Sự phát triển thuật toán về việc lưu trữ và vận chuyển tự động của hệ thống kho lạnh

Bài viết tập trung xây dựng các thuật toán cho việc bảo quản và vận chuyển hàng bằng phần mềm được lập trình để quản lý sản phẩm trong kho lạnh dựa trên các thuật toán. Hệ thống được mô phỏng bao gồm 160 vị trí lưu trữ được xếp thành 4 hàng.

12 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 SỰ PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN VỀ VIỆC LƯU TRỮ VÀ VẬN CHUYỂN TỰ ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG KHO LẠNH DEVELOPMENT OF AUTOMATED STORAGE AND RETRIEVAL ALGORITHM IN COLD WAREHOUSE Đặng Trường Giang1, Truong Ngoc Cuong2, Duy Anh Nguyen2 Đại Học Giao Thông Vận Tải Tp HCM Đại Học Bách Khoa Tóm tắt: Việt Nam mạnh công nghiệp chế biến thủy hải sản Tuy nhiên, sở hạ tầng để phục vụ cho việc bảo quản quản lý hàng thủy hải sản chưa phát triển, đặc biệt hệ thống lưu trữ vận chuyển kho lạnh thô sơ Trong viết này, nhóm tập trung xây dựng thuật tốn cho việc bảo quản vận chuyển hàng phần mềm lập trình để quản lý sản phẩm kho lạnh dựa thuật tốn Hệ thống mơ bao gồm 160 vị trí lưu trữ xếp thành hàng Thuật toán xây dựng để quản lý kho cách hiệu tiết kiệm chi phí Thuật tốn viết dự lập trình C#, với giao diện trực quan để hỗ trợ tối đa tương tác người dùng hệ thống Từ khóa: Quản lý kho, sách lưu trữ, vị trí cất giữ hàng hóa, vị trí xe nâng nhập hàng hóa vào kho Chỉ số phân loại: 1.4 Abstract: Vietnam is strong in aquatic products processing industrial However, the infrastructure to serve the preservation and management of aquatic products has not yet developed, especially the system of storage and retrieval in cold warehouse is still rudimentary In this paper, we focus on building a storage and retrieval algorithm in warehouse and programming a software to manage goods in cold warehouse base on those algorithms The simulated system contain about 160 storage locations arranged into lines The algorithm is built to help manage inventory accurately and cost savings possible It was simulated by a software written in C# programming, with an intuitive interface to support the interaction between the user and the system more convenient Keywords: Warehouse management, storage policies, storage location, location of forklift, putaway Classification number:1.4 Giới thiệu Lưu trữ phân phối hai chức kho Mỗi yêu cầu từ người quản lý, khách hàng điều kiện khác có thuật tốn khác biệt Lưu trữ trình xếp kệ hàng kệ chứa hàng Một số kệ xếp thông thường ngẫu nhiên, theo nhóm hàng, theo chất lượng hàng vị trí gần (COL) Phương pháp ngẫu nhiên hàng xếp theo đơn vị SKU (đơn vị lưu trữ - hạ mục kiểm kê) phân loại ngẫu nhiên vào vị trí cịn trống kho (Petersen, 1997) Vị trí cố định đơn vị lưu trữ (SKU) trì vị trí cố định Phương pháp giúp dễ dàng cho việc quản lý điều khiển vùng kho xếp vài loại hàng hóa Chính sách lưu trữ dựa lớp kết hợp hai phương pháp (Moon & Kim, 2001) Vị trí gần (COL) phương pháp sử dụng phổ biến Các đơn vị hàng hóa theo khu, nơi gần với điểm đầu vào đầu (Heskett, 1963) Phân phối q trình vận chuyển hàng hóa từ kệ hàng Nếu dựa vào ngày nhập ngày hết hạn ta có cách lấy hàng như: Nhập trước xuất trước (FIFO), nhập sau xuất trước (LIFO), hết hạn xuất trước (FEFO) Trong báo này, nhóm tập trung vào việc lựa chọn, phát triển sách lưu trữ vận hàng hóa kho dựa giả định thiết lập theo điều kiện Việt Nam Bài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc kiểm sốt hàng tồn kho tìm cách xếp hàng hóa nhanh Phần mềm thử nghiệm phát triển dựa sách TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 lựa chọn Phần mềm dùng quản lý công việc thực tế Hệ thống ghi nhận, phân tích yêu cầu từ người dùng thể tham số khoảng cách, vị trí, mơ khơng gian kho Những giả định yêu cầu 2.1 Những giả định thử nghiệm Những giả định viết khơng tương thích thực tế Nhưng yếu tố lựa chọn điều chỉnh áp dụng cách thích hợp cho hệ thống thực tế Để thuận tiện cho cấu trúc thuật toán hệ thống mô phỏng, số lượng giả định đề xuất sau: - Khả hệ thống chứa 160 vị trí chứa hàng, vị trí chứa kệ hang; - Hệ thống bao gồm tôm đông lạnh gồm bốn loại; + A1: Loại tôm 100g / đầu nguyên vẹn + A2: Loại tơm 100g / khơng có đầu + A3: Tơm loại 100g / đầu cịn ngun vẹn + A4: Loại tôm 100g / đầu - Hàng hóa xếp kệ Mỗi kệ đơn vị SKU Đây đơn vị nhỏ hệ thống; - Thời gian xuất kho tất đơn vị SKU chưa xác định hệ thống; - Lưu trữ không phụ thuộc vào khách hàng, nghĩa hàng hóa khách hàng không thiết xếp gần nhau; - Khơng phân biệt hàng hóa theo mùa nghĩa cách xếp suốt năm 2.2 Yêu cầu Dựa theo nguyên tắc quản lý kho Việt Nam, nhóm đề xuất yêu cầu sau - Q trình lưu trữ kho: Nếu hàng hóa nhập kho trước, xếp trước nghĩa khoảng cách di chuyển hàng hóa từ vùng đệm đến kệ ngắn nhất; - Quy trình vận chuyển: Loại hàng chọn người dùng (4 loại: A1, A2, A3, A4) Lô hàng lấy dựa ngày nhập, hàng hóa trước lấy trước Thiết kế bố cục kho 13 Theo giả định phần 2.1, cấu trúc nhà kho xây dựng thể hình Kho gồm có 160 vị trí chứa chia thành hàng Mỗi hàng gồm 40 kệ hàng Kho chứa có điểm nhập xuất (I / O) nằm trung tâm thể hình Hình Cảnh thiết kế nhà kho Để quản lý hàng hóa thuận tiện hơn, nhà kho báo chia thành dòng, dịng bao gồm tầng hàng (hình 2) Hình Tọa độ vị trí lưu trữ Những dòng đặt tên I, II, III IV Tầng đánh dấu theo chữ A, B, C, D E Hàng phân biệt số 1, 2, 3, 4, 5, 6, Mỗi vị trí lưu trữ kho phân cơng tọa độ có cấu trúc sau: Dịng –tầng – hàng Ví dụ: Tọa độ vị trí lưu trữ I – D – 5, có nghĩa vị trí lưu trữ nằm dịng I, tầng D hàng Thử nghiệm sách lưu trữ phân phối 4.1 Lựa chọn phương pháp lưu trữ Trong phần này, thuật toán lưu trữ dựa giả định thử nghiệm đề cập phần 2, Hai phương pháp áp dụng FIFS COL Đối với FIFS, hàng hóa chuyển vào kho trước vào 14 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 kệ hàng trước Với COL, lô gần với điểm I/O Nhóm kết hợp thuật tốn việc xếp theo hai bước đây: - Bước 1: Xác định kệ cũ nhất; - Bước 2: Tìm tọa độ vị trí trống kho để kệ cũ Vị trí thích hợp phải đáp ứng khoảng cách đến I/O ngắn Vị trí gần xác định thông qua tham chiếu khoảng cách Được tính tốn theo cơng thức: d(i) = |x(i) - x(I/O)| + |y(i) - y(I/O)| (1) + d(i): Khoảng cách từ vị trí lưu trữ đến điểm I/O; + x(i), y(i): Tọa độ vị trí lưu trữ; + (x(I/O), y(I/O))= (0,0): Tọa độ kệ hàng điểm I / O Nhóm đánh giá khoảng cách từ I/O đến vị trí lưu trữ 4900mm, khoảng cách trục vị trí x y 1400mm, 1600mm Từ (1), vị trí tham chiếu dịng tính tốn hình Trong q trình lưu trữ, phải xác định vị trí trống kho Sau so sánh với vị trí tham chiếu, để kiếm vị trí nhỏ nhất, vị trí cho hàng nhập kho 4.2 Chiến lược lựa chọn luân chuyển Hình Chỉ số khoảng cách địa điểm dòng Chúng ta triển khai FIFO luân chuyển hàng Để mà áp dụng sách này, ngày nhập hàng hóa cần lưu lại hệ thống Trong quy trình luân chuyển, hệ thống thể hai bước: - Bước 1: Xác nhận sản phẩm yêu cầu; - Bước 2: So sánh ngày nhập SKU để kiếm SKU lưu Thuật tốn riêng áp dụng cho sách thể phần 5 Xây dựng thuật tốn giả định máy tính Trong phần này, thuật tốn quản lý kho máy tính cung cấp Thuật toán phát triển tương đồng với chương trình quản lý máy tính Chương trình bao gồm ba phần chính: Chương trình chính, chương trình hỗ trợ tìm vị trí thích hợp, chương trình hỗ trợ tìm vị trí hàng cũ Tất thể hình Hình Biểu đồ khối thể cách thức chương trình hoạt động Cấu trúc liệu bao gồm thư mục, tất thư mục chứa thông tin hàng hóa (hình 5) - Thư mục tên – line[].name: Để quản lý bốn loại hàng hóa khác hệ thống A1, A2, A3 A4; - Thư mục tọa độ - line[] Coor: Mỗi kệ hàng đặt vị trí lưu trữ, tọa độ vị trí tọa độ hàng hóa; - Thư mục thơng tin ngày lưu kho – Line [].Date: Khi hàng lưu kho, ngày lưu thư mục này; - Thư mục thông tin khoảng cách – Line [].Distance: Giá trị khoảng cách tham chiếu tính tốn phần 3; - Thư mục liệu thẻ đọc – Line [].Rfid: Lưu trữ mã tạo hàng lưu kho TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 Fields of data structure Name of good Coordinate Imported date Distance RFID code Line[]Name Line[].Coor Line[].Day Line[].Distance Line[].Rfid Hình Năm thư mục cấu trúc liệu 15 5.1 Chương trình Chương trình nhận lệnh từ người dùng thông qua giao diện phần mềm Trong quy trình này, chương trình u cầu hai phần mềm hỗ trợ tìm vị trí lưu trữ báo lại tọa độ Bên cạnh phần mềm có hai chương trình hỗ trợ khác để khởi tạo xác định thông tin sản phẩm giống thực tế dùng cơng nghệ RFID (hình 6) Hình Quy trình hoạt động chương trình 5.2 Phần mềm hỗ trợ tìm vị trí trống Lơ hàng hóa xếp dựa vào ngun lý hàng nhập trước xếp vào vị trí trống thấp Thuật tốn tìm vị trí có trình bày hình Theo biểu đồ thể hiện: kho chia làm dòng I, II, III IV Hệ thống ln tìm vị trí lưu trữ có khoảng cách tham chiếu Chẳng hạn với khoảng cách 4900 có vị trí: I-A-1; II-A-1; IIIA-1 IV-A-1 Vì khoảng cách xếp vào dịng I, sau đến II, III, IV Trong q trình này, vị trí rỗng quét từ tham chiếu thấp đến cao Bắt đầu từ dòng I [1] đến dịng IV [1] sau trả dịng I [2] đến dòng IV [2]… Vòng lặp kết thúc hệ thống phát 16 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 vị trí trống quét hết vị trí trống Khi tìm vị trí thích hợp, phần mềm hỗ trợ ghi lại thơng tin hàng hóa gửi lại tọa độ hàng cho phần mềm Generate identification code Check field Line[i].Rfid Line[i].Rfid is empty Delete data in this field No Line[i].rfid == ” ” Yes Line[i].Rfid = ”rfid” + Line[i].Name + Line[i].Coor End Hình Biểu đồ thể thuật toán tạo mã kiểm tra 5.3 Phần mềm hỗ trợ tìm vị trí hàng cũ Những hàng hóa cũ xác định ngày lưu trữ hàng kho Những thông tin lưu trữ thư mục Line [i] Date Thuật toán thể hình Sơ đồ giải thích: Hàng hoá cũ xác định cách so sánh ngày lưu trữ tất SKU kho Mỗi vịng lặp chương trình qt 160 vị trí, quy trình hoạt động sau: Thứ nhất, dựa tên hàng hóa nhập người dùng, chương trình tạo vật ảo với tên tương tự ngày nhập kho lâu Hệ thống so sánh tên tất kệ, vị trí trống bỏ qua Tại vị trí có tên tương tự với vật ảo, chương trình tiếp tục so sánh ngày để kiếm kệ lưu trữ lâu nhất, thông tin kệ đặt cho vật ảo Q trình tiếp tục so sánh đến vị trí khác kho, tiếp diễn kết thúc trình vị trí quét gửi lại tọa độ vật ảo lưu trữ lâu 5.4 Thuật toán quản lý hàng hóa mã vạch Trên thực tế, hoạt động quản lý kho diễn vơ chặt chẽ hàng hóa xảy tổn thất mát Vì vậy, hệ thống quản lý nhà kho, hàng hóa quản lý thơng qua thiết bị độc lập mã vạch, công nghệ RFID Hệ thống RFID bao gồm thẻ RFID, đầu đọc, phần mềm quản lý Hàng hóa phân cơng mã RFID trước lưu kho (thẻ RFID gắn lơ hàng) Chương trình quản lý lưu trữ mã nhớ so sánh với mã đọc đầu đọc quy trình lưu chuyển Trong viết này, giả định mã ID tạo phần mềm hàng hóa lưu vào kho người dùng phải đăng nhập mã kiểm tra để kiểm tra hàng có di chuyển chưa Hàng di chuyển mã ID trùng khớp với mã kiểm tra Mã ID lưu thư mục line[].RFID Trong quy trình luân chuyển hàng, sau hệ thống tìm vị trí hàng hóa lưu kho lâu nhất, chương trình đối chiếu mã ID mã kiểm tra đăng ký người dùng Chương trình hỗ trợ tạo mã ID Chúng ta giả định mã ID cấu tạo bên dưới: ID Code = “rfid” - Line[i].Name - Line[i].Coor Thuật tốn tạo mã ID thể hình Như biểu đồ thể hiện: Thứ nhất, chương trình đọc liệu từ Line[i] RFID, có thơng tin hàng hóa trước, hệ thống tự động xóa thông tin Thứ hai, mã ID viết, ID tồn suốt thời gian hàng hóa lưu kho Chương trình hỗ trợ kiểm tra mã ID Trong chương trình hỗ trợ này, người dùng yêu cầu đăng nhập mã kiểm tra Sau hệ thống so sánh với mã ID lưu Nếu trùng khớp, chương trình ngưng hàng di chuyển thành công Nếu không, người dùng yêu cầu nhập mã kiểm tra lại Thuật toán thể hình 8: TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 Check identification code Enter Check code Compare Check code and ID code No Check again Check code = ID code 17  Khu vực kiểm tra ID: Yêu cầu kệ hàng hóa phải mang mã, hệ thống yêu cầu người dùng nhập mã vào khung phần này;  Không gian kho: Có 160 ơ, đại diện cho lô hàng kho Màu ô thay đổi hàng hóa thêm vào hay di chuyển, màu sắc quy ước thể hình Empty cell Yes Success A1 Cell represents A1 A2 Cell represents A2 A3 Cell represents A3 A4 Cell represents A4 End Hình Biểu đồ thể thuật tốn kiểm tra mã ID Phát triển phần mềm thử nghiệm Để chứng minh tính xác hiệu thuật toán đề xuất, phần mềm ứng dụng xây dựng ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng C #, Visual studio 2013 6.1 Giao diện hệ thống Giao diện phần mềm thể hình 9: Hình 10 Màu sắc hàng hố 6.2 Kiểm tra đánh giá hiệu suất 6.2.1 Kiểm tra thuật tốn lưu kho Để đánh giá thuật tốn vị trí gần (COL), tiến hành thử nghiệm nhỏ Một lô hàng gồm 32 đơn vị SKU thêm vào kho hệ thống A1 thêm trước sau đến A2, A3, A4 Trạng thái kho sau nhập hàng thể hình 11 kết mô thể bảng Hình Giao diện hệ thống Những chức phần mềm  Trạng thái vùng kho: Số lượng trống, loại hàng hóa thể cập nhật liên tục;  Khu vực thông tin người dùng: Bao gồm hai phần lưu trữ vận chuyển Chúng ta có hai cách lưu trữ lưu trữ đơn lưu trữ số lượng lớn Những yêu cầu người dùng nhập vào phần này;  Khu vực hiển thị: Khi hàng hóa thêm vào di chuyển, tọa độ, khoảng cách thể phần này; Hình 11 Trạng thái kho hàng quy trình lưu trữ Bảng Kết mô Order of enter 1-28 29-56 57-84 85-112 Type of good A1 A2 A3 A4 Quantity Total distance (mm) 28 202000 28 286800 28 350000 28 413200 Total All 112 1252000 18 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 29, Aug 2018 Xem lại kết thử nghiệm: Dưới thử nghiệm, mục bố trí vị trí mục nhỏ nhất, điểm vào (I/O) gần Ví dụ, mục A1 thêm vào trước, đó, tổng khoảng cách chúng nhỏ người khác Xem hình khơng gian mơ kho hàng, hàng hoá xếp kho theo nguyên tắc FIFS, có nghĩa người sử dụng u cầu hàng hố loại A1 thêm trước để chúng xếp hệ thống trước Hầu vị trí hay vào lấp đầy, khơng bỏ sót vị trí Tóm lại, tồn thuật tốn FIFS COL giải yêu cầu người viết đặt 6.2.2 Kiểm tra thuật toán kiểm tra ID luân chuyển Để đánh giá thuật tốn FIFO, chúng tơi tiến hành thử nghiệm khác Thay đổi vị trí A3 theo yêu cầu Trạng thái sau hàng luân chuyển thể hình 12 kết mơ thể bảng Hình 12 Trạng thái kho hàng q trình di chuyển hàng hóa Kết kiểm chương trình viết từ thuật toán FIFO mã ID kiểm tra hoạt động xác 6.2.3 So sánh sách lưu trữ Để so sánh thuật toán cách khách quan, so sánh thể hai sách ngẫu nhiên vị trí gần (COL) Chương trình tương tự xây dựng thuật toán ngẫu nhiên sử dụng để tìm vị trí trống thích hợp kho Trạng thái kho sau hàng thêm vào trường hợp ngẫu nhiên thể hình 13 kết mơ thể bảng Hình 13 Tình trạng kho hàng sau hàng thêm vào hệ thống theo cách ngẫu nhiên Bảng Kết mô sách ngẫu nhiên Order of Type of Quantity Total distance store good (mm) 1-28 A1 28 349400 29-56 A2 28 384600 57-84 A3 28 379200 85-112 A4 28 394400 Total All 112 1507600 Như mong đợi, kết cho thấy khoảng cách tổng thể thuật toán COL thấp thuật toán ngẫu nhiên Dựa thiết lập ban đầu thử nghiệm, có 17% giảm tổng khoảng cách so với thử nghiệm sách ngẫu nhiên Theo thuật tốn ngẫu nhiên, hàng hóa lộn xộn kho có nhiều khoảng trống gây mát tổ ong xuất hệ thống Kết luận Trong viết này, nhóm nghiên cứu trình bày thuật toán lưu trữ luân chuyển hàng dựa giả định phù hợp với yêu cầu ngành công nghiệp lưu trữ thủy sản Việt Nam Chúng tơi sử dụng thuật tốn FIFS COL cho việc lưu kho hàng hóa, với trường hợp này, tổng khoảng cách giảm 17% so với sách ngẫu nhiên giả định Việc luân chuyển thực TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 29-08/2018 sách FIFO Thêm vào nhóm xây dựng thuật tốn để kiểm tra hàng hóa trước ln chuyển, gần với cơng nghệ RFID áp dụng thực tiễn Phần mềm áp dụng phát triển để quản lý hàng hóa dựa thuật tốn Phần mềm áp dụng để quản lý hàng hóa kho thực tế Lời khuyên cho nghiên cứu tương lai Nghiên cứu mở rộng để đáp ứng yêu cầu thực tế từ khía cạnh sau: Thiết kế hệ thống khí gồm có thuật tốn quản lý phát triển để thành hệ thống AS/RS; mở rộng không gian kho số lượng hàng hóa gian hàng Sau đó, xây dựng thuật tốn cho việc lưu trữ định tuyến; phát triển chương trình để mơ sách khác để đánh giá tính hệ thống Tài liệu tham khảo [1] Alan Rushton, Phil Croucher, Peter Baker, The handbook of Logistics & Distribution [2] [3] [4] [5] [6] 19 Management, published in Great Britain in 1989 by Kogan Page Limited Michael G Kay Fitts, Warehousing, Dept of Industrial and Systems Engineering North Carolina State University Edited by Raymond A Kulwiec, Materials Handling Handbook, Copyright ©1985John Wiley & Sons, Inc Dr Peter C Schuur, Dr Sunderesh S Heragu, Ir Ronald J Mantel, Improving order-picking efficiency via storage assignment strategies, University of Twente, Feb.08.2013 Hompel, M; Automation and Organisation of Warehouse and Order Picking Systems, 46-62, Springer Ramaa.A, K.N.Subramanya, T.M.Rangaswamy, Impact of Warehouse Management System in a Supply Chain, International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 54– No.1, September 2012 Ngày nhận bài: 31/5/2018 Ngày chuyển phản biện: 4/6/2018 Ngày hoàn thành sửa bài: 25/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 2/7/2018 ... phần lưu trữ vận chuyển Chúng ta có hai cách lưu trữ lưu trữ đơn lưu trữ số lượng lớn Những yêu cầu người dùng nhập vào phần này;  Khu vực hiển thị: Khi hàng hóa thêm vào di chuyển, tọa độ, kho? ??ng... kế hệ thống khí gồm có thuật tốn quản lý phát triển để thành hệ thống AS/RS; mở rộng khơng gian kho số lượng hàng hóa gian hàng Sau đó, xây dựng thuật tốn cho việc lưu trữ định tuyến; phát triển. .. chọn phương pháp lưu trữ Trong phần này, thuật toán lưu trữ dựa giả định thử nghiệm đề cập phần 2, Hai phương pháp áp dụng FIFS COL Đối với FIFS, hàng hóa chuyển vào kho trước vào 14 Journal of