卷煙輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)改進(jìn)

姜 華

（陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 延安卷煙廠，陜西 延安 716000）

卷煙輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)改進(jìn)

姜 華

（陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 延安卷煙廠，陜西 延安 716000）

由于卷煙輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)存在小車空跑、多跑及系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理等問題，導(dǎo)致自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)運(yùn)行效率偏低，已不能滿足精益生產(chǎn)的要求。為保證生產(chǎn)所需的輔料高效、安全送達(dá)到卷包機(jī)組，消除斷料停產(chǎn)隱患，需對自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)的調(diào)度策略和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。通過優(yōu)化調(diào)度策略和根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整相關(guān)參數(shù)后，卷煙輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)效率得到了提升，降低了維修、備件更換費(fèi)及電能消耗。

卷煙輔料庫；自動導(dǎo)引車；調(diào)度策略；效率

1 引言

AGV（Automated Guided Vehicle,自動導(dǎo)引車）指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路線行駛，具有安全保護(hù)以及各種移載功能的運(yùn)輸車，具有靈活性、智能化的顯著特點(diǎn)，便于生產(chǎn)過程中的柔性化運(yùn)輸[1-2]。作為自動化物流系統(tǒng)中物料自動搬運(yùn)的理想解決手段，廣泛應(yīng)用于卷煙工業(yè)主輔材料、成品、廢料的自動運(yùn)輸工作[3-4]。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，AGV系統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)度策略不能滿足精益生產(chǎn)的要求、優(yōu)先級不可控、行走路線優(yōu)化不到位及相關(guān)參數(shù)設(shè)置與實(shí)際運(yùn)行情況匹配欠佳等問題[5]，導(dǎo)致AGV系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率有限。近年來基于排隊(duì)論對AGV配置最優(yōu)數(shù)量進(jìn)行了研究，獲得了不同生產(chǎn)規(guī)模下AGV小車最優(yōu)配置數(shù)量[6]，并對卷煙生產(chǎn)線廢料回收物流系統(tǒng)進(jìn)行了建模分析[7]；國外在這方面的研究[8-9]主要集中在AGV小車行走問題和AGV小車的運(yùn)輸能力對車間調(diào)度問題的影響，但上述研究未能徹底解決AGV系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效率低的問題。AGV系統(tǒng)效率主要取決于調(diào)度、路徑、規(guī)劃及小車配置四個(gè)因素[10]。因此，優(yōu)化AGV系統(tǒng)的調(diào)度策略、改善AGV小車行走路線及調(diào)整相關(guān)參數(shù)，是提高AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率的有效手段。

2 自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)組成

AGV系統(tǒng)主要由管理監(jiān)控系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)、自主定位及導(dǎo)航系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)和自動導(dǎo)引運(yùn)輸車組成[11]，AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 AGV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)改進(jìn)

3.1 調(diào)度策略優(yōu)化

3.1.1 傳統(tǒng)調(diào)度策略。輔料庫AGV系統(tǒng)傳統(tǒng)的調(diào)度策略是“任務(wù)找空車”模式：AGV管理系統(tǒng)按照任務(wù)下達(dá)的順序依次將任務(wù)分配給空閑AGV小車，該方式以任務(wù)為主。但是在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，各機(jī)組運(yùn)作各有不同，請求隨機(jī)產(chǎn)生[12]，導(dǎo)致AGV小車存在空跑、多跑的問題，降低了AGV系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，越來越不能滿足精益生產(chǎn)、精益管理的要求。

3.1.2 優(yōu)化調(diào)度策略。最優(yōu)的AGV系統(tǒng)調(diào)度策略,應(yīng)是在給定的一組搬運(yùn)任務(wù)下,AGV系統(tǒng)按照某種調(diào)度順序進(jìn)行工作,使任務(wù)完成的傳送損失最小,一般可認(rèn)為完成任務(wù)時(shí)AGV系統(tǒng)行走路徑最短[13]。優(yōu)化后AGV系統(tǒng)調(diào)度策略為“空車找任務(wù)”模式，AGV系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)時(shí)，不按照任務(wù)下達(dá)的順序依次將任務(wù)分配給空閑AGV小車，AGV系統(tǒng)首先將當(dāng)前所有空閑AGV小車與所有任務(wù)進(jìn)行“車—任務(wù)”搭配組合，計(jì)算當(dāng)前所有空閑AGV小車從所在地開始執(zhí)行任務(wù)后的行走距離，按照行走距離進(jìn)行排隊(duì)，優(yōu)先將行走距離最短的任務(wù)分配給相應(yīng)空閑AGV小車；同時(shí)在AGV小車與任務(wù)未捆綁前，AGV系統(tǒng)對比計(jì)算發(fā)現(xiàn)有其他空閑AGV小車執(zhí)行該任務(wù)行走的距離更短情況時(shí)，AGV管理系統(tǒng)發(fā)出命令，由行走距離更短的AGV小車執(zhí)行該任務(wù)，原有分配到該任務(wù)的AGV小車放棄該任務(wù)，參與其他未分配任務(wù)的計(jì)算、對比、分配過程或回到休息點(diǎn)。“空車找任務(wù)”模式是反復(fù)計(jì)算、對比“車—任務(wù)”搭配時(shí)的行走距離，以最短行走距離作為任務(wù)分配給空閑AGV小車的依據(jù)，減少AGV小車行走距離，提高AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率。例如：AGV小車先在工位卸料后，可直接回收旁邊及附近工位的空托盤；AGV將空托盤卸到回收鏈機(jī)上后，可直接運(yùn)輸旁邊輔料輸送鏈機(jī)上的輔料。

如果生產(chǎn)廠房面積較大或某些運(yùn)輸流程距離較長，將存在一些任務(wù)執(zhí)行偏后的問題?？稍凇翱哲囌胰蝿?wù)”模式中增加等待時(shí)間參數(shù)，在每次計(jì)算“車—任務(wù)”搭配的行走距離時(shí)，行走距離可按照等待時(shí)間的多少減少相應(yīng)比例的行走距離，以提高行走距離較長、需長時(shí)間等待任務(wù)的執(zhí)行幾率。如果在生產(chǎn)過程中存在高頻次發(fā)生的任務(wù)，可在“空車找任務(wù)”模式中設(shè)定任務(wù)優(yōu)先等級，保證該任務(wù)最優(yōu)先執(zhí)行，從而避免生產(chǎn)等待問題，例如：煙箱空托盤回收流程優(yōu)先等級最高、生產(chǎn)退料流程優(yōu)先等級最低。

3.2 行走路線改善

行走路線改善前，AGV小車運(yùn)輸輔料及回收空托盤時(shí)，需從卷包機(jī)組的一端駛?cè)?、從卷包機(jī)組另一端駛出，AGV小車行走路線幾乎繞行卷包機(jī)組的四周，行走路線較長，改善前AGV小車行走路線如圖2。隨著新進(jìn)高速卷包機(jī)組的就位及老舊卷包機(jī)組的淘汰，該廠逐步對卷包機(jī)組的位置進(jìn)行調(diào)整，以便于AGV小車行走路線的改善；行走路線改善后，輔料送到卷包機(jī)組及接到空托盤后，AGV小車直接倒車返回到主通道，不需要繞行卷包機(jī)組，減少AGV小車行走路線長度，提高AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率，改善后AGV小車行走路線如圖3。建議在卷包機(jī)組定位時(shí)，物流技術(shù)人員應(yīng)積極參與其中，科學(xué)、合理的提出技術(shù)要求，保證在卷包機(jī)組四周預(yù)留合理的AGV小車行走路線位置，減少AGV小車行走路線長度，只有當(dāng)AGV小車行走路線設(shè)計(jì)合理，才能發(fā)揮AGV系統(tǒng)運(yùn)行流暢和高效的優(yōu)勢[14]。

圖2 改善前AGV小車行走路線

圖3 改善后AGV小車行走路線

3.3 AGV單機(jī)參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 AGV小車速度參數(shù)優(yōu)化。AGV小車行走路線是由多個(gè)線段組成，每個(gè)線段的速度不盡相同，可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，優(yōu)化AGV小車行走速度參數(shù)，在保證安全的前提條件下，在某些線段上適當(dāng)增加AGV小車的行走速度，優(yōu)化前、后AGV小車速度對比見表1。

表1 優(yōu)化前、后AGV小車速度對比（mm/s）

3.3.2 AGV小車起始位置優(yōu)化。優(yōu)化前無任務(wù)時(shí)AGV小車在休息點(diǎn)集中?？?，休息點(diǎn)如圖2，優(yōu)化后除原有集中休息點(diǎn)外，在輔料卸貨鏈機(jī)附近及車間卷包機(jī)組中間位置再設(shè)置兩個(gè)休息點(diǎn)，優(yōu)化后休息點(diǎn)如圖3，讓兩臺AGV小車在兩處地點(diǎn)休息，當(dāng)出現(xiàn)輔料出庫及空托盤回收請求后，兩臺AGV小車可直接就近接送輔料或回收空托盤，減少AGV小車行走距離，提高AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3.3.3 AGV小車充電參數(shù)優(yōu)化。由于卷包車間為三班倒運(yùn)行，各班獨(dú)立核算輔料消耗，所以交接班后各卷包機(jī)組會大量呼叫輔料，造成大量AGV任務(wù)緩存排隊(duì)，如果在這個(gè)高峰階段出現(xiàn)AGV電池電量降低，會導(dǎo)致AGV小車充電流程發(fā)生，AGV小車充電頻繁，將減少在用AGV小車數(shù)量，導(dǎo)致AGV系統(tǒng)運(yùn)行效率大幅度下降?？稍贏GV電源系統(tǒng)中增加固定時(shí)間充電參數(shù)，在卷包車間工段交接班前30min時(shí)，AGV電源系統(tǒng)設(shè)定所有AGV小車按順序進(jìn)行充電，保證交接班高峰時(shí)期AGV小車不會發(fā)生充電情況，提高AGV運(yùn)行效率；同時(shí)每季度對AGV電池進(jìn)行活化處理，延長電池使用壽命，降低電池使用和維護(hù)成本[15]。

4 結(jié)果與分析

4.1 輔料運(yùn)送時(shí)間對比

2016年1月至5月我廠對輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，2016年6月至2017年5月對改進(jìn)后自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與2015年自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，改進(jìn)前、后輔料運(yùn)送時(shí)間見表2、表3。

表2 AGV系統(tǒng)改進(jìn)前輔料運(yùn)送時(shí)間（min）

表3 AGV系統(tǒng)改進(jìn)后輔料運(yùn)送時(shí)間（min）

從表2、表3中可以看到自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)改進(jìn)后，卷煙輔料平均運(yùn)送時(shí)間由傳統(tǒng)系統(tǒng)的22.6min下降到改進(jìn)后的15.7min，自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)運(yùn)行效率提升30%。

4.2 維修及備件更換費(fèi)用對比

由于自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升、行走路線及參數(shù)的優(yōu)化，4臺AGV小車?yán)塾?jì)行走距離的大幅度縮短，導(dǎo)致AGV小車故障及維修頻次減少，AGV小車維修及備件更換費(fèi)用降低，AGV小車維修及備件更換費(fèi)用見表4。

表4 AGV小車維修及備件更換費(fèi)用對比（萬元）

從表4中可以看到4臺AGV小車維修及備件更換費(fèi)用從36.2萬元下降到29.3萬元，每年節(jié)約維修及備件更換費(fèi)用6.9萬元，維修及備件更換費(fèi)用下降19%。

4.3 AGV小車耗電量對比

由于行走路線及參數(shù)的優(yōu)化，4臺AGV小車?yán)塾?jì)行走距離的大幅度縮短，導(dǎo)致AGV小車充電頻次減少，AGV小車耗電量降低，AGV小車耗電量見表5。

表5 AGV小車耗電量對比（KwH）

從表5中可以看到4臺AGV小車耗電量從23 040KwH下降到17 280KwH，每年電耗減少5 760KwH，節(jié)約電費(fèi)約3 000元。

5 結(jié)論

隨著時(shí)代的發(fā)展和精益管理要求的不斷提高，傳統(tǒng)輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)運(yùn)行效率低的問題越來越突出。采用新的科技進(jìn)步成果，吸取長期運(yùn)行積累的經(jīng)驗(yàn)來改進(jìn)系統(tǒng)很有必要。實(shí)踐證明，通過優(yōu)化AGV系統(tǒng)的調(diào)度策略、改善AGV小車行走路線及調(diào)整相關(guān)參數(shù)，能夠顯著提升輔料庫自動導(dǎo)引車（AGV）系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低維修、備件更換費(fèi)用，減少電耗及用電費(fèi)用，保證輔料運(yùn)輸?shù)骄戆鼨C(jī)臺的高效、安全。

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Improvement of AGV System in Cigarette Ingredient Warehouse

Jiang Hua
(Yanan Cigarette Factory,China Tobacco Shaanxi Industrial Co.,Ltd.,Yanan 716000,China)

In this paper,in view of the problems afflicting the AGV system in the cigarette ingredient warehouse,which lowered the running efficiency of the system,we optimized the dispatching strategy and relevant parameters of the system,through which,we improved its effectiveness and lowered its maintenance,replacement and power cost.

cigarette ingredient warehouse;AGV;dispatching strategy;efficiency

F426.8;TP23

A

1005-152X(2017)09-0150-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.09.034

2017-07-15

姜華（1977-），工程師，主要研究方向：卷煙廠物流系統(tǒng)設(shè)備管理。