Tổng dung lƣợng lƣu trữ của một kệ kho lƣu trữ phụ thuộc vào số lƣợng ngăn lƣu trữ đƣợc sắp xếp theo chiều ngang và chiều đứng trong kệ kho ấy. Điều này có thể đƣợc thể hiện nhƣ sau:
Công suất mỗi kệ kho = 2ny.nz (2.1)
Ở đây:
-ny = số lƣợng khoang chất hàng hoá dọc theo chiều dài kệ kho -nz = số khoang chất hàng hoá theo chiều cao của kệ kho
-Hằng số 2 cho thấy thực tế là hàng hoá đƣợc chứa ở cả hai phía của lối đi.
Nếu ngăn kích thƣớc tiêu chuẩn đƣợc giả định (để chấp nhận hàng hoá theo đơn nguyên kích cỡ tiêu chuẩn), thì các kích thƣớc ngăn ở mặt đối diện với kệ kho phải lớn hơn các kích thƣớc đơn nguyên hàng hoá.
Đặt x và y = kích thƣớc chiều sâu và chiều rộng của đơn nguyên hàng hoá (ví dụ: kích thƣớc pallet tiêu chuẩn) 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 thƣớc đơn nguyên hàng hoá và số lƣợng ngăn nhƣ sau:
W = 3 (x + a) (2.2) L = ny (y + b)
H = nz (z + c) Trong đó:
-W, L và H tƣơng ứng chiều rộng, chiều dài và chiều cao của một kệ kho của kết cấu giá đỡ của hệ thống AS/RS.
-x, y và z tƣơng ứng kích thƣớc của đơn nguyên hàng hoá.
-a, b và c tƣơng ứng các khoảng bổ sung ra đƣợc thiết kế vào mỗi ngăn lƣu trữ để cung cấp khoảng trống cho đơn nguyên hàng hoá và tính vào kích thƣớc của dầm đỡ trong kết cấu giá dỡ cho trƣờng hợp các đơn nguyên hàng hoá đƣợc chứa trên các pallet tiêu chuẩn
Đối với một AS/RS có nhiều kệ kho, W chỉ cần nhân với số lƣợng kệ kho để có đƣợc chiều rộng tổng thể của hệ thống lƣu trữ. Cấu trúc giá đỡ đƣợc xây dựng trên mức sàn 300 - 600 mm và chiều dài của AS/RS vƣợt ra ngoài cấu trúc giá đỡ để cung cấp không gian cho trạm P/D.
2.9.Thông lƣợng AS/RS
Thông lƣợng hệ thống đƣợc định nghĩa là tỷ lệ hàng giờ của các giao tác S/R mà hệ thống lƣu trữ tự động có thể thực hiện. Một giao tác liên quan đến
việc đƣa một hàng hoá vào kho hoặc lấy một hàng hoá từ kho. Một trong hai giao tác này đƣợc thực hiện trong một chu trình lệnh đơn. Một chu trình lệnh kép hoàn thành cả hai loại giao tác trong một chu trình: vì điều này làm giảm thời gian di chuyển trên mỗi giao tác, thông lƣợng đƣợc tăng lên bằng cách sử dụng chu trình lệnh kép khi điểm dừng đƣợc chỉ định khác với “Hiện tại” hoặc “Điểm ký gửi”.
Một số phƣơng pháp có sẵn để tính toán thời gian chu trình của hệ thống AS/RS để ƣớc tính hiệu suất thông lƣợng. Phƣơng pháp đƣợc trình bày ở đây đƣợc khuyến nghị bởi Viện vận chuyển vật liệu theo tóm tắt bởi Groover . Phƣơng pháp này giả định:
a. Lƣu trữ ngẫu nhiên các hàng hoá trong hệ thống AS/RS (nghĩa là bất kỳ ngăn nào trong kệ kho lƣu trữ đều có khả năng đƣợc chọn để thực hiện giao tác nhƣ nhau).
b. Khoang chứa có kích thƣớc bằng nhau c. Trạm P/D nằm ở đế 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 đƣợc nhập hoặc lấy đƣợc giả định đƣợc đặt ở trung tâm của kết cấu giá đỡ. Do đó, máy S/R phải di chuyển 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 thể đƣợc biểu thị bằng:
(2.3)
Trong đó:
-Tcs = thời gian chu kỳ của một chu trình lệnh đơn (phút/chu kỳ) -L = chiều 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 cấu giá đỡ (m)
-Vz = vận tốc của máy S/R theo phƣơng đứng của AS/RS (m/phút)
-Tpd = thời gian lấy và ký gửi. Hai lần P/Dđƣợc yêu cầu cho mỗi chu kỳ, thể hiện việc chuyển hàng hoá đến và đi từ máy S/R.
Đối với chu kỳ lệnh kép, máy S/R đƣợc giả định di chuyển đến trung tâm của cấu trúc giá để ký gửi một hàng và sau đó nó di chuyển đến ¾ chiều dài và chiều cao của AS/RS để lấy một hàng khác. Do đó, tổng quãng đƣờng mà máy
S/R di chuyển là ¾ chiều dài và ¾ chiều cao của kết cấu giá đỡ và quay trở lại. Trong trƣờng hợp này chu kỳ thời gian đƣợc đƣa ra bởi:
(2.4)
Trong đó:
-Tcd là thời gian chu kỳ cho một chu trình lệnh kép (phút/chu kỳ)
Thông lƣợng hệ thống phụ thuộc vào số lƣợng tƣơng đối của các chu trình lệnh đơn và kép đƣợc thực hiện bởi hệ thống.
Đặt Rcs = số chu kỳ lệnh đơn đƣợc thực hiện mỗi giờ và Rcd = số chu kỳ lệnh kép mỗi giờ ở mức sử dụng đƣợc chỉ định hoặc giả định.
Phƣơng trình cho lƣợng thời gian dành cho việc thực hiện chu kỳ lệnh đơn và kép mỗi giờ là:
(2.5) Trong đó:
-U là hệ số sử dụng hệ thống trong một giờ
Phía bên phải của phƣơng trình cho tổng số phút hoạt động mỗi giờ. Để giải phƣơng trình này, tỷ lệ tƣơng đối của Rcs và Rcd phải đƣợc xác định, hoặc phải giả định về các tỷ lệ này. Sau đó, tổng tỷ lệ hàng giờ đƣợc đƣa ra:
(2.6) Trong đó:
-Rc = tỷ lệ tổng chu trình S/R (chu trình/giờ)
Lƣu ý rằng tổng số giao tác lƣu trữ và truy xuất mỗi giờ sẽ lớn hơn giá trị này trừ khi Rcd = 0, vì có hai giao dịch đƣợc thực hiện trong mỗi chu trình lệnh kép.
Đặt Rt = tổng số giao dịch đƣợc thực hiện mỗi giờ, thì:
(2.7)
2.10. Kết luận
Chƣơng này tóm tắt các thành phần khác nhau trong một hệ thống lƣu trữ và truy xuất tự động AS/RS, từ những thành phần này ta có thể tính toán thiết kế một hệ thống kho hàng đảm bảo đủ những yêu cầu phù hợp với tình hình thực tế và nhu cầu sử dụng.
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHO HÀNG THÔNG MINH 3.1. Mô hình kho chứa hàng AS/RS kiểu miniload
Qua tính toán trên cơ sở lý thuyết của chƣơng 2 và kết hợp với điều kiện thực tế. Mô hình kho hàng tự động đƣợc chế tạo đảm bảo những yêu cầu và có các chỉ tiêu kỹ thuật chính nhƣ sau:
-Phục vụ công tác đào tạo nhân lực quản lý của một đơn vị trong ngành Logistics tại Việt Nam.
-Bao gồm hệ thống phần mềm giám sát , điều khiển và cơ cấu chấp hành tƣơng tự hệ thống thực tế.
-Đầy đủ các nhóm chức năng : Tiếp nhận và phân loại hàng; Vận chuyển và lƣu trữ hàng; Yêu cầu truy hồi và xuất hàng tự động.
-Kích thƣớc của mô hình: 2490x3270x240mm (cao, rộng, sâu) .
-Số mẫu hàng thực hiện : 4÷6 mẫu; Khối lƣợng mỗi mẫu hàng là 1 kg. -Tốc độ vận chuyển 120 gói hàng/ giờ;
Hình 3.1: Mô hình kho hàng tự động
3.2. Quy trình hoạt động của mô hình
Mô hình xây dựng bao gồm 02 chức năng nhƣ những kho hàng hiện nay là lấy và cất giữ hàng hóa.
Lấy hàng hóa :
Trƣớc tiên ta lựa chọn ngăn có hàng cần lấy hàng ra khỏi kệ, robot đang ở vị trí chờ sẽ tới đúng vị trí đã chọn lấy hàng đƣa về vị trí giao, nhận hàng. Sau khi xong việc lấy hàng robot sẽ chạy về vị trí ban đầu để chờ lệnh tiếp theo.
Cất giữ hàng hóa
Tƣơng tự nhƣ lấy hàng ra khỏi kệ,ta lựa chọn các ngăn còn trống trên kệ để chọn cất hàng hóa vào. Lúc này robot đang ở vị trí chờ sẽ chạy tới vị trí giao, nhận hàng để lấy hàng hóa rồi di chuyển tới ngăn đƣợc lựa chọn cất hàng hóa. Khi cất hàng hóa vào đúng ngăn, robot cũng sẽ di chuyển về vị trí ban đầu để chờ thao tác tiếp.
3.3. Các thành phần của mô hình
3.3.1. Kệ chứa hàng
Kệ chứa hàng có kích thƣớc 2490x3270x240mm (cao, rộng, sâu) bao gồm 6 hàng và 8 cột tổng cộng là có 48 ngăn chứa hàng. Các thanh khung đƣợc làm bằng nhôm hộp 30x30mm.Kích thƣớc mỗi ngăn chứa hàng là 380x375x240mm. Để đảm bảo chắc chắn phần chân đế đƣợc bắt chặt xuống đất bằng bulong đai ốc. Tại mỗ ô chứa hàng đều có 01 sensor cảm biến để xác định hàng hóa bên trong ô có hay không.
3.3.2. Cụm đường dịch chuyển ngang
Cụm đƣờng dịch chuyển ngang có kích thƣớc 650x4000mm( rộng, dài), Robot dịch chuyển trên cụm đƣờng trên 02 thanh trƣợt. Để tránh rung lắc chúng ta cũng bắt chặt xuống đất bằng bulong đai ốc
Hình 3.3 : Cụm đường dịch chuyển ngang 3.3.3 Robot lấy hàng
Robot là hệ thống tay máy chuyển động tịnh tiến theo 3 trục XYZ đƣợc đặt trên 01 hệ thống trụ đứng. Phƣơng X là chuyển động trên cụm dịch chuyển ngang của Robot, để truyền chuyển động cho phƣơng X ta sử dụng một Mô tơ DC 24V. Phƣơng Y là chuyển động ra vào tay Robot để lấy hoặc cất giữ hàng trên kệ, để thực hiện thao tác ra vào thuận tiện nên lựa chọn bộ truyền Vitme đai ốc bi và truyền động cũng bằng Mô tơ DC 24V. Phƣơng Z là chuyển động lên xuống của robot trên hệ thống trụ đứng, Robot đƣợc gắn chặt vào bộ đai truyền động và nó có thể di chuyển lên xuống dọc theo trụ đứng nhờ có các ổ bi trƣợt trong 02 rảnh inox có phƣơng song song với phƣơng Z.
Hình 3.4: Hệ thống trụ đứng
Các thông số động lực học của Robot: + Vận tốc : Phƣơng X: 1-2m/ phút
Phƣơng Y: 0,8m/ phút Phƣơng Z: 1,6m / phút
+ Hành trình của mỗi trục: Phƣơng X: 700mm Phƣơng Y: 250 mm Phƣơng Z : 360 mm + Tải trọng tối đa ≤ 1 kg.
+ Thời gian cất hàng hóa: 25 giây. + Thời gian lấy hàng hóa: 25 giây.
3.4. Thiết kế phần mềm quản lý hệ thống cất trữ soạn hàng thông minh
3.4.1. Biểu đồ nghiệp vụ
Hình 3.5: Biểu đồ phân rã chức năng hệ thống
- Mô tả chi tiết chức năng
Chức năng 1.1 – tạo phiếu nhập kho: thủ kho tạo phiếu nhập kho khi có hàng nhập vào kho.
Chức năng 1.2 – nhập hàng: thủ kho tạo thông tin hàng khi có mặt hàng mới, kiểm tra lƣợng hàng thực nhập và hàng trong kho.
Chức năng 2.1 – tạo phiếu xuất kho: thủ kho tạo phiếu xuất kho khi có hàng xuất kho.
Chức năng 2.2 – xuất hàng: thủ kho kiểm tra lƣợng hàng trong kho, báo cáo khi hết hàng, yêu cầu luân chuyển kho khi lƣợng hàng không đủ để xuất kho.
Chức năng 3.1 – tạo kho: thêm kho mới.
Chức năng 3.2 – sửa kho: sửa thông tin kho đã có khi xảy ra sai sót thông tin kho.
Chức năng 3.3 – xóa kho: xóa kho khỏi hệ thống khi kho vật lý không còn đƣợc sử dụng.
Chức năng 4.1 – chuyển hàng: hàng đƣợc chuyển từ các kho khác nhau theo yêu cầu của thủ kho.
Chức năng 5.1 – báo cáo nhập kho: thống kê hàng hóa nhập kho theo định kỳ.
Chức năng 5.2 – báo cáo xuất kho: thống kê hàng hóa xuất kho theo định kỳ.
Chức năng 5.3 – báo cáo tồn kho: thống kê hàng hóa tồn kho theo định kỳ.
3.4.2. Danh sách hồ sơ dữ liệu
a. Hồ sơ hàng hóa b. Danh mục hàng c. Nhóm hàng d. Phiếu nhập kho e. Sổ nhập hàng f. Phiếu xuất kho g. Sổ xuất hàng h. Sổ hàng trong kho i. Hồ sơ kho
j. Sổ kho
k. Phiếu chuyển kho l. Sổ chuyển kho m.Lịch sử chuyển hàng 3.4.3. Ma trận thực thể dữ liệu Các thực thể dữ liệu a) hồ sơ hàng hóa b) nhóm hàng c) phiếu nhập kho d) sổ nhập hàng e) phiếu xuất kho f) sổ xuất hàng
g) sổ hàng trong kho h) hồ sơ kho i) sổ kho k) phiếu chuyển kho l) sổ chuyển kho m) lịch sử chuyển hàng Các chức năng nghiệp vụ a b c d e f g h i k l m 1. Nhập kho C C/ R C U U 2. Xuất kho R R C U U 3. Cập nhật kho C U 4. Chuyển kho C U C 5. Báo cáo R R R R R R R R Trong đó -R: Read -U: Update- -C: Create 3.4.4. Thiết kế các bảng dữ liệu Bảng hàng hóa
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã hàng Varchar Khóa chính
2 Tên hàng Varchar
4 Đơn giá Bigint
5 Mã nhóm hàng Varchar Khóa ngoài
Bảng nhóm hàng
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã nhóm hàng Varchar Khóa chính
2 Tên nhóm hàng Varchar
3 Ghi chú Varchar
Bảng kho
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã kho Varchar Khóa chính
2 Tên kho Varchar
3 Địa điểm Varchar
Bảng thủ kho
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã thủ kho Varchar Khóa chính
2 Tên thủ kho Varchar
Bảng phiếu nhập kho
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã phiếu nhập Varchar Khóa chính
2 Mã hàng Varchar Khóa ngoài
3 Mã thủ kho Varchar Khóa ngoài
4 Mã kho Varchar Khóa ngoài
5 Ngày nhập Date
Bảng phiếu xuất kho
STT Tên trƣờng Kiểu dữ liệu Ghi chú
1 Mã phiếu xuất Varchar Khóa chính
2 Mã hàng Varchar Khóa ngoài
3 Mã thủ kho Varchar Khóa ngoài
4 Mã kho Varchar Khóa ngoài
5 Ngày xuất Date
6 Số lƣợng xuất Int
Mô hình quan hệ
Biểu diễn các thực thể
- HÀNG HÓA (Mã hàng, tên hàng, đơn vị tính, số lƣợng, đơn giá). - NHÓM HÀNG (Mã nhóm hàng, tên nhóm hàng).
- KHO (Mã kho, tên kho, địa điểm).
- THỦ KHO (Mã thủ kho, tên thủ kho).
3.4.5 Lưu đồ thuật toán cất trả hàng
3.4.6. Xây dựng giao diện điều khiển cơ cấu chấp hành
Mã nguồn mở điều khiển CNC
Những năm 2000 trở lại đây điều khiển CNC trên máy tính ra đời đã khiến việc áp dụng điều khiển CNC cho máy móc thuận tiện hơn. Hiện tại các bộ điều khiển và phần mềm viết dƣới dạng mã nguồn mở hoặc nhà phát triển cho bên thứ 3 can thiệp sâu vào đƣợc phát triển mạnh mẽ. Điển hình phần mềm mã nguồn mở điều khiển CNC nhƣ Linux CNC, Mach3, Mach4; phần mềm và phần cứng mã nguồn mở GRBL.
Hình 3.8: Phần mềm mã nguồn mở CNC Mach3
Các phần mềm này đều thân thiện với ngƣời sử dụng và có thể can thiệp sâu vào phần mềm. Phần cứng điều khiển CNC cho những phần mềm này cũng rất phổ biến, từ giao tiếp cổng LPT, cổng USB, cổng PCI đến Ethernet. Trong đề tài chọn phần mềm Mach3 vì phần mềm đƣợc phát triển và kế thừa từ những năm 2000. Trải qua gần 15 năm, hiện tại phiên bản Mach3 là phiên bản ổn định nhất của hãng và phần cứng cho phần mềm cũng khá phổ biến. Phần mềm đã đƣợc sử dụng cho nhiều máy CNC: máy phay,máy tiện, máy đục gỗ, máy cắt Plasma, cắt Laser, ….. Phần mềm đƣợc sử dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới: Mỹ, Nga, Pháp, Ba Lan, Đức, Trung Quốc, Việt Nam …..
Đề tài sử dụng card điều khiển 6 trục chuyển động của hãng CS-LAB. Qua giao tiếp Ethernet phần mềm sẽ điều khiển Card servo. Phần chuyển động, từ card sẽ đƣợc chuyển đến drive các trục để điều khiển. Phần vào/ra sẽ đƣợc chuyển đến các module vào ra: điều khiển cảm biến (sensor), van , rơ le
MOTOR Encoder SERVO DRIVER MOTOR Encoder SERVO DRIVER MOTOR Encoder SERVO DRIVER
CARD SERVO Module In/Out
Máy tính
Cổng Ethernet
Hình 3.9: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển CNC
Phần mềm thiết kế giao diện MachScreen
Để thiết kế giao diện cho phần mềm Mach3 có thể sử dụng phần mềm Klaus’ MachScreen, Screen4, Mach3Screen Designer and ScreenTweak hoặc phần mềm thiết kế Flash. Trong đề tài sử dụng phần mềm Klaus’ MachScreen bởi tính dễ sử dụng và đƣợc tác giả liên tục phát triển. Phần mềm này miễn phí,