Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động lưu và xuất kho thành phẩm tại công ty SVEAM

iv TịM TT Hệ thống kho hàng tự đng xuất/ nhập ngày càng tr nên mt cấu thành quan trng trong dây chuyền chế tạo máy hiện đại. Đề tài: ắNghiên cu thit k và mô phng h thng tự đng lu vƠ xut kho ti kho thƠnh phẩm công ty SVEAM ” nghiên cu đề xuất lắp đặt kho hàng tự đng tại kho thành phẩm ca công ty SVEAM giúp hoàn thiện hơn dây chuyền chế tạo máy hiện đại ca công ty. Đề tài đư khảo sát kho hàng tự đng xuất/ nhập vật t đư đc lắp đặt và đi vào hoạt đng tại nhà máy Vikyno, kho thành phẩm và dây chuyền sản xuất hiện đại ca công ty SVEAM. Trên cơ s đó tác giả đư nghiên cu thiết kế và mô phỏng hoạt đng ca hệ thống AS/RS. Dựa vào kết quả đạt đc tác giả đề xuất áp dụng kho hàng tự đng lu và xuất kho tại kho thành phẩm ca công ty SVEAM, đng thi có thể nhân rng ng dụng cho các dây chuyền công nghiệp, hàng hóa khác. SUMMARY Automatic Storage and Retrieval Systems - AS/RS more and more becomes an important factor in modern machine building assembly. The subject: “Research design and simulation AS/RS at finished goods warehouse of SVEAM Company’’ studied proposal of assembling AS/RS at finished goods warehouse. This has helped improve machine building assembly at SVEAM Company. The subject has surveyed AS/RS of material assembled and operated at Vikyno factory, finished goods warehouse and modern production line at SVEAM. Based on that, the author has studied design and the operation system of AS/RS simulation. Based on the results, the author proposed applying Automatic Storage and Retrieval Systems at finished goods warehouse of SVEAM Company and expand this application to industrial line, other merchandises. v MC LC Trang tựa TRANG Lý lch cá nhân i Li cam đoan ii Li cảm ơn iii Lóm tắt iv Lục lục v Danh sách các bảng ix Danh sách các hình x Chng 1. TNG QUAN 1 1.1 Tng quan chung về lĩnh vực nghiên cu 1 1.1.1 Gii thiệu về kho hàng tự đng 1 1.1.2 Các b phận cấu thành hệ thống kho hàng tự đng 2 1.1.3 Các loại hệ thống lu/xuất kho tự đng 3 1.2 Tình hình nghiên cu ng dụng hệ thống kho hàng tự đng trên thế gii. 6 1.3 Tình hình nghiên cu ng dụng hệ thống kho hàng tự đng tại Việt Nam. 7 1.4 Khả năng ng dụng các kết quả nghiên cu vào sản xuất kinh doanh 8 1.5 Tên ca đề tài 8 1.6 Mục tiêu nghiên cu 9 1.7 Nhiệm vụ và gii hạn ca đề tài 9 1.7.1 Nhiệm vụ ca đề tài 10 1.7.2 Gii hạn ca đề tài 10 1.8 Dự kiến kết quả đạt đc ca đề tài 9 1.9 Phơng pháp nghiên cu 10 Chng 2. C S Lụ THUYT 11 2.1 Khái niệm về hệ thống tự đng hóa lu kho 11 2.2 Hiện trạng kho thành phẩm tại nhà máy Vikyno 12 2.3 Các chỉ tiêu về hệ thống lu/xuất kho tự đng 12 vi 2.4 Bố trí nhà kho và lựa chn kệ cha hàng 13 2.4.1 Cách bố trí nhà kho 13 2.4.2 Lựa chon thiết kế kệ cha hàng 14 2.4.3 Lựa chn thiết kế kệ cha hàng cho hệ thống AS/RS 19 2.4.4 Kho hàng thành phẩm ng dụng hệ thống AS/RS 20 2.5 Robot S/R 22 2.5.1 Tng Quan Về Các Loại Robot S/R 22 2.5.2 Tính u việt ca Robot S/R 24 2.5.3 Phân tích u nhc điểm thiết kế các b truyền đng 25 2.5.4 Phân tích nguyên lý điều khiển robot S/R 26 2.5.5 So sánh và đánh giá các ý tng cho thiết kế Robot S/R 26 2.5.6 Chn phơng án thiết kế 26 2.5.7 Thiết kế cấu trúc sơ b 27 2.6 B điều khiển liên kết nhập/ xuất 28 2.6.1 Yêu cầu điều khiển 28 2.6.2 Hệ thống truyền đng 29 2.6.3 Hệ thống điều khiển 29 2.6.4 Hệ thống truyền thông 30 2.6.5 Hệ thống an toàn 31 2.6.6 Hệ thống ngun năng lng 32 2.6.7 Phơng án điều khiển 32 2.7 Trạm thu nhận và nhận dạng mư vạch 36 2.7.1 Thông số kỹ thuật sơ b hệ thống AS/RS 36 2.7.2 Trạm thu nhận và phân loại (Pick and Deposit station – DPS) 36 2.7.3 PDS cho hệ thống mini load AS/RS 38 Chng 3. THIT K H THNG C KHệ 39 3.1 Cơ s thiết kế 39 3.2 Bài toán tối u hệ thống kho cha hàng: 40 3.3 Thiêt kê da ̃ y kê ̣ ch  a 42 vii 3.4 Thiết kế robot 44 3.4.1 Thiết kế, tính toán cụm truyền đng nâng hạ 44 3.4.1.1 Sơ đ đng hc 44 3.4.1.2 Thiết kế cơ khí cụm truyền đng nâng hạ 46 3.4.1.3 Tính toán kết cấu 47 3.4.2 Thiết kế, tính toán cụm truyền đng dc 54 3.4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật ca đề tài đối vi cụm truyền đng dc 54 3.4.2.2 Phân tích cấu trúc sơ b cụm truyền dc ca robot S/R 54 3.4.2.3 Sơ đ đng. 54 3.4.2.4 Thiết kế cơ khí cụm truyền đng dc 55 3.4.2.5 Tính toán kết cấu 57 3.4.3 Thiết kế, tính toán cụm truyền đng vào/ra. 60 3.4.3.1 Thiết kế pallet lu trữ 60 3.4.3.2 Sơ đ đng cụm truyền đng vào ra. 61 3.4.3.3 Thiết kế cơ khí cụm truyền đng vào/ra 62 3.4.3.4 Tính toán kết cấu 65 Chng 4. THIT K TRM THU NHN VÀ H THNG NHN DNG MÃ VCH 81 4.1 Xây dựng hệ thống nhận dạng mư vạch 81 4.1.1 Hệ thống nhận dạng mư vạch nhập/xuất 81 4.1.2 Barcode và Radio Frequency Identification 81 4.1.3 So sánh, lựa chn hệ thống tự đng nhận dạng cho AS/RS 84 4.1.4 Lựa chn hệ thống nhận dạng mư vạch 86 4.2 Thiết kế trạm thu nhận 89 4.2.1 Trạm thu nhận và phân loại (Pick and Deposit station – DPS) 89 4.2.2 PDS cho hệ thống mini load AS/RS 90 4.2.3 V trí lắp đặt và các yêu cầu cơ bản trạm thu nhận. 90 4.2.4 Quy trình nhập/ xuất sản phẩm . 92 Chng 5. THIT K B ĐIU KHIN LIểN KT NHP/XUT HÀNG 94 viii 5.1 Xây dựng giải thuật điều khiển robot S/R 94 5.1.1 Sơ đ tng quát 94 5.1.2 Giải thuật điều khiển di chuyển 96 5.1.3 Giải thuật điều khiển phơng án A (Xuất hàng) 101 5.1.4 Giải thuật điều khiển phơng án B (Nhập hàng) 105 5.2 Thiết kế hệ thống điều khiển robot S/R 108 5.2.1 Thiết kế b phận thu phát RF 109 5.2.2 Thiết kế b nhận tín hiệu điều khiển 111 5.2.3 B điều khiển PLC 114 5.2.4 Encoder 114 5.2.5 Công tắc hành trình, Cảm biến tiệm cận 115 5.2.6 Biến tần (Inverter) 115 5.2.7 Đng cơ 3 pha 116 5.2.8 Thiết kế hệ thống báo hiệu 116 Chng 6. KT LUN 117 6.1 Kết luận 117 6.2 Kiến ngh 117 TÀI LIU THAM KHO 119 ix DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bảng 2.1: Yêu cầu kỹ thuật thiết kế robot 28 Bảng 3.1: Thông số kích thc và trng lng đng cơ 168F-2 39 Bảng 3.2: Thông số kích thc và trng lng đng cơ RV3200-H 40 Bảng 3.3: Chi tiêt ky ̃ thuâ ̣ t hê ̣ thông kê ̣ selective 43 Bảng 4.1: Đặc tính ca AS/RS 84 Bảng 4.2: So sánh barcode và RFID ng dụng vào hệ thống AS/RS 85 Bảng 4.3: Đặc tính kỹ thuật thiết b đc mư vạch 87 Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật ca máy tính kết nối 89 Bảng 5.1: Đnh nghĩa giao thc truyền giữa trung tâm điều khiển và robot 108 Bảng 5.2: Bảng đnh nghĩa mư số robot 108 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cung cấp và trn hàng hóa 1 Hình 1.2: Hệ thống AS/RS đơn giản 2 Hình 1.3: Unit load AS/RS 4 Hình 1.4: Hệ thống AS/RS tải nhỏ Mini Load AS/RS 4 Hình 1.5: Kho bán tự đng (xếp nhặt hàng bằng tay) 4 Hình 1.6: Kho bán tự đng (xuất nhập vào kho bằng tay) 4 Hình 1.7: Kho bán tự đng (xuất nhập qua băng chuyền) 5 Hình 1.8: Điều khiển bán tự đng trên bàn phím để xuất nhập hàng 5 Hình 1.9: Điều khiển tự đng trực tuyến (Automatic on line controls) 5 Hình 1.10: Kho AS/RS tuyến sâu 6 Hình 2.1: Hệ thống Kho hàng tự đng điển hình 11 Hình 2.2: Kiện hàng đc lu/xuất kho tại nhà máy Vikyno 12 Hình 2.3: Di chuyển hàng hóa theo đng thẳng 14 Hình 2.4: Tối thiểu hóa đng đi trong kho 14 Hình 2.5: Kệ chn hàng (Selective) 15 Hình 2.6: Kệ Drive-in 16 Hình 2.7: Kệ Flowrack 16 Hình 2.8: Kệ trt nghiêng (Pushback) 17 Hình 2.9: Kệ tay đ 18 Hình 2.10: Kệ tự đng 18 Hình 2.11: Kệ di đng 19 Hình 2.12: V trí kho thành phẩm trong tng thể nhà máy Vikyno 20 Hình 2.13: Mặt bằng bố trí kho thành phẩm tại SVEAM 21 Hình 2.14: Sơ đ bố trí ng dụng hệ thống AS/RS vào kho thành phẩm 22 Hình 2.15: Robot thng dùng tại các cảng 23 Hình 2.16: Robot vận chuyển hàng hóa có kích thc đng đều 23 Hình 2.17: Robot vận chuyển hàng hóa có kích thc khác nhau 24 xi Hình 2.18: Cấu trúc tng quát Robot S/R 27 Hình 2.19: Hệ thống điều khiển robot S/R 29 Hình 2.20: B điều khiển tốc đ và v trí 30 Hình 2.21: Nguyên lý truyền dẫn RF 31 Hình 2.22: Sơ đ điều khiển hệ thống an toàn 31 Hình 2.23: Sơ đ xuất/nhập hàng trong hệ thống AS/RS 32 Hình 2.24: Quy trình nhập kho 34 Hình 2.25: Quy trình nhập kho 35 Hình 2.26: Mô hình hệ thống mini load AS/RS 34 Hình 2.27: Hai PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS 35 Hình 2.28: Mt PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS 35 Hình 2.29: Tem dán Barcode 35 Hình 2.30: Tem dán RFDI 36 Hình 3.1: Đng cơ xăng 168F-2 39 Hình 3.2: Đng cơ diesel RV3200-H 40 Hình 3.3: Góc nhìn từ trên và từ bên hông ca mt kho cha hàn 41 Hình 3.4: Bản vẽ tng thể kệ cha 43 Hình 3.5: Sơ đ đng hc cụm nâng robot S/R 45 Hình 3.6: Cơ cấu truyền đng nâng/hạ 45 Hình 3.7: Bản vẽ lắp tng thể cụm nâng/hạ ca robot S/R 46 Hình 3.8: Biểu đ tốc đ đng cơ cụm nâng hạ 47 Hình 3.9: Tính bền trụ đ cụm nâng hạ robot 49 Hình 3.10: B truyền bánh răng - thanh răng cụm nâng hạ robot 50 Hình 3.11: Sơ đ đng cụm chạy dc ca robot S/R 54 Hình 3.12: Kết cấu cụm dẫn hng dc phía trên 56 Hình 3.13: Cụm truyền đng dc bên di 56 Hình 3.14: Biểu đ tốc đ đng cơ cụm truyền đng dc 57 Hình 3.15: B truyền bánh răng – thanh răng cụm truyền đng dc 59 Hình 3.16: Pallet lu trữ PL01 60 xii Hình 3.17: Pallet lu trữ PL02 61 Hình 3.18: Sơ đ đng cụm vào/ra ca robot S/R 61 Hình 3.19: Bản vẽ thanh trt cụm truyền đng vào/ ra 63 Hình 3.20: Bản vẽ thanh trt bi 63 Hình 3.21: Bản vẽ lắp tng thể cụm vào/ra, cơ cấu cất lấy hàng ca robot S/R 64 Hình 3.22: B truyền bánh xích cụm vào/ra 67 Hình 3.23: B truyền bánh Răng côn cụm vào/ ra 69 Hình 3.24: B truyền bánh răng – thanh răng cụm vào/ra 73 Hình 3.25: B truyền vít me cụm m rng/ thu hẹp tay xúc 79 Hình 4.1: Tem dán Barcode 81 Hình 4.2: Nguyên lý hoạt đng ca phơng pháp mư vạch 82 Hình 4.3: Tem dán RFDI 83 Hình 4.4: Nguyên lý hoạt đng ca phơng pháp RFID 83 Hình 4.5: Thiết b đc mư vạch Symbol LS2208 (Motorola) 87 Hình 4.6: Thiết b in mư vạch B-SX6T 88 Hình 4.7: Hai PDS nhập/xuất bố trí riêng trạm trong hệ thống AS/RS 89 Hình 4.8: Mt PDS nhập/xuất bố trí chung trạm trong hệ thống AS/RS 90 Hình 4.9: Trạm thu/ nhận 92 Hình 4.10: Sơ đ hoạt đng PDS 92 Hình 4.11 : Sơ đ thao tác ngi công nhân tại PDS 93 Hình 5.1: Sơ đ hệ thống AS/RS 94 Hình 5.2: Giải thuật điều khiển toàn b robot S/R 95 Hình 5.3: Giải thuật điều khiển robot S/R di chuyển 96 Hình 5.4: Giải thuật chơng trình con điều khiển robot S/R di chuyển 97 Hình 5.5: Giải thuật điều khiển reset trục X 97 Hình 5.6: Giải thuật chơng trình con điều khiển reset trục X 98 Hình 5.7: Giải thuật điều khiển reset trục Y 98 Hình 5.8: Giải thuật chơng trình con điều khiển reset trục Y 99 Hình 5.9: Giải thuật điều khiển reset trục X1 99 xiii Hình 5.10: Giải thuật chơng trình con điều khiển reset trục X1 100 Hình 5.11: Giải thuật điều khiển reset robot S/R 100 Hình 5.12: Giải thuật điều khiển reset Z 101 Hình 5.13: Sơ đ giải thuật điều khiển phơng án A 102 Hình 5.14: Giải thuật điều khiển robot S/R xuất hàng 103 Hình 5.15: Giải thuật chơng trình con đều khiển robot S/R xuất hàng 104 Hình 5.16: Sơ đ giải thuật điều khiển phơng án B 105 Hình 5.17: Giải thuật điều khiển robot S/R nhập hàng 106 Hình 5.18: Giải thuật chơng trình con điều khiển nhập hàng 107 Hình 5.19: Mư hóa dữ liệu RF 109 Hình 5.20: Điều chế AM 110 Hình 5.21: Điều chế FM 111 Hình 5.22: B thu phát RF dùng vi điều khiển 111 Hình 5.23: B thu phát RF dùng vi điều khiển kết hp PC 112 Hình 5.24: B điều khiển RF dùng cho robot S/R 112 Hình 5.25: Sơ đ khối mạch thu/phát tần số vô tuyến 433 MHz 113 Hình 5.26: Sơ đ tng quát b điều khiển PLC ca Mitsubishi FX1N Series 114 Hình 5.27: Tín hiệu đầu ra ca Encoder 115 Hình 5.28: Mt số loại công tắc hành trình 115 Hình 5.29: Biến tần FR-A700 ca Mitsubishi 116 Hình 5.30: Đng cơ 3 pha 116 [...]... vững ph ơng pháp thiết kế hiện đại để có thể tính toán thiết kế hệ thống tự đ ng l u kho và xuất kho phục vụ cho đối t ng ng dụng là kho thành phẩm công nghiệp 1.7 Nhi m v vƠ gi i h n c a đ tƠi 1.7.1 Nhi m v c a đ tƠi - Nghiên c u thiết kế hệ thống kho hàng tự đ ng có các ch c năng hoạt đ ng c a hệ thống tự đ ng l u kho và xuất kho bằng robot nhập/ xuất và ch a đ kho ng 96 đến 384 sản phẩm (khối l -... sẽ không đạt, nên hệ thống ch a ph biến nhiều n c ta, ch a đáp ng k p th i cho phát triển các ngành công nghiệp, d ch vụ Chính vì những lý do trên, tôi đư ch n luận văn c a mình theo h ng thiết kế hệ thống tự đ ng hóa l u và xuất kho trong công nghiệp v i tên c a luận văn là: Nghiên c u thiết kế và mô phỏng hệ thống tự đ ng l u và xuất kho thành phẩm tại công ty SVEAM 1.6 M c tiêu nghiên c u Mục tiêu... nghiên c u vƠo s n xu t kinh doanh Việc nghiên c u thiết kế thành công hệ thống kho hàng tự đ ng giúp hoàn thiện hơn hệ thống tự đ ng hóa công nghiệp v i thiết kế trung bình sẽ m ra m t kênh phục vụ các nhà sản xuất tại các khu công nghiệp n c ta Giá thành c a hệ thống kho hàng tự đ ng rẻ hơn ngoại nhập rất nhiều.V i mẫu kho hàng tự đ ng có m c đ tự đ ng hóa cao và n đ nh chắc chắn sẽ gây uy tín cho... l u kho chỉ là kết h p cơ gi i hóa và điều khiển tự đ ng m t số công đoạn c a quy trình nhập /xuất hàng, hệ thống tự đ ng hóa l u kho hiện nay đ c thiết kế theo quan niệm hiện đại c a tự đ ng hóa sản xuất thì hệ thống tự đ ng hóa l u kho là m t trang thiết b tự đ ng hóa cao đ giữ vai trò ch a đệm và phân phối dòng sản xuất m t cách thông minh nhằm đ ng b hóa cao nhất các b c trong hệ thống sản xuất. .. thích h p v i các xí nghiệp vừa và nhỏ Hình 1.5: Kho bán tự động (xếp nhặt hàng bằng tay) Hình 1.6: Kho bán tự động (xuất nhập vào kho bằng tay) 4 Hình 1.7: Kho bán tự động (xuất nhập qua băng chuyền) Hình 1.8: Điều khiển bán tự động trên bàn phím để xuất nhập hàng Hình 1.9: Điều khiển tự động trực tuyến (Automatic on line controls) - Kho chiều sâu (Deep-Lane AS/RS): Hệ thống tự đ ng AS/RS tuyến sâu (deep-lane)... m c đ tự đ ng hóa cao, loại bỏ việc có cần nhân lực điều khển các công đoạn này hay không” [12 -13] Từ nhận th c ban đầu hệ thống kho hàng tự đ ng chỉ là kết hơp cơ gi i hóa và điều khiển tự đ ng m t số công đoạn c a quy trình nhập/ l u/ xuất kho, ngày nay hệ thống kho hàng tự đ ng là sản phẩm c a cơ điện tử (mechatronics) m c đ tự đ ng hóa cao, giữ vai trò ch a đệm và phân phối hệ thống sản xuất thông... a kho t ơng đối l n nên cất giữ đ c nhiều khoang hàng hơn 5 Hình 1.10: Kho AS/RS tuyến sâu 1.2 Tình hình nghiên c u ng d ng h th ng kho hƠng tự đ ng trên th gi i Hệ thống tự đ ng hóa l u /xuất kho trong công nghiệp đư đ c nhiều Nhóm thiết kế, công ty thiết kế, chế tạo sản xuất linh hoạt khẳng đ nh từ hơn 20 năm qua Theo khảo sát đ c thực hiện năm 2008 c a đại h c RSM Eramus University [2] và các nghiên. .. Roodbergen, K.J và Vis I.F.A [11], hiện nay có kho ng hơn 500 bài báo cáo khoa h c chuyên sâu về hệ thống tự đ ng hóa l u /xuất kho đ c công bố 1.3 Tình hình nghiên c u ng d ng h th ng kho hƠng tự đ ng t i Vi t Nam Tại Việt Nam từ vài năm nay do nhu cầu hiện đại hóa các lĩnh vực sản xuất, phục vụ th ơng mại [2], đư xuất hiện các đơn đặt hàng nghiên c u chế tạo Hệ thống tự đ ng hóa l u /xuất kho m c đ ch... phẩm (khối l - c ng 40 ÷ 300 Kg/sản phẩm) : Mô phỏng 3D hoạt đ ng c a kho hàng 1.7.2 Gi i h n c a đ tƠi - Thiết kế cơ khí thân robot S/R và tính toán các b truyền cho robot S/R - Thiêt kế cơ khí khung kệ ch a có 48 ô ch a - Thiết kế hệ thống điều khiển và lập giải thuật điều khiển xuất/ nhập cho hệ thống AS/RS - Thiết kế hệ thống nhận dạng mư vạch - Sử dụng phần mềm mô phỏng 3D hoạt đ ng c a robot S/R... hình nghiên c u về hệ thống kho hàng tự đ ng cũng đư có các công trình ph biến kiến th c về Hệ thống tự đ ng hóa l u kho nh : GS.TS Trần Văn Đ ch đề 7 cập trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và hệ thống sản xuất linh hoạt CIM ợây là giáo trình giảng dạy cao h c ngành Chế tạo máy tr ng Đại h c Bách khoa Hà N i Trong giáo trình tự đ ng hóa sản xuất do ThS Lê Trung Thực biên soạn cũng đề cập đến hệ thống . thiết kế hệ thống tự đng hóa lu và xuất kho trong công nghiệp vi tên ca luận văn là : Nghiên cu thiết kế và mô phỏng hệ thống tự đng lu và xuất kho thành phẩm tại công ty SVEAM . 1.6. đư nghiên cu thiết kế và mô phỏng hoạt đng ca hệ thống AS/RS. Dựa vào kết quả đạt đc tác giả đề xuất áp dụng kho hàng tự đng lu và xuất kho tại kho thành phẩm ca công ty SVEAM, đng thi. xut kho ti kho thƠnh phẩm công ty SVEAM ” nghiên cu đề xuất lắp đặt kho hàng tự đng tại kho thành phẩm ca công ty SVEAM giúp hoàn thiện hơn dây chuyền chế tạo máy hiện đại ca công ty.