軍工航天企業(yè)基于“光通信”的廠內(nèi)智能物流系統(tǒng)

文/高源 王小東 楊麗云

為推進某軍工航天企業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)與服務(wù)的創(chuàng)新升級，降低傳統(tǒng)生產(chǎn)、運輸、倉儲中的不安全因素，盈科視控（北京）科技有限公司針對該企業(yè)廠內(nèi)物流系統(tǒng)進行智能升級，引入智能搬運設(shè)備AGV，構(gòu)建基于光通信的廠內(nèi)智能物流系統(tǒng)，保證了產(chǎn)品制造、物流運輸?shù)攘鞒痰陌踩耘c高效性，并解決了數(shù)據(jù)可追溯問題。

軍工航天企業(yè)作為國家制造業(yè)的核心，不僅代表了高端制造，更是代表了國家先進的技術(shù)能力和裝備制造能力，可謂國家的命脈所在。為此，推進其“安全性”進程顯得尤為重要。

隨著市場環(huán)境的快速變化，在內(nèi)外部因素共同作用下，軍工航天企業(yè)依托于智能制造與數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對生產(chǎn)運輸過程進行智能化改造，以達(dá)到創(chuàng)新升級、提高安全、降本增效的目標(biāo)。

為推進某軍工航天企業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)與服務(wù)的創(chuàng)新升級，降低傳統(tǒng)生產(chǎn)、運輸、倉儲中的不安全因素，盈科視控（北京）科技有限公司針對該軍工航天企業(yè)廠內(nèi)物流系統(tǒng)進行智能升級，引入智能搬運設(shè)備AGV，構(gòu)建基于光通信的廠內(nèi)智能物流系統(tǒng)，保證了產(chǎn)品制造、物流運輸?shù)攘鞒痰陌踩耘c高效性，并解決了數(shù)據(jù)可追溯問題。

一、項目背景及需求

為降低廠內(nèi)人員的工作強度，增加生產(chǎn)精準(zhǔn)度，某軍工航天企業(yè)引進了廠內(nèi)AGV智能物流系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了物料緩存區(qū)—生產(chǎn)工位加工—成品緩存區(qū)之間的智能物料搬運，并根據(jù)行業(yè)“安全、保密”的特殊需求，定制了專屬視覺信息通訊方式。

當(dāng)前機器人的主流通信方式是通過無線網(wǎng)絡(luò)進行通信，存在較大的網(wǎng)絡(luò)安全隱患，較易受到黑客入侵，并不能滿足軍工企業(yè)數(shù)據(jù)信息的極高保密性要求。為克服AGV在運轉(zhuǎn)調(diào)度過程中需要局域網(wǎng)進行通訊這一難題，筆者所在團隊提出基于“光通信”的廠內(nèi)智能物流系統(tǒng)，經(jīng)過多方向、多維度的研發(fā)攻克，研發(fā)出一套適用于高保密性要求的全新通訊方式—視覺信息通訊。

二、設(shè)計方案

1.數(shù)據(jù)通信

圖1 ：某航天制造企業(yè)智能物流系統(tǒng)應(yīng)用實景

圖2：控制臺與機器人進行二維碼通訊示意圖

基于可視化的圖形通訊，可以解決軍工企業(yè)的高保密性通訊要求。這種專屬定制的通訊方式，通過可見光方式進行數(shù)據(jù)交互，使用特定信息編碼進行數(shù)據(jù)收發(fā)。具體任務(wù)的下發(fā)執(zhí)行如下：

呼叫系統(tǒng)通過有線的方式將任務(wù)指令發(fā)送至控制臺基站，控制臺將收到的任務(wù)指令轉(zhuǎn)換為圖形指令并顯示在顯示設(shè)備上，當(dāng)機器人移動到預(yù)定位置時，識別讀取指令圖形并轉(zhuǎn)換成任務(wù)指令，根據(jù)轉(zhuǎn)換的任務(wù)指令執(zhí)行任務(wù)，機器人完成單次任務(wù)后返回至預(yù)定位置，將其工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)圖形，并在機器人攜帶的顯示設(shè)備上顯示，控制臺對機器人所顯示的狀態(tài)圖形進行讀取識別后轉(zhuǎn)換成機器人的狀態(tài)信息發(fā)送到呼叫系統(tǒng)，確認(rèn)完成本次下發(fā)任務(wù)。

圖3 ：AGV廠區(qū)圖及路線設(shè)計

圖形通訊設(shè)備主要包括如下部分：AGV攜帶的高速二維碼讀取相機，AGV二維碼刷新顯示器、控制臺主控觸摸屏、控制臺內(nèi)嵌高速二維碼讀取相機、控制臺內(nèi)嵌的二維碼刷新顯示器。

2.AGV運行路徑

基于現(xiàn)場不能存在無線介質(zhì)，AGV之間不能實時通訊，路線的規(guī)劃要避免執(zhí)行任務(wù)過程中出現(xiàn)AGV對向行駛，結(jié)合場地空間及生產(chǎn)節(jié)拍情況，擬1號AGV負(fù)責(zé)上料工位及2.4.6.8號組裝臺的呼料送料任務(wù)，2號AGV完成1.3.5.7號組裝臺及下料工位的呼料送料任務(wù)。同時，物料緩存及成品緩存區(qū)在加工流水線上料工位一側(cè)，因此AGV在該區(qū)域行駛應(yīng)設(shè)置雙向路線。

3.AGV權(quán)限模式

AGV在執(zhí)行任務(wù)的過程中，除在特定預(yù)設(shè)位置響應(yīng)車載PAD特定的指令，其他情況下不響應(yīng)外部命令，直到執(zhí)行完當(dāng)前任務(wù)。每臺AGV設(shè)有鑰匙開關(guān)，只有擁有使用權(quán)限人員才能啟動AGV工作，以防止非權(quán)限人員私自開動AGV小車。

三、業(yè)務(wù)流程

圖4：呼料送料流程圖

圖5：成品入庫流程圖

圖6：二維碼+編碼器+慣性導(dǎo)航方式

1.呼料送料任務(wù)：初始狀態(tài)下，無任務(wù)AGV在?？繀^(qū)待命。在組裝臺有物料需求時，點擊PC端呼料按鈕，控制臺接收到組裝臺發(fā)出的物料請求任務(wù)指令后，將信息更新到控制臺基站生成相應(yīng)任務(wù)二維碼，AGV小車通過讀取控制臺二維碼行駛到取貨地點，待工作人員放置好貨物之后，點擊AGV小車PAD上的“確認(rèn)”按鈕，小車到達(dá)目的位置放下貨架，等待人工取料完成后點擊釋放按鈕，AGV背負(fù)料車回到取貨點放下料車，行駛回初始位置獲取新的任務(wù)。

2.成品入庫任務(wù)：無任務(wù)AGV在停靠區(qū)待命。在組裝臺有成品入庫需求時，點擊PC端送料按鈕，控制臺接收到組裝臺發(fā)出的送料請求任務(wù)指令后，將信息更新到控制臺基站生成相應(yīng)任務(wù)二維碼，AGV小車通過讀取控制臺二維碼行駛到待檢區(qū)背負(fù)貨架到達(dá)送料點工位，等待人工放置好成品物料后，點擊AGV小車PAD上的“確認(rèn)”按鈕，小車到達(dá)待檢區(qū)，人工完成核檢后放置成品緩存位，點擊釋放小車，AGV行駛回初始位置獲取新的任務(wù)。

四、運行要點

1.AGV導(dǎo)航原理

AGV采用視覺二維碼慣性導(dǎo)航，在運行路線鋪設(shè)導(dǎo)向二維碼，AGV通過電機編碼器慣性行走和相機識別二維碼，完成路徑的識別與跟蹤，實現(xiàn)AGV行駛及停止偏差精度不大于5mm。

在小車預(yù)停位設(shè)置停車地標(biāo)，每個地標(biāo)都具有自己唯一的地址碼信息，AGV設(shè)有地標(biāo)識別系統(tǒng)，當(dāng)AGV檢測到地標(biāo)信息后，根據(jù)控制系統(tǒng)預(yù)定的程序執(zhí)行停車/忽略命令，以實現(xiàn)定點停車或跳點停車。同時，調(diào)度系統(tǒng)具備二維碼地標(biāo)異常報警功能，會對偏移較大及破損二維碼進行報警修正，確保AGV連續(xù)穩(wěn)定運行。

2.安全保障系統(tǒng)

AGV配備激光避障傳感器及機械防撞機構(gòu)，兩側(cè)安裝急停按鈕，同時支持聲光警示及預(yù)警功能。激光避障傳感器能檢測到AGV小車前進方向0～270°范圍內(nèi)0～4m的障礙物，反應(yīng)時間小于50ms。當(dāng)檢測到障礙物時，AGV會停止并報警提示移開障礙物；當(dāng)障礙物移開后，AGV 小車?yán)^續(xù)行駛。機械防撞機構(gòu)在激光障礙傳感器失靈時起到AGV保護作用，當(dāng)AGV碰到障礙物時，機械防撞裝置啟動，AGV會立刻停止不動。作為AGV的第二道安全防線，機械保護裝置有足夠的機械強度，小車防撞觸發(fā)后不對機構(gòu)造成任何損傷。

3.AGV充電方式

AGV支持自動充電及手動充電模式，自帶電量顯示功能。當(dāng)電池電量低于30%時，充電指示燈點亮并發(fā)出聲音報警；當(dāng)電池電量低于10%時，AGV停止運行，并發(fā)出缺電報警聲。自動充電模式可設(shè)定電量值下限，低于該電量時，AGV到達(dá)充電位自動充電，同時，AGV小車支持充電鎖定功能，人工充電時AGV鎖定，運行處于停止?fàn)顟B(tài)，充電結(jié)束后方可繼續(xù)運行。

4.AGV作業(yè)任務(wù)監(jiān)控

調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)AGV作業(yè)任務(wù)的統(tǒng)計，實時采集每個工作臺的呼料信息，控制臺接收任務(wù)時間，AGV任務(wù)執(zhí)行起始時間、任務(wù)執(zhí)行結(jié)束時間、完成狀態(tài)等數(shù)據(jù)。記錄單個AGV的作業(yè)次數(shù)及單次任務(wù)執(zhí)行周期，統(tǒng)計不同時間段每個工作臺送料作業(yè)的次數(shù)分布。

五、項目效果

本項目完成驗收已數(shù)月，日常運行穩(wěn)定，有效降低人工成本，提高生產(chǎn)率的同時優(yōu)化作業(yè)流程，主要表現(xiàn)在：

1.滿足“保密性”這一特定需求

該方案具備集光、機、電、計算機于一體的高新技術(shù)優(yōu)勢，筆者團隊基于自研核心零部件（定位模塊、運動控制驅(qū)動器等）等硬件基礎(chǔ)的技術(shù)路線，深入掌握定位、控制、驅(qū)動等核心技術(shù)，擴容性強，并根據(jù)客戶的安全性、保密性這一需求進行深度化定制。

2.自動化搬運更安全、高效、智能

與傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比較，使用AGV智能物流搬運系統(tǒng)，可減少50%勞動力，極大降低了人工成本。同時，AGV在調(diào)度系統(tǒng)的控制下，路徑規(guī)劃靈活，智能選擇合理路線，避開擁堵路段，避免了人工操作的路線隨意、混亂，以及體能消耗導(dǎo)致的低效等問題。

3.優(yōu)化作業(yè)流程，精準(zhǔn)高效

AGV調(diào)度系統(tǒng)可無縫對接MES/WMS/ERP系統(tǒng)，對于物料信息、車輛信息、任務(wù)信息等關(guān)鍵信息可進行實時采集，所有物料環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)均可追溯用于后期分析，便于生產(chǎn)管理。通過系統(tǒng)監(jiān)控界面，可直觀掌握AGV當(dāng)前狀態(tài)和任務(wù)信息，同時也能看到每個對接環(huán)節(jié)的信息狀態(tài)，對廠內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量進行跟蹤管理，可有效提升質(zhì)量管理，實現(xiàn)了對大場景、長距離、高速度、高精準(zhǔn)智能物流的需要。