Luận văn Thạc sĩ Cơ học kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống kho hàng thông minh phục vụ hậu cần

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu hệ thống kho hàng thông minh phục vụ hậu cần" đã làm được những việc cụ thể như sau: Tổng quan được phần lớn những hệ thống kho hàng thông minh hiện có trên thế giới cũng như Việt Nam. Nắm vững phương pháp tính toán, thiết kế mô hình kho hàng thông minh kiểu Miniload.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Cơ học kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống kho hàng thông minh phục vụ hậu cần

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG THỂ LINH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH PHỤC VỤ HẬU CẦN LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐẶNG THỂ LINH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH PHỤC VỤ HẬU CẦN Ngành: Cơ học kỹ thuật Chuyên ngành: Cơ điện tử Mã số: 8520114.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN ANH QUÂN HÀ NỘI – 2021
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin đƣợc cam đoan đề tài ” Nghiên cứu hệ thống kho hàng thông minh phục vụ hậu cần” đƣợc tiến hành công khai, dựa trên sự cố gằng, nỗ lực của mình và sự giúp đỡ không nhỏ từ phía Viện máy và dụng cụ công nghiệp IMI,dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình của TS.Trần Anh Quân. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là trung thực và hoàn toàn không sao chép hoặc sử dụng kết quả từ các đề tài nghiên cứu nào tƣơng tự. Nếu phát hiện có sự sao chép kết quả nghiên cứu của đề tài khác, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm./. Tác giả Đặng Thế Linh
LỜI CÁM ƠN Để đề tài này đạt kết quả tốt đẹp, tác giả đã nhận đƣợc sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép tác giả đƣợc 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. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học Công nghệ và đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Cơ học kỹ thuật và tự động hóa đã truyền đạt kiến thức, giúp đỡ tạo điều kiện trong suốt quá trình học tập giúp tác giả hoàn thành luận văn thạc sỹ. Đặc biệt, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Trần Anh Quân – Viện máy và Dụng cụ công nghiệp IMI. Ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn, tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tác giả tiến hành các hoạt động nghiên cứu khoa học để hoàn thành đề tài này. Với thời gian nghiên cứu còn hạn chế, thực tiễn công tác lại vô cùng sinh động đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, tác giả rất mong nhận đƣợc các ý kiến đóng góp chân thành từ các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp. Tác giả Đặng Thế Linh
MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................................... DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ ............................................................................. DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... CHƢƠNG I: ....................................................................................................................1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH .....................................1 1.1. Bối cảnh phát triển hệ thống kho hàng thông minh ...........................................1 1.2. Các hệ thống kho hàng thông minh hiện nay trên thế giới ................................5 1.2.1. Hệ thống kho hàng bán tự động ..................................................................5 1.2.2. Hệ thống kho hàng tự động hoàn toàn ......................................................12 1.3. So sánh các hệ thống kho hàng thông minh.....................................................15 1.4. Kết luận ............................................................................................................17 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..............................................................................18 2.1. Giới thiệu.............................................................................................................18 2.2.Các thành phần và tính năng hoạt động của AS/RS ............................................18 2.3.Hoạt động của AS/RS ..........................................................................................21 2.4.Chính sách lƣu trữ AS/RS ....................................................................................21 2.5.Quy tắc gán và xen kẽ lƣu trữ ..............................................................................22 2.6.Hiệu suất AS/RS ..................................................................................................23 2.7.Phân tích điểm dừng Dwell point ........................................................................24 2.8. Định cỡ kết cấu gá đỡ trong hệ thống AS/RS .....................................................26 2.9.Thông lƣợng AS/RS .............................................................................................26 2.10. Kết luận .............................................................................................................28 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHO HÀNG THÔNG MINH ........................29 3.1. Mô hình kho chứa hàng AS/RS kiểu miniload ...................................................29 3.2. Quy trình hoạt động của mô hình........................................................................29 3.3. Các thành phần của mô hình ...............................................................................30 3.3.1. Kệ chứa hàng ................................................................................................30 3.3.2. Cụm đƣờng dịch chuyển ngang ....................................................................31 3.3.3 Robot lấy hàng ...............................................................................................31 3.4. Thiết kế phần mềm quản lý hệ thống cất trữ soạn hàng thông minh .....................33 3.4.1. Biểu đồ nghiệp vụ .........................................................................................33 3.4.2. Danh sách hồ sơ dữ liệu ................................................................................34
3.4.3. Ma trận thực thể dữ liệu ................................................................................34 3.4.4. Thiết kế các bảng dữ liệu ..............................................................................35 3.4.5 Lƣu đồ thuật toán cất trả hàng .......................................................................38 3.4.6. Xây dựng giao diện điều khiển cơ cấu chấp hành ........................................39 3.5.Xây dựng quy trình công nghệ gia công một chi tiết đại diện trong mô hình kho hàng thông minh .........................................................................................................46 3.5.1. Phân tích công nghệ trong kết cấu của chi tiết .............................................47 3.5.2. Chọn phƣơng pháp chế tạo phôi ...................................................................47 3.5.3. Quy trình công nghệ chế tạo trục ..................................................................48 3.6 Kết luận ................................................................................................................65 KẾT LUẬN ...................................................................................................................66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................67
DANH MỤC BẢNG BIỂU HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình nhà máy thông minh .........................................................................2 Hình 1.2: Minh họa các hoạt động kho và luồng(Hompel và Schmidt, 2007)................3 Hình 1.3:Mất cân bằng trọng lƣợng trên vòng xoaytừ cân bằng đến rất mất cân bằng(dựa trên Industore, 2016). ......................................................................................7 Hình 1.4: So sánh vòng xoay đứng và ngang (Baudin, 2004). ........................................7 Hình 1.5: VLM với hai hàng khay lƣu trữ, một trục ở giữa và một khu vực lấy hàng ở phía trƣớc .........................................................................................................................8 Hình 1.6: Nguyên tắc hoạt động của VLM nhìn từ cạnh bên .........................................9 Hình 1.7 : VLM với hai khay (Dukic và các đồng tác giả, 2013) ...................................9 Hình 1.8: Thành phần và chuyển động trong hệ thống miniload ..................................10 Hình 1.9: Xe AGV di chuyển trong hệ thống kho.........................................................11 Hình 1.10: Các Robot tự động di chuyển trong kho hàng của JD.com .........................13 Hình 1.11: Những cánh tay robot đang hoạt động ........................................................14 Hình 3.1: Mô hình kho hàng tự động ............................................................................29 Hình 3.2: Kệ chứa hàng .................................................................................................30 Hình 3.3 : Cụm đƣờng dịch chuyển ngang ....................................................................31 Hình 3.4: Hệ thống trụ đứng..........................................................................................32 Hình 3.5: Biểu đồ phân rã chức năng hệ thống .............................................................33 Hình 3.6: Mô hình quan hệ của hệ thống ......................................................................37 Hình 3.7: Lƣu đồ thuật toán cất trả hàng .......................................................................38 Hình 3.8: Phần mềm mã nguồn mở CNC Mach3 .........................................................39 Hình 3.9: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển CNC..................................................................40 Hình 3.10 : Giao diện phần mềm Machscreen ..............................................................41 Hình 3.11: Màn hình chọn tập tin ..................................................................................42 Hình 3.12: Bảng các chức năng .....................................................................................43 Hình 3.14: Màn hình thiết lập thông số các trục ...........................................................44 Hình 3.15: Màn hình thiết lập thông số đầu vào ...........................................................44 Hình 3.16: Màn hình thiết lập các thông số đầu ra........................................................45 Hình 3.17: Chế độ chạy tự động ....................................................................................45 Hình 3.18: Chế độ về gốc Home Mode .........................................................................46 Hình 3.19: Trục truyền động .........................................................................................47
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Đánh giá các AS/RS khác nhau ....................................................................15 Bảng 3.1: Bảng tóm tắt quy trình gia công trục truyền động .......................................49
KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/Viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa AGV Automated Guided Vehicle Hệ thống xe tự hành AS/RS Automated Storage and Hệ thống lƣu trữ và soạn Retrieval Systems hàng bán tự động CMCN Cách mạng công nghiệp FCFS First Come First Sevred Đến trƣớc phục vụ trƣớc FKA Forward Keeping Area Khu vực chọn chuyển tiếp IoT Internet of Things Internet kết nối vạn vật IoS Internet of Services Internet của các dịch vụ SKU Stock Keeping Unit Mã định danh lƣu trữ duy nhất S/R Storage and Retrieval Lƣu trữ và truy xuất P/D Pick and Dilivery Thu gom và giao hàng VLM Vertical Lift Module Modul nâng thẳng đứng
LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Kho là hệ thống thành phần rất quan trọng trong hệ thống sản xuất công nghiệp, liên quan đến logistics sản xuất và cao hơn là các chiến lƣợc sản xuất. Cần có tiếp cận hệ thống và nâng cao trình độ tự động hoá của kho hàng, làm cơ sở cho thông minh hoá nhà máy và liên nhà máy trong tƣơng lai. Nhiều công ty, doanh nghiệp, kể cả với quy mô nhỏ, cũng đã mạnh dạn đầu tƣ tự động hóa nhà kho. Và thị trƣờng công nghiệp đã chứng minh đƣợc 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 đƣợc tự động hóa nên hiệu suất làm việc rất cao, lại vô cùng chính xác. Bởi vì là sản phẩm của công nghệ đƣợc 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 1 địa chỉ IP riêng. Điều đó giúp hệ thống 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. Tránh bị thất lạc hàng hóa trong kho chứa rất rộng Nếu nhƣ 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 lƣu trữ đƣợc thông tin dài hạn. Mà các thông tin đó sẽ không bao giờ bị mất 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 đƣợc 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 thể tiết kiệm đƣợc chi 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 đƣợc diện tích kho hàng. Giảm thiểu tối đa nhân công, sức lao động và những rủi ro trong quá trình làm việc của con người. Với kho truyền thống thì ta sẽ cần rất nhiều nhân công trong một khâu, bởi lẽ để có năng suất thì con ngƣời phải hoạt động nhiều, không đƣợc nghỉ tay. Nếu có bất cứ sai sót trong một khâu thì rất có thể sẽ dẫn tới việc cả một hệ thống bị ảnh hƣởng.
Kho thông minh đã khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm này. Nó hoạt động bằng mô hình tự động, vì vậy đƣợc lập trình sẵn, sự sai sót trong từng khâu đƣợc giảm thiểu đi rất nhiều. Sức ngƣời trong công việc khi xây dựng một nhà kho thông minh cũng đƣợc giảm thiểu tới mức thấp nhất. Con ngƣời chỉ cần lập trình, quản lý qua phần mềm và quan sát. Những việc nặng nhọc và tốn nhiều sức sẽ đƣợc khắc phục tạo ra những hiệu quả cao trong năng suất, từ đó thúc đẩy 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, kiểm kê vật tƣ theo phƣơng pháp truyền thống luôn gây ra nhiều sự bất tiện, nhầm lẫn đặc biệt với quá trình sản xuất những hàng hóa cần nhiều chi tiết. Đƣợc sự cho phép của thầy Trần Anh Quân tôi thực hiện đề tài này với mong muốn từng bƣớc có thể cải thiện tình hình sản xuất tại đơn vị trong thực tế.
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH 1.1. Bối cảnh phát triển hệ thống kho hàng thông minh Khái niệm Công nghiệp 4.0 lần đầu tiên đƣợc đƣa ra tại Hội chợ công nghiệp Hannover tại CHLB Đức vào năm 2011. Công nghiệp 4.0 là xu hƣớng 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 ngƣời. 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 đƣa ra một định nghĩa mới, mở rộng hơn khái niệm Công nghiệp 4.0 của Đức. Nhân loại đang đứng trƣớc một cuộc cách mạng công nghiệp mới, có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sống, làm việc và quan hệ với nhau. Quy mô, phạm vi và sự phức tạp của lần chuyển đổi này không giống nhƣ bất kỳ điều gì mà loài ngƣời đã từng trải qua. Cụ thể, đây là “một cụm thuật ngữ cho các công nghệ và khái niệm của tổ chức trong chuỗi giá trị” đi cùng với các hệ thống vật lý trong không gian ảo, Internet kết nối 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 "nhà máy thông minh" hay “nhà máy số”. Trong các nhà máy thông minh, các hệ thống thực - ảo hóa sẽ giám sát các quá trình vật lý, tạo ra một bản sao ảo của thế giới vật lý. Với IoT, các hệ thống thực - ảo hóa này tƣơng tác với nhau và với con ngƣời theo thời gian thực, và thông qua IoS thì ngƣời dùng sẽ đƣợc tham gia vào chuỗi giá trị thông qua việc sử dụng các dịch vụ này. “Nhà máy thông minh” là giải pháp sản xuất cung cấp các quy trình sản xuất linh hoạt và thích nghi để giải quyết các vấn đề 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, đƣợc hiểu là sự kết hợp giữa phần mềm, phần cứng và/hoặc cơ học, điều này sẽ dẫn đến tối ƣu hóa sản xuất đƣa 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 đƣợc phát triển.Tƣơng tự nhƣ một ngôi nhà thông minh, một kho hàng thông minh đƣợc kích hoạt với một số công nghệ tự động và kết nối với nhau. Các công nghệ này phối hợp với nhau để tăng năng suất và hiệu quả của kho, giảm thiểu số lƣợng nhân công trong khi giảm lỗi tới mức tối đa. 1
Hình 1.1: Mô hình nhà máy thông 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 thể là một cuốn sổ cũ nát với nhiều số liệu thống kê đƣợc viết bằng bút mực, tẩy xóa, con số đƣợc 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 ngƣời quản lí kho là làm sao tìm tới vị trí lƣu trữ sản phẩm, chọn sản phẩm, xếp chúng vào giỏ hàng và sau đó chuyển chúng đến bộ phận cần sử dụng hoặc xuất kho bằng các phƣơng tiện vận tải. Nhƣng trong kho thông minh, các đơn đặt hàng đƣợc nhận tự động, sau đó hệ thống xác nhận nếu các sản phẩm trong kho. Các danh sách nhận hàng sau đó đƣợc gửi đến các xe đẩy robot đặt các sản phẩm đƣợc đặt hàng vào các thùng chứa và giao chúng cho các công nhân cho bƣớc tiếp theo. Năm hoạt động chính của kho có thể đƣợc phân biệt: tiếp nhận, lƣu 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 luồng tƣơng ứng có thể đƣợc miêu tả nhƣ trong hình 1.2. Hoạt động đầu tiên trong kho vận là tiếp nhận - liên quan đến việc chuyển đến và bốc dỡ hàng hóa từ hãng vận tải. Thông thƣờng kiểm tra đƣợc bao gồm trong giai đoạn này - đƣợc cho là để xác nhận rằng hàng hóa đến đúng chất lƣợng và số lƣợng. Đồng thời các hồ sơ kiểm kê đƣợc cập nhật . 2
Lựa chọn và loại bỏ hàng hóa bị Lƣu trữ và bốc hàng Bổ sung lỗi Đƣa đi lƣu trữ i ađ p đƣ tiế Lƣu trữ và đóng gói ực Tr Tiếp nhận Chuyển hàng Hình 1.2: Minh họa các hoạt động kho và luồng(Hompel và Schmidt, 2007). Trong một số trƣờng hợp, hàng hóa cũng đƣợc đóng gói lại do hƣ hỏng hoặc vì các lý do lƣu trữ (Hompel và Schmidt, 2007). Bƣớc tiếp theo, hàng hóa đƣợc vận chuyển và đặt vào vị trí lƣu trữ tƣơng ứng của chúng, đƣợc gọi là quy trình cất hàng (Koster và các đồng tác giả, 2007). Khi một đơn đặt hàng đã đƣợc tiếp nhận, quá trình chọn hàng theo đơn bắt đầu. Chọn hàng theo đơn có thể đƣợc định nghĩa là hoạt động thu thập một loạt các mặt hàng đƣợc chuẩn bị theo một tập hợp các đơn đặt hàng của khách hàng. Các mặt hàng có thể đƣợc chọn là một pallet đầy đủ, thùng/khay hoặc thùng khay mở (Reif và Günthner, 2009). Đối với thùng/khay và thùng/khay mở, việc chọn các mặt hàng có thể đƣợc chọn rời, trong một hộp chứa chọn hàng chuyên dụng hoặc trực tiếp trong thùng vận chuyển của chúng (Hompel và Schmidt, 2007). Quá trình chọn hàng theo đơn :bao gồm các hoạt động phụ về phân cụm và lên lịch các đơn đặt hàng, gán hàng cho các dòng đơn hàng, giải phóng các đơn đặt hàng ra sàn, truy hồi đơn hàng 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, ngƣời ta phải chọn các chính sách về tổ chức và hoạt động đƣợc sử dụng trong kho. Vì chúng có liên quan lẫn nhau rất mật thiết, điều quan trọng là chúng phải đƣợc phối hợp. Vì các mặt hàng cần đƣợc đƣa vào lƣu trữ trƣớc khi chúng có thể đƣợc lựa lấy, nên một bộ các quy tắc về cách thức gán chúng cho các vị trí lƣu trữ cần đƣợc thiết lập, chúng đƣợc gọi là các chính sách gán lƣu trữ. Các yếu tố quan trọng cần xem xét bao gồm thể tích, chính sách định tuyến, số lƣợng các SKU (stock keeping unit – mã định danh lƣu trữ duy nhất) trên mỗi tuyến lấy hàng và kích thƣớc kho với các vị trí khả dụng (Baudin, 2004; Koster và các đồng tác giả, 2007). Nói chung, có thể phân biệt giữa các chính sách phân công lƣu trữ chuyên dụng và động. Trong chính sách gán lƣu trữ chuyên dụng, mỗi hạng mục/mặt hàng có một vị trí lƣu 3
trữ chuyên dụng. Trong trƣờng hợp này, các vị trí phải đƣợc 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 đƣợc lƣu trữ, dẫn đến việc sử dụng không gian thấp nhất. Tuy nhiên, chính sách gán lƣu trữ chuyên dụng có đƣợc lợi ích là các mặt hàng có thể đƣợc nhóm một cách logic và một chuỗi xếp chồng tốt, ví dụ đặt các mặt hàng nặng trong các kệ dƣới cùng. Theo cách khác, chính sách gán lƣu trữ động chỉ định vị trí lƣu trữ cho các mặt hàng đến một cách linh hoạt. Có một số phƣơng pháp khác nhau về cách gán vị trí lƣu trữ trong chính sách gán lƣu trữ động, từ phân công ngẫu nhiên đơn giản đến các phƣơng thức phức tạp hơn, chẳng hạn nhƣ lƣu trữ dựa trên lớp. Nếu thực hiện đúng, chính sách gán lƣu trữ động có thể làm tăng đáng kể việc sử dụng không gian và năng suất lấy hàng (Koster và các đồng tác giả, 2007). Trong việc phân vùng (zonning), kho hàng đƣợc chia thành các vùng khác nhau và các đơn đặt hàng đƣợc phân chia tƣơng ứng. Mục đích là để giảm khoảng cách đi lại và ùn tắc giao thông trên lối đi, tăng năng suất lấy hàng. Ngƣời ta có thể 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 trình lắp ráp lũy tiến, việc chọn hàng theo đơn đƣợc bắt đầu trong một khu vực và đƣợc chuyển sang khu vực tiếp theo sau khi hoàn thành. Thay vào đó, khi lấy hàng song song, một đơn hàng đƣợc chọn đồng thời trong các khu vực khác nhau và đƣợc dồn/tích lũy sau khi chọn. Thách thức lớn nhất trong việc phân vùng là cân bằng khối lƣợng công việc giữa các vùng. Phân vùng đƣợc áp dụng một cách tự nhiên nếu các đặc tính của sản phẩm thay đổi trong một đơn hàng, ví dụ: yêu cầu về nhiệt độ hoặc an toàn (Koster và các đồng tác giả, 2007). Một loại phân vùng đặc biệt là thực hiện phân bổ dự trữ chuyển tiếp. Trong phân bổ này, số lƣợng hàng lớn đƣợc giữ trong một khu vực dự trữ, từ đó một mặt hàng chọn đƣợc bổ sung nội bộ vào hhu vực chọn chuyển tiếp FKA – Forward Keeping Area. Bằng cách đó, FKA có thể đƣợc hạn chế về kích thƣớc và khoảng cách di chuyển có thể giảm đi đáng kể. Kích thƣớc của FKA và số lƣợng SKU trong đó sẽ quyết định sự đánh đổi giữa bổ sung hàng và những tiết kiệm trong nỗ lực lấy hàng. Do đó, cần phải quyết định những mặt hàng nào, với số lƣợng bao nhiêu và chúng nên đƣợc đặt ở đâu trong FKA. Để một vật phẩm phù hợp với việc đƣợc lƣu trữ trong FKA, mức tiết kiệm để lấy hàng theo đơn phải lớn hơn chi phí bổ sung hàng tăng thêm. Một số SKU nhất định có thể đƣợc lƣu trữ hoàn toàn trong khu vực dự trữ hoặc khu vực chuyển tiếp, tùy thuộc vào số lƣợng và tần suất xuất hiện nhu cầu (Koster và các đồng tác giả, 2007). Một chính sách tổ chức và hoạt động cuối cùng thƣờng đƣợc sử dụng khi 4
kích thƣớc đơn hàng nhỏ đƣợc gọi là Batching (theo đợt/phân lô – mẻ). Trong phân lô, một số đơn hàng đƣợc trộn/gộp lại với nhau thay vì chọn từng đơn hàng riêng biệt, điều này có thể làm giảm thời gian di chuyển. Batching có thể theo hoặc là phƣơng thức phân lô gần hoặc phƣơng thức phân lô cửa sổ thời gian. Trong phân lô gần nhau các đơn hàng đƣợc trộn/ghép mẻ theo mức độ gần nhau của các vị trí lƣu trữ trong số các đơn đặt hàng khác nhau này. Điều này có thể đƣợc thực hiện thông qua nhiều thuật toán heuristic. Trong việc phân lô theo cửa sổ thời gian, các đơn đặt hàng đƣợc trộn/ghép mẻ theo cửa sổ thời gian mà chúng đến hoặc sẽ đƣợc chuyển đi (Choe và Sharp, 1991). Nếu đơn đặt hàng không đƣợc 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 đƣợc 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 thống kho hàng thông minh đƣợc chia thành 02 nhóm nhƣ sau: Hệ thống kho hàng bán tự động và hệ thống kho hàng tự động hoàn toàn. 1.2.1. Hệ thống kho hàng bán tự động Hệ thống lƣu trữ và soạn hàng AS/RS (Automated Storage and Retrieval Systems) bán tự động là các hệ thống chọn hàng theo đơn tự động một phần, trong đó sự chuyển động của hàng hóa đƣợc tự động hóa, nhƣng việc trích xuất vẫn đƣợc thực hiện thủ công. Viện vận chuyển hàng hoá Hoa Kỳ (Material Handling Institute of America - MHIA) phân biệt giữa hai nhóm AS/RS chính: Nhóm 1 bao gồm vòng xoay ngang, vòng xoay đứng và Modul nâng thẳng đứng - VLM (Vertical Lift Module). Các hệ thống của nhóm 1 có thể đƣợc sử dụng riêng lẻ hoặc đƣợc ghép nhóm trong các ứng dụng cỡ nhỏ đến trung bình. Mỗi hệ thống con thƣờng có một lần mở để lấy hàng và các mặt hàng không thể chuyển đƣợc giữa các hệ thống con. Để giảm thời gian chuyển đổi giữa hai lƣợt lấy hàng, thông thƣờng, một ngƣời lấy hàng vận hành một số hệ thống con (Arnold và các đồng tác giả, 2008; Bartholdi và Hackman, 2014). Đến lƣợt mình, các hệ thống trong nhóm 2 đƣợc cấu trúc nhƣ một thực thể lớn với một số trạm lấy hàng. Nhóm 2 bao gồm các hệ thống miniload, hệ thống xe tự hành AGV(Automated Guided Vehicle), thƣờng đƣợc sử dụng trong các ứng dụng lớn hơn. Vì các hệ thống bao gồm một thực thể lớn, nên thƣờng sử dụng bộ đệm tại mỗi trạm lấy hàng để giảm thời gian chuyển đổi giữa hai lần lấy hàng (Bartholdi và Hackman, 2014). Đối với các hệ thống nhóm 1, hiệu quả phụ thuộc rất lớn vào việc nhập 5
kho và điều rất quan trọng là phải phân tán các mặt hàng phổ biến và hoạt động giữa các hệ thống con khác nhau, để tránh tắc nghẽn và bảo vệ hoạt động trong trƣờng hợp xảy ra lỗi hệ thống con (Bartholdi và Hackman, 2014). Thông thƣờng AS/RS đƣợc vận hành nhƣ một FKA (forward picking area), và do đó đòi hỏi phải bổ sung thƣờng xuyên. Điều này có thể 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 phần. Khác với các trạm lấy hàng, điểm I/O không chỉ đƣợc sử dụng để lấy đơn hàng mà còn để bổ sung cho hệ thống. Mặc dù các biến thể nhu cầu nhỏ có thể đƣợc cân đối ở một mức độ hạn chế, bằng cách chuyển đổi giữa hoạt động lấy và bổ sung đơn hàng (Arnold và các đồng tác giả, 2008), không thể tăng tốc độ chọn hàng theo đơn bằng cách phân công thêm ngƣời vận hành. Do đó, các hệ thống này dễ bị tắc nghẽn (Bartholdi và Hackman, 2014). Vòng xoay Một vòng xoay (carousel) có thể đƣợc mô tả nhƣ một hệ thống khép kín với một vòng xoay giá đỡ và một điểm I/O duy nhất. Để lấy các chi tiết, vòng xoay sẽ quay cho đến khi giá đƣợc yêu cầu đến đƣợc điểm I/O (Bartholdi và Hackman, 2014). Để giảm khoảng cách di chuyển, vòng xoay có thể xoay theo cả hai hƣớng (Vickson, 1996). Vòng xoay cung cấp hàng hóa một cách tuần tự, có nghĩa là có thể mất nhiều thời gian để hệ thống đƣa vật phẩm đến ngƣời lấy hàng (Buley và Knott, 1986). Để khắc phục hạn chế này, ngƣời ta thƣờng sắp xếp hai đến ba vòng xoay theo nhóm, đƣợc gọi là rọ (pods). Điều này cho phép một ngƣời vận hành truy cập vào một số vòng xoay từ cùng một vị trí và giảm thời gian chờ đợi (Bartholdi và Hackman, 2014). Vòng xoay có thể đạt đƣợc mức sử dụng không gian rất cao, vì tất cả không gian trong hệ thống đƣợc sử dụng để lƣu trữ thay vì vận chuyển các chi tiết. Hơn nữa, một hệ thống vòng xoay có thể đạt đƣợc năng suất chọn rất cao đối với các mẫu hình nhu cầu nhất định, trong đó một số mặt hàng có nhu cầu chung. Bởi vòng xoay di chuyển toàn bộ kệ hàng, có thể một số dòng đơn hàng có thể đƣợc chọn mà không có bất kỳ sự thay đổi/chỉnh lại (changeover) nào, khi có nhiều hơn một vật phẩm có thể đƣợc lƣu trữ trên cùng một giá (Arnold và các đồng tác giả, 2008). Các kệ khá linh hoạt về kích thƣớc sản phẩm, vì chúng có thể dễ dàng chia thành các ngăn nhỏ hơn áp dụng cho trƣớc và sau đó (Vickson, 1996). Vòng xoay dễ bị mất cân bằng trọng lƣợng. Nếu hàng hóa đƣợc lƣu trữ và phân phối trọng lƣợng không đồng đều, hệ thống có thể bị mất cân bằng nhƣ minh họa trong hình 1.3. Để 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 ngƣời vận hành hoặc yêu cầu phân bố lại (Industore, 2016). 6
Hình 1.3:Mất cân bằng trọng lượng trên vòng xoaytừ cân bằng đến rất mất cân bằng(dựa trên Industore, 2016). Tuy nhiên, có một số hạn chế cũng không thể khắc phục đƣợc. 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 thể tăng số lƣợng 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 thống vòng xoay nên đƣợc thực hiện trong bối cảnh có nhu cầu liên tục và ít biến đổi, trọng lƣợng hàng hóa từ thấp đến trung bình và số lƣợng SKU cao (Arnold và các đồng tác giả, 2008). Phụ thuộc vào hƣớng quay, có thể 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 đƣợc minh họa trong hình 1.4. Hình 1.4: So sánh 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 đƣợc trình bày theo chiều cao lấy hàng công thái học, và do đó công thái học chỗ làm việc vƣợt trội so với 7
vòng xoay ngang (Buley và Knott, 1986). Vòng xoay đứng thƣờng đƣợc sử dụng để lƣu trữ các chi tiết nhỏ. - Vòng xoay ngang thƣờng bị giới hạn về chiều cao, vì ngƣời lấy hàng phải có khả năng tiếp cận tất cả các vị trí lƣu trữ trong giá đỡ. Khác với vòng xoay đứng, các vật phẩm không phải lúc nào cũng đƣợc trình 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 thống vòng xoay kép. Nói chung, một vòng xoay ngang có nhiều vòng xoay con có thể đạt đƣợc thông lƣợng cao hơn vòng xoay tiêu chuẩn, do cơ chế dẫn động bổ sung cho phép truy cập nhanh hơn đến các vị trí lƣu trữ Modul nâng thẳng đứng Một Modul nâng thẳng đứng - VLM (Vertical Lift Module) có thể đƣợc coi là một sự phát triển của băng chuyền đứng, nơi hàng hóa đƣợc xếp theo chiều dọc trên các khay .Nhƣ có thể thấy trong hình 1.5, một VLM bao gồm ba cột trong đó mặt trƣớc và mặt sau đƣợc sử dụng để lƣu trữ và cột ở giữa hoạt động nhƣ một trục nâng mà qua đó các khay di chuyển Hình 1.5: VLM với hai hàng khay lưu trữ, một trục ở giữa và một khu vực lấy hàng ở phía trước Các mặt hàng đƣợc di chuyển qua một thiết bị S/R - mang các khay đến và đi khỏi vị trí của chúng trong cột, nhƣ đƣợc minh họa trong hình 1.6. Thiết bị S/R thu thập khay và đƣa nó xuống qua cột giữa và sau đó cho phép nó di chuyển theo chiều ngang bên dƣới cột phía trƣớc để đến ngƣời lấy hàng. Khi ngƣời vận hành thực hiện xong với khay, tức là đã trích xuất hoặc bổ sung, khay sẽ đƣợc trả về vị trí lƣu trữ của nó (Dukic và các đồng tác giả, 2013) 8
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 ngƣời lấy hàng, thông thƣờng là một ngƣời lấy 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, ngƣời lấy hàng có thể chọn từ một trong các khay trong khi thiết bị S/R chuyển đổi sang cái khác. Điều này đƣợc minh họa trong hình 1.7 Hình 1.7 : VLM với hai khay (Dukic và các đồng tác giả, 2013) Ngƣời vận hành có thể chọn từ khay A trong khi khay B đang đƣợc hoán đổi và ngƣợc lại. Hệ thống miniload Thuật ngữ hệ thống miniload mô tả một AS/RS bao gồm một số kệ lƣu trữ đƣợc định vị song song với các hành lang hẹp ở giữa, trong đó có một vài thiết 9