ＡＧＶ結合ＭＥＳ在精細化工生產中的應用

趙　晨　王家寶　馬健斌

摘要：AGV與MEs系統整合后，能更大程度地發揮MES系統的效力，從而提高用戶企業的生產自動化程度，提高生產效率。

關鍵詞：AGV、MES、精細化工

自動導引車(AGV)具有自動化程度高、準確快捷、柔性好、現場污染少、能有效避免人為錯誤并且節省人力資源等諸多優點，已廣泛應用于航空、汽車、煙草、柴油機等生產、制造行業，AGV給應用企業帶來的優勢與效益也是有目共睹的。在實際應用中，由于企業的類型、產品的特點以及生產流程各不相同，AGV的使用必須與之適應，才能發揮出最大的功效。本文以沈陽新松機器人自動化股份有限公司承建的某精細化工(日用品)公司原料柔性自動輸送系統為例，介紹全球內AGV首次應用于精細化工產品生產的經驗。

使用AGV前的物料輸送方式及流程

某國際知名精細化工產品(日用品)生產銷售商在全球十多個國家擁有生產廠。2007年銷售額近百億美元。該公司在中國設立的唯一生產企業成功實施了AGV項目。

在使用AGV之前。該公司為了確保生產的準確性和生產過程的可追溯性，從2004年開始自行開發生產執行系統(MES)進行生產過程實時控制。其中，在原料稱料模塊中，通過使用安裝有MES稱料模塊稱料手推車進行稱取物料，見圖1，手推車實時與上位ERP系統連接，來自ERP系統的稱料指令由無線網絡發送到小車的電腦上，操作人員推著小車在系統指定的物料工位進行物料稱取，系統檢測和控制稱料人員所稱量物料的類型和重量，以確保符合當前工單的配方要求。然而由于每個產品的配方組成比較復雜。再加上豐富的產品系列，稱料人員要在一個存儲有幾千種物料的稱料區內進行操作。為了方便人工操作，稱料車必須盡可能減小體積和重量，但同時由于空間的限制，稱料車不能搭載大量的物料和任何容器，加上出于保護稱料工具的需要，也就不可能在車體移動時在秤面上放置任何物品。于是，所有稱取出來的物料都必須經過匯總后才送到生產區。

根據生產批量，大部分物料匯總后都是上百公斤，甚至上千公斤，只有使用叉車才能把物料送到生產區，因此，匯料人員需要根據生產安排和進度，一車車地把物料按時準確地送到生產工單指定的生產區。當生產進度和計劃發生改變時，還必須通過有效的手段通知匯料人員及時做出相應的正確反應。如果反應不及時，會造成生產延誤，浪費工時。

為了克服這個生產供應過程中的缺陷，該公司決定利用AGV的特性把現有的MES系統升級，并與之整合成為MES-AGV系統來提高自身的生產能力。

AGV車體結構

AGV車體結構包括AGV自身設備和外部設備，自身設備包括車載控制器、磁導引系統、無線局域網通訊系統、驅動系統、在線自動充電系統、安全系統、人機界面、輥道輸送機、頂升裝置等，外部設備包括原人工稱料車上的所有設備，以及一些輔助用品等，都安裝在AGV上。

新松公司在為該公司進行AGV車體設計時，根據其要求進行了多次改善。最終滿足了該公司嚴格的要求；在制造AGV實物前，先向該公司提供了AGV車體效果圖(見圖2)，得到確認后再進行AGV車體制造(見圖3)。

使用AGV后的物料輸送方式及流程

利用AGV帶有舉升移載機構和承重的特性，稱料容器可以直接放置在AGV車體上，加上AGV和MES整合后，從而使AGV同時具備了稱量和運輸的功能。

MES獲取ERP的稱料工單并進行相關預先處理，根據當前MES生產模塊的實際生產進度確定生產需求后，及時把相關的稱料需求發給AGV調度中心。AGV調度中心只需負責AGV的安排和停車位置，停車具體位置來自MES系統，其稱料過程的控制和之前的MES稱料模塊控制基本相同。

當指定AGV獲取稱料任務并自動行走到指定位置后，開始稱料過程。稱料完成后，直接把物料送到對應生產區的移載機構上進行自動投料。

基于MES-AGV系統的應用，該公司順利地簡化了稱料過程，實現了配制生產過程中JIT稱取、輸送和投料的一體化，為公司進一步提高生產力打下堅實的基礎。

希望達到的目標

1近期目標：減少人為干擾

從使用人工小車的生產流程來看，雖然指令均由MES發出，但無論是將小車推到指定接料站點，還是接料后將接料桶送到生產區的反應鍋旁，或是最后將接料桶內的物料倒入反應鍋內，相關工作均由人工完成，一方面工人的勞動強度較大，另一方面也無法完全避免人工操作引起的失誤，尤其是將物料倒入反應鍋時。工人的精神必須高度緊張，否則很容易將物料灑在地上。

使用AGV后。上述問題均得到妥善解決，一方面所有需要操作的工位，均是AGV自動到達。無需人工確認位置，另一方面接完料后，AGV即自動運行到生產區，并自動將接料桶移載到反應鍋旁，既避免了工人需要從接料區走到生產區，也降低了人工倒料的危險性。

2遠期目標：實現生產過程全自動

該公司計劃日后在原料桶上安裝自動閥門，并計劃在生產區的反應鍋旁安裝自動導流系統。當AGV運行到指定的接料位時，指定的原料桶的閥門自動打開，原料自動流到AGV上的接料桶內，AGV上的150kg電子秤實時將稱重數據反饋給MES，當達到指定重量時，MES命令原料桶的閥門自動關閉。當AGV送料時，反應鍋旁的物料自動導流系統自動連接到AGV上的接料桶上，自動將接料桶內的原料抽到反應鍋內。

系統實施過程中克服的困難

1地面結構干擾AGV磁導引系統

在該公司已有的生產車間內，AGV需要運行在鋼架平臺上。鋼架平臺下面由鋼架支撐，在鋼架上鋪設5mm厚鋁合金板，在鋁合金板上鋪有8mm厚金剛砂，金剛砂上涂有油漆。

本系統中AGV采用磁導引技術，一般情況下，導引磁條應埋在AGV運行平面以下，深度為15mm，且AGV運行平面以下30mm以內不應有其他金屬物體。而在本系統中現場并不具備條件，導引磁條只能鋪在鋼架平臺表面，且鋼架平臺的鋼架因為磁化效應會對AGV的磁導引系統造成一定程度的干擾。

經過詳細計算、實驗室模擬和現場實測，新松公司的技術人員調整了AGV磁導引系統的相關技術參數，解決了磁導引系統受到干擾的問題。

2AGV釋放靜電

AGV在運行過程中需要隨時釋放靜電，要求地面電阻應不大于10⁸Ω，而該公司生產車間的地面電阻經測量為10⁹Ω，高于允許值10倍以上。

經過多輪磋商，新松公司決

定將AGV的釋放靜電設備由拖鏈結構改為輪式結構。同時該公司決定對生產車間內AGV導靜電輪經過的地面進行重新處理，打磨掉原來的油漆，鋪設導電銅條并有效接地，上面用導電油漆覆蓋。經過現場實測，釋放靜電問題得到解決。

3150kg電子秤的固定

150kg電子秤采用梅特勒一托利多的產品，要求在稱量時AGV必須保持靜止，而在不稱量時電子秤不應負重，否則電子秤有可能損壞，也就是要求AGV在運行時接料桶必須與電子秤脫離。

考慮到電子秤這一特點，在AGV車體設計時，新松公司在輥道輸送機下方增加了頂升裝置。在接料站點時，頂升裝置降下，輥道輸送機低于電子秤，接料桶即落到電子秤上，電子秤開始稱量。稱量結束后，頂升裝置升起，輥道輸送機高于電子秤，將接料桶頂離電子秤，AGV即可以運行。采用這種方式不僅能夠保證電子秤的安全使用，也保證了電子秤的稱量精度不受影響。

4采用RFID技術校驗停車站點

本系統中接送料站點總計超過200個，尤其是在接料區，接料站點非常密集，兩個接料站點之間只間隔450mm，若采用普通的磁條地標方式來標定接料站點，因為不同站點的區分只是依靠AGV的位置編碼器根據行走輪運行距離來判定，站點之間距離過近有可能產生誤判。

本系統中在每個AGV停車站點均放置了RFID芯片，在每臺AGV上均安裝RFID掃描頭，當AGV運行到指定的停車站點時，AGV根據位置編碼器來判定所在的位置，同時通過RFID芯片來校驗當前站點是否為指定站點。

此外，每天上班時AGV需要進行上線操作，操作人員需要在每臺AGV車載電腦上輸入當前上線站點編號。本系統目前共有12臺AGV(日后隨著生產能力的提升，AGV的數量可能增加)，分別在不同的站點上線，如果不能自動識別當前站點的信息則比較麻煩，而采用RFID技術之后，系統能夠自動識別AGV所在位置，任意一臺AGV均可以在任意站點上線，極大地減輕了操作人員的工作量，縮短了系統準備時間。

本系統正式投入使用以后，與MES系統相結合，能更大程度地發揮MES系統的效力，從而提高該公司的生產自動化程度，提高生產效率。