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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH CAO MINH NAM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LƯU VÀ XUẤT KHO THÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH CAO MINH NAM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204

S 0 9

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LƯU VÀ XUẤT KHO THÀNH PHẨM TẠI CÔNG TY SVEAM

S KC 0 0 3 9 4 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

́ T KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐ

NGÀNH : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY - 605204

TP Hồ Chí Minh, tháng 04/2013

LUÂN ̣ VĂN THAC ̣ SI ̃ THẠCH CAO MINH NAM

ĐỘNG LƯU VÀ XUẤT KHO THÀNH PHẨM

TẠI CÔNG TY SVEAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ THẠCH CAO MINH NAM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

TỰ ĐỘNG LƯU VÀ XUẤT KHO THÀNH PHẨM

TẠI CÔNG TY SVEAM

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204

ThS LÊ VIỆT HÙNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2013

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC

Biên Hòa, T Đồng Nai

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Nơi học (trường ,thành phố):

Ngành học :

2 Đại học :

Nơi học (trường ,thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp

Môn thi tốt nghiệp: Công nghệ nhiệt luyện, Kỹ thuật đúc

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC :

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu tính toán lý thuyết và kiến thức kinh điển dưới sự hướng dẫn khoa học của Thầy PGS TS Lê Hiếu Giang và Ths Lê Việt Hùng

Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 03 năm 2013

Thạch Cao Minh Nam

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian thực hiện luận văn: “Nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hệ thống

tự động lưu/xuất kho tại kho thành phẩm công ty SVEAM”, ngoài những cố gắng

nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự khích lệ rất nhiều từ nhà trường, Thầy, Cô, gia đình và bạn bè

Để tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, trước tiên tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn khoa học PGS TS Lê Hiếu Giang và ThS Lê Việt Hùng, hai Thầy đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, nhiệt tình hướng dẫn, định hướng, góp ý và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cảm ơn quý Thầy, Cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức nền tảng và chuyên môn cho tôi trong thời gian qua Cảm ơn quý Thầy, Cô trong Khoa cơ khí đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm đến khi hoàn thành

Cảm ơn Ban Giám Hiệu, cùng quý Thầy, Cô Trường Cao Đẳng Nghề Số 8 đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình

Cảm ơn Ban lãnh đạo, cùng tất cả đồng nghiệp trong sở Khoa Học và Công Nghệ Đồng Nai đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học của mình Cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn bên tôi động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Xin chân thành cảm ơn

TÓM TẮT

Hệ thống kho hàng tự động xuất/ nhập ngày càng trở nên một cấu thành quan

trọng trong dây chuyền chế tạo máy hiện đại Đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và mô

phỏng hệ thống tự động lưu và xuất kho tại kho thành phẩm công ty SVEAM ”

nghiên cứu đề xuất lắp đặt kho hàng tự động tại kho thành phẩm của công ty SVEAM giúp hoàn thiện hơn dây chuyền chế tạo máy hiện đại của công ty Đề tài

đã khảo sát kho hàng tự động xuất/ nhập vật tư đã được lắp đặt và đi vào hoạt động tại nhà máy Vikyno, kho thành phẩm và dây chuyền sản xuất hiện đại của công ty SVEAM Trên cơ sở đó tác giả đã nghiên cứu thiết kế và mô phỏng hoạt động của

hệ thống AS/RS Dựa vào kết quả đạt được tác giả đề xuất áp dụng kho hàng tự động lưu và xuất kho tại kho thành phẩm của công ty SVEAM, đồng thời có thể nhân rộng ứng 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

MỤC LỤC

Lý lịch cá nhân i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Lóm tắt iv

Lục lục v

Danh sách các bảng ix

Danh sách các hình x

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.1.1 Giới thiệu về kho hàng tự động 1

1.1.2 Các bộ phận cấu thành hệ thống kho hàng tự động 2

1.1.3 Các loại hệ thống lưu/xuất kho tự động 3

1.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động trên thế giới 6

1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống kho hàng tự động tại Việt Nam 7

1.4 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh 8

1.5 Tên của đề tài 8

1.6 Mục tiêu nghiên cứu 9

1.7 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 9

1.7.1 Nhiệm vụ của đề tài 10

1.7.2 Giới hạn của đề tài 10

1.8 Dự kiến kết quả đạt được của đề tài 9

1.9 Phương pháp nghiên cứu 10

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11

2.1 Khái niệm về hệ thống tự động hóa lưu kho 11

2.2 Hiện trạng kho thành phẩm tại nhà máy Vikyno 12

2.3 Các chỉ tiêu về hệ thống lưu/xuất kho tự động 12

2.4 Bố trí nhà kho và lựa chọn kệ chứa hàng 13

2.4.1 Cách bố trí nhà kho 13

2.4.2 Lựa chon thiết kế kệ chứa hàng 14

2.4.3 Lựa chọn thiết kế kệ chứa hàng cho hệ thống AS/RS 19

2.4.4 Kho hàng thành phẩm ứng dụng hệ thống AS/RS 20

2.5 Robot S/R 22

2.5.1 Tổng Quan Về Các Loại Robot S/R 22

2.5.2 Tính ưu việt của Robot S/R 24

2.5.3 Phân tích ưu nhược điểm thiết kế các bộ truyền động 25

2.5.4 Phân tích nguyên lý điều khiển robot S/R 26

2.5.5 So sánh và đánh giá các ý tưởng cho thiết kế Robot S/R 26

2.5.6 Chọn phương án thiết kế 26

2.5.7 Thiết kế cấu trúc sơ bộ 27

2.6 Bộ điều khiển liên kết nhập/ xuất 28

2.6.1 Yêu cầu điều khiển 28

2.6.2 Hệ thống truyền động 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 nguồn năng lượng 32

2.6.7 Phương án điều khiển 32

2.7 Trạm thu nhận và nhận dạng mã vạch 36

2.7.1 Thông số kỹ thuật sơ bộ 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

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ 39

3.1 Cơ sở thiết kế 39

3.2 Bài toán tối ưu hệ thống kho chứa hàng: 40

3.3 Thiết kế dãy kê ̣ chứa 42

3.4 Thiết kế robot 44

3.4.1 Thiết kế, tính toán cụm truyền động nâng hạ 44

3.4.1.1 Sơ đồ động học 44

3.4.1.2 Thiết kế cơ khí cụm truyền động nâng hạ 46

3.4.1.3 Tính toán kết cấu 47

3.4.2 Thiết kế, tính toán cụm truyền động dọc 54

3.4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của đề tài đối với cụm truyền động dọc 54

3.4.2.2 Phân tích cấu trúc sơ bộ cụm truyền dọc của robot S/R 54

3.4.2.3 Sơ đồ động 54

3.4.2.4 Thiết kế cơ khí cụm truyền động dọc 55

3.4.2.5 Tính toán kết cấu 57

3.4.3 Thiết kế, tính toán cụm truyền động vào/ra 60

3.4.3.1 Thiết kế pallet lưu trữ 60

3.4.3.2 Sơ đồ động cụm truyền động vào ra 61

3.4.3.3 Thiết kế cơ khí cụm truyền động vào/ra 62

3.4.3.4 Tính toán kết cấu 65

Chương 4 THIẾT KẾ TRẠM THU NHẬN VÀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MÃ VẠCH 81

4.1 Xây dựng hệ thống nhận dạng mã vạch 81

4.1.1 Hệ thống nhận dạng mã vạch nhập/xuất 81

4.1.2 Barcode và Radio Frequency Identification 81

4.1.3 So sánh, lựa chọn hệ thống tự động nhận dạng cho AS/RS 84

4.1.4 Lựa chọn hệ thống nhận dạng mã 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 Vị trí lắp đặt và các yêu cầu cơ bản trạm thu nhận 90

4.2.4 Quy trình nhập/ xuất sản phẩm 92

Chương 5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LIÊN KẾT NHẬP/XUẤT HÀNG 94

5.1 Xây dựng giải thuật điều khiển robot S/R 94

5.1.1 Sơ đồ tổng quát 94

5.1.2 Giải thuật điều khiển di chuyển 96

5.1.3 Giải thuật điều khiển phương án A (Xuất hàng) 101

5.1.4 Giải thuật điều khiển phương án B (Nhập hàng) 105

5.2 Thiết kế hệ thống điều khiển robot S/R 108

5.2.1 Thiết kế bộ phận thu phát RF 109

5.2.2 Thiết kế bộ nhận tín hiệu điều khiển 111

5.2.3 Bộ 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 Động cơ 3 pha 116

5.2.8 Thiết kế hệ thống báo hiệu 116

Chương 6 KẾT LUẬN 117

6.1 Kết luận 117

6.2 Kiến nghị 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.18: Cấu trúc tổng quát Robot S/R 27

Hình 3.17: Pallet lưu trữ PL02 61

Hình 5.10: Giải thuật chương trình con điều khiển reset trục X1 100

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

1.1.1 Giới thiệu về kho hàng tự động

Hệ thống kho hàng tự động được sử dụng từ năm 1960 và qua nhiều năm ứng dụng hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớn nhỏ khác nhau ở nhiều lĩnh vực khác nhau

mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện đại, nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tự động

bãi đỗ xe ô tô v.v

Vào thời kỳ sơ khai (1950 – 1980) “ Hệ thống tự động hóa lưu kho là sự gắn kết hoạt động các trang thiết bị và bộ phận kiểm soát dùng cho bốc xếp, lưu trữ và xuất kho với độ chính xác vận hành, tốc độ xử lý cao trong giới hạn của cấp độ tự động hóa được áp dụng” [12]

động hóa lưu kho là một trang thiết bị (device) tự động nhận dòng chuyển đến với kích

cỡ thường là đồng nhất không cao, phân loại lại, lưu trữ tạm thời, sau đó theo các điều kiện và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết để được chuyển đến vị trí yêu cầu Tất

cả các công đoạn của trang thiết bị được thực hiện với mức độ tự động hóa cao, loại bỏ việc có cần nhân lực điều khển các công đoạn này hay không” [12 -13]

Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hơp cơ giới hóa và điều khiển tự động ở một số công đoạn của quy trình nhập/ lưu/ xuất kho, ngày nay hệ thống kho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics) ở mức độ tự động hóa cao, giữ vai trò ổ chứa đệm và phân phối hệ thống sản xuất thông minh Sự phát triển của kho

hàng tự động là những bước tiến quan trọng trên con đường tiến tới hệ thống sản xuất

“Just in time” đáp ứng kịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế

Hình 1.1: Cung cấp và trộn hàn hóa [26]

1.1.2 Các bộ phận cấu thành hệ thống kho hàng tự động

Một hệ thống kho hàng tự động (hình 1.2) thường gồm: Dãy khung kệ chứa hàng, robot tự động chạy trên đường ray theo phương ngang và phương thẳng đứng

để vận chuyển hàng, các mô đun lưu trữ, băng chuyền vận chuyển hàng hóa …

Hình 1.2: Hệ thống AS/RS đơn giản [20]

1.1.3 Các loại hệ thống lưu/xuất kho tự động

Hệ thống lưu/xuất kho tự động có thể phân loại theo đặc điểm cấu trúc, phương thức hoạt động, đặc tính kỹ thuật, hoặc phân loại theo lĩnh vực ứng dụng

thiết kế cho các kiện hàng cùng hàng tải trọng (unit load), hoặc cùng hạng kích cỡ,

ví dụ đựng trong các thùng hàng chuẩn hóa, hoặc cùng kiểu bốc xếp Trong trường hợp thao tác với các kiện hàng đồng hạng bộ phận công gắp của Robot S/R có thể thiết kế chuyên dụng, ví dụ cùng cơ cấu kẹp vơ khí hoặc bàn kẹp chân không, bàn kẹp từ tính,… Đồng thời kết cấu cũng được tính toán cho một hạng mức trọng tải hoặc kích cỡ….Hệ thống lưu/xuất kho tự động này thường được thiết kế đi kèm với một hệ thống băng chuyền và thường được sử dụng trong kho hàng các xí nghiệp, trong các kho chứa ôtô…

Hình 1.3: Unit load AS/RS [19]

AS/RS thiết kế cho trường hợp các kiện hàng trọng tải nhỏ Hệ thống kho AS/RS này thích hợp với cơ sở không có mặt bằng rộng, các sản phẩm thường là các chi tiết máy, các dụng cụ… và thường được đựng trong các thùng chứa, các ngăn kéo Các xí nghiệp, các cơ sở dịch vụ laị hay sử dụng các loại hệ thống kho này

Hình 1.4: Hệ thống AS/RS tải nhỏ Mini Load AS/RS [25]

AS/RS): Ðây là hệ thống kho bán tự động, tức là có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có người đứng trên thang máy để xếp, nhặt hàng như trên hình 1.5 Hệ thống này thích hợp với những loại mặt hàng dạng các chi tiết máy để rời Hệ thống có sức chứa, kích thước và tải trọng nhỏ Nhưng có thể thích hợp với 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)

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)

(deep-lane) chỉ có đặc điểm khác là chiều sâu của kho tương đối lớn nên cất giữ được nhiều khoang hàng hơn