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
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY- 605204

S KC 0 0 3 9 4 3

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

NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY – 605204
Hướng dẫn khoa học: PGS. TS. LÊ HIẾU GIANG
ThS. LÊ VIỆT HÙNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I.

LÝ LỊCH SƠ LƢỢC

Họ và tên: Thạch Cao Minh Nam

Giới tính: Nam

Ngày tháng năm sinh: 05/06/1984

Nơi sinh: Đồng Nai

Quê quán: Đồng Nai

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

B10, tổ 2, Khu phố 4, P. Tân Hiệp, TP.

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 :
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Từ 10/2010 đến 06/2012

Trường cao đẳng nghề số 8

Giáo viên

Trung tâm Ứng dụng tiến bộ
Từ 07/2012 đến nay

KH & CN - Sở KH & CN
Đồng Nai

i

Chuyên viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, được thực hiện trên cơ sở

Xin chân thành cảm ơn.

.

iii


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 lƣu 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


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

2.3

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

v


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


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

vi


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


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

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

vii


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


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

Chƣơng 6. KẾT LUẬN ........................................................................................117
6.1

Kết luận ......................................................................................................117

6.2

Kiến nghị ....................................................................................................117

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................119

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG


84

Bảng 4.2:

So sánh barcode và RFID ứng dụng vào hệ thống AS/RS

85

Bảng 4.3:

Đặc tính kỹ thuật thiết bị đọc mã vạch

87

Bảng 4.4:

Thông số kỹ thuật của máy tính kết nối

89

Bảng 5.1:

Định nghĩa giao thức truyền giữa trung tâm điều khiển và robot

108

Bảng 5.2:

Bảng định nghĩa mã số robot


Hệ thống AS/RS tải nhỏ Mini Load AS/RS

4

Hình 1.5:

Kho bán tự động (xếp nhặt hàng bằng tay)

4

Hình 1.6:

Kho bán tự động (xuất nhập vào kho bằng tay)

4

Hình 1.7:

Kho bán tự động (xuất nhập qua băng chuyền)

5

Hình 1.8:

Điều khiển bán tự động trên bàn phím để xuất nhập hàng

5

Hình 1.9:


Tối thiểu hóa đường đi trong kho

14

Hình 2.5:

Kệ chọn hàng (Selective)

15

Hình 2.6:

Kệ Drive-in

16

Hình 2.7:

Kệ Flowrack

16

Hình 2.8:

Kệ trượt nghiêng (Pushback)

17

Hình 2.9:


Sơ đồ bố trí ứng dụng hệ thống AS/RS vào kho thành phẩm

22

Hình 2.15:

Robot thường dùng tại các cảng

23

Hình 2.16:

Robot vận chuyển hàng hóa có kích thước đồng đều

23

Hình 2.17:

Robot vận chuyển hàng hóa có kích thước khác nhau

24

x


Hình 2.18:

Cấu trúc tổng quát Robot S/R


32

Hình 2.24:

Quy trình nhập kho

34

Hình 2.25:

Quy trình nhập kho

35

Hình 2.26:

Mô hình hệ thống mini load AS/RS

34

Hình 2.27:

Hai PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS

35

Hình 2.28:

Một PDS bố trí nhập/xuất trong hệ thống AS/RS


41

Hình 3.4:

Bản vẽ tổng thể kệ chứa

43

Hình 3.5:

Sơ đồ động học cụm nâng robot S/R

45

Hình 3.6:

Cơ cấu truyền động nâng/hạ

45

Hình 3.7:

Bản vẽ lắp tổng thể cụm nâng/hạ của robot S/R

46

Hình 3.8:

Biểu đồ tốc độ động cơ cụm nâng hạ


56

Hình 3.14:

Biểu đồ tốc độ động cơ cụm truyền động dọc

57

Hình 3.15:

Bộ truyền bánh răng – thanh răng cụm truyền động dọc

59

Hình 3.16:

Pallet lưu trữ PL01

60

xi


Hình 3.17:

Pallet lưu trữ PL02

61

Hình 3.18:


69

Hình 3.24:

Bộ truyền bánh răng – thanh răng cụm vào/ra

73

Hình 3.25:

Bộ truyền vít me cụm mở rộng/ thu hẹp tay xúc

79

Hình 4.1:

Tem dán Barcode

81

Hình 4.2:

Nguyên lý hoạt động của phương pháp mã vạch

82

Hình 4.3:

Tem dán RFDI


90

Hình 4.9:

Trạm thu/ nhận

92

Hình 4.10:

Sơ đồ hoạt động PDS

92

Hình 4.11 : Sơ đồ thao tác người công nhân tại PDS

93

Hình 5.1:

Sơ đồ hệ thống AS/RS

94

Hình 5.2:

Giải thuật điều khiển toàn bộ robot S/R

95


Hình 5.8:

Giải thuật chương trình con điều khiển reset trục Y

99

Hình 5.9:

Giải thuật điều khiển reset trục X1

99

xii


Hình 5.10:

Giải thuật chương trình con điều khiển reset trục X1

100

Hình 5.11:

Giải thuật điều khiển reset robot S/R

100

Hình 5.12:


Giải thuật điều khiển robot S/R nhập hàng

106

Hình 5.18:

Giải thuật chương trình con điều khiển nhập hàng

107

Hình 5.19:

Mã hóa dữ liệu RF

109

Hình 5.20:

Điều chế AM

110

Hình 5.21:

Điều chế FM

111

Hình 5.22:


Tín hiệu đầu ra của Encoder

115

Hình 5.28:

Một số loại công tắc hành trình

115

Hình 5.29:

Biến tần FR-A700 của Mitsubishi

116

Hình 5.30:

Động cơ 3 pha

116

xiii


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1


Từ sau 1980 đến nay, thời kỳ phát triển mạnh của tự động hóa: “Hệ thống tự

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

1


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]

2


1.1.3 Các loại hệ thống lƣu/xuất kho tự động


Hệ thống lưu/xuất kho tự động có người vận hành ( Man-on-boaed

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)

4


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)
-

Kho chiều sâu (Deep-Lane AS/RS): Hệ thống tự động AS/RS tuyến sâu

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

5