本文是AGV、RGV、立庫物流系統在焊接材料行業的應用案例。該物流系統通過MES、AGV、RGV、立庫的集成，利用RFID識別技術，實現焊芯從裝料、轉運、入庫、儲存、出庫轉運至用料生產線的自動物流作業，并按生產指令、焊芯規格品種進行分類存取。

一、項目背景和需求

焊接材料的生產物料具有多品種、大批量等特點，原材料主要有盤條、粉料等，半成品有焊芯、濕粉等物料，物料特點是體積大、質量重、轉運頻次高、轉運量大，因此要滿足大西洋焊接產業園生產需求，必須設計一套適用于實際生產的高效能自動物流系統。本項目是焊條半成品（焊芯）的自動物流輸送系統的集成和應用。

焊芯的生產流轉工序要經過切絲裝料、轉運入庫、出庫、轉運至用料生產線使用。

傳統物流存在的問題：以前，焊芯的轉運主要依賴人工，采用人工液壓車或帶輪子的焊芯裝料車搬運，需要人工拖動物料轉運到各生產線在用工位，轉運距離長，加之物料體積重量大，因此人工勞動強度大，物流輸送效率極低。焊芯的存放方式只能在地面堆放，占地面積大，且無法規范管理，人工統計、物料盤點困難，耗時易出錯。

新物流系統的需求：焊接產業園規劃有17條焊芯生產線，日生產焊芯約500t，多品種規格且產地號不同的焊芯需要及時轉運入庫暫存，等待涂壓生產線使用，從焊芯裝料位置到使用生產線工位，最長距離達500m，并且拉切工序與涂壓工序廠房地面有2m高差，依靠人工轉運、地面存儲的方式無法適應產業園生產物料的高負荷轉運及信息管理。

因此，根據生產要求，需建立一套快速、準確、可靠、穩定的自動化物流系統用于轉運焊芯，對焊芯的裝料、搬運、入庫、存放、投料，以及搬運工具、物流設備、搬運方法、輸送節拍等進行合理規劃、設計、布局，實現焊芯轉運的自動物流模式。

二、技術難點

在該項目中，如何解決好裝料后快速轉換載具、物料暫存，如何實現物流與生產設備精準高效協同工作方式，實現各物流系統之間有效兼容，是比較大的技術難點。

一是必須同時滿足自動裝料、存儲、轉運、卸料的不同需求。

二是物料品種信息多，生產需求復雜多樣，信息更新快速，信息量大。

三是物流設備為多個系統集成，管理控制系統的集成難度較大。

四是國內外無實際案例和技術可學習借鑒，如何貫通整個物流流程、實現各個位置的功能，均需自主設計。

三、設計方案

1.設計思路和規劃

焊芯自動物流系統主要完成焊芯從裝料、暫存到使用的全線自動轉運流程（見圖1、圖2、圖3），

物流系統設計通過生產中央控制系統的統一管理，接受MES指令調度RGV、立庫、AGV系統自動完成焊芯運送任務，利用RFID自動識別技術，準確讀取物料信息及生產物流過程中的各項信息數據，自動完成焊芯裝料轉運、入庫儲存、出庫轉運至用料生產線的物流作業流程，采用輸送機、RGV、立庫、提升機與AGV聯合應用方案，通過管理控制系統的集成，物料信息記錄和跟蹤，保證物料轉運，實現整個流程自動無縫對接。

2.物流布局方案（見圖4）

焊芯自動物流系統布局，根據物料生產轉運需求，按照廠房的立體空間層次而設計，裝料區與用料區有2m高差，設計用提升機完成焊芯在6m地面與4m地面之間垂直方向的輸送，與立庫出口輸送設備相配合。該系統以自動立庫為物流中心點，作為物流控制核心環節，集成前后工序的出入庫物流輸送設備，協同RGV、AGV物流系統作業，使輸送過程實現全自動化。

裝料區：焊芯裝料入庫（空料斗出庫——裝料——滿料入庫）。

儲存區：立庫存儲，自動完成焊芯存取、出入庫任務，利用RFID識別進行物料信息和庫位管理。

用料區：焊芯出庫使用（滿料斗出庫——用料——空料斗回庫）。

3.物料載具方案

裝料載具設計為焊芯料斗（見圖1），尺寸為680mm(L)×900mm(D)×950mm(H)，滿載重量1.2t，上部料斗寬度按照不同焊芯長度規格設計，可裝載五種焊芯規格：φ2.0mm、φ2.5mm、φ3.2mm、φ4.0mm、φ5.0mm和長度為300mm、350mm、400mm、500mm的焊芯；底托盤設計為標準尺寸，可滿足輸送機、RGV、AGV、立庫不同物流轉運方式的要求。

4.信息流轉方案

利用射頻識別技術（RFID），選用高頻RFID作為信息載體，在焊芯料斗上安裝兩個RFID載碼體TW-R50-B128（標準128bytes）（見圖2），同一個料斗上的兩個RFID載碼體綁定ID使用，用于物料信息識別。

（1）RFID選擇依據：

①RFID具有物流管理、物料資產信息管理、溯源等多方面的功能和優勢，可滿足焊芯物流信息流轉追溯及庫存信息管理。

②RFID讀頭選用TNLR-Q80-H1147（長距離），非接觸方式讀取，閱讀速度快。

③ 焊條生產過程中避免不了粉塵污染，因此選用高頻RFID對環境適應能力強，抗污染能力和耐久性強。

④可重復使用。由于焊芯出入庫頻次高，信息更新快，應用RFID可以方便信息的更新。

（2）RFID識別位置設定：

滿料斗入庫前設置RFID讀頭——立庫執行滿料斗入庫任務，識別料斗RFID號，將物料信息與料斗RFID綁定。

AGV設置車載RFID讀頭——識別料斗信息，核查MES任務指令及匹配目標地址。

空料斗回庫前設置RFID讀頭——立庫執行空料斗入庫任務，通過讀取RFID確定任務狀態、記錄信息、更新載具位置，如圖5。

5.物流設備主要架構設計（如表1）

6.各分項系統方案

（1）焊芯自動化立體庫系統方案：

設備選型：

立庫形式為牛腿焊接式，貨架高度8.8m，4排貨架，520個庫位，2臺堆垛機（雙立柱地面支撐直道型）。自動輸送、存儲能力大于532t/日，出入庫能力≥120斗/小時，堆垛機水平運行認址方式采用激光認址，起升運行認址采用認址片+編碼器，堆垛機通訊方式為紅外通訊。如圖6。

立庫系統用于實現焊芯的出入庫及存儲，料斗通過RGV轉運至立體庫入庫點輸送線，入庫點實現物料自動稱重并將每斗焊芯重量信息自動錄入，立庫系統按照任務指令對料斗實現自動化存取，并對庫存物料進行自動控制和信息管理，可以按焊芯的信息（料斗編號、焊芯品名、規格、重量、生產日期、原材料產地、對應生產線等）分類查詢管理，根據生產調度指令要求按照先進先出的原則進行自動輸送、存取焊芯，立庫控制系統與MES系統進行良好對接，自動接收指令，并生成倉儲相關報表。

①可同時實現滿料斗和空料斗的自動存儲和出入庫調度管理。

②實現焊芯入庫自動稱重，信息讀取、存儲、庫存信息管理。

③實現雙通道出庫（普焊/特焊）。

（2）RGV轉運系統方案：

設備選型：

RGV軌道式自動導引車設計為雙工位車型，直線往復式，移載方式為鏈條移載，總載重量3t，輸送單工位單元載荷為1.5t(max),最快運行速度為120m/min，軌道長度150m，滑觸線供電，行走定位方式采用條碼認址，通訊方式為無線通訊，運送能力設計為每小時輸送23個滿料斗和23個空料斗，如圖7 。

功能設計：

操作者通過MES終端界面發出運送料斗任務指令，RGV自動接收運輸任務，調度控制RGV車與裝料輸送線及立庫設備進行對接，輸送線可實現料斗在裝料工位的自動快速轉換，RGV可實現物料長距離直線輸送，與WMS系統進行通訊，具備車輛調度、全程自動跟蹤及動態查詢等功能。

（3）AGV轉運系統設計方案：

設備選型：

AGV根據焊芯料斗和粉料斗尺寸設計，既可轉運焊芯，又可轉運粉料。AGV導航方式為磁條導航，鏈條移載方式，單舵輪驅動，額定承載為1.8t，最大運行速度為60m/min，在線充電方式，一期項目投入6臺車，用于運送普通焊芯，輸送能力為每日340t、粉料每日150t，如圖8。

功能設計：

①AGV系統負責轉運滿料斗至下料輸送線和轉運空料斗回立庫，MES發出要料指令，AGV接收任務指令，調度AGV車與立庫系統對接，讀取料斗RFID號，核查物料輸送信息，綁定任務指令運送焊芯到機臺。

②AGV與用料設備的對接設計為AGV與鏈條輸送機自動對接的方式。

③AGV按照生產線工藝布局設計最佳運行路徑及站點，線路擴展靈活，6臺AGV根據任務合理調度車輛輸送，設計同時滿足了焊芯和粉料的輸送。

7.控制系統集成方案

焊芯自動物流系統中，MES、AGV、RGV、立庫自動調度系統與接口部分采用數據庫表交互形式，AGV、RGV自動調度系統對MES和立體庫數據庫表具有一定的數據庫訪問權限，MES和立體庫數據庫表有互訪權限；AGV、RGV系統所有作業任務內容（包括作業類型、起始站點、目的站點等）由MES、立庫系統協同下發。

焊芯入庫：MES系統將入庫信息發送給立體庫，立體庫接收到入庫信息后完善RGV系統取貨站點及放貨站點任務，RGV自動獲取運輸任務，并啟動運輸，RGV取貨運行到立體庫入口位置反饋到位信息給立庫，立體庫處于接收狀態后RGV進行放貨，放貨完成后，立體庫稱重并入庫，更新庫存信息與MES庫存保持一致（物料位置、信息、貨位一致），如表2。

焊芯出庫：MES發出要料出庫指令（包括用料機臺地址、料斗號、RFID），由MES、立庫協同生成AGV的運輸指令，立庫系統確定出庫口位置，AGV自動獲取運輸任務，取貨、讀取料斗RFID信息，綁定任務指令運送物料到用料機臺，如表3。

四、應用效果

焊芯自動物流系統自2017年開始投入生產運行，每天連續生產24小時，配合生產線轉運物料，經檢驗能滿足生產要求，實現了如下功能：

1.焊芯轉運全過程自動化，有效貫通了上下工序間的自動物流流程，使工序間的物流快速、自動、方便。

2.MES與立庫、AGV、RGV系統的集成控制管理，實現了焊芯輸送全程自動跟蹤及動態查詢功能，接收各生產作業任務，實時反饋當前物流動態和作業情況等諸多信息，自動完成輸送焊芯信息的識別、流轉。 

3.焊芯的生產轉運、儲存入庫、出庫過程實現了資源合理科學分配，存儲合理集中規劃；可根據生產計劃和特殊情況合理調配物料輸送，可按要求執行各種查詢與統計。

該項目應用自動化物流系統前后比較情況見表4。

五、結論

該系統是工業制造自動物流實際案例應用中的一個多類型、較復雜的集成典型。大西洋焊接產業園物流系統已全面發揮出自動化、智能化的絕對優勢，全程無需人工干預，高效率、高質量、自動轉運物料，實現了物流與生產設備的精準協同和匹配，實現了各工序間的無縫對接，運輸效率較以前提高10倍，對焊接材料傳統的生產物流環節進行了顛覆性的創新和改革。大西洋焊接產業園在全球同行業中率先開啟了焊接材料的自動化生產物流模式，成為全國工業物流成功轉型升級的典范。