智能AGV 在沖壓車間的應用

文/趙博，孫剛，吳明華，張秀花·一汽-大眾汽車有限公司

隨著汽車市場的飛速發(fā)展，智能化物流設備成為工業(yè)未來的發(fā)展方向。對于沖壓車間，傳統(tǒng)的沖壓工藝是沖壓線末尾生產(chǎn)出零件后，人工裝箱，再通過叉車運輸，將沖壓零件料箱運輸?shù)綆旆?。一?大眾沖壓車間于2017 年首次采用了沖壓AGV 工藝，替代了叉車運輸，提升了沖壓智能化物流能力，本文介紹了智能AGV 系統(tǒng)及其在沖壓車間的應用。

智能AGV 系統(tǒng)的應用對沖壓車間來說是一次全新的技術變革。通過智能AGV 的應用，沖壓車間可以避免叉車進入生產(chǎn)區(qū)域，對車間安全、自動化率提升、能源節(jié)省等多方面都有很大幫助，同時，也為企業(yè)下一步實現(xiàn)智能倉儲體系打下基礎。下面就從智能AGV 的結構、不同AGV間的區(qū)別等方面詳細介紹一下智能AGV 在沖壓車間的應用。

智能AGV 結構

如圖1 所示，AGV 系統(tǒng)構架可以分為中央控制單元、殼體、升降銷、動力單元、操作面板、安全防護、安全檢測、傳感器8 個部分。通過磁導航傳感器，可以檢測到地面磁條位置，從而通過相對位置，經(jīng)過中央控制單元計算，控制舵輪，調整AGV 運行姿態(tài)。通過RFID 地標傳感器，可以得到當前的絕對位置，并且根據(jù)絕對位置，通過無線網(wǎng)絡，得到來自控制系統(tǒng)的任務指令，進行物流運輸，AGV 實物如圖2 所示。

圖1 智能AGV 結構圖

圖2 智能AGV 實物

圖3 AGV 的應用形式

沖壓車間不同種類AGV 的區(qū)別

物流行業(yè)中應用的AGV 有很多種，按AGV 小車的導航方式可分為：電磁導航AGV 小車，磁條導航AGV小車，二維碼導航AGV小車，激光導航AGV小車，慣性導航AGV 小車，視覺導航AGV 小車。按AGV小車移載方式(執(zhí)行機構或用途）又可分為：叉車式AGV 小車，牽引式AGV 小車，背負式AGV 小車，滾筒式AGV 小車，舉升式AGV 小車，裝配式AGV小車。

根據(jù)AGV 結構不同，沖壓車間采用的AGV 主要有三種類型：(1）潛伏雙向牽引式AGV；(2）潛伏全向牽引式AGV；(3）全向舉升背負式AGV。采用這三種類型AGV 的原因是由于沖壓車間的料箱尺寸大小不一，而且重量也不相同，其他種類AGV 很難覆蓋如此多品種的料箱。并且，沖壓料箱數(shù)量非常多，如果要標準化沖壓料箱，會導致庫房面積與料箱成本的提高。而潛伏或背負式AGV，可以通過通用的托盤，在一定程度上減少AGV 對料箱標準化的要求，實現(xiàn)最大程度的通用。

由于第三種AGV 是在第二種AGV 上進行的更新，因此，本文著重介紹第一種和第三種AGV 在沖壓車間應用的區(qū)別，如圖3 所示。

雙向牽引式AGV 是單舵輪AGV，具備前后及轉彎運輸?shù)哪芰?。由于沖壓線尾空間要求，其運行需要與伸縮機構相配合。每次運行過程中，員工在壓機線邊呼叫AGV；AGV ①牽引著存放料箱的托盤運行至伸縮機構所在位置②處；AGV 與存放料箱的托盤分離，繼續(xù)向前運行；伸縮機構夾住存放料箱的托盤，拉回壓機線邊，員工進行擺件。

全向舉升式AGV 是雙舵輪AGV，并且有舉升電機，可以將料箱進行舉升。通過雙舵輪，全向AGV可以進行橫移，所以路線規(guī)劃更加簡單。通過舉升，可以減少壓機線邊固定機構。每個AGV 都是一個獨立的運行單元，從而大大提升了AGV 系統(tǒng)的柔性，通過磁條路線的變更及系統(tǒng)程序的更改，就可以對生產(chǎn)線節(jié)拍變化等情況進行重新匹配。

AGV 安全系統(tǒng)

對比叉車物流，智能AGV 使沖壓車間的物流安全得到了大幅度提升。AGV 的安全裝置有。

(1）激光掃描儀。在AGV 小車行駛時，會在AGV 行駛前方形成一定的探測區(qū)域，AGV 根據(jù)與前方物體距離進行減速和停止動作，如圖4 所示。

(2）報警燈及蜂鳴器。主要是通過光閃爍和聲音來提醒車間的工作人員注意安全。

圖4 AGV 傳感器掃描區(qū)域

(3）機械防撞邊緣。AGV 前方設置接觸式機械防撞安全邊緣，當安全邊緣與障礙物發(fā)生碰撞，AGV會停車保護。

(4）緊急停止按鈕。特殊情況需要緊急停止AGV，可通過緊急停止按鈕實現(xiàn)。

AGV 監(jiān)控調度系統(tǒng)

如圖5 所示，監(jiān)控調度系統(tǒng)通過無線網(wǎng)，實時監(jiān)控AGV 運行狀態(tài)與位置，同時也對自動機構、充電設備等進行監(jiān)控，確保穩(wěn)定運行。監(jiān)控調度系統(tǒng)具備關鍵通道交叉路段實時交通管制能力，避免AGV 發(fā)生碰撞。系統(tǒng)可以與沖壓MES 系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，進一步提升沖壓車間數(shù)字化能力。

AGV 實際應用總結

通過沖壓AGV 實際應用，經(jīng)驗總結如下。

(1）節(jié)拍與路線規(guī)劃。

由于沖壓車間生產(chǎn)不均衡，高峰值節(jié)拍可達到40s 下線一個料箱(沖壓側圍零件生產(chǎn)），低谷值在300s 一個料箱(沖壓內板零件生產(chǎn)），所以需要對程序及規(guī)劃路線進行設定，系統(tǒng)需要判斷零件的節(jié)拍，進行AGV 路線的調節(jié)，不同節(jié)拍采用不同路線、不同速度，從而優(yōu)化AGV 的數(shù)量。通過不斷的路線優(yōu)化及調試優(yōu)化，一汽-大眾沖壓車間僅用29 臺AGV，就完成了2 條高速沖壓線的物流轉運。

(2）減振。

AGV 走輪為剛性走輪，在AGV 實際運行過程中會產(chǎn)生很大振動，所以AGV 結構設計中需要考慮采用彈簧減振，減小振動幅度，從而降低故障率。定位銷每次在與托盤車掛靠的過程中，也會產(chǎn)生振動，需要采用緩沖機構，減輕定位銷的沖擊，同時，多定位銷定位，可以提高定位銷與托盤車的匹配性，減少匹配過程中的擺動，分擔作用力。

(3）配重。

沖壓車間地面一般為鋼纖維耐磨地面，AGV 在牽引1 噸左右的沖壓件在地面行車時，會出現(xiàn)打滑脫離磁條軌道的情況。需要在AGV 前后預留配重空間，進行配重調整。同時，需要選擇大功率舵輪，避免后續(xù)由于配重調整導致動力不足。

(4）偏載。

由于AGV 搭載的托盤為通用托盤，因此一般按照最大尺寸進行設計，為了保證料箱與擺件人員距離最小，料箱會放置在通用托盤的一側而非正中心，因此運行過程中會出現(xiàn)偏載的情況。需要通過合理布置腳輪、AGV 配重，程序補償，來抵消偏載造成的行駛角度不正。

(5）轉彎半徑。

沖壓線尾空間有限，為了保證不過多占用空間，一般要求雙向牽引式AGV 轉彎半徑小于1.5m，因此需要在布置托盤腳輪過程中一定程度的向中心布置，減少轉彎半徑。

(6）舵輪及磁導航傳感器布置。

舵輪作為整個AGV 的動力輪，位置十分關鍵，舵輪如果經(jīng)過磁條路線區(qū)域，會對磁條造成破壞，因此要考慮磁導航傳感器偏置，避免舵輪壓過磁條路線。

(7）脫軌問題。

AGV 小車運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)脫軌問題。情況1：如果是單舵輪AGV 向前運行過程中脫軌，需要考慮舵輪布置過程中盡量靠前布置。情況2：如果是后退過程中脫軌，由于后退主要出現(xiàn)在沖壓抽檢、返修等工位，這時可考慮增加導向機構進行輔助導正。

(8）速度選擇。

AGV 小車速度不是越快越好，行駛太快會增加剎車距離，同時，慣性可能導致貨物傾倒，存在較大安全隱患。速度過大，還會導致轉彎過程中脫軌，重復加減速，能耗也會增加。根據(jù)測試，沖壓AGV 直線速度一般不大于1m/s，轉彎速度不大于0.4m/s，此速度可以保證AGV 穩(wěn)定運行。

圖5 監(jiān)控調度系統(tǒng)原理圖

(9）運營維護。

前期項目規(guī)劃時需要綜合考慮AGV 生命周期的監(jiān)管、維護和備件成本，例如：其動力電池一般3 ～5年需要進行更換。

結束語

智能AGV 的使用確實給沖壓車間帶來了很大益處。

首先，安全性得到了大大提高。沖壓零件生產(chǎn)過程中，料箱的轉運流量不是一成不變的，比如生產(chǎn)側圍零件時，壓機線尾物流轉運量非常大，側圍料箱長度尺寸大于3500mm，但轉運空間卻十分有限，叉車轉運時，經(jīng)常會出現(xiàn)磕碰等情況。采用AGV 后，避免了此種情況的發(fā)生，減少了器具的維護成本，同時也減少了可能導致的安全風險。其次，經(jīng)過估算，采用AGV可節(jié)省約20%的能源消耗。此外，AGV的采用，還節(jié)約了物流運營成本。最后，智能AGV 系統(tǒng)可以與沖壓MES 系統(tǒng)等進行數(shù)據(jù)交互，同時，為下一步實現(xiàn)智能化無人沖壓倉儲物流打下基礎，提升了沖壓車間數(shù)字化、智能化的能力。

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