自動搬運車系統在玻纖行業的設計應用

張幫榮 衛津民 李嬌 龍衡 符鵬錕/文

自動搬運車系統在玻纖行業的設計應用

張幫榮 衛津民 李嬌 龍衡 符鵬錕/文

本文主要介紹了AGV在玻璃纖維行業中的應用解決方案。通過對比分析傳統物料搬運及AGV搬運的特點，展現了AGV應用的優勢。同時，對AGV系統的應用環節、工藝流程及AGV小車的設計要點做了分析，對應用于AGV的新調度與控制系統做了簡介。

AGV、玻璃纖維行業、智能化

近年來，受新材料的廣泛應用影響，我國玻璃纖維行業發展勢頭迅猛。在此背景和智能制造發展改革的浪潮下，玻纖行業制造工廠結合自身生產工藝特點，通過大量引進智能化生產設備，正逐步由傳統制造向智能制造方向轉變。其中，AGV作為實現物料自動搬運的重要一環，在整個自動化生產中發揮著舉足輕重的作用。

一、傳統物料搬運方式在玻纖行業應用中的弊端

基于傳統模式下的物流搬運，一般采用人工方式，通過搬運工具對物料的轉運，實現物料在不同生產環節間的傳遞。玻纖行業生產中，常利用叉車搬運或人力推拉的方式進行物料的轉運存儲。此種作業方式存在諸多弊端，主要有以下幾點：

1.作業人員勞動強度大，投入人力較多，人工成本較高；

2.人力作業不利于精細化管理；

3.生產調度效率不高；

4.基于傳統人工方式束縛，無法配有先進數據管理系統；

5.不利于24小時連續工作制；

6.由于玻纖生產工藝的特殊性，場地潮濕且含有較多細小纖維，環境惡劣，長時間會造成作業人員的健康損害。

圖1：AGV系統路徑總體規劃圖

圖3：系統任務模式

圖4：AGV運行工藝流程

二、AGVS在玻纖行業中的應用

由于傳統物流搬運方式的諸多束縛，玻璃纖維行業的生產效率并不能實現最大化，也不利于生產智能化的轉型升級。與之相比，AGV搬運具有柔性化、信息化程度高，可與其它智能化設備實現信息傳遞與交換，控制精細，作業時間不受限制等特點。通過上位系統及調度系統的管理，自動搬運車系統(AGVS)可根據物料點信息自動規劃最優搬運路線，提高搬運效率，降低生產成本，實現生產過程的精準控制。

1.AGV在玻纖生產環節中的應用

在玻纖行業自動化物流系統中，AGV的主要作用為將絲餅從拉絲區自動輸送到烘干區烘干或短切區短切，再由機器人自動完成包裝、堆垛、進出立庫等，以實現產品從生產環節到倉儲環節的自動化識別、傳輸、分配、存儲和管理。其系統路徑總體規劃圖（案例），如圖1。

2.AGV單機概要

鑒于玻纖物料的承載工具一般為托盤或紗車，搬運AGV基本采用叉式，即叉車型AGV。對于AGV的應用場合，玻纖行業生產環境比較惡劣，常伴有水霧及積水，所以AGV一般采用激光導航技術，此導引技術柔性化程度高，應用過程中如需更改車輛運行路線，只需從上位系統更改路徑即可，無需增加任何硬件投入。AGV在玻纖行業中的應用場景，如圖2。

3.工藝流程

（1）AGV系統任務模式

AGV系統在工作中，接受上級物流系統下達的搬運任務，其任務模式如圖3。上級物流系統根據生產情況下達任務指令給AGV任務管理系統（中間件），任務管理系統對任務進行優化統籌后下發給AGV上位控制系統，上位控制系統則直接指令AGV單機執行任務。當系統中沒有任務管理系統（中間件）時，上級物流系統則直接下達任務給上位控制系統。

（2）AGVS運行工藝流程

當物流系統下達任務給AGV系統后，AGV系統自動調度AGV執行搬運任務。AGV搬運工藝流程，如圖4。

AGV接到任務指令，由待命站點出發，行駛至拉絲區滿紗車位，取上滿紗車，經過條碼識別區進行條碼識別之后，將紗車搬運至烘干區或短切區指定位置；

AGV完成前一作業任務后，AGV系統根據物流系統任務指令，調度AGV執行取空紗車任務，任務下發后，AGV運行至空紗車暫存位取上空紗車自動搬運至待命站點臨時等待或搬運至拉絲區的空紗車位；

當烘干區或短切區沒有紗車空位或發生故障時，系統下發滿紗車臨時存放指令，AGV拉取滿紗車經條碼識別后，將紗車搬運至臨時存放位存放。待前方有空位或恢復生產時，系統下發指令，AGV將臨時存放位的紗車搬運至烘干區或短切區指定位置；

AGV 搬運滿紗車行駛到條碼識別區，AGV將停車或減速行駛，待確認信息成功后繼續行駛至目的地。若不成功，AGV將回退繼續條碼識別，若仍不成功，AGV報告上級物流系統，物流系統將重新分配目標地址作異常處理，AGV自動駛向問題紗車工位進行卸貨。

三、AGV在玻纖行業中的設計要點

玻纖行業生產中，由于玻璃纖維材料及生產工藝的特殊性，生產環境比較惡劣。車間常伴有粉塵及霧氣，這給AGV平穩運行帶來了諸多考驗。所以，AGV在設計制造過程中，需要針對不同的環境采取必要防范措施，進行特殊設計處理，方能保證AGV正常行駛。

1.防水保護

玻纖生產中，烘干區車間由于烘干過程中產生大量水蒸氣，車間內部濕度高達90%，時常有冷凝水的出現，防止冷凝水滴漏或凝結到元器件上造成器件的損壞是設計中必須考慮的因素。因此，需將AGV元器件進行防水保護。

2.選用高防護性元器件

玻璃纖維本身不溶于水且直徑很小，生產中會出現粉塵。為防止粉塵損壞AGV器件，需選用具有高防護性能的元器件，并定期對AGV進行保養維護。

3.選用特殊用途驅動輪

由于玻璃纖維在生產過程中需使用大量含有化學成分的液體，這些化學液體潑灑到路面上會使路面濕滑。AGV行駛在這樣的路面上，極易打滑，且化學液體會腐蝕驅動輪。因此，AGV的驅動輪需選用具有高防滑性、耐磨性、抗腐蝕性能的特殊用途輪子，以保證AGV的正常運行。

4.選用帶霧校正功能的安全掃描儀

對于玻璃纖維生產車間濕度較大的特點，元器件除了做好防水保護外，對于檢測防護性功能器件，還需考慮霧化環境對檢測所帶來的影響。為了AGV安全防護性能不受霧氣環境影響，安全防護器件一般采用帶霧校正功能的安全激光掃描儀，此掃描儀能在高濕度環境中正常工作，為AGV提供更為有效的安全防護。

四、AGV車載HMI系統的應用

AGV車載HMI系統是運行于AGV車載一體計算機上的軟件，主要包括車載系統相關功能、調度系統相關功能及系統功能等。

AGV車載HMI系統是用戶與AGV之間進行交互和信息交換的媒介，如圖5，主要實現信息收集、信息處理、信息存儲、信息轉化及信息傳遞等功能，最終將豐富的信息以直觀的可視化方式呈現給用戶。用戶可通過觸摸式車載一體計算機對AGV車載HMI系統進行操作，以觸摸的方式對AGV進行操控，使人機交互更加便捷，更加人性化。

圖5：AGV車載HMI系統交互界面

通過該系統，用戶可查詢當前AGVS的運行信息、操作狀態、通訊狀態、錯誤信息、電池信息、各類統計信息、當前系統中的任務及貨位信息等，并能對AGV下達命令、對AGV進行參數設置與調試等。

五、AGVS任務管理系統（中間件）的應用

在玻纖行業，昆船AGVS使用了自主研發的最新的任務管理（中間件）系統。這個系統位于上層調度系統與下層設備控制系統之間。其作用是：對下層不同設備控制系統的接口進行統一封裝處理，為上層調度系統提供統一的對外訪問接口；且能夠根據實際需求，對調度流程進行優化處理，實現標準的中間件平臺化管理。

對于整個上位系統，AGV中間件控制系統相當于一個服務器，是整個AGV輸送集成系統（ATIS）的核心。它根據上級物流系統產生的任務，統籌調度AGV作業，并統一指揮交通，避免AGV相互碰撞，同時自動管理AGV完成和外圍設備的通信。該系統包含貨位管理、托盤管理、任務管理、移動管理、通訊管理、查詢統計、日志管理、系統維護、運行信息記錄等多個功能模塊。這些功能模塊為AGV系統的所有活動提供管理并記錄，極大的豐富了AGV系統功能，提高了產品的通用性和可維護性。

六、AGVS的應用效果

玻璃纖維生產屬于勞動密集型產業，其特殊的材料及工藝會給生產人員的健康帶來極大損害。隨著近幾年玻纖行業的快速發展，人工成本的不斷攀升，受制于傳統的生產模式，玻璃纖維的生產已不能滿足市場的需求。AGVS在玻纖行業中的應用很好地解決了以上困難，其應用的效果及優勢主要有以下幾點：

1.自動化的生產模式使工人從復雜惡劣的環境中解放出來，降低了勞動強度，保護了人員安全；

2.AGV的自動、高效運行，大大減少了作業人員數量，為企業降低人工成本提供條件；

3.AGV可以24小時不間斷的工作及合理的系統調度，提高了企業生產效率，為企業擴大產能注入新動力；

4.結合條碼識別、信息管理、地面稱重系統等技術的應用，可實現生產過程的全程監控與精細管理，保證了產品質量；

5.車載HMI系統的應用實現了更加便捷、直接的人機交互，操控人員只需經過簡單培訓即可上手，降低了AGV對操作人員的要求；

6.任務管理系統（中間件）的應用提高了整個系統的運行效率，為系統的實時活動提供記錄和保存，保障系統在故障時的數據恢復；

7.AGV的柔性化，為生產臨時調整或后續廠區升級改造提供了較為方便、低成本的有力支持，使企業調整生產更加靈活、便捷。

隨著我國工業水平不斷提高，新材料將越來越廣泛的應用到各行各業，玻纖行業也將迎來蓬勃式發展。AGV系統為玻纖生產企業的物料運輸提供了可靠、高效的解決方案，勢必也會得到日益廣泛的應用。

作者單位為云南昆船智能裝備有限公司