QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING) Họ tên sinh viên: NGUYỄN PHƯỚC LỘC Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa: 2006 – 2010 Tháng 07 năm 2010 QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING) Tác giả: NGUYỄN PHƯỚC LỘC Khóa luận đề trình đề để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: TS DƯƠNG MINH TÂM Th.S LÂM HỮU DANH Tháng năm 2010 i LỜI CẢM ƠN Lời em cảm ơn thầy cô Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh truyền đạt cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian học tập trường Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến môn Điều Khiển Tự Động thầy cô Khoa Cơ Khí giảng dạy kiến thức chuyên môn làm sở để em thực tốt đề tài Đặc biệt, trình thực đề tài Trung Tâm Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Cao, em chân thành cảm ơn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn đề tài TS.Dương Minh Tâm Th.S Lâm Hữu Danh Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô, bạn lớp DH06TD, bạn 8iu đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu q trình thực đề tài Kính chúc Thầy Cô sức khỏe thành đạt sống Tp.HCM, tháng năm 2010 Sinh viên thực Nguyễn Phước Lộc ii TÓM TẮT Đề tài: QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING) Hiện việc ứng dụng kho hàng tự động AS/RS dây chuyền sản xuất nước ta vấn đề Kho hàng tự động AS/RS giúp lưu trữ cấp phát vật tư, kiện hàng…phục vụ cho nhiều lĩnh vực kho chứa hàng (siêu thị bán lẻ), kho lưu trữ tư liệu (thư viện, bệnh viện), chuyển phát nhanh, công nghiệp thực phẩm, bến cảng… mà giúp giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng tiết kiệm diện tích sàn kho chứa, giảm cơng sức bốc xếp hàng, linh kiện đặc biệt quản lý kho hàng mặt hàng, số liệu hàng tồn, thay đổi vật tư…Từ năm 1990 máy tính sử dụng sản xuất, việc quản lý sản xuất có xuất sản xuất linh hoạt (FMS) hệ thống CIM Hiện hệ thống CIM ứng dụng ngày phổ biến nước phát triển hiệu đem lại Do đó, khóa luận “Quản lý kho hàng tự động hệ thống CIM” giúp đỡ anh Trung Tâm Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Cao, sinh viên thực đạt kết sau: + Khảo sát thiết kế chế tạo kho hàng tự động AS/RS (phần khí) + Khảo sát thiết bị tự động, robot lấy cất hàng + Tìm hiểu quản lý kho hàng tự động PLC + Tìm hiểu hệ thống CIM quản lý kho hàng tự động AS/RS Trên sở triển khai thành hệ thống lớn phục vụ cho sản xuất Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: TS DƯƠNG MINH TÂM NGUYỄN PHƯỚC LỘC Th.S LÂM HỮU DANH iii MỤC LỤC Trang tựa i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Mục lục iv Danh sách hình vii Danh sách bảng ix CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Giới hạn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 Tìm hiểu tổng quan kho hàng tự động AS/RS 2.2 Các thành phần hệ thống AS/RS 2.3 Phân loại hệ thống lưu xuất nhập kho tự động AS/RS 2.3.1 Hệ thống AS/RS cho kiện hàng đồng dạng 2.3.2 Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ 2.3.3 Hệ thống AS/RS hàng dài 2.3.4 Hệ thống AS/RS có người điều hành 2.4 Giới thiệu phương pháp tự động nhận dạng vật thể 2.4.1 Giới thiệu công nghệ mã số, mã vạch 2.4.1.1 Khái niệm 2.4.1.2 Nguyên lý đọc mã vạch 2.4.2 Tổng quan Radio Frequency Indentification (RFID) 2.4.2.1 Khái niệm 2.4.2.2 Các thành phần hệ thống RIFD 2.5 Ưu điểm hệ thống kho hàng lưu/ xuất nhập tự động 10 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 iv 3.1 Thời gian địa điểm tiến hành đề tài 11 3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài 11 3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài 11 3.2 Đối tượng thiết bị nghiên cứu 11 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu 11 3.2.2 Thiết bị nghiên cứu 11 3.3 Phương pháp thực đề tài 12 3.3.1 Phương pháp thực khảo sát phần khí 12 3.3.2 Phương pháp thực phần điện – điện tử 12 3.3.3 Phương pháp thực phần mềm 12 3.4 Phương tiện thực đề tài 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 13 4.1 Tìm hiểu hệ thống CIM 13 4.1.1 Định nghĩa CIM 13 4.1.2 Vai trò hệ thống CIM 13 4.1.3 Các phận hệ thống CIM điển hình 14 4.2 Tìm hiểu cấu trúc kho hàng tự động AS/RS hệ thống CIM 15 4.2.1 Khung kệ lưu trữ 15 4.2.2 Thiết bị lưu/ xuất kho (S/R Robot) 17 4.2.3 Các ổ chứa môđun lưu trữ (Storage modules) 17 4.2.4 Trạm thu nhận phân loại lưu/xuất 18 4.2.5 Hệ thống vận chuyển vòng ngồi (External handling System) 18 4.3 Lập sơ đồ hệ thống điện hệ thống AS/RS hệ thống CIM 18 4.3.1 Mạch động lực hệ thống AS/RS 18 4.3.2 Mạch điều khiển hệ thống AS/RS hệ thống CIM 19 4.3.2.1 Mạch điều khiển Motor X, biến tần X 19 4.3.2.2 Mạch điều khiển Motor Y, biến tần Y 20 4.3.2.3 Mạch điều khiển Motor Z, biến tần Z 21 4.4 Tìm hiểu cấu tạo, cách quản lý, lập sơ đồ điều khiển S/R robot 21 4.4.1 Cấu tạo S/R robot 21 4.4.1.1 Hệ thống truyền động 22 v 4.4.1.2 Hệ thống điều khiển 22 4.4.1.3 Hệ thống truyền thông 23 4.4.1.4 Hệ thống nguồn cấp 23 4.4.1.5 Hệ thống an toàn 24 4.4.2 Lập sơ đồ khối điều khiển S/R robot 25 4.5 Tìm hiểu cách quản lý kho hàng AS/RS hệ thống CIM 30 4.5.1 Cách quản lý kho hàng mã số, mã vạch 30 4.5.2 Áp dụng quản lý mã số, mã vạch 31 4.5.3 Sơ đồ khối mô tả trình nhập/xuất kho 33 4.5.4 Tìm hiểu phần mềm ERP - quản lý vật tư, linh kiện cho kho 35 4.5.5 Hệ thống AS/RS phù hợp với dây chuyền lắp ráp công nghiệp ghép vào hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, hệ thống JIT 42 4.5.6 Áp dụng hệ thống CIM hệ thống tự động hóa lưu/ xuất vật tư dạng linh kiện, chi tiết máy cụm thiết bị nhỏ phục vụ dây chuyền lắp ráp, thiết bị công nghiệp 44 4.6 Hiệu ứng dụng CIM sản xuất [1] 46 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 48 5.1 Kết luận 48 5.2 Đề nghị 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vi DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Cấu trúc tổng thể hệ thống kho AS/RS điển hình Hình 2.2: Hệ thống AS/RS cho kiện hàng đồng dạng Hình 2.3: Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ Hình 2.4: Hệ thống AS/RS hàng dài Hình 2.5: Hệ thống AS/RS có người điều hành Hình 2.6: Hệ thống kho tự động lưu/ xuất nhập ô tô (bãi đỗ xe) Hình 2.7: Hệ thống AS/RS phòng thí nghiệm Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động việc đọc mã vạch Hình 2.9: Quá trình hoạt động việc đọc mã vạch Hình 2.10: Thẻ RFID Hình 2.11: Hệ thống RFID Hình 2.12: Nguyên lý họat động phương pháp RFID Hình 4.1: Định nghĩa CIM 13 Hình 4.2: Mơ tả hệ thống CIM 14 Hình 4.3: Mơ hệ thống CIM đơn giản với hệ thống kho AS/RS 15 Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống kho hàng tự động AS/RS 15 Hình 4.5: Hình chiếu kho hàng AS/RS 16 Hình 4.6: Cách lắp ghép dàn khung lại với 16 Hình 4.7: Hệ thống khung kệ chế tạo 16 Hình 4.8: Kích thước S/R Robot (hình chiếu đứng) 17 Hình 4.9: Thùng nhựa chứa hàng 17 Hình 4.10: Hệ thống vận chuyển vòng ngồi 18 Hình 4.11: Mạch động lực kết nối thiết bị 18 Hình 4.12: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần, phanh, encoder trục X 19 Hình 4.13: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần, phanh, encoder trục Y 20 Hình 4.14: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần trục Z 21 Hình 4.15: Kết cấu điển hình hệ thống AS/RS robot 22 vii Hình 4.16: Sơ đồ điều khiển hệ thống S/R robot 23 Hình 4.17: Bộ điều khiển khơng dây 23 Hình 4.18: Nguyên lý truyền dẫn RF 23 Hình 4.19: Hệ thống nguồn cấp cho S/R robot 24 Hình 4.20: Hệ thống an tồn sử dụng AS/RS 24 Hình 4.21: Cấu trúc hệ thống CIM để quản lý kho hàng 30 Hình 4.22: Giải thích ý nghĩa nhóm số mã vạch 31 Hình 4.23: Thẻ nhận dạng 32 Hình 4.24: Thẻ nhận dạng sau ứng dụng mã vạch 32 Hình 4.25: Cấu trúc nhãn nhận dạng 33 Hình 4.26: Màn hình phần mềm quản lý kho hàng 35 Hình 4.27: Thơng tin lơ hàng kho AS/RS 37 Hình 4.28: Thông tin nhà cung cấp vật tư 37 Hình 4.29: Nhập/ hiệu chỉnh phiếu nhập kho 38 Hình 4.30: Chức F8 38 Hình 4.31: Thao tác nhập kho 39 Hình 4.32: Thực hoàn tất thao tác nhập kho 39 Hình 4.33: Thao tác xuất kho 39 Hình 4.34: Thực hồn tất thao tác xuất kho 40 Hình 4.35: Lập phiếu xuất kho 40 Hình 4.36: Lập phiếu chuyển kho 41 Hình 4.37: Thao tác xếp kho 42 Hình 4.38: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 42 Hình 4.39: Hệ thống AS/RS nối vào dây chuyền lắp ráp dạng sản xuất linh hoạt 43 Hình 4.40: Hệ thống sản xuất - lắp ráp JIT (mức độ cao) 43 Hình 4.41: Sơ đồ quản lý toàn kho AS/RS 44 Hình 4.42: Giải pháp đồng liệu phần mềm ERP AS/RS 45 Hình 4.43: Hệ thống Pilot AS/RS SVEAM-VIKYNO 46 Hình 4.44: Sơ đồ mô tả tổng quát trung tâm vận hành giám sát 47 viii DANH SÁCH BẢNG Bảng 4.1: Mơ tả chức chương trình ERP 36 Bảng 4.2: Bảng so sánh sức chứa Kho phụ tùng trước sau ứng dụng hệ thống AS/RS 47 Chữ viết tắt AS/RS: Automated Storage/ Retrieval Systems CIM: Computer Integrated Manufacturing S/R Robot: Storage/ Retrieval Robot RFID: Radio Frequency Indentification AGV: Automated Guided Vehicle: xe tự hành RTV: Robotic Transfer Vehicle: robot tự hành FMS: Flexible Manufacturing System ix Sơ đồ giải thuật điều khiển vị trí tốc độ motor X, motor Y: PLC INVERTER Encoder Motor Finish Hình 6.26: Sơ đồ giải thuật điều khiển vị trí tốc độ motor X, motor Y Sau khởi động reset hệ thống robot di chuyển trục tới vị trí gốc tọa độ tương ứng trục Khi Robot trạng thái sẵn sàng hoạt động điều khiển (PLC) tiến hành nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm Sau nhận tín hiệu điều khiển, điều khiển phân tích tín hiệu điều khiển, lúc điều khiển có thơng tin như: ví trí lấy/cất hàng (tọa độ x, y, z) di chuyển tới vị trí thực thao tác lấy/cất hàng Khi có vị trí lấy cất hàng (x,y,z) robot di chuyển đồng thời trục x, y để đạt nhanh tới vị trí mong muốn Khi gần đến vị trí lấy/cất hàng động tương ứng thực giảm tốc từ đến lần để tránh lực qn tính sinh q trình di chuyển Sơ đồ giải thuật điều khiển động cất lấy thùng hàng: PLC INVERTER Proximity sensor Motor Finish Hình 6.27: Sơ đồ giải thuật điều khiển động lấy/cất thùng hàng 16 4.4.5 Danh sách ngõ vào, ngõ PLC dùng S/R robot: Bảng 6.9: Danh sách ngõ vào S/R robot: STT Ngõ vào Miêu tả chức X0 Pha A encoder đếm xung Motor X X1 Pha A encoder đếm xung Motor Y X2 Reset high speed counter C252 X3 Pha A encoder đếm xung Motor Y X4 Pha A encoder đếm xung Motor Y X5 Reset high speed counter C253 X6 Run terminal Input X7 Nút Stop X10 Proximity kho bên trái 10 X11 Proximity kho bên trái 11 X12 Proximity kho bên phải 12 X13 Proximity kho bên phải 13 X14 Limit Switch giới hạn hành trình làm việc S/R robot trục X 14 X15 Limit Switch giới hạn hành trình làm việc S/R robot trục X 15 X16 Limit Switch giới hạn hành trình làm việc S/R robot trục Y 16 X17 Limit Switch giới hạn hành trình làm việc S/R robot trục Y Bảng 6.10: Danh sách ngõ S/R robot: STT Ký hiệu ngõ vào Miêu tả chức Y0 Phanh hãm Motor X Y1 Phanh hãm Motor Y Y2 Phanh hãm Motor Z Y3 STF - Motor X quay thuận Y4 STR - Motor X quay nghịch Y5 STOP - Dừng Motor X Y6 RH - cấp tốc độ cao cho Motor X Y7 RM - cấp tốc độ trung bình cho Motor X 17 Y10 RL - cấp tốc độ thấp cho Motor X 10 Y11 RT - lựa chọn tham số điều khiển 11 Y12 STF - Motor Y quay thuận 12 Y13 STR - Motor Y quay nghịch 13 Y14 STOP - Dừng Motor Y 14 Y15 RH - cấp tốc độ cao cho Motor Y 15 Y16 RM - cấp tốc độ trung bình cho Motor Y 16 Y17 RL - cấp tốc độ thấp cho Motor Y 17 Y20 RT - lựa chọn tham số điều khiển 18 Y21 STF - Motor Z quay thuận 19 Y22 STR - Motor Z quay nghịch 20 Y23 STOP - Dừng Motor Z 21 Y24 RH - cấp tốc độ cao cho Motor Z 22 Y25 RM - cấp tốc độ trung bình cho Motor Z 23 Y26 RL - cấp tốc độ thấp cho Motor Z 24 Y27 RT - lựa chọn tham số điều khiển 4.4.6 Phần lập trình cho PLC điều khiển S/R robot: điều khiển S/R robot lấy hàng sử dụng ngôn ngữ LADDER Các số liệu cần có: Độ phân giải encoder 1024 xung/1 vòng động Nếu khơng nắm tỷ số truyền động cơ, bán kính bánh truyền động… ta làm theo cách sau: cho động chạy phút đếm số xung đo được, đo khoảng cách Làm lại vài lần lấy trung bình số liệu Lúc ta có vòng động (1024 xung) giả sử 20 cm Giả sử từ vị trí Home (vị trí ban đầu S/R robot) đến vị trí cần lấy thùng hàng quay 50 vòng trục X, 40 vòng trục Y Vậy tọa độ (X, Y )là (51200, 40960) Vị trí vị trí thùng hàng cần lấy 18 Chương trình sau: Phụ lục 3: Phân biệt SCADA CIM 4.5.7 Phân biệt SCADA CIM: a) SCADA: Định nghĩa: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghĩa truyền thống hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa Tuy nhiên, thực tế có số hệ thống thường gọi SCADA, hệ thống thực chức thu thập liệu Hình 6.28: Mơ tả thành phần hệ thống SCADA Cấu trúc hệ SCADA có thành phần sau: Trạm điều khiển giám sát trung tâm: hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server) Trạm thu thập liệu trung gian: Là khối thiết bị vào đầu cuối từ xa RTU (Remota Terminal Units) khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức giao tiếp với thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, hộp điều khiển đóng cắt van chấp hành…) Hệ thống truyền thông: bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức truyền liệu cấp trường đến khối điều khiển máy chủ Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): thiết bị hiển thị trình xử lí liệu để người vận hành điều khiển trình hoạt động hệ thống -Áp dụng kho AS/RS mạng thu thập xử lý số liệu trả vị trí khay chứa, vị trí S/R robot b) CIM: Hệ thống CIM vào kho hàng tự động AS/RS việc quản lý kho hàng với hổ trợ máy tính để thực nghiệp vụ việc nhập xuất vật tư cho dây chuyền sản xuất, xưởng chế tạo; kiểm sốt tình hình vật tư kho Trong hệ thống CIM điều khác quan trọng kho hàng AS/RS với kho hàng thơng thường giao tiếp kho với robot hệ thống Robot có nhiệm vụ vận chuyển vật tư vào gửi tín hiệu để bắt đầu q trình nhập kho xuất vật tư để cung cấp cho dây chuyền Hình 6.29: Mạng liên kết dây chuyền, thiết bị hệ thống CIM Vòng tròn CIM năm 1985 SME (Society of Manfacturing Engineers – tạm dịch Hiệp hội nhà sản xuất) giới thiệu CIM đưa hình ảnh rõ ràng mối quan hệ tất phận doanh nghiệp Hình 6.30: Vòng tròn CIM (CIM wheel) Vòng thứ cấu trúc quản lý doanh nghiệp chung bao gồm tiếp thị, kế hoạch chiến lược, tài chính, quản lý sản xuất quản lý nguồn nhân lực Vòng thứ 2: chia làm phân đoạn + Sản phẩm xác định quy trình sản xuất + Kế hoạch sản xuất kiểm sốt + Tự động hóa nhà máy Vòng thứ 3: phân đoạn đại diện cho tất hoạt động giai đoạn thiết kế sản xuất vòng sản phẩm từ ý tưởng lắp ráp Vòng thứ 4: mơ tả liên kết thơng tin giao tiếp tồn cầu, chia liệu liên kết sản xuất Vòng trung tâm thể kết hệ thống CIM nhà máy tích hợp thơng tin Tóm lại: -SCADA gói gọn cho hệ thống cụ thể kỹ thuật viên theo dõi qua nó, CIM bao hàm lớn SCADA khơng có kỹ thuật viên mà có nhà quản lý giám sát CIM quản lý nhiều SCADA quản lý phận khác nhân sự, tài chính… -Ví dụ SCADA quản lý kho hàng (hiện dãy kệ), CIM quản lý nhiều dãy kệ nhiều khu vực khác Phụ lục 4: ERP - phần mềm quản lý vật tư, linh kiện cho kho AS/RS 4.5.4.1 Khái niệm, chức ERP: ERP viết tắt từ Enterprise Resource Planning: Quản lý nguồn lực doanh nghiệp Vậy xác ERP gì? ERP định nghĩa hệ thống ứng dụng đa phân hệ (Multi Module Sofware Application) ERP hệ thống tích hợp phần mềm ứng dụng đa phân để hệ hổ trợ thực qui trình xử lý cách tự động hóa, giúp cho tổ chức, nhà quản lý doanh nghiệp khả quản lý vật tư, quản lý sản xuất, quản lý kinh doanh phân phối sản phẩm, quản lý dự án, quản lý dịch vụ, quản lý khách hàng, quản lý dân sự… Mục tiêu tổng quát hệ thống đảm bảo nguồn lực thích hợp doanh nghiệp nhân lực, vật tư, máy móc tiền bạc có sẵn với số lượng đủ cần, cách sử dụng công cụ hoạch định lên kế hoạch Thêm vào đó, đặc điểm quan trọng mà giải pháp ERP cung cấp cho doanh nghiệp, hệ thống quản lý với quy trình đại theo tiêu chuẩn quốc tế, nhằm nâng cao khả nâng quản lý điều hành doanh nghiệp cho lãnh đạo tác nghiệp nhân viên Hình 6.31: Sơ đồ mơ tả cách quản lý kho ERP 10 4.5.4.2 Mục tiêu việc áp dụng ERP vào việc quản lý kho hàng: Việc áp dụng phân hệ Quản lý kho hàng ERP nhằm mục đích: • Phải xây dựng mã vật tư, linh kiện Giám sát số liệu vật tư, linh kiện tức thời phát sinh thực tế để có hướng giải Phụ lục 5: Robot tự hành RTV xe tự hành AGV Hình 6.32: Robot tự hành RTV xe tự hành AGV 11 Phụ lục 6: Màn hình điều khiển trực tiếp robot Hình 6.33: Màn hình điều khiển trực tiếp robot Phụ lục7: Phần mềm mô 3D quản lý vận hành hệ thống AS/RS Control panel Hình 6.34: Phần mềm mô 3D quản lý vận hành hệ thống AS/RS 12 ... đề tài TS.Dương Minh Tâm Th.S Lâm Hữu Danh Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô, bạn lớp DH06TD, bạn 8iu đóng góp ý kiến kinh nghiệm quý báu trình thực đề tài Kính chúc Thầy Cơ sức khỏe thành