chọn ưu tiên trong các bối cảnh có chiều cao trần rất hạn chế VLM là hệ thống duy nhất không có xếp hạng tiêu cực, nhưng nó cũng không hoạt động cực tốt ở bất kỳ yếu tổ nào Ngay cả đối với các VLM tiên tiền, năng suất chọn sẽ ở hạng thấp

Tất cả hệ thông nhóm 2 hoạt động tốt hơn về mặt công thái học, số lượng SKU tối đa và khả năng mở rộng so với hệ thống nhóm Ì, nhưng kém hơn về mặt triển khai và tính linh hoạt của sản phẩm Hệ thống miniload hoạt động tốt

về mặt lưu trữ, nhưng có hiệu suất chọn hàng theo đơn kém nhất

Việc lựa chọn một hệ thống chợn hàng theo đơn tự động là một nhiệm vụ tốn thời gian và thách thức bao gồm một số bước Việc lựa chọn hệ thống phù hợp nhất chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tổ và sự lựa chọn cuối cùng phụ thuộc nhiều vào sự cải tiến nào đang được chú trọng

Quyết định đầu tiên cho việc chọn AS/RS phải là việc thực hiện hệ thống nhóm 1 hay nhóm 2 Nhìn chung, các hệ thông nhóm 2 khả thi hơn đối với các hoạt động lớn hơn, hoạt động tốt hơn về số lượng SKU toi da, kha nang mo rộng và công thái học, nhưng kém hơn về mặt triển khai và tính linh hoạt của sản phẩm so với hệ thông nhóm 1 Quyết định cho một nhóm hệ thống là rất quan trọng vì hiện tại một khoản đầu tư có thê hạn chế việc thực hiện một hệ thông phù hợp hơn trong dài hạn Liên quan đến trường hợp cụ thê, hệ thông nhóm 1 có thê là khoản đầu tư tốt hơn vào thời điểm này, nhưng về lâu dài, nêi

16

toàn bộ kho trở nên tự động, hệ thông nhóm 2 có thê phù hợp hơn

có khả năng mở rộng quy mô khi cần thiết Từ những ưu điểm trên loại kho hàng tự động được chọn để xây dựng mô hỉnh trong để tài là AS/RS kiêu miniload

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYÉT

2.1 Giới thiệu

Hệ thống lưu trữ và truy xuất tự động được giới thiệu lần đầu tiên vào những năm 1950 để loại bỏ việc đi bộ chiếm tới 70% thời gian truy xuất thủ công AS/RS có nhiều lợi ích bao gồm tiết kiệm chỉ phí lao động, cải thiện kiểm soát dòng vật tư và tổn kho, cải thiện thông lượng, nâng cao không gian sản, tăng độ

an toàn và luân chuyên hàng hóa trong kho

Hoạt động hiệu quả của AS/RS đòi hỏi phải hoạch định:

a Các thông số kỹ thuật lưu trữ vật lý: chiều cao, chiều dài, chiều rộng của cau trúc lưu trữ và cửa mở

b Đặc tính hoạt động của hệ thông AS/RS: vận tốc theo phương ngang và theo phương đứng, gia tốc và số lượng máy

c Chiến lược điều khiển

Thông thường, AS/RS bao gồm một loạt các kệ kho, mỗi kệ kho được pc

vụ bởi một máy hoặc cân trục lưu trữ và truy xuất (Storage and Retrieval — S/R) Mỗi kệ kho được hỗ trợ bởi trạm thu gom và giao hang (Pick and Dilivery

— P/D) thường nằm ở đầu mút kệ kho và được truy cập bởi máy SR va hé théng

xử lý bên ngoài

2.2.Các thành phần và tính năng hoạt động của AS/RS

Hầu như tất cả AS/RS bao gồm các thành phần sau:

1 Kết cầu lưu trữ

2 Máy 5/⁄R (lưu trữ / soạn hang)

3 Các Modul lưu trữ

4 Trạm P/D (lấy và phân phối)

5 Hệ thông điều khiển

thiết dé

Máy S/R

Máy S/R được sử dụng để thực hiện các giao tác lưu trữ, phân phối hàng hoá từ trạm nhập tới kho và truy xuất hàng hoá từ kho và phân phối chúng đến trạm xuất Đề thực hiện các giao tác này, máy S/R phải có khả năng di chuyên ngang và đứng để xắp thắng hàng xe chuyên (mang hàng) với khoang lưu trữ trong kết cấu giá khung Trong nhiều trường hợp, may S/R bao gồm một cột cứng trên đó được gắn hệ thống đường ray dành cho chuyên động thẳng đứng của xe chuyên

Bánh xe được gắn ở chân cột để cho phép di chuyển theo phương rằm ngang, dọc theo hệ thống đường ray nằm theo chiều dài của kệ kho Một đường ray song song ở trên đỉnh của kết cầu lưu trữ được sử dụng để duy trì sự định tuyến của cột và xe chuyên đối với kết cầu giá đỡ

Xe chuyển bao gồm một cơ cầu đưa đón để di chuyển hàng vào và ra từ các khoang lưu trữ của chúng Thiết kế của hệ thông “cơn thoi” cũng phải cho phép hàng hoá được chuyên từ máy S/R sang trạm P/D (lây hàng và phân phối) hoặc giao diện vận chuyên vật tư khác với hệ thống AS/RS này Xe chuyển và

“con thoi” được định vị và kích hoạt tự động trong hệ thông AS/RS thông thường Còn loại máy 5/R có người vận hành trên đó được trang bị do người điều khiển cưỡi trên xe chuyên

Để thực hiện các chuyên động mong muốn của máy S/R, cần có ba hệ thống truyền động: chuyên động ngang của cột, chuyên động thắng đứng của

xe chuyển và dịch chuyển “con thoi” (ra vào) giữa xe chuyên và khoang chứa May S/R hiện đại có thể đạt tới tốc độ ngang lên tới 200 m/phút dọc theo kệ kho và tốc độ thăng đứng hoặc nâng lên đến khoảng 50 m/phút Các tốc độ này xác định thời gian cần thiết để cỗ xe di chuyển từ trạm P/D đến một vị trí cụ thé trong kệ kho Tăng tốc và giảm tốc có tác động đáng kê hơn đến thời gian

di chuyên trên các quãng đường ngắn Dịch chuyển “con thơi” được thực hiện bằng một trong vài cơ cấu: các gọng dĩa (đối với hàng hoá trên pallet) và các thiết bị ma sát cho các hộp chuyên tải đáy phẳng

Modul lưu trữ

Cac Modul lưu trữ là các thùng chứa riêng của vật tư được lưu trữ Chứg bao gồm các pallet, giỏ và thùng chứa đan bằng dây thép, thùng nhựa và các ngăn kéo chuyên dụng (được sử dụng trong các hệ thông hàng hoá nhỏ) Các Modul này thường được chế tạo theo kích thước cơ sở tiêu chuẩn có thê đực vận chuyên tự động bằng cơ cầu con thoi của máy S/R Kích cỡ tiêu chuẩn cũng được thiết kế đê phù hợp với các ngăn lưu trữ của cầu trúc giá đỡ Trạm lấy và gửi

Trạm lấy và gửi là nơi hàng hoá được chuyên vào và ra khỏi AS/RS Chúng nói chung là nằm ở cuối kệ kho để dễ truy cập bởi hệ thống vận chuyên bên ngoài vẫn mang hàng đến và lấy hàng đi khỏi AS/RS Trạm đón và trạm ký gui co thể được đặt ở hai đầu đối diện của kệ kho hoặc kết hợp tại cùng một vị trí Điều này phụ thuộc vào điểm gốc của hàng đến và đích của hàng đầu ra Tram P/D phải được thiết kế để tương thích với cả con thoi của máy S/R và hệ thông xử lý bên ngoài Các phương pháp phổ biến để xử lý hàng hoá tại trạm P/D bao gồm chất/dỡ hàng hoá thủ công, dùng xe nâng, dùng băng tải và các

xe được dẫn đường tự động

Hệ thống điều khiển

Van đề điều khiển AS/RS nguyên tắc là định vị máy S/R trong phạm vi dung sai cho phép tại khoang lưu trữ trong kết cấu giá đỡ để ký gửi hoặc lấy hàng hoá VỊ trí của các vật tư được lưu trữ trong hệ thống phải được xác đhđề chỉ dẫn may S/R đến một khoang lưu trữ cụ thê Trong một kệ kho nhất định của hệ thống AS/RS, mỗi ngăn được xác định bởi vị trí ngang và đứng của nó

và liệu nó nằm ở bên phải hay bên trái của kệ kho Một lược đồ dựa trên mã chữ - số được sử dụng cho mục đích này Sử dụng sơ đồ nhận dạng vị trí này, mỗi đơn vị vật tư được lưu trữ trong hệ thông có thê được tham chiếu dén mitvi trí cụ thê trên kệ kho Bản phi của các vị trí này được gọi là “tệp vị trí hạng mục” (tem location file) Mỗi khi giao tác lưu trữ được hoàn thành, giao tế này phải được ghi vào tệp vị trí hạng mục

Với một khoang lưu trữ đã được chỉ định để đến, may S/R phai duoc đều khiển để di chuyên đến vị trí đó và giữ nguyên vị tri dé con thoi chuyén hang hoá Một phương pháp định vị sử dụng thủ tục đếm, theo đó số lượng ô và tang được tính theo hướng di chuyển (theo chiều ngang và chiều dọc) để xác định wị trí Một phương pháp thay thế là một thủ tục xác định số, theo đó mỗi ngan được cung cấp một mục tiêu phản chiếu với các nhận dạng vị trí được mã hóa nhị phân trên mặt của nó Máy quét quang học được sử dụng để đọc mục tiêu

và định vị con thoi để ký gửi hoặc truy xuất hàng hoá

Máy tính điều khiển và bộ điều khiển logic khả trình được sử dụng để xác định vị trí cần thiết và hướng dẫn máy S/R tới đích của nó Máy tính điều khiển cho phép hoạt động thực tế của hệ thông AS/RS được tích hợp với hệ thông hu giữ thông tin bổ trợ và hỗ sơ (bản ghi) Các giao tác lưu trữ có thê được nhập trong thời gian thực, hỗ sơ tổn kho có thê được duy trì chính xác, hiệu suất hệ thống có thê được theo dõi và truyền thông có thê được tạo điều kiện với các hệ thống máy tính khác của nhà máy Các điều khiển tự động này có thể được thay thế hoặc bố sung bằng các điều khiển thủ công khi được yêu cầu trong các

điều kiện khân cấp hoặc đối với vận hành máy kiểu người trên thao tác đứng trên máy

2.3.Hoạt động của AS/RS

Một máy AS/RS thường hoạt động ở một trong hai chế độ: chu trình đơn (single cyele - SC) hoặc chu trình kép (dual cycle - DC) còn gọi là xen kẽ Đối với mỗi một chế độ, may S/R bắt đầu tại trạm P/D, lưu trữ hoặc lay một hàng hoá và quay trở lại trạm P/D để hoàn thành một chu trình Trong chu trình đơn, may S/R co thể lưu trữ hoặc truy xuất, trong khi ở một chu trình kép, nó làm cả hai việc lưu trữ và truy xuất trong một chu trình Trong một chu trình kép, máy S/R nhận hàng hoá từ trạm P/D, dị chuyên đến một vị trí kho đề lưu trữ nó, đi đến một vị trí khác để lay một hàng hoa va sau đó quay tro lai tram P/D dé giao

no,

Hiệu quả của AS/RS phụ thuộc vào các phương pháp kiêm soát chỉ phối việc lập lịch trình lưu trữ và truy hồi Một thực tế phô biến trong việc sắp xếp thứ tự các yêu cầu lưu trữ và truy xuất là cả hai yêu cầu được xử lý theo cách thức đến trước được phục vụ trước FCFS (first come first sevred - FCFS) Giả định FCFS là hợp lý cho việc lưu trữ, vỉ hầu hết AS/RS kết nối giao diện với một vòng chuyên tải cho đầu vào và đâu ra Trong trường hợp này, rất khó thay đổi trình tự hàng hoá được xuất trỉnh để lưu trữ Tuy nhiên, giả định FCFS ít hấp dẫn hơn đối với các truy hồi vì các yêu câu truy tìm chỉ là các tin nhắn điện

tứ và có thê dễ dàng gửi lại chuỗi trình tự

Trong một chu trình kép, các yêu câu lưu trữ và truy hồi có thê được ghép cặp để giám thời gian di chuyên giữa vị trí lưu trữ và truy hồi Bằng cách giảm thiểu thời gian di chuyển, có thê tăng thông lượng hệ thống (nghĩa là số lượng nhập kho hoặc thu hồi được thực hiện mỗi chu kỳ) và giảm chỉ phí vận hành AS/RS như hao mòn các bộ phận cơ khí va chi phí điện năng Han và các tác giả tuyên bố rằng việc giảm 50% hoặc nhiều hơn trong thành phân thời gian giữa các lần di chuyên của một chu trình kép dẫn đến sự gia tăng thông lượng

từ 10 - 15% Việc tăng thông lượng như vậy có thê giúp xử lý nhu cầu cao điểm trong giai đoạn vận hành và loại bớt kệ kho trong một hệ thông nhiều kệ kho

khi thiết kế và dẫn đến tiết kiệm đáng kẻ

2.4.Chính sách lưu trữ AS/RS

Trong một kho trong kiêu AS/RS, các vị trí được gán cho một pallet sắp đến theo những cách khác nhau Trong phân công lưu trữ ngẫu nhiên (random), một pallet có cơ hội đồng đều được lưu trữ trong bất kỳ vị trí để trống nào Trong phân công lưu trữ dựa trên phân hạng/lớp (class-based), các hàng hoá và giá kho được chia thành một số lớp theo tần suất quay vòng hàng hoá Hàng

hoá có vòng quay cao nhất được lưu trữ trong lớp giá kho gần điểm đầu vào/đầu

ra nhất (vị trí P/D) Một pallet được lưu trữ ngẫu nhiên trong lớp này Trong lưu trữ chuyên biệt mỗi sản phẩm được gán cho một vị trí cụ thể hoặc tập hợp các vị trí trong giá kho, một lần nữa theo tần suất quay vòng của chúng

White và Kimey lưu ý rằng so với lưu trữ chuyên biệt, lưu trữ ngẫi nhiên thường yêu cầu ít không gian kho hơn vì yêu cầu lưu trữ tổng hợp tối đathường thấp hơn yêu cầu lưu trữ tối đa kết hợp cho mỗi sản phẩm trong kho Sovới lưu trữ ngẫu nhiên, lưu trữ chuyên biệt dẫn đến giảm thời gian di chuyên nếu giả sử diện tích lưu trữ bằng nhau Tuy nhiên, do các chính sách dựa trên phân lớp và lưu trữ dành riêng đều dựa trên tân suất quay vòng cho từng sản phẩm, nên rất khó sử dụng nếu tần suất quay vòng của sản phẩm biến động theo thời gian Chính sách lưu trữ ngẫu nhiên không bị ảnh hưởng bởi tần suất quay vòng khác nhau

2.5.Quy tắc gán và xen kẽ lưu trữ

Gán lưu trữ là lựa chọn vị trí giá trống để lưu trữ pallet sắp tới Hoạt động xen kẽ hoặc chu kỳ kép cho phép hoàn thành cả yêu cầu lưu trữ

và yêu cầu truy hồi trên một hành trình từ điểm P/D Nghĩa là, sau khi hoàn thành nhập kho, máy S/R sẽ không quay về điểm P/D“tay không” chờ lệnh tiếp theo; thay vào đó, cần trục sẽ di chuyên (xen kẽ) đến vị trí của yêu câu truy hồi, thực hiện lấy hàng và sau đó quay lại điểm P/D Các hệ thống xen kẽ còn được gọi là hệ thông địa chỉ kép, vì máy S/R có khả năng truy cập hai vị trí (hoặc địa chỉ) giữa các lân khứ hôi liên tiếp diém P/D

Quy tắc gán lưu trữ

Phân công lưu trữ ngẫu nhiên : VỊ trí lưu trữ được chọn ngẫu nhiên từ ứ

cả các vị trí giá còn trồng Quy tắc này đã được sử dụng đề xấp xỉ hiệu suất của quy tắc vị trí trống gần nhất, một quy tắc được sử dụng rộng rãi trong thực tế Phân công lưu trữ dựa trên phân lớp: Các hạng mục và vị trí giá được xếp hạng theo sự quay vòng và khoảng cách (theo thời gian di chuyên) tương ứng

từ điểm P/D Các danh sách xếp hạng này sau đó được phân vùng thành một số lượng nhỏ các lớp phù hợp sao cho lớp các mặt hàng có mức độ quay vòng cao nhất được chỉ định ngẫu nhiên trong lớp các vị trí gần điểm P/D nhất, v.v Phân công lưu trữ dựa trên mức độ quay vòng đây đủ: Đối với quy tắc này, hạng mục có sự quay vòng cao nhất được chỉ định đến vị trí gần điểm P/D nhất Quy tắc này thê hiện giới hạn của các quy tắc dựa trên phân lớp

Quy tắc xen

Không xen kẽ: Tất cả các yêu câu lưu trữ và truy xuất được bắt đầu với S/R tại điểm P/D Đôi khi chúng được gọi là “địa chỉ đơn” hoặc các hệ thông chu trinh đơn vì đơn nguyên Š/R chỉ có khả năng truy cập một vị trí giả (địa chỉ) duy nhất giữa các lần khứ hồi kế tiếp về điểm P/D

Xen ké bắt buộc với trật tự hàng đợi FCFS trong truy hồi: Một truy xuất được thực hiện mỗi khi thực hiện một lần nhập hàng và truy xuất được chọn kiêu FCES từ hàng đợi truy xuất

Xen kẽ bắt buộc với hàng đợi lựa chọn của K truy xuẤt: Quy tắc nay chỉ

áp dụng khi một quy tắc gán lưu trữ dựa trên phân lớp được sử dụng Một lần nữa, một truy xuất được thực hiện mỗi khi thực hiện một lần nhập kho; ty nhiên, truy xuất được chọn từ K hạng mục đầu tiên trong hàng đợi truy xuất Các K truy xuất này được tìm kiếm cho đến khi truy xuất cùng nhóm giống như việc nhập kho trước đó được tìm thấy Nếu truy xuất từ cùng một Kpkhông được tìm thay, việc tìm kiếm được lặp lại bằng cách sử dụng lớp “tốt nhất kế

tA 9s

tiếp”

2.6.Hiệu suất AS/RS

Hiệu suất của hệ thông AS/RS thay đổi theo việc xác định biện pháp và các chính sách vận hành được thích nghi

Các biện pháp thực hiện có thé bao gom:

1 Thời gian di chuyên trên mỗi yêu cầu lưu trữ / truy xuất

2 Tổng thời gian cân thiết để lưu trữ / truy xuất một mẻ đơn hàng

3 Thời gian chờ trung bình cho yêu câu lưu trữ / truy xuất

Nhiều thông số ảnh hưởng đến hiệu suất của AS/RS Mặc dù một số tham

số có liên quan đến nhau, chúng được chia thành ba nhóm: các thủ tục nhu cầu, thiết kế vật lý và chính sách vận hành

Các thủ tục nhu cầu thể hiện các đơn đặt hàng cần được lưu trữ hoặc truy xuất dé đáp ứng lịch trình sản xuất cần thiết Nhu câu có thể được xác định bởi một số tham số:

- Số lượng đơn đặt hàng nhận được trên mỗi đơn vị thời gian

-_ Mô hình truy xuất nhu cầu khi chúng đến hệ thông AS/RS:

Mẫu hình truy xuất tĩnh hàm ý rằng khi có nhu cầu, nó được tích lũy thành một nhóm và sau đó các quy trình lưu trữ và truy xuất được thực hiện trên nhóm nay cho đến khi tất cả các đơn đặt hàng được hoàn thành Những nhu cầu mới đến, trong khi một nhóm lưu trữ và truy xuất đang được xử lý, hình thành một nhóm khác có thể được xứ lý sau khi hoàn thành nhóm hiện tại Mẫu hình truy xuất động ngụ ý rằng một nhu câu tới mới trong quá trình xử lý

một nhóm được thêm vào nhóm và tái sắp xếp và sự phối trộn các đơn đặt hàng được tạo ra phù hợp với nhu cầu mới đến

- Số lượng các mặt hàng sẽ được lưu trữ hoặc lay theo méi don hang

- Trọng lượng va kích thước của các mặt hàng sẽ được xử lý

- Ngày đáo hạn của các đơn hàng

Nhóm tham số thứ hai ảnh hưởng đến hiệu suất của AS/RS liên quan đến thiết kế vật lý của nó Một số các tham số này là: kích thước thùng lưu trữ, chiều dài và chiều cao của kết cấu kho (thiết lập kệ kho quá dài có thể khiến may S/R hoat déng ở tỷ lệ quá cao so với công suất của chúng), giá đỡ có chiều sâu đơn hay kép, công suất và số lượng máy S/R

Nhóm tham số thứ ba ảnh hưởng đến hiệu suất của AS/RS là các chính sách vận hành hệ thông, bao gồm các quy tắc lưu trữ và truy xuất (chu trình lưu trữ, chu kỳ truy xuất, lưu trữ và truy xuất trong cùng một chu kỳ) đối với vật tư, thời gian quay vòng và mức độ phổ biến của mặt hàng, sắp xếp và phối hợp thứ

tự, chính sách truy xuất đơn hàng , chính sách lưu trữ theo đơn đặt hàng và định tuyến của máy S/R

2.7.Phân tích điểm ding Dwell point

Phương pháp xác định điểm để định vị các máy S/R khi không hoạt động (nghỉ chờ) được gọi là chính sách điểm dừng và điểm mà máy S/R được xác

định vị trí là “điểm dừng”

Egbelu & Wu cũng nói rằng trong việc xác định vị trí máy S/R khi không hoạt động, chính sách điểm dừng được chọn đúng sẽ giảm thời gian di chuyển của máy S/R trong vận hành kho Đã có một số chính sách điểm dừng Các quy tắc điểm dừng này có nguồn gốc từ các quy tắc kinh nghiệm hoặc lập trình toán học Một số quy tắc này có bản chất tĩnh trong khi một số các quy tắc khác phản ứng linh hoạt với các thay đôi trong nhu câu lưu trữ và truy xuất Các quy tắc điệm dừng điển hình bao gồm:

1) Dinh vị động máy S/R ở vị trí tối thiểu hóa hành trình dự kiến của máy S/R hoặc thời gian đáp ứng từ điểm dừng đến điểm cần thiết

2) Dinh vị động máy S/R tại vị trí tối thiêu hóa thời gian di chuyên hoặc thời gian đáp ứng của máy S/R tôi đa từ điêm dừng đến các điểm cần thiết 3) Luôn đặt máy S/R tại trạm đầu vào bất cứ khi nào không hoạt động (nghỉ chờ)

4) Luôn đặt máy S/R ở trạm đầu ra bất cứ khi nào không hoạt động (nghỉ

chờ)

5) Luôn đặt máy S/R ở vị trí giữa điểm trong giá mỗi khi không hoạt động (nghỉ chờ)

6) Tự động định vị máy S/R ở vị trí cuối cùng mà nó truy cập sau khi hoàn thành một chu trình lệnh đơn hoặc chu trỉnh lệnh kép

Các quy tắc điểm dừng động (1 và 2) đã được đề xuất bởi Egbelu Hai quy tắc này nhận ra sự dao động không ngừng trong các nhu cầu lưu trữ và truy xuất được trải nghiệm trong hệ thông AS/RS từ giai đoạn lập lịch này sang giai đoạn lập lịch khác Một giai đoạn có thê là một giờ, một ca hoặc một ngày tùy thuộc vào lịch trình sản xuất của xưởng hoặc của trung tâm phân phối có AS/RS phục vụ Một mô hỉnh lập trình tuyến tính dựa trên lý thuyết vị trí đã được Egbulu trình bày để giảm thiểu thời gian đáp ứng dịch vụ trong hệ thống AS/RS thông qua lựa chọn tối ưu điểm dừng của máy S/R khi không hoạt động Đôi với quy tắc điểm dừng (1), mục tiêu là giảm thiểu thời gian di chuyên hoặc thời gian đáp ứng dự kiến của máy S/R đến vị trí cần thiết, với điều kiện là máy bắt nguồn từ điểm dừng Đối với quy tắc điểm dừng (2) mục tiêu là tối thiểu hóa thời gian di chuyên tối đa đến điểm cân thiết, một lần nữa giả định rằng máy bất nguồn từ điểm dừng

Các quy tắc điểm dừng (3 - 5) về bản chất là tĩnh và do đó thời gian, khối lượng xuất nhập và tình huỗng bất biến Các quy tắc này chủ yếu liên quan đến việc chọn một điểm dọc theo kệ kho nơi đặt máy S/R Về mặt này, các quy tắc này cơi bài toán là van dé vi tri một chiều Trên thực tế, trong một hệ thông AS/RS, quyết định này không chỉ là xác định điểm dọc theo đường dẫn theo phương ngang để dừng (chờ) máy, mà còn chỉ định cao độ của cánh tay truy xuất Vị trí của cánh tay thu hồi rất quan trọng vì thời gian cần thiết để máy S/R dat dén một điểm được xác định bởi thời gian nao lau hon trong hai thời gian di chuyển ngang hoặc thời gian di chuyên doc Trong quy tac (1) va (2), bài toán chọn điểm dừng 5⁄R được xem là bài toán vị trí hai chiều trong đó vị trí của máy trên đường chạy thắng và vị trí của cánh tay phải được xác định đồng thời

Có thê kỳ vọng, mật độ lưu thông ảnh hưởng đến tỷ lệ thời gian máy SR không hoạt động (nghỉ chờ), và do đó, tần số mà thuật toán điểm dừng được gọi Tốc độ lưu thông càng thấp, tần số gọi thuật toán điểm dừng càng cao Quy tắc điểm dừng (6), định vị của máy S/R tại vị trí cuỗi cùng được truy cập, không thực sự đáp ứng với các thay đôi động trong các nhu cầu lưu trữ và truy xuất gây ra do thay đổi lịch trình sản xuất Thay vào đó, nó là một chức năng của trình tự các yêu câu lưu trữ và truy xuất sinh ra cho AS/RS Theo truyền thống, việc lựa chọn điểm dừng sử dụng quy tắc đơn giản Bồn quy tắc này có bản chất tĩnh vì chúng không xem xét sự biến động về mức

độ hoạt động trong AS/RS theo từng giai đoạn Egbelu đã đề xuất hai quy tắc

điểm dừng có tính chất động Hai quy tắc này sử dụng mô hỉnh lập trình tuyến tính để xác định động điểm dừng

2.8 Định cỡ kết cấu gá đỡ trong hệ thống AS/RS

Tổng dung lượng lưu trữ của một kệ kho lưu trữ phụ thuộc vào số lược ngăn lưu trữ được sắp xếp theo chiều ngang và chiều đứng trong kệ kho ấy Điều này có thê được thê hiện như sau:

Đặt x và y = kích thước chiều sâu và chiều rộng của đơn nguyên hàng hoá (ví dụ: kích thước pallet tiêu chuân) và z = chiều cao của đơn nguyên hàng hoá Chiều rộng, chiều dài và chiều cao của kết cấu giá đỡ của kệ kho AS/RS có liên quan đến kích thước đơn nguyên hàng hoá và số lượng ngăn như sau:

- x, y và z tương ứng kích thước của đơn nguyên hàng hoá

-a, b và c tương ứng các khoảng bô sung ra được thiết kế vào mỗi ngăn lưu trữ để cung cấp khoảng trống cho đơn nguyên hàng hoá và tính vào kích thước của dầm đỡ trong kết cấu giá dỡ cho trường hợp các đơn nguyên hàng hoá được chứa trên các pallet tiêu chuẩn

Đối với một AS/RS có nhiều kệ kho, W chỉ cần nhân với số lượng kệ kho

để có được chiều rộng tông thê của hệ thống lưu trữ Cấu trúc giá đỡ được x& dựng trên mức sản 300 - 600 mm và chiều dài của AS/RS vượt ra ngoài cầu trúc giá đỡ đê cung cấp không gian cho trạm P/D

2.9.Thông lượng AS/RS

Thông lượng hệ thống được định nghĩa là tỷ lệ hàng giờ của các giao tác S/R ma hé thông lưu trữ tự động có thể thực hiện Một giao tác liên quan đến

việc đưa một hàng hoá vào kho hoặc lấy một hàng hoá từ kho Một trong hai giao tac nay được thực hiện trong một chu trình lệnh đơn Một chu trình lệnh kép hoàn thành cả hai loại giao tắc trong một chu trình: vì điều này làm giảm thời gian di chuyển trên mỗi giao tác, thông lượng được tăng lên bằng cách sử dụng chu trình lệnh kép khi điểm dừng được chỉ định khác với “Hiện tại” hoặc

“Điểm ký gửi”

Một số phương pháp có sẵn để tính toán thời gian chu trình của hệ thống AS/RS để ước tính hiệu suất thông lượng Phương pháp được trỉnh bày 6 dy được khuyến nghị bởi Viện vận chuyên vật liệu theo tóm tắt bởi Groover Phương pháp này giả định:

a Lưu trữ ngẫu nhiên các hàng hoá trong hệ thông AS/RS (nghĩa là bất kỳ ngăn nào trong kệ kho lưu trữ đều có khả năng được chọn để thực hiện giao tac như nhau)

b Khoang chứa có kích thước bằng nhau

c Tram P/D nằm ở đề và đầu mút kệ kho

d Tốc độ ngang và đứng của máy S⁄R không đổi

e Đồng thời di chuyển ngang và đứng

Đối với một chu trình lệnh đơn, hàng hoá được nhập hoặc lay được giả định được đặt ở trung tâm của kết cấu giá đỡ Do đó, máy S/R phải di chuyên một nửa chiều dài và một nửa chiều cao của AS/RS và nó phải trả về cùng khoảng cách Do đó, thời gian chu trình lệnh đơn có thê được biểu thị bằng:

- Tes = thoi gian chu kỳ của một chu trỉnh lệnh don (phut/chu ky)

- L=chiéu dài của kết cấu giá AS/RS (m)

- Vy = vận tốc của máy S/R dọc theo chiều dài của AS/RS (m/phút)

- H = chiều cao của kết cầu giá đỡ (m)

- V¿ = vận tốc của máy S⁄R theo phương đứng của AS/RS (m/phút)

- Tpa = thời gian lấy và ký gửi Hai lần P/Dđược yêu cầu cho mỗi chu kỳ, thê hiện việc chuyên hàng hoá đến và đi từ máy S/R

Đối với chu kỳ lệnh kép, máy S/⁄R được giá định di chuyên đến trung tâm của cầu trúc giá đê ký gửi một hàng và sau đó nó di chuyển đến 3⁄4 chiều dài và chiều cao của AS/RS đề lấy một hàng khác Do đó, tổng quãng đường mà máy