AGV在汽車制造領域自動化搬運系統中的應用

文/蔡穎杰 夏韻凱

汽車生產線通過AGV系統與自動化立體倉庫相連接，能夠提高對汽車生產線供應物料、生產線成品出庫的效率，從而提高整個汽車生產的效率

近些年來，勞動密集型企業的生存現狀越來越嚴峻，勞動力成本不斷上升使得實體企業負擔越來越沉重。而物流業重復、繁重的工作環境，使得愿意從事該行業的人群越來越少，從業人員招聘困難。物流行業又是包含眾多信息的行業，人員管理、貨物管理難度大，需要智能化管理才能大幅提高物流效率。AGV智能倉庫，既能做到提高搬運效率，又能做到信息化管理，是先進的物流與管理方案。

汽車生產物流是指物料從倉庫入庫到生產線消耗點，再到成品車入庫前的物流，是物流業與制造業結合的一個典型。汽車制造生產是一個龐大的產業，如果能提高汽車生產物流的效率，對于復雜的汽車生產來說是具有重大意義的。本文提出了AGV在汽車制造領域、智能搬運系統鏈中的應用，汽車生產物流線全面使用AGV，通過提高物流運輸效率，提高汽車生產的整體效率。在智能立體倉庫，運用叉車式AGV和物流搬運機器人（小精靈）實現汽車制造與裝配物料的“高層立體存儲，低位貨架揀選”；牽引AGV（Tomas）將智能立體倉庫中的制造與裝配物料，通過牽引的方式運輸到生產線線邊，實現倉儲與生產的緊密結合；方舟（停車AGV）將從生產線下線的成品汽車運輸至成品緩存區，實現即下線即入庫的效果，不僅降低對人工開車入庫的依賴，還能使緩存區的空間最大利用化，增大存車數量。

圖1：AGV單機系統

圖2：AGV控制系統

圖3：汽車生產物流中AGV的應用流程

圖4：小精靈

一、AGV及其AGVS概述

自動導引小車（Au t o m a t e d Guided Vehicle, AGV），是一種以蓄電池為動力的自動化導引物料搬運車，它能夠在計算機的監控下，按照指定的路徑進行搬運、取貨、送貨、充電等操作。 如圖1所示，AGV單機的工作原理是通過各個傳感器（導航、避障等）將信息傳遞給工控機（工業控制計算機），通過工控機下達任務給執行機構，完成各種操作任務。AGV按用途可分為自動搬運車、自動拖車、自動叉車、停車用AGV等，也可以根據導引方式分為電磁導引、激光導引、視覺導引、二維碼導引等多種形式，可根據實際使用場景，選擇合適的AGV進行工作。圖2是AGV在立體倉庫中運行的原理圖。整個AGV控制系統通過外接操控設備（平板、手持終端等）發布具體搬運任務，由WMS（Warehouse Management System，倉庫管理系統）發布任務給WCS（Warehouse Control system, 倉庫控制系統）協調各種物流設備運行。

AGV在各行各業都有廣泛的應用，尤其是物流和制造行業。在物流行業較為出名的就是亞馬遜的kiva系統，物流對訂單智能揀選運送，大大提高物流效率。在汽車制造業中也有應用的研究。但大多數在汽車制造行業都是在汽車生產線中大量使用AGV運送物料，很少有將AGV應用在立體倉庫和生產線之間、生產線與成品緩存區之間的運送。本文主要表述AGV在汽車生產物流上的應用。

表 1：導航方式對比

圖5：叉車AGV

圖6：托馬斯

圖7：方舟

圖8：AGV在汽車物流生產流程

二、方案設計

汽車生產分為三個過程，即倉庫→生產線→成品庫，如果能提高倉庫→生產線與生產線→成品庫的效率，就能大幅提高整個汽車生產的效率。

為了提高汽車生產物流的效率，本文提出將由AGV系統組成的智能立體倉庫與生產線、生產線與成品緩存區聯動的方案。流程如圖3 所示，貨車將制造原料與裝配物料運送至立體倉庫的運輸區進行卸貨，由人工在揀選區進行物料的分類揀選（低位貨架揀選）；經分類的物流使用專用的貨架，通過小精靈（物流搬運AGV）運送至暫存區；叉車AGV將物料運送至立體倉庫（高層立體存儲）。當生產線需要物料時，通過叉車AGV將物料從貨架運送到暫存區；小精靈將物料從暫存區運送至出庫揀選區；Tomas將物料從出庫揀選區運送至汽車生產線線邊等待生產。當汽車成品從生產線上下線后，通過方舟（停車AGV）將成品汽車運送至成品暫存區存儲。

三、AGV的選擇

汽車生產物流線上的運行環境有很大差別，需根據現場環境，選擇合適用途和導航方式的AGV（表1）。在立體倉庫中進行物料分揀和存入貨架的過程，選擇二維碼導航的物流搬運AGV（小精靈）(圖4)，與激光導航的叉車AGV。叉車AGV有前移式（圖5a）與堆高式（圖5b）。立體倉庫→汽車生產線使用激光導航的牽引AGV（Tomas）（圖6）。汽車生產線→成品緩存區使用激光導航停車AGV（方舟）（圖7）。

四、具體方案

方案具體分為三部分(如圖8)：立體倉庫、立體倉庫→汽車生產線、汽車生產線→成品緩存區。設計的方案不會影響生產線的正常生產，主要提高生產線的入料和成品出庫的效率。下面是三個部分的具體說明。

1.立體倉庫部分

汽車生產物流立體倉庫部分的流程如圖9。

圖9：立體倉庫環節

圖10：倉庫→汽車生產線具體流程

圖11：激光導航牽引式AGV工作場景

圖12：梳齒型停車AGV

圖13：抬板型停車AGV

立體倉庫中使用小精靈和叉車AGV協同工作，采用“高層立體存儲，低位貨架揀選”的模式。立體倉庫的主要任務是存放生產物料，在生產線生產時及時提供物料。當有物料入庫時，先人工進行物料的揀選分類，將物料揀選到合適的貨架，通過WMS發布指令，通過小精靈將物料運送至對應的緩存區，再通過叉車AGV運送到合適的貨架上完成生產物料入庫任務。

2.立體倉庫→汽車生產線

在汽車生產物流中，倉庫→汽車生產線，傳統的揀貨模式通常包括從存儲區域通過鏟車編組，牽引車向揀貨區域配料，揀貨區由人工拖動料車揀貨以及揀后的料架由牽引車運輸上線等操作，本文采用的出庫揀貨模式為SUMA2.0。在立體倉庫→汽車生產線的環節（如圖10所示），采用通過Tomas（牽引式AGV），將生產物料運送至汽車生產線。Tomas是怡豐機器人設計生產的激光導航牽引式AGV，通過牽引的方式運送物料，如圖11。

3.汽車生產線→成品緩存區

檢測合格的汽車將被送往成品緩存區，目前采用比較多的方案是人工將新車開往緩存區，這需要大量的人力。如果采用自動停車機器人，通過AGV自動將成品車輛運送到成品緩存區，不僅可以節省人力，而且可以提高效率。

方舟是怡豐機器人設計生產的新一代激光導航停車AGV（圖7）。怡豐機器人已經成功商業化生產兩款停車AGV，分別是梳齒型停車AGV（如圖12）和抬板式停車AGV（如圖13），兩款停車AGV已經有現場案例，導航方式都為激光導航。梳齒型停車AGV可將汽車搬運至梳齒架，實現車輛的準確停泊。抬板型AGV通過抬板將汽車與運送至相應車位。兩者都能實現車輛的準確停車，但是梳齒型停車AGV依賴于梳齒架，抬板式停車AGV依賴于抬板，都不太適合將汽車成品運送至成品緩存區。新一代激光導航AGV方舟不依賴梳齒架與抬板也能將汽車停靠至準確位置，是本文方案采用的運送成品汽車的方式。

四、總結

本文結合汽車物流生產線的現狀，將自動化立體倉庫、自動化停車庫與汽車生產線結合，提出采用AGV系統的自動化立體倉庫與汽車生產線相連接，汽車生產線與成品緩存區通過停車AGV連接的方案。能夠提高對汽車生產線供應物料，生產線成品出庫的效率，從而提高整個汽車生產的效率。