潛伏舉升式AGV在汽車零部件工廠的規劃和應用

文/韓立志

在汽車某零部件工廠內生產過程中，線邊存儲物料，供給產線中使用的消耗物料，需要實時補充供給。目前均為人工推車搬運，推車到產線邊時由人工抬塑料箱至流利條貨架上存儲，比較費時費力。本方案規劃將此類搬運工序使用AGV來進行搬運，從而提升工作效率，降低人工勞動強度，提高生產安全性。

基礎數據如下：塑料箱尺寸為600×400×150（mm），平底可堆疊，每箱平均可以裝載16件物料。流利條貨架尺寸為1280×800×1500(mm)，分為上中下三層，上層和中層用于積存滿料箱，下層用于積存空料箱，如圖1 。AGV的最大負載260kg，需要完成三部分任務：一是將原料從原料區搬運至裝配產線，料箱空滿交換；二是半成品搬運至噴漆區，料箱空滿交換；三是將線邊的成品運至成品倉庫，料箱空滿交換。

一、方案規劃

在規劃圖(如圖2)中可見，上部左側區域為原料倉庫，在原料倉庫內設置有8個上料點，圖中紅色的線段示意為AGV的行走路線，其執行任務1，是將原料運至裝配產線。因為車間區域較大，遍布了若干下料點，所以原料運至產線的工作任務比較繁忙。上部右側區域是外接噴涂區，圖中黑色線段示意AGV的行走路線，此為執行任務2，是將半成品運送至噴涂區（此車間內未設置噴漆房，需要在此接口區域由人工操作其他運輸設備將半成品運至實際的噴涂間進行噴涂工藝后，將零件運回再供給產線）。規劃圖中最下部區域為成品庫區，產線中只有局部點位產生成品，藍色的線段示意為AGV的行走路線，此為執行任務3，是將成品運回至成品庫區。在成品庫區內設有三個下料點，在完成下料后，由成品庫區內的工作人員理貨進行排列并堆疊儲存待發貨。在每個產線巷道內，都設置了雙排路線，以免在AGV來回交錯的過程中發生堵塞，這樣可以提高運行的效率。

圖1 流利條貨架

圖2 規劃圖

圖3 潛伏舉升式AGV

二、工作流程

1.叫料

由產線邊工作人員根據產線需求通過按鈕盒進行叫料，經無線AP等硬件通訊后反饋給系統。

2.備料

上料點PC端顯示產線各工位的需求任務，點選承接任務后，進行備料。對已待命的AGV車進行裝車工作。

3.發運

上料點PC端給定運載指令，通過AP通訊，信號反饋系統。RCS機器人調度系統會根據任務情況進行自動規劃路徑給到AGV車指令，AGV車輛發運行駛。

4.下料

AGV車運載指定的貨物行駛至固定的地點后，由工作人員操作將料箱轉移到存儲流利條貨架上。

5.待命

無調度任務的AGV，回至待命點等待指令或補充電量。

6.空箱回料

空箱在產線邊，積累到一定程度。由工作人員裝載至AGV車上，隨空車返回上料點，進行循環使用。

三、AGV的選型及參數

本應用方案中選用潛伏舉升式AGV，如圖3。基本尺寸：924×650×260(mm)；最大舉升高度：60mm；額定負載能力：500kg；滿載最大運行速度：1200mm/s；導航方式：二維碼導航；導引定位精度：±10mm；停止角度精度：±1°；工作時間：24小時連續；充電方式：在線自動快速充電；AGV設有多重的安全防護機制（激光雷達檢測、機械防撞模塊、物料檢測傳感器等），以及直觀的信號燈顯示和特殊情況的報警提示。綜合來看，本AGV可以穩定、有效地滿足工作的使用。

四、AGV應用技術

圖4 AGV系統硬件整體架構

圖5 AGV軟件調度系統架構

潛伏舉升式AGV車是由車身本體、驅動輪系單元、頂升機構、導航系統、供電系統、電氣控制系統、檢測系統、安全防護系統、智能充電機等組成。其中車身本體是整個AGV的安裝基礎平臺，各元器件均安裝在車身上。驅動輪系單元是保持AGV行走的執行機構，通過兩個車輪的差速控制實現前進、后退以及轉彎等行走模式。導航系統主要是通過地面二維碼的視覺識別以及通過陀螺儀的角度定位來判斷自身的位置和角度。供電系統是由磷酸鐵鋰電池作為供電基礎單元加設電量控制，來為AGV的各項功能提供電能。電氣控制系統包含主控制器是AGV小車運行的大腦，用來向小車的驅動輪系單元發送行走控制指令。安全防護系統由激光雷達、安全碰撞觸邊、急停按鈕等組成，是維護車輛及相關人員安全的保障。智能充電機是為AGV充電的設備，AGV設置有電量閥值，當低于設置的固定電量時，AGV可自動回至充電點，自動由充電機充電。

AGV系統硬件整體架構，主要采用局域網實現AGV、AGV管理監控計算機、物流管理系統、各生產線及數據庫之間的通訊，硬件整體架構設計方案，如圖4。

五、生產節拍的匹配計算

以原料庫至一號上料點為例，單程距離L=42.7m，擬定AGV運載物料穩定行駛的速度為V=0.5m/s，AGV旋轉共計耗時t2=40s，人員對接耗時t3=50s。則AGV在原料庫至一號上料點過程中行駛總耗時。根據該料點單品節拍為Q=42s,而AGV單車運載物料單品數量為P=18(箱)，則每小時（即3600秒s）內AGV循環次數為R=3600/(Q＊P)=3600/(42＊18)=4.76（次）。設置冗余系數U=1.3，則AGV數量臺。

而依次類推，在總布局中共74項AGV需要搬運的路程，距離各不相同。經數據統計計算，AGV需求分別為0.11臺、0.19臺、0.28臺等等。最終累計求和統計出本案例中實際需求的AGV數量為14.4臺，取整即為15臺能滿足產線節拍供給的需求。

六、總結

本案例通過對潛伏舉升式AGV的應用，解決了某汽車零部件廠生產線線邊的實時供料問題，成為在此行業內一個成功應用案例。本應用的規劃是根據項目現場的實際環境，采用了合理的路線設計，有效地減少AGV小車的空跑時間和等待時間，提高了效率。自動化集成制造的發展，使AGV的應用和研究進入了一個嶄新的時代。現代物流最大的趨勢就是網絡化與智能化。在制造企業內部，現代倉儲配送中心往往與企業生產系統相融合，倉儲系統作為生產系統的一部分，在企業生產管理中起著非常重要的作用。