文｜機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司

李偉、謝昊天、劉之舟、李建旭、周宇

作為自動(dòng)化物流系統(tǒng)中的核心組件之一，AGVS在生產(chǎn)線的各組成部分之間起到了銜接樞紐的作用，隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的提高，AGVS的發(fā)展前景將十分廣闊。本文針對(duì)輪胎行業(yè)對(duì)AGVS功能的需求，主要對(duì)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。

AGVS是“自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱，指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及多種移載功能的搬運(yùn)車。與常用的物料輸送設(shè)備相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置。AGVS具有工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，AGVS最能充分體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)和靈活的無人化生產(chǎn)。

一、AGVS的總體結(jié)構(gòu)和地面控制部分結(jié)構(gòu)

AGVS小車通過無線網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控機(jī)、管理機(jī)，AGVS總體結(jié)構(gòu)圖，如圖1。

如圖2，AGVS地面控制部分主要由物流系統(tǒng)管理機(jī)、AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機(jī)組成。

其中AGV管理和監(jiān)控計(jì)算機(jī)是AGV系統(tǒng)運(yùn)行的核心，主要功能有：執(zhí)行任務(wù)命令；為不同的運(yùn)輸任務(wù)分配最優(yōu)的AGV小車；為每個(gè)運(yùn)輸任務(wù)安排運(yùn)輸路線；控制AGV系統(tǒng)中的多臺(tái)AGV小車的交通；處理現(xiàn)場(chǎng)的一些輸入、輸出信號(hào)。

二、輪胎行業(yè)的AGVS具體實(shí)現(xiàn)

輪胎行業(yè)的AGV輸送系統(tǒng)項(xiàng)目，依靠成熟的路線規(guī)劃、交通管理算法以及多系統(tǒng)間的無縫對(duì)接等，通過合理分配與調(diào)度策略，保證了物料供給的時(shí)效性，完全匹配了生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)節(jié)拍，解決了傳統(tǒng)方式因物流瓶頸造成的產(chǎn)能浪費(fèi)。在定位精度方面，成熟穩(wěn)定的激光定位導(dǎo)航算法保證了多車重復(fù)定位精度達(dá)到±5mm。除此之外，機(jī)科發(fā)展科技股份有限公司豐富的開發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也保證了整體方案最優(yōu)、工藝流程最精、質(zhì)量把控最嚴(yán)，最終保障了現(xiàn)場(chǎng)365×24小時(shí)生產(chǎn)穩(wěn)定、順利運(yùn)行。

通過AGVS的上線運(yùn)行，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)節(jié)約了人力成本。輪胎行業(yè)是24小時(shí)生產(chǎn)，傳統(tǒng)方式采用人工尋找與搬運(yùn)物料，會(huì)不可避免地出現(xiàn)失誤，造成廢品率居高不下。AGVS上線運(yùn)行，大大避免了上述現(xiàn)象的發(fā)生。AGVS代替了3個(gè)班次的員工搬運(yùn)，銜接了各個(gè)環(huán)節(jié)的物流信息，使MES系統(tǒng)進(jìn)行合理排產(chǎn)，避免效率浪費(fèi)，降低生產(chǎn)中間環(huán)節(jié)庫(kù)存，減少半成品存放空間。各系統(tǒng)之間配合緊密，實(shí)現(xiàn)全過程高度集成，人、設(shè)備與管理系統(tǒng)之間達(dá)到良好的互聯(lián)與信息互動(dòng)，輪胎全生命周期可追溯和過程預(yù)警。在新的制造模式下，勞動(dòng)生產(chǎn)率提高了40%以上，工藝、標(biāo)準(zhǔn)、效率、安全等全方位提高，產(chǎn)品核心質(zhì)量指標(biāo)有了大幅度提高。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題和項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新

1.系統(tǒng)優(yōu)化

（1）柔性曲線及其優(yōu)化工具以及Drawing Line Tool工具的使用

由于項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)物理空間特別狹小，支路通道狹窄，采用常規(guī)模式畫線段不能滿足要求。采用柔性曲線，能夠保證在畫一條線段時(shí)自動(dòng)分析線段起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)差距，并且結(jié)合小車轉(zhuǎn)向的最大角速度和最大速度把線段分成若干小段，然后通過優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，使AGV小車占用空間最小。

圖3為柔性曲線模式和常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，如紅框所示，柔性曲線模式占用的空間明顯較小。

由于支路通道狹窄，并且某些站臺(tái)存在物理干涉較多，單純的采用柔性曲線難以滿足現(xiàn)有條件，結(jié)合Drawing Line Tool工具，使線段的包絡(luò)線占用空間更小，Drawing Line Tool工具相當(dāng)于在無法移動(dòng)的固定“障礙物”周圍加了一層保護(hù)，結(jié)合優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，使占用空間更小，保證AGV小車可以順利通過。

圖5圖4為未使用Drawing Line Tool工具和使用Drawing Line Tool工具產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，使用Drawing Line Tool工具占用的空間明顯較小。

（2）復(fù)合動(dòng)作和復(fù)合任務(wù)的實(shí)現(xiàn)

貨叉的升降和小車的行走可以單獨(dú)控制，考慮到系統(tǒng)效率和觀賞性等因素，本項(xiàng)目中AGV小車在行走過程當(dāng)中調(diào)整貨叉高度，邊走邊升貨叉，邊走邊降貨叉，經(jīng)過實(shí)際使用，效果比較明顯。

在任務(wù)分配和調(diào)度方面，根據(jù)AGV小車的實(shí)際位置、是否有在執(zhí)行任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)的距離和時(shí)間等因素，自動(dòng)將任務(wù)分配給AGV小車。AGV完成前一作業(yè)任務(wù)之后，AGV系統(tǒng)會(huì)根據(jù)物流系統(tǒng)任務(wù)指令，自動(dòng)調(diào)度AGV小車執(zhí)行就近任務(wù)，這樣有效地提高了系統(tǒng)的效率。

2.信息交互

AGV小車與其它物流設(shè)備有信息交互，為保證安全生產(chǎn)，AGV小車在取貨、卸貨、取貨完成、卸貨完成時(shí)均會(huì)向上級(jí)系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求以及完成確認(rèn)信息，待上級(jí)系統(tǒng)給出指令后，AGV小車方可執(zhí)行任務(wù)，具體流程如圖5。

3.取消任務(wù)機(jī)制

如果上級(jí)系統(tǒng)下發(fā)指令有誤或者人為干預(yù)，導(dǎo)致AGV小車接受到錯(cuò)誤任務(wù)，可以在AGV調(diào)度系統(tǒng)上將該任務(wù)取消。

4.復(fù)雜的交通管制

AGV運(yùn)行空間狹小，取卸貨站臺(tái)較多，輪胎行業(yè)AGV數(shù)量一般比較多，容易造成AGV堵塞，為減少多車在該區(qū)域的等待時(shí)間和堵塞時(shí)間，輪胎行業(yè)在路徑規(guī)劃方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。

5.充電管理功能

由于輪胎行業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)比較繁瑣，設(shè)置了若干個(gè)充電站，AGV小車在正常的運(yùn)行過程中，時(shí)刻監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)電池電壓低于程序中預(yù)先所設(shè)定的值時(shí)，AGV小車將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“低電量報(bào)警”信號(hào)，待AGV小車執(zhí)行完當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)后，自動(dòng)運(yùn)行到充電站進(jìn)行充電，待充電完成后，AGV小車可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

由于考慮到現(xiàn)場(chǎng)空間有限，為了充分地利用資源，輪胎行業(yè)的AGV數(shù)量多于充電站數(shù)量，在一些極端情況下，會(huì)有AGV小車產(chǎn)生“低電量報(bào)警”信號(hào)后，無法及時(shí)分配充電站的情況，解決方案為：設(shè)置了充電等待站，如果AGV小車產(chǎn)生“低電量報(bào)警”信號(hào)后，無法及時(shí)分配充電站，則AGV小車會(huì)先去充電等待站等待，待分配充電站后及時(shí)去充電。

6.自動(dòng)門的設(shè)計(jì)

考慮到輪胎行業(yè)的特殊性，一些區(qū)域恒溫恒濕的要求，輪胎行業(yè)一般都設(shè)計(jì)自動(dòng)門。當(dāng)AGV小車到達(dá)門口時(shí)，會(huì)通過MOXA向自動(dòng)門發(fā)出開門申請(qǐng)信號(hào)，此時(shí)自動(dòng)門上升，待自動(dòng)門上升到達(dá)上到位時(shí)，給AGV小車通過信號(hào)，AGV小車通過自動(dòng)門，待AGV小車完全通過自動(dòng)門后，自動(dòng)門下降。自動(dòng)門的設(shè)計(jì)，充分滿足了恒溫恒濕的要求。

四、總結(jié)

輪胎行業(yè)AGV項(xiàng)目通過對(duì)AGVS的研究和技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，采用合理的路線設(shè)計(jì)，更好的優(yōu)化了系統(tǒng)的效率，有效減少AGV小車的空跑時(shí)間和等待時(shí)間，提高了工作效率，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。