自動(dòng)搬運(yùn)車系統(tǒng)在玻纖行業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

張幫榮 衛(wèi)津民 李嬌 龍衡 符鵬錕/文

自動(dòng)搬運(yùn)車系統(tǒng)在玻纖行業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

張幫榮 衛(wèi)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(yè)中的應(yīng)用解決方案。通過(guò)對(duì)比分析傳統(tǒng)物料搬運(yùn)及AGV搬運(yùn)的特點(diǎn)，展現(xiàn)了AGV應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)AGV系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)節(jié)、工藝流程及AGV小車的設(shè)計(jì)要點(diǎn)做了分析，對(duì)應(yīng)用于AGV的新調(diào)度與控制系統(tǒng)做了簡(jiǎn)介。

AGV、玻璃纖維行業(yè)、智能化

近年來(lái)，受新材料的廣泛應(yīng)用影響，我國(guó)玻璃纖維行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。在此背景和智能制造發(fā)展改革的浪潮下，玻纖行業(yè)制造工廠結(jié)合自身生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，通過(guò)大量引進(jìn)智能化生產(chǎn)設(shè)備，正逐步由傳統(tǒng)制造向智能制造方向轉(zhuǎn)變。其中，AGV作為實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)搬運(yùn)的重要一環(huán)，在整個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

一、傳統(tǒng)物料搬運(yùn)方式在玻纖行業(yè)應(yīng)用中的弊端

基于傳統(tǒng)模式下的物流搬運(yùn)，一般采用人工方式，通過(guò)搬運(yùn)工具對(duì)物料的轉(zhuǎn)運(yùn)，實(shí)現(xiàn)物料在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的傳遞。玻纖行業(yè)生產(chǎn)中，常利用叉車搬運(yùn)或人力推拉的方式進(jìn)行物料的轉(zhuǎn)運(yùn)存儲(chǔ)。此種作業(yè)方式存在諸多弊端，主要有以下幾點(diǎn)：

1.作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，投入人力較多，人工成本較高；

2.人力作業(yè)不利于精細(xì)化管理；

3.生產(chǎn)調(diào)度效率不高；

4.基于傳統(tǒng)人工方式束縛，無(wú)法配有先進(jìn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；

5.不利于24小時(shí)連續(xù)工作制；

6.由于玻纖生產(chǎn)工藝的特殊性，場(chǎng)地潮濕且含有較多細(xì)小纖維，環(huán)境惡劣，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)造成作業(yè)人員的健康損害。

圖1：AGV系統(tǒng)路徑總體規(guī)劃圖

圖3：系統(tǒng)任務(wù)模式

圖4：AGV運(yùn)行工藝流程

二、AGVS在玻纖行業(yè)中的應(yīng)用

由于傳統(tǒng)物流搬運(yùn)方式的諸多束縛，玻璃纖維行業(yè)的生產(chǎn)效率并不能實(shí)現(xiàn)最大化，也不利于生產(chǎn)智能化的轉(zhuǎn)型升級(jí)。與之相比，AGV搬運(yùn)具有柔性化、信息化程度高，可與其它智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息傳遞與交換，控制精細(xì)，作業(yè)時(shí)間不受限制等特點(diǎn)。通過(guò)上位系統(tǒng)及調(diào)度系統(tǒng)的管理，自動(dòng)搬運(yùn)車系統(tǒng)(AGVS)可根據(jù)物料點(diǎn)信息自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)搬運(yùn)路線，提高搬運(yùn)效率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

1.AGV在玻纖生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在玻纖行業(yè)自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，AGV的主要作用為將絲餅從拉絲區(qū)自動(dòng)輸送到烘干區(qū)烘干或短切區(qū)短切，再由機(jī)器人自動(dòng)完成包裝、堆垛、進(jìn)出立庫(kù)等，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從生產(chǎn)環(huán)節(jié)到倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化識(shí)別、傳輸、分配、存儲(chǔ)和管理。其系統(tǒng)路徑總體規(guī)劃圖（案例），如圖1。

2.AGV單機(jī)概要

鑒于玻纖物料的承載工具一般為托盤(pán)或紗車，搬運(yùn)AGV基本采用叉式，即叉車型AGV。對(duì)于AGV的應(yīng)用場(chǎng)合，玻纖行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣，常伴有水霧及積水，所以AGV一般采用激光導(dǎo)航技術(shù)，此導(dǎo)引技術(shù)柔性化程度高，應(yīng)用過(guò)程中如需更改車輛運(yùn)行路線，只需從上位系統(tǒng)更改路徑即可，無(wú)需增加任何硬件投入。AGV在玻纖行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景，如圖2。

3.工藝流程

（1）AGV系統(tǒng)任務(wù)模式

AGV系統(tǒng)在工作中，接受上級(jí)物流系統(tǒng)下達(dá)的搬運(yùn)任務(wù)，其任務(wù)模式如圖3。上級(jí)物流系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)情況下達(dá)任務(wù)指令給AGV任務(wù)管理系統(tǒng)（中間件），任務(wù)管理系統(tǒng)對(duì)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化統(tǒng)籌后下發(fā)給AGV上位控制系統(tǒng)，上位控制系統(tǒng)則直接指令A(yù)GV單機(jī)執(zhí)行任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有任務(wù)管理系統(tǒng)（中間件）時(shí)，上級(jí)物流系統(tǒng)則直接下達(dá)任務(wù)給上位控制系統(tǒng)。

（2）AGVS運(yùn)行工藝流程

當(dāng)物流系統(tǒng)下達(dá)任務(wù)給AGV系統(tǒng)后，AGV系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)度AGV執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)。AGV搬運(yùn)工藝流程，如圖4。

AGV接到任務(wù)指令，由待命站點(diǎn)出發(fā)，行駛至拉絲區(qū)滿紗車位，取上滿紗車，經(jīng)過(guò)條碼識(shí)別區(qū)進(jìn)行條碼識(shí)別之后，將紗車搬運(yùn)至烘干區(qū)或短切區(qū)指定位置；

AGV完成前一作業(yè)任務(wù)后，AGV系統(tǒng)根據(jù)物流系統(tǒng)任務(wù)指令，調(diào)度AGV執(zhí)行取空紗車任務(wù)，任務(wù)下發(fā)后，AGV運(yùn)行至空紗車暫存位取上空紗車自動(dòng)搬運(yùn)至待命站點(diǎn)臨時(shí)等待或搬運(yùn)至拉絲區(qū)的空紗車位；

當(dāng)烘干區(qū)或短切區(qū)沒(méi)有紗車空位或發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)下發(fā)滿紗車臨時(shí)存放指令，AGV拉取滿紗車經(jīng)條碼識(shí)別后，將紗車搬運(yùn)至臨時(shí)存放位存放。待前方有空位或恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)下發(fā)指令，AGV將臨時(shí)存放位的紗車搬運(yùn)至烘干區(qū)或短切區(qū)指定位置；

AGV 搬運(yùn)滿紗車行駛到條碼識(shí)別區(qū)，AGV將停車或減速行駛，待確認(rèn)信息成功后繼續(xù)行駛至目的地。若不成功，AGV將回退繼續(xù)條碼識(shí)別，若仍不成功，AGV報(bào)告上級(jí)物流系統(tǒng)，物流系統(tǒng)將重新分配目標(biāo)地址作異常處理，AGV自動(dòng)駛向問(wèn)題紗車工位進(jìn)行卸貨。

三、AGV在玻纖行業(yè)中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

玻纖行業(yè)生產(chǎn)中，由于玻璃纖維材料及生產(chǎn)工藝的特殊性，生產(chǎn)環(huán)境比較惡劣。車間常伴有粉塵及霧氣，這給AGV平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)了諸多考驗(yàn)。所以，AGV在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，需要針對(duì)不同的環(huán)境采取必要防范措施，進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)處理，方能保證AGV正常行駛。

1.防水保護(hù)

玻纖生產(chǎn)中，烘干區(qū)車間由于烘干過(guò)程中產(chǎn)生大量水蒸氣，車間內(nèi)部濕度高達(dá)90%，時(shí)常有冷凝水的出現(xiàn)，防止冷凝水滴漏或凝結(jié)到元器件上造成器件的損壞是設(shè)計(jì)中必須考慮的因素。因此，需將AGV元器件進(jìn)行防水保護(hù)。

2.選用高防護(hù)性元器件

玻璃纖維本身不溶于水且直徑很小，生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)粉塵。為防止粉塵損壞AGV器件，需選用具有高防護(hù)性能的元器件，并定期對(duì)AGV進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。

3.選用特殊用途驅(qū)動(dòng)輪

由于玻璃纖維在生產(chǎn)過(guò)程中需使用大量含有化學(xué)成分的液體，這些化學(xué)液體潑灑到路面上會(huì)使路面濕滑。AGV行駛在這樣的路面上，極易打滑，且化學(xué)液體會(huì)腐蝕驅(qū)動(dòng)輪。因此，AGV的驅(qū)動(dòng)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(yùn)行。

4.選用帶霧校正功能的安全掃描儀

對(duì)于玻璃纖維生產(chǎn)車間濕度較大的特點(diǎn)，元器件除了做好防水保護(hù)外，對(duì)于檢測(cè)防護(hù)性功能器件，還需考慮霧化環(huán)境對(duì)檢測(cè)所帶來(lái)的影響。為了AGV安全防護(hù)性能不受霧氣環(huán)境影響，安全防護(hù)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(huán)境中正常工作，為AGV提供更為有效的安全防護(hù)。

四、AGV車載HMI系統(tǒng)的應(yīng)用

AGV車載HMI系統(tǒng)是運(yùn)行于AGV車載一體計(jì)算機(jī)上的軟件，主要包括車載系統(tǒng)相關(guān)功能、調(diào)度系統(tǒng)相關(guān)功能及系統(tǒng)功能等。

AGV車載HMI系統(tǒng)是用戶與AGV之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介，如圖5，主要實(shí)現(xiàn)信息收集、信息處理、信息存儲(chǔ)、信息轉(zhuǎn)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(xiàn)給用戶。用戶可通過(guò)觸摸式車載一體計(jì)算機(jī)對(duì)AGV車載HMI系統(tǒng)進(jìn)行操作，以觸摸的方式對(duì)AGV進(jìn)行操控，使人機(jī)交互更加便捷，更加人性化。

圖5：AGV車載HMI系統(tǒng)交互界面

通過(guò)該系統(tǒng)，用戶可查詢當(dāng)前AGVS的運(yùn)行信息、操作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、錯(cuò)誤信息、電池信息、各類統(tǒng)計(jì)信息、當(dāng)前系統(tǒng)中的任務(wù)及貨位信息等，并能對(duì)AGV下達(dá)命令、對(duì)AGV進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與調(diào)試等。

五、AGVS任務(wù)管理系統(tǒng)（中間件）的應(yīng)用

在玻纖行業(yè)，昆船AGVS使用了自主研發(fā)的最新的任務(wù)管理（中間件）系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)位于上層調(diào)度系統(tǒng)與下層設(shè)備控制系統(tǒng)之間。其作用是：對(duì)下層不同設(shè)備控制系統(tǒng)的接口進(jìn)行統(tǒng)一封裝處理，為上層調(diào)度系統(tǒng)提供統(tǒng)一的對(duì)外訪問(wèn)接口；且能夠根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)調(diào)度流程進(jìn)行優(yōu)化處理，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的中間件平臺(tái)化管理。

對(duì)于整個(gè)上位系統(tǒng)，AGV中間件控制系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)器，是整個(gè)AGV輸送集成系統(tǒng)（ATIS）的核心。它根據(jù)上級(jí)物流系統(tǒng)產(chǎn)生的任務(wù)，統(tǒng)籌調(diào)度AGV作業(yè)，并統(tǒng)一指揮交通，避免AGV相互碰撞，同時(shí)自動(dòng)管理AGV完成和外圍設(shè)備的通信。該系統(tǒng)包含貨位管理、托盤(pán)管理、任務(wù)管理、移動(dòng)管理、通訊管理、查詢統(tǒng)計(jì)、日志管理、系統(tǒng)維護(hù)、運(yùn)行信息記錄等多個(gè)功能模塊。這些功能模塊為AGV系統(tǒng)的所有活動(dòng)提供管理并記錄，極大的豐富了AGV系統(tǒng)功能，提高了產(chǎn)品的通用性和可維護(hù)性。

六、AGVS的應(yīng)用效果

玻璃纖維生產(chǎn)屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其特殊的材料及工藝會(huì)給生產(chǎn)人員的健康帶來(lái)極大損害。隨著近幾年玻纖行業(yè)的快速發(fā)展，人工成本的不斷攀升，受制于傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，玻璃纖維的生產(chǎn)已不能滿足市場(chǎng)的需求。AGVS在玻纖行業(yè)中的應(yīng)用很好地解決了以上困難，其應(yīng)用的效果及優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

1.自動(dòng)化的生產(chǎn)模式使工人從復(fù)雜惡劣的環(huán)境中解放出來(lái)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，保護(hù)了人員安全；

2.AGV的自動(dòng)、高效運(yùn)行，大大減少了作業(yè)人員數(shù)量，為企業(yè)降低人工成本提供條件；

3.AGV可以24小時(shí)不間斷的工作及合理的系統(tǒng)調(diào)度，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，為企業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)能注入新動(dòng)力；

4.結(jié)合條碼識(shí)別、信息管理、地面稱重系統(tǒng)等技術(shù)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全程監(jiān)控與精細(xì)管理，保證了產(chǎn)品質(zhì)量；

5.車載HMI系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了更加便捷、直接的人機(jī)交互，操控人員只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可上手，降低了AGV對(duì)操作人員的要求；

6.任務(wù)管理系統(tǒng)（中間件）的應(yīng)用提高了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)活動(dòng)提供記錄和保存，保障系統(tǒng)在故障時(shí)的數(shù)據(jù)恢復(fù)；

7.AGV的柔性化，為生產(chǎn)臨時(shí)調(diào)整或后續(xù)廠區(qū)升級(jí)改造提供了較為方便、低成本的有力支持，使企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)更加靈活、便捷。

隨著我國(guó)工業(yè)水平不斷提高，新材料將越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到各行各業(yè)，玻纖行業(yè)也將迎來(lái)蓬勃式發(fā)展。AGV系統(tǒng)為玻纖生產(chǎn)企業(yè)的物料運(yùn)輸提供了可靠、高效的解決方案，勢(shì)必也會(huì)得到日益廣泛的應(yīng)用。

作者單位為云南昆船智能裝備有限公司