QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM (COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM
(COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN PHƯỚC LỘC
Ngành: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Niên khóa: 2006 – 2010

Tháng 07 năm 2010


QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM
(COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)

Tác giả:

NGUYỄN PHƯỚC LỘC

Khóa luận được đề trình đề để đáp ứng yêu cầu
cấp bằng Kỹ sư ngành:
Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:
TS. DƯƠNG MINH TÂM
Th.S LÂM HỮU DANH

Tháng 7 năm 2010

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên là em rất cảm ơn thầy cô của Trường Đại học Nông Lâm Thành
Phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian
học tập tại trường.
Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng thầy
cô trong Khoa Cơ Khí đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để em
thực hiện tốt đề tài này. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này tại Trung Tâm
Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Cao, em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn
tận tình của giáo viên hướng dẫn đề tài TS.Dương Minh Tâm và Th.S Lâm Hữu Danh.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy cô, cùng các bạn trong lớp
DH06TD, bạn 8iu đã đóng góp ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực
hiện đề tài này.
Kính chúc các Thầy Cô sức khỏe và thành đạt trong cuộc sống.

Tp.HCM, tháng 7 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Phước Lộc

ii


TÓM TẮT
Đề tài:
QUẢN LÝ KHO HÀNG TỰ ĐỘNG BẰNG HỆ THỐNG CIM
(COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING)
Hiện nay việc ứng dụng kho hàng tự động AS/RS trong các dây chuyền sản xuất

ở nước ta là một vấn đề mới. Kho hàng tự động AS/RS không những giúp chúng ta lưu
trữ cấp phát vật tư, kiện hàng…phục vụ cho nhiều lĩnh vực như kho chứa hàng (siêu
thị bán lẻ), kho lưu trữ tư liệu (thư viện, bệnh viện), chuyển phát nhanh, công nghiệp
thực phẩm, ở bến cảng… mà còn giúp chúng ta giảm thiểu hư hại sản phẩm, sử dụng
tiết kiệm diện tích sàn của kho chứa, giảm công sức bốc xếp hàng, linh kiện đặc biệt là
chúng ta có thể quản lý kho hàng về mặt hàng, số liệu hàng tồn, thay đổi vật tư…Từ
những năm 1990 khi máy tính được sử dụng trong sản xuất, việc quản lý sản xuất đã
có sự xuất hiện sản xuất linh hoạt (FMS) và hệ thống CIM. Hiện nay hệ thống CIM
đang được ứng dụng ngày càng phổ biến trong các nước phát triển do hiệu quả của nó
đem lại. Do đó, trong bài khóa luận “Quản lý kho hàng tự động bằng hệ thống CIM”
được sự giúp đỡ của các anh tại Trung Tâm Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Cao,
sinh viên đã thực hiện và đạt được những kết quả sau:
+ Khảo sát về thiết kế và chế tạo kho hàng tự động AS/RS (phần cơ khí).
+ Khảo sát về các thiết bị tự động, robot lấy cất hàng.
+ Tìm hiểu về quản lý kho hàng tự động bằng PLC.
+ Tìm hiểu về hệ thống CIM trong quản lý kho hàng tự động AS/RS.
Trên cơ sở đó có thể triển khai thành những hệ thống lớn hơn phục vụ cho sản xuất.
Giáo viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. DƯƠNG MINH TÂM

NGUYỄN PHƯỚC LỘC

Th.S LÂM HỮU DANH

iii

MỤC LỤC
Trang tựa....................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii
Tóm tắt ........................................................................................................................iii
Mục lục ....................................................................................................................... iv
Danh sách các hình .................................................................................................... vii
Danh sách các bảng .................................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1
1.2 Mục đích đề tài .............................................................................................. 1
1.3 Giới hạn đề tài................................................................................................ 2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ..................................................................................... 3
2.1 Tìm hiểu tổng quan về kho hàng tự động AS/RS.......................................... 3
2.2 Các thành phần chính của hệ thống AS/RS .................................................. 4
2.3 Phân loại hệ thống lưu xuất nhập kho tự động AS/RS ................................. 4
2.3.1 Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng.................................... 4
2.3.2 Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ .................................. 4
2.3.3 Hệ thống AS/RS hàng dài .................................................................... 5
2.3.4 Hệ thống AS/RS có người điều hành ................................................... 5
2.4 Giới thiệu về phương pháp tự động nhận dạng vật thể ................................. 7
2.4.1 Giới thiệu về công nghệ mã số, mã vạch.............................................. 7
2.4.1.1 Khái niệm .................................................................................. 7
2.4.1.2 Nguyên lý đọc mã vạch ............................................................. 7
2.4.2 Tổng quan về Radio Frequency Indentification (RFID) ...................... 8
2.4.2.1 Khái niệm .................................................................................. 8
2.4.2.2 Các thành phần của hệ thống RIFD .......................................... 9
2.5 Ưu điểm của hệ thống kho hàng lưu/ xuất nhập tự động ............................ 10
CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................... 11
iv

3.1 Thời gian và địa điểm tiến hành đề tài ........................................................ 11
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài .................................................................... 11
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài ...................................................... 11
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu ................................................................. 11
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................... 11
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu ............................................................................. 11
3.3 Phương pháp thực hiện đề tài ...................................................................... 12
3.3.1 Phương pháp thực hiện khảo sát phần cơ khí ..................................... 12
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện – điện tử ....................................... 12
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần mềm ..................................................... 12
3.4 Phương tiện thực hiện đề tài........................................................................ 12
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 13
4.1 Tìm hiểu hệ thống CIM ............................................................................... 13
4.1.1 Định nghĩa CIM.................................................................................. 13
4.1.2 Vai trò của hệ thống CIM ................................................................... 13
4.1.3 Các bộ phận của 1 hệ thống CIM điển hình ....................................... 14
4.2 Tìm hiểu cấu trúc kho hàng tự động AS/RS trong hệ thống CIM............... 15
4.2.1 Khung kệ lưu trữ................................................................................. 15
4.2.2 Thiết bị lưu/ xuất kho (S/R Robot) ..................................................... 17
4.2.3 Các ổ chứa là các môđun lưu trữ (Storage modules) ......................... 17
4.2.4 Trạm thu nhận và phân loại lưu/xuất .................................................. 18
4.2.5 Hệ thống vận chuyển vòng ngoài (External handling System) .......... 18
4.3 Lập sơ đồ hệ thống điện của hệ thống AS/RS trong hệ thống CIM ........... 18
4.3.1 Mạch động lực của hệ thống AS/RS .................................................. 18
4.3.2 Mạch điều khiển của hệ thống AS/RS trong hệ thống CIM............... 19
4.3.2.1 Mạch điều khiển Motor X, biến tần X .................................... 19
4.3.2.2 Mạch điều khiển Motor Y, biến tần Y .................................... 20
4.3.2.3 Mạch điều khiển Motor Z, biến tần Z ..................................... 21
4.4 Tìm hiểu cấu tạo, cách quản lý, lập sơ đồ điều khiển S/R robot ................. 21

4.4.1 Cấu tạo của S/R robot ......................................................................... 21
4.4.1.1 Hệ thống truyền động .............................................................. 22
v


4.4.1.2 Hệ thống điều khiển ................................................................ 22
4.4.1.3 Hệ thống truyền thông ............................................................. 23
4.4.1.4 Hệ thống nguồn cấp................................................................. 23
4.4.1.5 Hệ thống an toàn ..................................................................... 24
4.4.2 Lập sơ đồ khối điều khiển S/R robot .................................................. 25
4.5. Tìm hiểu cách quản lý kho hàng AS/RS bằng hệ thống CIM .................... 30
4.5.1 Cách quản lý kho hàng bằng mã số, mã vạch..................................... 30
4.5.2 Áp dụng quản lý mã số, mã vạch........................................................ 31
4.5.3 Sơ đồ khối mô tả quá trình nhập/xuất kho.......................................... 33
4.5.4 Tìm hiểu phần mềm ERP - quản lý vật tư, linh kiện cho kho ............ 35
4.5.5 Hệ thống AS/RS phù hợp với dây chuyền lắp ráp công nghiệp sẽ được
ghép vào như hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, hệ thống JIT .................... 42
4.5.6 Áp dụng hệ thống CIM trong hệ thống tự động hóa lưu/ xuất vật tư
dạng linh kiện, chi tiết máy hoặc cụm thiết bị nhỏ phục vụ dây chuyền lắp
ráp, thiết bị công nghiệp .............................................................................. 44
4.6 Hiệu quả ứng dụng CIM trong sản xuất [1] ................................................ 46
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .............................................................. 48
5.1 Kết luận ...................................................................................................... 48
5.2 Đề nghị ....................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc tổng thể của một hệ thống kho AS/RS điển hình ......................... 3
Hình 2.2: Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng .......................................... 4
Hình 2.3: Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ. ........................................ 5
Hình 2.4: Hệ thống AS/RS hàng dài ........................................................................... 5
Hình 2.5: Hệ thống AS/RS có người điều hành .......................................................... 5
Hình 2.6: Hệ thống kho tự động lưu/ xuất nhập ô tô (bãi đỗ xe) ................................ 6
Hình 2.7: Hệ thống AS/RS trong phòng thí nghiệm ................................................... 6
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của việc đọc mã vạch ................................................ 8
Hình 2.9: Quá trình hoạt động của việc đọc mã vạch ................................................. 8
Hình 2.10: Thẻ RFID ................................................................................................... 9
Hình 2.11: Hệ thống RFID. ......................................................................................... 9
Hình 2.12: Nguyên lý họat động của phương pháp RFID. ......................................... 9
Hình 4.1: Định nghĩa CIM......................................................................................... 13
Hình 4.2: Mô tả hệ thống CIM .................................................................................. 14
Hình 4.3: Mô phỏng hệ thống CIM đơn giản với hệ thống kho AS/RS.................... 15
Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống kho hàng tự động AS/RS. ................................................ 15
Hình 4.5: Hình chiếu của kho hàng AS/RS ............................................................... 16
Hình 4.6: Cách lắp ghép dàn khung lại với nhau ...................................................... 16
Hình 4.7: Hệ thống khung kệ đã được chế tạo .......................................................... 16
Hình 4.8: Kích thước S/R Robot (hình chiếu đứng).................................................. 17
Hình 4.9: Thùng nhựa chứa hàng .............................................................................. 17
Hình 4.10: Hệ thống vận chuyển vòng ngoài. ........................................................... 18
Hình 4.11: Mạch động lực kết nối các thiết bị .......................................................... 18
Hình 4.12: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần, phanh, encoder của trục X. .... 19
Hình 4.13: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần, phanh, encoder của trục Y. .... 20
Hình 4.14: Sơ đồ mạch điều khiển Motor, Biến tần trục Z ....................................... 21
Hình 4.15: Kết cấu điển hình của một hệ thống AS/RS robot. ................................. 22
vii

Hình 4.16: Sơ đồ điều khiển của 1 hệ thống S/R robot. ............................................ 23
Hình 4.17: Bộ điều khiển không dây ......................................................................... 23
Hình 4.18: Nguyên lý truyền dẫn RF ........................................................................ 23
Hình 4.19: Hệ thống nguồn cấp cho S/R robot ......................................................... 24
Hình 4.20: Hệ thống an toàn được sử dụng trong AS/RS. ........................................ 24
Hình 4.21: Cấu trúc hệ thống CIM để quản lý kho hàng. ......................................... 30
Hình 4.22: Giải thích ý nghĩa của các nhóm con số trong mã vạch .......................... 31
Hình 4.23: Thẻ nhận dạng ......................................................................................... 32
Hình 4.24: Thẻ nhận dạng sau khi ứng dụng mã vạch .............................................. 32
Hình 4.25: Cấu trúc nhãn nhận dạng ......................................................................... 33
Hình 4.26: Màn hình chính của phần mềm quản lý kho hàng................................... 35
Hình 4.27: Thông tin về lô hàng trong kho AS/RS ................................................... 37
Hình 4.28: Thông tin về nhà cung cấp vật tư ............................................................ 37
Hình 4.29: Nhập/ hiệu chỉnh phiếu nhập kho ............................................................ 38
Hình 4.30: Chức năng F8 .......................................................................................... 38
Hình 4.31: Thao tác nhập kho ................................................................................... 39
Hình 4.32: Thực hiện hoàn tất thao tác nhập kho...................................................... 39
Hình 4.33: Thao tác xuất kho .................................................................................... 39
Hình 4.34: Thực hiện hoàn tất thao tác xuất kho ...................................................... 40
Hình 4.35: Lập phiếu xuất kho .................................................................................. 40
Hình 4.36: Lập phiếu chuyển kho ............................................................................. 41
Hình 4.37: Thao tác sắp xếp kho ............................................................................... 42
Hình 4.38: Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS ............................................................ 42
Hình 4.39: Hệ thống AS/RS nối vào dây chuyền lắp ráp dạng sản xuất linh hoạt.... 43
Hình 4.40: Hệ thống sản xuất - lắp ráp JIT (mức độ cao) ......................................... 43
Hình 4.41: Sơ đồ quản lý toàn kho AS/RS ................................................................ 44
Hình 4.42: Giải pháp đồng bộ dữ liệu giữa 2 phần mềm ERP và AS/RS ................. 45
Hình 4.43: Hệ thống Pilot AS/RS tại SVEAM-VIKYNO ........................................ 46
Hình 4.44: Sơ đồ mô tả tổng quát trung tâm vận hành giám sát ............................... 47

viii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 4.1: Mô tả chức năng của chương trình ERP ................................................... 36
Bảng 4.2: Bảng so sánh sức chứa Kho phụ tùng trước và sau ứng dụng hệ thống
AS/RS ........................................................................................................................ 47

Chữ viết tắt
AS/RS: Automated Storage/ Retrieval Systems.
CIM: Computer Integrated Manufacturing.
S/R Robot: Storage/ Retrieval Robot.
RFID: Radio Frequency Indentification.
AGV: Automated Guided Vehicle: xe tự hành.
RTV: Robotic Transfer Vehicle: robot tự hành.
FMS: Flexible Manufacturing System

ix


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề:
Trong sản xuất công nghiệp hệ thống lưu / xuất nhập kho hàng tự động AS/RS
ngày càng được ứng dụng và hệ thống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong
tổ chức sản xuất ở nhiều lĩnh vực khác nhau với nhiều quy mô lớn nhỏ khác nhau.
Theo dự báo của các chuyên gia công nghiệp thì hệ thống AS/RS đang trở thành một
bộ phận có vai trò ngày càng lớn, ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng của các dây
chuyền lắp ráp hiện đại.

Hệ thống lưu / xuất nhập kho tự động AS/RS có nhu cầu ứng dụng ở nhiều
ngành như: ở khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, ở các siêu thị lớn, bưu điện
chuyển phát nhanh, thư viện lớn, các bãi đỗ xe…Với tốc độ phát triển của kinh tế xã
hội như hiện nay cần phải có những hệ thống điều khiển tự động nó cho phép giảm bớt
chi phí sản xuất, để nâng cao năng suất phục vụ, giảm diện tích lưu kho, độ chính xác
giao nhận sản phẩm…thì việc ứng dụng hệ thống AS/RS trong việc quản lý kho hàng
là 1 nhu cầu tất yếu, cần thiết. Vì thế được sự chấp nhận của ban chủ nhiệm khoa Cơ
Khí – Công Nghệ và sự hướng dẫn của thầy TS Dương Minh Tâm và Th.S Lâm Hữu
Danh, em tiến hành thực hiện đề tài: “Quản lý kho hàng tự động bằng hệ thống CIM”.
Do trình độ có hạn và mức độ dừng lại ở đề tài tốt nghiệp cũng như khó khăn về vật
chất, thời gian nên không tránh khỏi những thiếu sót kính mong quí thầy cô và bạn đọc
đóng góp ý kiến để bài khóa luận được hoàn thiện hơn.
1.2 Mục đích đề tài:
-Tìm hiểu về hệ thống lưu / xuất nhập kho tự động AS/RS về:
+ Phần cơ khí: phần thiết kế, lắp ráp và chế tạo AS/RS.
+ Phần điều khiển: các thiết bị sử dụng trong kho AS/RS, quản lý S/R robot
bằng PLC, hệ thống nhận dạng sản phẩm.

1


-Áp dụng hệ thống CIM trong việc quản lý kho hàng tự động AS/RS.
+Cách thức quản lý kho hàng, cấp phát vật tư bằng máy tính.
+ Cách điều khiển S/R robot, kết nối truyền thông với các thiết bị bên ngoài
thông qua máy tính.
+ Quản lý về hàng tồn, thông tin sản phẩm, linh kiện vật tư.
1.3 Giới hạn đề tài:
Do hệ thống lưu xuất / nhập kho tự động AS/RS tại Trung Tâm Nghiên Cứu
Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM đang trong quá trình nghiên cứu và chế tạo
nên đề tài dừng lại ở việc:

+ Khảo sát phần cấu tạo cơ khí của hệ thống kho tự động AS/RS.
+ Tìm hiểu các thiết bị tự động (đặc điểm, cấu tạo, cách sử dụng, điều khiển
thiết bị), cấu tạo S/R robot … của kho tự động AS/RS.
+ Lập sơ đồ giải thuật, phương án điều khiển cho S/R robot.
+ Ứng dụng hệ thống CIM trong việc quản lý xuất/ nhập vật tư trong kho hàng
tự động AS/RS.

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tìm hiểu tổng quan về kho hàng tự động AS/RS:
Khái niệm về hệ thống AS/RS:

Hình 2.1: Cấu trúc tổng thể của một hệ thống kho AS/RS điển hình.
Hệ thống lưu/ xuất nhập kho tự động - AS/RS (Automated Storage/ Retrieval
Systems) được sử dụng từ năm 1960, là hệ thống lưu giữ và xuất nhập hàng hóa được
quản lý một cách tự động.
Kho hàng AS/RS là một hệ thống hoàn chỉnh thực hiện các chức năng như đưa
vào, vận chuyển, cất giữ, tìm kiếm và đưa hàng ra kịp thời phục vụ theo yêu cầu. Đồng
thời các quá trình đó được quản lý và hiển thị trên màn hình hoặc in ra những thông tin
cần thiết theo yêu cầu của người sử dụng.
Từ nhận thức ban đầu hệ thống AS/RS chỉ là kết hợp cơ giới hóa và điều khiển
tự động ở 1 số công đoạn của qui trình nhập/ lưu/ xuất kho, ngày nay hệ thống AS/RS
là sản phẩm cơ điện tử, là bộ phận quan trọng trong hệ thống sản xuất tích hợp với
máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing).

3

2.2 Các thành phần chính của hệ thống AS/RS:
Hệ thống kho hàng tự động là hệ thống AS/RS là hệ thống quản lý xuất nhập hàng
hóa tự động với sự phối hợp các kỹ thuật cao về cơ khí, tự động hóa và công nghệ
thông tin. Hệ thống này được sử dụng phổ biến trong các kho hàng và trung tâm phân
phối có mật độ lưu chuyển lớn với nhiều ràng buộc về quản lý hàng.
Hệ thống gồm có 2 thành phần chính: phần mềm và phần cứng.
-Phần mềm gồm có phần mềm quản lý các con robot lấy cất hàng (S/R Robot
control software) và phần mềm quản lý hàng hóa (Warehouse management software).
-Phần cứng bao gồm các hệ thống giá kệ cố định (Static racking), các robot lấy
cất hàng (S/R Robot), hệ thống các băng tải vận chuyển hàng (Conveyors) và hệ thống
các cửa tự động xuất nhập hàng (Automated doors).
2.3 Phân loại hệ thống lưu xuất nhập kho tự động AS/RS:
Hệ thống lưu/ xuất nhập kho tự động AS/RS có thể phân loại theo đặc điểm cấu
tạo, phương thức hoạt động, lĩnh vực ứng dụng.
Phân loại theo cấu tạo và phương thức hoạt động:
2.3.1 Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng (Unit load AS/RS): được
xây dựng vào cuối thập niên 1960 nhưng rất nặng nề, chậm chạp và rất phức tạp để sử
dụng. Nhưng với phát triển khoa học công nghệ thì Unit load AS/RS đã đạt được độ
tin cậy, tốc độ cũng như hiệu quả làm việc 24/7. Unit load AS/RS được thiết kế cho
các tải đồng nhất như cùng kích cỡ, cùng hạng tải trọng. Hệ thống này thường đi kèm
với một hệ thống băng truyền và thường được sử dụng trong kho hàng các xí nghiệp,
trong kho chứa ô tô…

Hình 2.2: Hệ thống AS/RS cho các kiện hàng đồng dạng.
2.3.2 Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ (Mini Load AS/RS):
thiết kế cho các kiện hàng có tải trọng nhỏ (từ 340 kg trở xuống). Được sử dụng để
4

lưu/ xuất các bộ phận nhỏ và các công cụ mà nó có thể được lưu giữ trong thùng hoặc
ngăn kéo. Hệ thống này cho phép bạn lưu trữ nhiều vật tư, linh kiện nhỏ với không
gian ít hơn. Chiều cao giá kệ khoảng 6m.

Hình 2.3: Hệ thống AS/RS cho loại hàng có tải trọng nhỏ.
2.3.3 Hệ thống AS/RS hàng dài (Deep – Lane AS/RS): tương tự như các hệ
thống AS/RS khác, ngoại trừ là chiều sâu của kho tương đối lớn nên cho phép lưu trữ
nhiều sâu, được sử dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm và dược phẩm.

Hình 2.4: Hệ thống AS/RS hàng dài.
2.3.4 Hệ thống AS/RS có người vận hành (Man-on-board AS/RS): là một hệ
thống có sự tham gia trực tiếp của người vận hành ở một công đoạn nào đó, ví dụ có
người trên thang máy để xếp, nhặt hàng.

Hình 2.5: Hệ thống AS/RS có người điều hành
5


Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng:
Dưới đây là 1 số hình ảnh về ứng dụng của hệ thống kho hàng tự động AS/RS:
-Hệ thống lưu và đỗ xe tự động là công nghệ sắp xếp, lưu trữ các phương tiện
giao thông sao cho tiết kiệm không gian, thời gian và đặc biệt là diện tích mặt bằng
xây dựng, nhân công.

Hình 2.6: Hệ thống kho tự động lưu/ xuất nhập ô tô (bãi đỗ xe)
Lưu trữ bộ sưu tập các mẫu hóa chất, vi sinh vật, AND… từ dăm ba ngàn đến
hàng triệu mẫu. Đối với bộ sưu tập nhỏ, tần số lấy ra/ vào thấp thì có thể quản lý bằng
tay được, nhưng đối với bộ sưu tập lớn và tần số truy cập cao thì hệ thống AS/RS sẽ
đáp ứng được yêu cầu này và giúp tránh sai sót trong quá trình lưu/ xuất các mẫu.

Hình 2.7: Hệ thống AS/RS trong phòng thí nghiệm.
Ngoài ra tùy theo từng nhu cầu về lưu/ xuất nhập hàng hóa khác nhau thì sẽ có
một hệ thống AS/RS thích hợp như: hệ thống lưu/ xuất nhập sách trong thư viện, trong
các bến cảng…
6


2.4 Giới thiệu phương pháp tự động nhận dạng vật thể:
Automatic Indentification (Auto-Id) là phương pháp tự động nhận dạng vật thể.
Auto-Id được phân ra làm 5 phương pháp cơ bản:
+Chipcard: Thông số, dữ liệu được lưu trữ vào chip và có thể thay đổi dữ liệu
tùy theo kích thước bộ nhớ trong Chip. Chip được cấy vào thẻ nhựa đặc biệt; qua thiết
bị đọc, chip được cấp nguồn để thực hiện việc trao đổi dữ liệu.
+Biometrics: Dựa vào đặc tính khác biệt sinh học của con người để nhận dạng
con người; như là nhận dạng qua dấu vân tay, qua mắt, qua giọng nói.v.v..
+Optical Character Recognition (ORC): Phương pháp này dựa vào ký tự, ký
hiệu được so sánh với bản mẫu đã có trước đó dưới dạng hình ảnh để so sánh và xác
định được ký tự, ký hiệu từ chung một nguồn gốc.
+Barcode: là những vạch và khoảng trống song song với độ rộng khác nhau
được mã hóa để có được mã số riêng, dữ liệu cho vật thể cần xác định.
+Radio Frequency Indentification (RFID): là phương pháp nhận dạng tự động
dựa trên khả năng lưu trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các thiết bị thẻ RFID.
Vậy để ứng dụng phương pháp tự động xác định vật thể vào hệ thống mini load AS/RS
thì phương pháp barcode và RFID là khả thi.
2.4.1 Giới thiệu về công nghệ mã số, mã vạch (Barcode):
2.4.1.1 Khái niệm:
Mã vạch là một dãy các vạch tối và khoảng trống song song dùng để thể hiện mã
số dưới dạng máy quét (scanner) có thể đọc được.
Barcode (hay còn gọi là mã vạch) là một dạng thức trình bày dữ liệu mà các máy
quang học có thể đọc được. Ứng dụng chủ yếu hiện nay là lưu trữ và hiển thị dữ liệu

nhất định của một sản phẩm cụ thể.
2.4.1.2 Nguyên lý đọc mã vạch:
Mã vạch được đọc bởi các thiết bị quét quang học gọi là máy đọc mã vạch hay
được quét từ hình ảnh bằng các phần mềm chuyên biệt. Kỹ thuật mã vạch được áp
dụng trong nhiều lĩnh vực như siêu thị, sân bay, thư viện… để quản lý sách báo, hàng
hoá, sản phẩm, khách hàng...

7


Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của việc đọc mã vạch.

Hình 2.9: Quá trình hoạt động của việc đọc mã vạch.
Sử dụng máy quét mã vạch. Máy quét mã vạch là máy thu nhận hình ảnh của mã
vạch in trên các bề mặt của hàng hóa và chuyển thông tin chứa trong mã vạch đến máy
tính hay các thiết bị cần thông tin này. Nó thường có một nguồn sáng kèm theo thấu
kính để hội tụ ánh sáng thành tín hiệu điện. Ngoài ra, nhiều máy quét mã vạch còn có
thêm mạch điện tử xử lý tín hiệu thu được từ cảm quang để chuyển thành tín hiệu phù
hợp cho kết nối với máy tính.
2.4.2 Tổng quan về Radio Frequency Indentification (RFID):
2.4.2.1 Khái niệm: là phương pháp nhận dạng tự động dựa trên khả năng lưu
trữ và nhận dữ liệu từ xa bằng các chip. Thẻ RFID có kích thước nhỏ và có thể gắn vào
sản phẩm, gắn trên người, động vật. Thẻ RFID chứa các chip slicon và các anten cho
phép nhận lệnh và đáp ứng lại bằng tần số vô tuyến RF từ một RFID phát đáp. Các thẻ
thụ động không yêu cầu nguồn công suất nội bộ còn các thẻ tích cực yêu cầu một
nguồn công suất.
8


Hình 2.10: Thẻ RFID.

2.4.2.2 Các thành phần của hệ thống RIFD:
Một hệ thống RFID cơ bản bao gồm ba thành phần:

Hình 2.11: Hệ thống RFID.
•

Một ăng ten: các ăng ten phát ra tín hiệu radio để kích hoạt các Tag và

để đọc và ghi dữ liệu vào nó.
•

Thiết bị thu phát (với bộ giải mã).

•

Một transponder (RF tag) xử lý số liệu bằng điện tử được lập trình với

các thông tin duy nhất. (Transponder: hệ thống nhận và phát tín hiệu lại, hệ
thống tiếp sóng, bộ tách sóng).

Hình 2.12: Nguyên lý họat động của phương pháp RFID.
9


2.5 Ưu điểm của hệ thống kho hàng lưu/ xuất nhập tự động:
Mật độ lưu trữ cao: lưu được nhiều hàng hơn và tiết kiệm diện tích sử dụng do
tận dụng được chiều cao và đường chạy của robot nhỏ, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư.
Công nghệ chuyển đường cho phép chỉ cần 1 con robot cho một nhà kho, không
cần hệ thống chiếu sáng, không sử dụng lao động trong kho… giúp tiết kiệm đáng kể
chi phí đầu tư vào robot, hệ thống chiếu sáng, chi phí bảo trì, chi phí vận hành…

Tốc độ xuất nhập cao, trung bình 1 tấn hàng/ phút/ robot.
Thất thoát nhiệt thấp: sử dụng diện tích nhỏ hơn, không sử dụng hệ thống chiếu
sáng, có cửa ra vào tự động và phòng cách ly nên thất thoát nhiệt sẽ là rất thấp đối với
các kho hàng tự động có hệ thống lạnh.
Quản lý chuyên nghiệp và hiệu quả nhờ phần mềm quản lý kho kết hợp với công
nghệ mã vạch (Barcode) hay thẻ (Transponder) giúp giảm chi phí quản lý và nhân
công, đồng thời cũng dễ dàng đạt các tiêu chuẩn ISO để tạo lợi thế cạnh tranh.
Tóm lại:
+Hệ thống AS/RS là một vấn đề hiện đại của tự động hóa, có phạm vi ứng dụng
rất rộng rãi trong sản xuất, đặc biệt là cho các dây chuyền lắp ráp.
+Theo các nghiên cứu cho thấy giá thành loại hệ thống loại mini load AS/RS có
giá dao động từ 500 ngàn USD đến hơn 01 triệu USD (nếu đầy đủ các mô đun cơ bản).
Cho nên việc chủ động nghiên cứu thiết kế và chế tạo là cần thiết.
+Vì tính hiệu quả của kho hàng tự động mang lại nên em đã tiến hành tìm hiểu về
công nghệ, cách quản lý kho hàng tự động, từng bước ứng dụng vào ngành công
nghiệp của Việt Nam. Đặc biệt là việc áp dụng kho hàng tự động AS/RS để cấp phát
vật tư, linh kiện cho dây chuyền lắp ráp máy công cụ.

10


Chương 3
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài
3.1.1 Địa điểm tiến hành đề tài
Đề tài được tiến hành vào ngày 12/04/2010 – 30/06/2010 tại Trung Tâm Nghiên
Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM.
3.1.2 Phân bố thời gian tiến hành đề tài
• Từ ngày 12/4/2010 đến 26/4/2010: tìm hiểu đề tài và lí thuyết liên quan, lập đề
cương chi tiết.

• Từ ngày 26/4/2010 đến 10/5/2010: khảo sát mô hình thiết kế phần cơ khí, phần
điều khiển của Hệ thống lưu/ xuất nhập kho hàng tự động AS/RS tại Trung Tâm
Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM, viết bài khóa luận.
• Từ ngày 10/5/2010 đến 31/5/2010: tìm hiểu về áp dụng PLC vào việc chế tạo
cụm Robot của AS/RS.
• Từ ngày 31/5/2010 đến 20/6/2010: tìm hiểu hệ thống CIM trong hệ thống lưu/
xuất nhập kho hàng tự động AS/RS, viết bài khóa tiếp theo.
• Từ ngày 20/6/2010 đến 30/6/2010: khảo nghiệm thực tế và thu thập kết quả,
chỉnh sửa bài khóa luận, báo cáo thử.
• Từ ngày 1/7/2010 đến 15/7/2010: trình bày đồ án tốt nghiệp, chỉnh sửa nộp bài
cho thư viện.
3.2 Đối tượng và thiết bị nghiên cứu
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu
Sinh viên tiến hành tìm hiểu hệ thống quản lý, thiết kế, chế tạo kho hàng tự
động AS/RS tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM.
3.2.2 Thiết bị nghiên cứu
• PLC Mitsubishi FX3u.
• Biến tần Mitsubishi FR – A700.
11


• Motor giảm tốc 3 pha, động cơ 3 pha - Hyponic.
• Phần mềm lập trình cho PLC Mitsubishi – MELSOFT FX.
• Các linh kiện, thiết bị điện tử: proximity sensor, encoder, limit switch, rectifier
(A200-D90), Circuit breaker (CB), relay…
3.3 Phương pháp thực hiện đề tài:
3.3.1 Phương pháp thực hiện khảo sát phần cơ khí
• Tham khảo một số hệ thống AS/RS trên thế giới.
• Cách lựa chọn vật liệu của kho AS/RS.
• Xem mô hình và tìm hiểu thiết kế hệ thống.

• Khảo sát phần cơ khí của kho hàng tự động AS/RS tại trung tâm: vẽ hình, ghi
kích thước, cấu tạo, tổng sức chứa của kho, yêu cầu kỹ thuật của kho AS/RS.
3.3.2 Phương pháp thực hiện phần điện - điện tử
• Tìm hiểu các thiết bị, linh kiện được sử dụng trong hệ thống kho hàng tự động
AS/RS.
• Sơ đồ thiết kế và thi công hệ thống điện trong kho hàng tự động AS/RS.
3.3.3 Phương pháp thực hiện phần mềm.
• Vẽ sơ đồ chung về hoạt động của kho hàng AS/RS.
• Sơ đồ điều khiển S/R robot.
• Tìm hiểu các phần mềm được sử dụng trong hệ thống CIM.
3.4 Phương tiện thực hiện đề tài
• Các tài liệu nghiên cứu liên quan: Tài liệu về hệ thống kho hàng tự động
AS/RS, tài liệu về lập trình PLC, tài liệu về cảm biến, tài liệu từ Internet, một số
sách và giáo trình có liên quan đến đề tài.
• Máy tính cá nhân.

12


Chương 4
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Tìm hiểu hệ thống CIM
4.1.1 Định nghĩa CIM: CIM (Computer Integrated Manufacturing) là hệ thống
sản xuất tích hợp máy tính.

Hình 4.1: Định nghĩa CIM.
Khái niệm về CIM xuất hiện từ những năm 1970 và đã có rất nhiều định nghĩa về
CIM, tùy theo các thành phần cấu tạo nên hệ thống:
-CIM là việc khai thác các máy tính để tích hợp các hoạt động phân đoạn của quá
trình sản xuất thành một hệ thống sản xuất thống nhất, hoạt động trôi chảy với sự giảm

thiểu thời gian và chi phí sản xuất, đồng thời nâng cao chất lượng sản xuất.
-CIM theo Hiệp hội các nhà sản xuất SME (Society of Manufacturing Engineers)
là một hệ thống tích hợp có khả năng cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho tất cả các
chức năng thương mại của một nhà máy sản xuất, từ khâu tiếp nhận đơn đặt hàng, thiết
kế, sản suất, cho đến khâu phân phối sản phẩm đến tay khách hàng.
4.1.2 Vai trò của hệ thống CIM:
CIM tham gia vào môi trường sản xuất: điều khiển Robot, lắp ráp, gia công,
kiểm soát chất lượng, đóng gói, vận chuyển và phân phát hàng hóa.

13


CIM tham gia vào quá trình công nghệ: thiết kế và sản xuất có trợ giúp tính
(CAD/CAM), lập kế hoạch sản xuất và quy trình công nghệ có trợ giúp của máy tính
(Computer aided process planning - CAPP/ Computer aided engineering - CAE).
CIM bao gồm mạng và các hệ thống: các phần cứng và phần mềm truyền thông
trong các nhà máy, quản lý thông tin dữ liệu bao gồm cả việc thu thập, lưu trữ và truy
xuất dữ liệu.
CIM tham gia vào việc cải thiện không ngừng các quá trình sản xuất: lập kế hoạch
và kiểm soát nguyên liệu đầu vào, các hệ thống theo dõi và kiểm soát chất lượng.

Hình 4.2: Mô tả hệ thống CIM.
4.1.3 Các bộ phận của 1 hệ thống CIM điển hình:
Mô hình một hệ thống CIM điển hình gồm các bộ phận cơ bản sau:
- Kho tự động lưu/ xuất nhập AS/RS.
- Các máy gia công CNC. Các Robot
- Hệ thống băng truyền khép kín.
- Hệ thống lắp ráp linh hoạt. Hệ thống kiểm tra chất lượng lắp ráp.
- Hệ thống mạng LAN nội bộ liên kết các thành phần trong hệ thống.

Trong đó kho tự động đóng vai trò quan trọng đảm bảo tính đồng bộ của cả hệ thống.
14


Hình 4.3: Mô phỏng hệ thống CIM đơn giản với hệ thống kho AS/RS.
1. Kho hàng tự động lưu/ xuất nhập AS/RS.
2. Robot công nghiệp (Industrial Robots).
3. Máy tiện CNC (CNC Lathe Machine).
4. Hệ thống quét đọc mã vạch (Barcode Scanning System).
5. Máy phay CNC (CNC Milling Machine).
6. Trạm kiểm tra chất lượng (Quality Control Station).
7. Trạm điều khiển quản lý trung tâm.
4.2 Tìm hiểu cấu trúc kho hàng tự động AS/RS trong hệ thống CIM tại Trung
Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao TP.HCM.
Kho hàng AS/RS có kích thước dài 14m, cao 5m, rộng 2m, với 3 robot là: S/R,
AGV, RTV.

Hình 4.4: Sơ đồ hệ thống kho hàng tự động AS/RS.
4.2.1 Khung kệ lưu trữ: thường được xếp thành các dãy khung kệ song song,
với các ô chứa theo kích thước mong muốn.
15