ＡＧＶ結(jié)合ＭＥＳ在精細(xì)化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

趙　晨　王家寶　馬健斌

摘要：AGV與MEs系統(tǒng)整合后，能更大程度地發(fā)揮MES系統(tǒng)的效力，從而提高用戶企業(yè)的生產(chǎn)自動化程度，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：AGV、MES、精細(xì)化工

自動導(dǎo)引車(AGV)具有自動化程度高、準(zhǔn)確快捷、柔性好、現(xiàn)場污染少、能有效避免人為錯誤并且節(jié)省人力資源等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、汽車、煙草、柴油機(jī)等生產(chǎn)、制造行業(yè)，AGV給應(yīng)用企業(yè)帶來的優(yōu)勢與效益也是有目共睹的。在實(shí)際應(yīng)用中，由于企業(yè)的類型、產(chǎn)品的特點(diǎn)以及生產(chǎn)流程各不相同，AGV的使用必須與之適應(yīng)，才能發(fā)揮出最大的功效。本文以沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司承建的某精細(xì)化工(日用品)公司原料柔性自動輸送系統(tǒng)為例，介紹全球內(nèi)AGV首次應(yīng)用于精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。

使用AGV前的物料輸送方式及流程

某國際知名精細(xì)化工產(chǎn)品(日用品)生產(chǎn)銷售商在全球十多個國家擁有生產(chǎn)廠。2007年銷售額近百億美元。該公司在中國設(shè)立的唯一生產(chǎn)企業(yè)成功實(shí)施了AGV項(xiàng)目。

在使用AGV之前。該公司為了確保生產(chǎn)的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)過程的可追溯性，從2004年開始自行開發(fā)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)進(jìn)行生產(chǎn)過程實(shí)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(jìn)行稱取物料，見圖1，手推車實(shí)時與上位ERP系統(tǒng)連接，來自ERP系統(tǒng)的稱料指令由無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到小車的電腦上，操作人員推著小車在系統(tǒng)指定的物料工位進(jìn)行物料稱取，系統(tǒng)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(dāng)前工單的配方要求。然而由于每個產(chǎn)品的配方組成比較復(fù)雜。再加上豐富的產(chǎn)品系列，稱料人員要在一個存儲有幾千種物料的稱料區(qū)內(nèi)進(jìn)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(hù)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(jīng)過匯總后才送到生產(chǎn)區(qū)。

根據(jù)生產(chǎn)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(chǎn)區(qū)，因此，匯料人員需要根據(jù)生產(chǎn)安排和進(jìn)度，一車車地把物料按時準(zhǔn)確地送到生產(chǎn)工單指定的生產(chǎn)區(qū)。當(dāng)生產(chǎn)進(jìn)度和計(jì)劃發(fā)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(yīng)的正確反應(yīng)。如果反應(yīng)不及時，會造成生產(chǎn)延誤，浪費(fèi)工時。

為了克服這個生產(chǎn)供應(yīng)過程中的缺陷，該公司決定利用AGV的特性把現(xiàn)有的MES系統(tǒng)升級，并與之整合成為MES-AGV系統(tǒng)來提高自身的生產(chǎn)能力。

AGV車體結(jié)構(gòu)

AGV車體結(jié)構(gòu)包括AGV自身設(shè)備和外部設(shè)備，自身設(shè)備包括車載控制器、磁導(dǎo)引系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)通訊系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、在線自動充電系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、人機(jī)界面、輥道輸送機(jī)、頂升裝置等，外部設(shè)備包括原人工稱料車上的所有設(shè)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(jìn)行AGV車體設(shè)計(jì)時，根據(jù)其要求進(jìn)行了多次改善。最終滿足了該公司嚴(yán)格的要求；在制造AGV實(shí)物前，先向該公司提供了AGV車體效果圖(見圖2)，得到確認(rèn)后再進(jìn)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(jī)構(gòu)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(yùn)輸?shù)墓δ堋?/p>

MES獲取ERP的稱料工單并進(jìn)行相關(guān)預(yù)先處理，根據(jù)當(dāng)前MES生產(chǎn)模塊的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度確定生產(chǎn)需求后，及時把相關(guān)的稱料需求發(fā)給AGV調(diào)度中心。AGV調(diào)度中心只需負(fù)責(zé)AGV的安排和停車位置，停車具體位置來自MES系統(tǒng)，其稱料過程的控制和之前的MES稱料模塊控制基本相同。

當(dāng)指定AGV獲取稱料任務(wù)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(yīng)生產(chǎn)區(qū)的移載機(jī)構(gòu)上進(jìn)行自動投料。

基于MES-AGV系統(tǒng)的應(yīng)用，該公司順利地簡化了稱料過程，實(shí)現(xiàn)了配制生產(chǎn)過程中JIT稱取、輸送和投料的一體化，為公司進(jìn)一步提高生產(chǎn)力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

希望達(dá)到的目標(biāo)

1近期目標(biāo)：減少人為干擾

從使用人工小車的生產(chǎn)流程來看，雖然指令均由MES發(fā)出，但無論是將小車推到指定接料站點(diǎn)，還是接料后將接料桶送到生產(chǎn)區(qū)的反應(yīng)鍋旁，或是最后將接料桶內(nèi)的物料倒入反應(yīng)鍋內(nèi)，相關(guān)工作均由人工完成，一方面工人的勞動強(qiáng)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(yīng)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(dá)。無需人工確認(rèn)位置，另一方面接完料后，AGV即自動運(yùn)行到生產(chǎn)區(qū)，并自動將接料桶移載到反應(yīng)鍋旁，既避免了工人需要從接料區(qū)走到生產(chǎn)區(qū)，也降低了人工倒料的危險性。

2遠(yuǎn)期目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動

該公司計(jì)劃日后在原料桶上安裝自動閥門，并計(jì)劃在生產(chǎn)區(qū)的反應(yīng)鍋旁安裝自動導(dǎo)流系統(tǒng)。當(dāng)AGV運(yùn)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(nèi)，AGV上的150kg電子秤實(shí)時將稱重數(shù)據(jù)反饋給MES，當(dāng)達(dá)到指定重量時，MES命令原料桶的閥門自動關(guān)閉。當(dāng)AGV送料時，反應(yīng)鍋旁的物料自動導(dǎo)流系統(tǒng)自動連接到AGV上的接料桶上，自動將接料桶內(nèi)的原料抽到反應(yīng)鍋內(nèi)。

系統(tǒng)實(shí)施過程中克服的困難

1地面結(jié)構(gòu)干擾AGV磁導(dǎo)引系統(tǒng)

在該公司已有的生產(chǎn)車間內(nèi)，AGV需要運(yùn)行在鋼架平臺上。鋼架平臺下面由鋼架支撐，在鋼架上鋪設(shè)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(tǒng)中AGV采用磁導(dǎo)引技術(shù)，一般情況下，導(dǎo)引磁條應(yīng)埋在AGV運(yùn)行平面以下，深度為15mm，且AGV運(yùn)行平面以下30mm以內(nèi)不應(yīng)有其他金屬物體。而在本系統(tǒng)中現(xiàn)場并不具備條件，導(dǎo)引磁條只能鋪在鋼架平臺表面，且鋼架平臺的鋼架因?yàn)榇呕?yīng)會對AGV的磁導(dǎo)引系統(tǒng)造成一定程度的干擾。

經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室模擬和現(xiàn)場實(shí)測，新松公司的技術(shù)人員調(diào)整了AGV磁導(dǎo)引系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，解決了磁導(dǎo)引系統(tǒng)受到干擾的問題。

2AGV釋放靜電

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

經(jīng)過多輪磋商，新松公司決

定將AGV的釋放靜電設(shè)備由拖鏈結(jié)構(gòu)改為輪式結(jié)構(gòu)。同時該公司決定對生產(chǎn)車間內(nèi)AGV導(dǎo)靜電輪經(jīng)過的地面進(jìn)行重新處理，打磨掉原來的油漆，鋪設(shè)導(dǎo)電銅條并有效接地，上面用導(dǎo)電油漆覆蓋。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)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(chǎn)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(yīng)負(fù)重，否則電子秤有可能損壞，也就是要求AGV在運(yùn)行時接料桶必須與電子秤脫離。

考慮到電子秤這一特點(diǎn)，在AGV車體設(shè)計(jì)時，新松公司在輥道輸送機(jī)下方增加了頂升裝置。在接料站點(diǎn)時，頂升裝置降下，輥道輸送機(jī)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(jié)束后，頂升裝置升起，輥道輸送機(jī)高于電子秤，將接料桶頂離電子秤，AGV即可以運(yùn)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(shù)校驗(yàn)停車站點(diǎn)

本系統(tǒng)中接送料站點(diǎn)總計(jì)超過200個，尤其是在接料區(qū)，接料站點(diǎn)非常密集，兩個接料站點(diǎn)之間只間隔450mm，若采用普通的磁條地標(biāo)方式來標(biāo)定接料站點(diǎn)，因?yàn)椴煌军c(diǎn)的區(qū)分只是依靠AGV的位置編碼器根據(jù)行走輪運(yùn)行距離來判定，站點(diǎn)之間距離過近有可能產(chǎn)生誤判。

本系統(tǒng)中在每個AGV停車站點(diǎn)均放置了RFID芯片，在每臺AGV上均安裝RFID掃描頭，當(dāng)AGV運(yùn)行到指定的停車站點(diǎn)時，AGV根據(jù)位置編碼器來判定所在的位置，同時通過RFID芯片來校驗(yàn)當(dāng)前站點(diǎn)是否為指定站點(diǎn)。

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

本系統(tǒng)正式投入使用以后，與MES系統(tǒng)相結(jié)合，能更大程度地發(fā)揮MES系統(tǒng)的效力，從而提高該公司的生產(chǎn)自動化程度，提高生產(chǎn)效率。