AGV在服務(wù)器生產(chǎn)線上的應(yīng)用

文/時(shí) 呂 張獻(xiàn)軍 錢(qián)鴻順 楊 鑄 陳燕林

當(dāng)前，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)等眾多技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對(duì)于系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)服務(wù)器這一核心硬件設(shè)備有了更高要求。本土服務(wù)器廠商的產(chǎn)量正在快速增長(zhǎng)。但國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的服務(wù)器生產(chǎn)線由于自動(dòng)化及信息化程度較低，已無(wú)滿足當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的需求。主要表現(xiàn)在：在生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)量快速增長(zhǎng)的情況下，采用人工搬運(yùn)將會(huì)使大量人力浪費(fèi)在物料搬運(yùn)環(huán)節(jié)；（2）人工搬運(yùn)中無(wú)法對(duì)物料信息進(jìn)行持續(xù)跟蹤，在出現(xiàn)物料錯(cuò)誤以后查詢過(guò)程復(fù)雜；（3）服務(wù)器主機(jī)重量較大，傳統(tǒng)人工叉車(chē)在生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)作業(yè)過(guò)程中隨意性較大，無(wú)法保證搬運(yùn)過(guò)程中機(jī)柜及車(chē)間人員的安全。

近年來(lái)，AGV作為智能化生產(chǎn)中一個(gè)重要組成部分，已經(jīng)在諸多行業(yè)展現(xiàn)出了很強(qiáng)的適應(yīng)能力和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并得到廣泛的運(yùn)用。近期，筆者負(fù)責(zé)AGV在國(guó)內(nèi)某典型服務(wù)器生產(chǎn)線的運(yùn)用項(xiàng)目實(shí)施，取得了良好效果和豐富的行業(yè)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。在某集團(tuán)最新的服務(wù)器生產(chǎn)線上，通過(guò)AGV系統(tǒng)與車(chē)間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的結(jié)合，根據(jù)物料特點(diǎn)采用多種形式的AGV，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中物料的全自動(dòng)化搬運(yùn)。

圖1：激光導(dǎo)引叉車(chē)式AGV

一、AGV單機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

根據(jù)用戶實(shí)際需求，本項(xiàng)目共使用了三種形式的AGV，分別主要由車(chē)體單元、移栽機(jī)構(gòu)、電源及處理單元、主控單元、導(dǎo)引單元、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向單元、安全防撞裝置等部分組成。三種車(chē)型分別具有以下特點(diǎn)：

1.激光導(dǎo)引叉車(chē)式AGV

車(chē)體采用落地叉式設(shè)計(jì)，單輪驅(qū)動(dòng)，激光導(dǎo)引，額定載荷2000Kg。主要用于地面站臺(tái)與生產(chǎn)線站臺(tái)間帶托盤(pán)的物料搬運(yùn)，即服務(wù)器的上線組裝和下線轉(zhuǎn)運(yùn)。見(jiàn)圖1。

2.磁帶導(dǎo)引背馱式AGV

車(chē)體采用單輪驅(qū)動(dòng)，磁帶導(dǎo)引，額定負(fù)載2×100Kg?？蓪?shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退方向精確導(dǎo)航和定位。執(zhí)行機(jī)構(gòu)為背托式雙工位輥筒，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行單工位或雙工位裝卸貨，大大提升單車(chē)的搬運(yùn)效率，減少AGV數(shù)量。見(jiàn)圖2。

3.磁帶導(dǎo)引牽引式AGV

車(chē)體主體與背馱式AGV采用通用設(shè)計(jì)，去掉輥筒執(zhí)行機(jī)構(gòu)并更換成自動(dòng)升降式牽引裝置即可作為牽引式AGV使用，通用設(shè)計(jì)最大優(yōu)勢(shì)在于對(duì)AGV的后期維護(hù)；牽引裝置與節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)料架設(shè)計(jì)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)料架的同步前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎牽引轉(zhuǎn)運(yùn)。見(jiàn)圖3。

二、工作流程

本項(xiàng)目AGV系統(tǒng)結(jié)合用戶生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)（下稱(chēng)“上位系統(tǒng)”），實(shí)現(xiàn)了從生產(chǎn)原料到成品入庫(kù)多個(gè)環(huán)節(jié)的全自動(dòng)化搬運(yùn)。主要流程及實(shí)現(xiàn)方法如下：

1.實(shí)料箱出庫(kù)流程（見(jiàn)圖5）

（1）當(dāng)節(jié)點(diǎn)模塊生產(chǎn)線緩存工位為空時(shí)，自動(dòng)向上位系統(tǒng)申請(qǐng)要料。上位系統(tǒng)根據(jù)出庫(kù)站臺(tái)供料狀態(tài)自動(dòng)分配料箱至緩存工位。

（2）AGV控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“AGVs”）指派最近的空閑AGV到達(dá)出庫(kù)站臺(tái)，并向上位系統(tǒng)發(fā)送到達(dá)信息。此時(shí)AGV在站臺(tái)等候。

（3）上位系統(tǒng)收到AGV到達(dá)信息后，根據(jù)當(dāng)前出庫(kù)站臺(tái)狀態(tài)向AGVs下達(dá)搬運(yùn)任務(wù)。AGV開(kāi)始執(zhí)行裝貨動(dòng)作。裝貨成功后向上位系統(tǒng)發(fā)送裝貨完成信息。

圖2：磁帶導(dǎo)引背馱式AGV

圖3：磁帶導(dǎo)引牽引式AGV

圖4：AGV搬運(yùn)機(jī)柜

（4）得到上位系統(tǒng)響應(yīng)后，AGV去往緩存工位并執(zhí)行卸貨操作。卸貨結(jié)束后向上位系統(tǒng)發(fā)送卸貨完成信息。

（5）AGVs根據(jù)任務(wù)信息判斷是否還有第二個(gè)料箱。如果還有第二個(gè)料箱，則重復(fù)（4）項(xiàng)流程；如果沒(méi)有第二個(gè)料箱，AGVs等待上位系統(tǒng)確認(rèn)任務(wù)結(jié)束，將A G V置為空閑，A G V離開(kāi)。

2.空料箱回收流程

（1）當(dāng)生產(chǎn)線出現(xiàn)空料箱需要回收時(shí)，工人通過(guò)操作終端向AGVs發(fā)送空料箱回收請(qǐng)求。AGVs指派空閑車(chē)輛到回收工位等候。

（2）操作人員將空料箱放置到AGV上后，人工在操作終端確認(rèn)裝貨完成。AGVs收到完成信息后，指揮AGV去往立庫(kù)回庫(kù)站臺(tái)進(jìn)行空料箱卸貨。

（3）卸貨完成上報(bào)上位系統(tǒng)，上位系統(tǒng)確認(rèn)后任務(wù)結(jié)束，AGV置回空閑。

3.料架流轉(zhuǎn)流程（見(jiàn)圖6）

（1）節(jié)點(diǎn)模塊由機(jī)械手從節(jié)點(diǎn)模塊生產(chǎn)線自動(dòng)裝入節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)料架，當(dāng)一個(gè)料架裝滿時(shí)，機(jī)械手向上位系統(tǒng)發(fā)出搬運(yùn)請(qǐng)求。此時(shí)空閑AGV已在裝貨工位待命。

（2）上位系統(tǒng)產(chǎn)生搬運(yùn)任務(wù)并下達(dá)至AGVs，待命AGV牽引裝置升起，將料架牽引出工位并向上位系統(tǒng)發(fā)送裝貨完成。

（3）上位系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)入柜工位機(jī)械手叫料信息，判斷該料架是否立即使用。如果可以立即使用，則AGV將料架送往目標(biāo)工位進(jìn)行卸貨；如果不能立即使用，則AGV將料架送往緩存區(qū)待命。緩存區(qū)的AGV載貨等待，直至上位系統(tǒng)下發(fā)新的卸貨工位信息后前往目標(biāo)工位卸貨。

（4）卸貨完成后上報(bào)上位系統(tǒng)，上位系統(tǒng)確認(rèn)后AGV任務(wù)結(jié)束并通知機(jī)械手開(kāi)始操作。AGV置回空閑。

4.機(jī)柜搬運(yùn)流程（見(jiàn)圖7）

（1）當(dāng)有機(jī)柜需要搬運(yùn)時(shí)，上位系統(tǒng)向AGVs下達(dá)搬運(yùn)任務(wù)。AGVs指派最近的空閑AGV前往裝貨工位進(jìn)行裝貨。

（2）裝貨完成后向上位系統(tǒng)發(fā)送裝貨完成信息，得到上位系統(tǒng)確認(rèn)后，AGV前往卸貨工位。

圖5：料箱出庫(kù)流程圖

圖6：料架搬運(yùn)流程圖

圖7： 機(jī)柜搬運(yùn)流程圖

（3）根據(jù)站臺(tái)設(shè)備類(lèi)型。如果需要卸貨允許，則向上位系統(tǒng)發(fā)送卸貨請(qǐng)求信息，得到允許后進(jìn)行卸貨；如果不需要卸貨允許，則由后方安全區(qū)域檢測(cè)通過(guò)后進(jìn)行卸貨。

（4）卸貨完成后向上位系統(tǒng)發(fā)送卸貨完成信息，得到確認(rèn)后任務(wù)結(jié)束，AGV置為空閑。

（5）除正常機(jī)柜搬運(yùn)流程外，AGV還可執(zhí)行服務(wù)器主機(jī)180°轉(zhuǎn)向以及空托盤(pán)回收等功能。

三、使用效果

本項(xiàng)目通過(guò)使用AGV系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)搬運(yùn)后，有效替代了傳統(tǒng)的人工搬運(yùn)，并提高了生產(chǎn)效率。主要表現(xiàn)在：

1.自動(dòng)化搬運(yùn)更高效、安全

與相近產(chǎn)量的傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比，使用AGV系統(tǒng)進(jìn)行物料搬運(yùn)以后，減少產(chǎn)線物料搬運(yùn)人員10人左右、人工叉車(chē)4臺(tái)，極大地節(jié)省了勞動(dòng)力。AGV在控制系統(tǒng)調(diào)度之下，具有行駛路徑簡(jiǎn)潔穩(wěn)定、裝卸貨定位精確、車(chē)輛之間運(yùn)行有序、障礙物檢測(cè)功能安全可靠、車(chē)輛任務(wù)分配合理快速等特點(diǎn)，避免了人工搬運(yùn)時(shí)路線隨意、低效的問(wèn)題，并減少了交叉作業(yè)可能造成的人員及設(shè)備損傷和混亂。

2.信息化、智能化提高效率

AGV與生產(chǎn)管理系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求，對(duì)物料信息、車(chē)輛信息、任務(wù)信息等關(guān)鍵信息進(jìn)行緊密交互，有效保證每個(gè)環(huán)節(jié)物料狀態(tài)信息的可追溯性。通過(guò)AGV系統(tǒng)監(jiān)控界面，可以直觀掌握每一輛AGV當(dāng)前狀態(tài)和任務(wù)信息。

同時(shí)，通過(guò)車(chē)輛和任務(wù)分配機(jī)制的優(yōu)化，采用請(qǐng)求時(shí)間、目標(biāo)工位、車(chē)輛位置等信息相結(jié)合的優(yōu)化算法，使背馱式雙工位AGV在滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)100%的滿載率以及由近到遠(yuǎn)“順風(fēng)車(chē)”式的路徑選擇，提高了送料系統(tǒng)的智能化程度。

3.AGV高柔性解決實(shí)際問(wèn)題

客戶采用訂單式生產(chǎn)， 服務(wù)器主機(jī)和節(jié)點(diǎn)模塊分別由主機(jī)線和節(jié)點(diǎn)線生產(chǎn)，為解決兩條生產(chǎn)線節(jié)拍不一致或訂單不匹配時(shí)出現(xiàn)堵料或缺料，導(dǎo)致停產(chǎn)的問(wèn)題，在AGV路徑系統(tǒng)靈活設(shè)置料架的緩存區(qū)，完美解決了產(chǎn)線的兼容問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

某集團(tuán)服務(wù)器生產(chǎn)線運(yùn)用AGV系統(tǒng)多種車(chē)型集中調(diào)度的能力，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器生產(chǎn)過(guò)程的全自動(dòng)化搬運(yùn)，有效地降低了成本，提高了生產(chǎn)效率，并提高了安全性。本項(xiàng)目的順利實(shí)施，可為電器電子企業(yè)及其他同類(lèi)生產(chǎn)線提供一定的借鑒。