國(guó)內(nèi)首個(gè)微型挖掘機(jī)產(chǎn)線AGV柔性物流系統(tǒng)的規(guī)劃與應(yīng)用

供稿/國(guó)自機(jī)器人

作為工程機(jī)械行業(yè)領(lǐng)先制造商的某集團(tuán)企業(yè)，致力于在微型挖掘機(jī)制造工廠打造“無人化、智能化”的物流場(chǎng)景。為此，國(guó)自機(jī)器人深入分析和優(yōu)化物流布局，雙方攜手打造出工程機(jī)械行業(yè)國(guó)內(nèi)首個(gè)微型挖掘機(jī)產(chǎn)線AGV柔性物流系統(tǒng)。

一、項(xiàng)目背景

隨著“一帶一路”以及新基建政策的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)取得高速發(fā)展，挖掘機(jī)市場(chǎng)需求不斷攀升。根據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的2022年1月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2021年1～12月共銷售挖掘機(jī)34.28萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)1.52萬臺(tái)，增幅為4.63%。其中，國(guó)內(nèi)銷售27.44萬臺(tái)；出口6.84萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)97%。可以預(yù)見以挖掘機(jī)為代表的工程機(jī)械行業(yè)將迎來一輪新的增長(zhǎng)。

某集團(tuán)企業(yè)是工程機(jī)械行業(yè)全球頭部制造商之一，業(yè)務(wù)覆蓋150多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，各型挖機(jī)系列裝備是其拳頭產(chǎn)品。其中，微型挖掘機(jī)制造工廠深度融合信息技術(shù)與制造工藝，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等智能制造工功能，是工程機(jī)械行業(yè)少人化、數(shù)字化、智能化的標(biāo)桿“燈塔工廠”。

該工廠原本依靠人工吊裝、叉車轉(zhuǎn)運(yùn)等傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，制約了物料運(yùn)轉(zhuǎn)效率的提升，對(duì)企業(yè)產(chǎn)能的快速提升也形成掣肘。而新冠疫情帶來的人員不確定性，進(jìn)一步造成用工緊張，企業(yè)的實(shí)際開工率受到較大影響。原有以人力為主的料件物流周轉(zhuǎn)模式，成為企業(yè)制造產(chǎn)能提升的瓶頸，面對(duì)交期緊急的優(yōu)質(zhì)訂單，企業(yè)卻是“心有余而力不足”，從而錯(cuò)失掉一部分市場(chǎng)。

面對(duì)迅猛增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，以及疫情帶來的用工不確定性，該集團(tuán)企業(yè)在2021年初提出，在生產(chǎn)制造的物流場(chǎng)景運(yùn)用先進(jìn)裝備打造“無人化、智能化”，實(shí)現(xiàn)“提質(zhì)增效”，提升產(chǎn)能及智能化程度，并進(jìn)一步打造“燈塔工廠”的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

二、項(xiàng)目概況

2019～2020年，國(guó)自機(jī)器人已成功為該集團(tuán)下屬的大型挖掘機(jī)、中型挖掘機(jī)、小型挖掘機(jī)等多個(gè)制造車間進(jìn)行物流智能化升級(jí)，2021年該集團(tuán)再次攜手國(guó)自機(jī)器人，對(duì)其微型挖掘機(jī)制造車間進(jìn)行升級(jí)改造。

針對(duì)用戶已有的結(jié)構(gòu)件與總裝車間生產(chǎn)工藝，國(guó)自機(jī)器人深入分析和優(yōu)化物流布局，為其量身定制AGV柔性物流解決方案，僅用121臺(tái)AGV即實(shí)現(xiàn)了微型挖掘機(jī)設(shè)備的柔性裝配產(chǎn)線，以及結(jié)構(gòu)件車間與總裝車間的柔性物流轉(zhuǎn)運(yùn)，雙方攜手共同打造出工程機(jī)械行業(yè)國(guó)內(nèi)首個(gè)微型挖掘機(jī)產(chǎn)線AGV柔性物流系統(tǒng)。

料框搬運(yùn)

小件物料AGV配送

微型挖掘機(jī)下車身AGV裝配線

托盤物料配送AGV

小件物料AGV等待區(qū)

微型挖掘機(jī)上車身AGV裝配線

在微型挖掘機(jī)制造車間，目前有121臺(tái)各型號(hào)AGV穩(wěn)定運(yùn)行，通過國(guó)自REX調(diào)度系統(tǒng)，按照生產(chǎn)指令有序協(xié)作、共同完成生產(chǎn)物料的轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。在柔性裝配線上，通過AGV拉動(dòng)挖掘機(jī)的上下車身運(yùn)至各工位進(jìn)行裝配，而線邊的物料則通過各種類型的AGV按時(shí)按需搬運(yùn)到指定位置。

以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法，實(shí)現(xiàn)智能化排產(chǎn)，AGV柔性物流系統(tǒng)幫助該集團(tuán)企業(yè)實(shí)現(xiàn)81.89%的自動(dòng)化下料，整體制造周期縮短54.55%，通過數(shù)字孿生、物流仿真、在線測(cè)量等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，助力其達(dá)到全新高效經(jīng)營(yíng)模式，凝聚智造核心競(jìng)爭(zhēng)力。

三、AGV柔性物流系統(tǒng)介紹

國(guó)自機(jī)器人對(duì)挖機(jī)制造場(chǎng)景的物流調(diào)配，擁有豐富經(jīng)驗(yàn)，已成功為不同客戶提供了大型、中型和小型挖掘機(jī)的產(chǎn)線及裝配線物流解決方案。在微型挖掘機(jī)制造車間項(xiàng)目中，所使用的AGV采用激光SLAM導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)車間各通道、設(shè)備的位置與布局，構(gòu)建完整電子地圖，AGV即可對(duì)比電子地圖與周圍實(shí)際環(huán)境，自動(dòng)識(shí)別實(shí)時(shí)位置；通過REX調(diào)度算法，AGV之間彼此分工協(xié)作，分配任務(wù)點(diǎn)位周圍的AGV，按照最優(yōu)解路徑去完成搬運(yùn)任務(wù)。在任務(wù)空閑時(shí)，AGV自動(dòng)前往充電樁進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)電，充滿電后前往休息位待命，整個(gè)任務(wù)的下發(fā)、執(zhí)行過程，已完全實(shí)現(xiàn)后臺(tái)自動(dòng)調(diào)度。

全流程任務(wù)數(shù)據(jù)通過開放接口實(shí)時(shí)匯總至客戶上層管理系統(tǒng)，從車間管理人員到企業(yè)高管均只需登錄后臺(tái)管理軟件，即可實(shí)時(shí)查看車間當(dāng)前生產(chǎn)任務(wù)數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行與達(dá)成情況，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

國(guó)自機(jī)器人提供的微型挖掘機(jī)產(chǎn)線AGV柔性物流系統(tǒng)，上層架構(gòu)先進(jìn)、中層接口豐富、底層應(yīng)用可靠，切實(shí)解決了微挖結(jié)構(gòu)件、總裝車間的物流管理痛點(diǎn)。

1.主線柔性裝配場(chǎng)景

線體AGV主要包括上車線AGV和下車線AGV兩類，操作細(xì)節(jié)如下：

（1）上車線AGV運(yùn)作流程

線體包含多個(gè)工位，主要組裝微型挖掘機(jī)上車體（上車最大重量3噸）；AGV可以在系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)從起始工位到末尾工位的自動(dòng)同步運(yùn)行，AGV在起始上線工位，通過空中EMS將上車體轉(zhuǎn)移至AGV上，在末尾工位通過空中EMS將組裝好上車體調(diào)走；整個(gè)流程也可以實(shí)現(xiàn)手工運(yùn)行，工位向下一工位移動(dòng)前需進(jìn)行雙向安全確認(rèn)。

（2）下車線AGV運(yùn)作流程

線體包含多個(gè)工位，主要組裝微型挖掘機(jī)下車架（下車最大重量3噸）。AGV在系統(tǒng)控制下可以實(shí)現(xiàn)從起始工位到末尾工位的自動(dòng)同步運(yùn)行，AGV在起始上線工位，通過空中EMS將下車架轉(zhuǎn)移至AGV上，在末尾工位通過空中EMS將組裝好下車架調(diào)走；整個(gè)流程也可以采用手動(dòng)運(yùn)行，工位向下一工位移動(dòng)前需進(jìn)行雙向安全確認(rèn)，AGV具備升降功能。

2.車間物流搬運(yùn)流轉(zhuǎn)

（1）物料流轉(zhuǎn)可分為成型、焊裝、涂裝三大功能區(qū)之間轉(zhuǎn)運(yùn)，以及同一功能區(qū)之間的流轉(zhuǎn)，比如校平、坡口、折彎等工序的銜接。

（2）加工完的物料，由AGV按照下道工藝要求的數(shù)量，自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至下道工序。

（3）上道工藝富余的物料，AGV則會(huì)自動(dòng)歸置于暫存區(qū)緩存；等下道工序發(fā)出需求后，再去選取轉(zhuǎn)運(yùn)。

四、項(xiàng)目技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)

隨著柔性制造的需求越來越迫切，一條生產(chǎn)線往往需要生產(chǎn)多種不同的車型，而鋼材漲價(jià)，傳統(tǒng)的板鏈及RGV生產(chǎn)模式不僅成本較高，需要對(duì)地面進(jìn)行破壞性改造，不僅影響美觀，而且無法滿足柔性裝配的要求。柔性的AGV物流系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)訂單便捷的增減工位，完美解決這些問題。在生產(chǎn)過程中，若單臺(tái)車出現(xiàn)器件缺失，也可將后續(xù)訂單前提，不會(huì)造成生產(chǎn)停線，有效提升裝配效率，工程機(jī)械裝配車間采用AGV來進(jìn)行設(shè)備的裝配將是大勢(shì)所趨。

微型挖掘機(jī)制造車間的物流轉(zhuǎn)運(yùn)，呈現(xiàn)“物料繁、流程雜，路線多”的特點(diǎn)。

1.物料繁

由于行業(yè)特點(diǎn)，生產(chǎn)的物料批次較多，一個(gè)工廠的物料有上萬種，分為大中小不同種類，大件的長(zhǎng)度有近10m，需要用不同種類的設(shè)備進(jìn)行搬運(yùn)。

國(guó)自采取針對(duì)物料的尺寸重量及外形特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出與物料規(guī)格相匹配的AGV及工裝托盤，通過受力仿真驗(yàn)證，最大化地減少、統(tǒng)一工裝托盤類型，減少用戶企業(yè)不必要的支出。針對(duì)結(jié)構(gòu)件車間線邊存儲(chǔ)區(qū)域局促情況，因地制宜使用叉車AGV，單次可叉取四層貨架，充分利用有限的地堆區(qū)域完成多層貨架存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)線邊緩存容量最大化，確保存儲(chǔ)區(qū)每天物料供應(yīng)量，并實(shí)現(xiàn)一定冗余。

2.流程雜

現(xiàn)場(chǎng)的物料需要經(jīng)過多個(gè)工藝環(huán)節(jié)，包括成型、焊接、涂裝等，這些物料需要頻繁搬運(yùn)，導(dǎo)致搬運(yùn)任務(wù)多，同時(shí)上位系統(tǒng)會(huì)直接下發(fā)搬運(yùn)任務(wù)，系統(tǒng)需要識(shí)別后，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。

在焊接區(qū)域，改變以往板鏈線或RGV這種呆板的轉(zhuǎn)運(yùn)方式，采用17臺(tái)2T AGV，可根據(jù)調(diào)度任務(wù)的指示，隨時(shí)更改每臺(tái)車的任務(wù)順序，靈活完成全部轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)；車間現(xiàn)場(chǎng)地面無需開槽、鋪設(shè)軌道等地面施工，提升了現(xiàn)場(chǎng)6S生產(chǎn)管理水平。

3.路線多

整廠包括結(jié)構(gòu)件車間和總裝車間，涉及工藝環(huán)節(jié)較多，因此而產(chǎn)生的搬運(yùn)路線也較多，人工搬運(yùn)容易導(dǎo)致路線擁堵，降低搬運(yùn)效率。

通過國(guó)自自主研發(fā)的AGV紅綠燈交管系統(tǒng)，可有機(jī)分配調(diào)度任務(wù)，使現(xiàn)場(chǎng)的121臺(tái)AGV根據(jù)各自路徑的遠(yuǎn)近、任務(wù)空閑程度，分工協(xié)作有序完成調(diào)度任務(wù)。

AGV還可實(shí)時(shí)采集任務(wù)完成度、差錯(cuò)率、任務(wù)耗時(shí)與調(diào)度效率等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并上傳反饋至上層WMS系統(tǒng)，通過“數(shù)字孿生”、“物流仿真”等手段，輸出至現(xiàn)場(chǎng)大屏，實(shí)現(xiàn)可視化操作管理；借助國(guó)自REX調(diào)度系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)AGV任務(wù)優(yōu)化算法，助力用戶智能化調(diào)整排產(chǎn)，提升效率、縮短制造周期。

五、項(xiàng)目效果與改善提升

微型挖掘機(jī)AGV柔性物流系統(tǒng)投運(yùn)后，用戶只需調(diào)整當(dāng)天整車臺(tái)套數(shù)，系統(tǒng)即可自動(dòng)排產(chǎn)當(dāng)天物料，并生成當(dāng)天的AGV流轉(zhuǎn)任務(wù)來進(jìn)行物料運(yùn)輸管理、按照生產(chǎn)節(jié)拍配貨、智能定位存放等，從而大幅降低無效周轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)，所有過程信息流均實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，后臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)匹配糾錯(cuò)，降低物料差錯(cuò)率。

1.提高生產(chǎn)效率：因全線實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度，提高了生產(chǎn)節(jié)拍，車間生產(chǎn)效率提高30%以上。

2.減少資金積壓：由于物流規(guī)劃合理，改變?cè)瓉碛纺[的備料方式，降低原材料庫(kù)存、周轉(zhuǎn)材料、成品庫(kù)存。

3.產(chǎn)能提升帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益：柔性AGV轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)切實(shí)提升了用戶的產(chǎn)能，并且隨著對(duì)系統(tǒng)的使用逐漸熟練，現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)的功能效果也會(huì)越來越好，減員增效，減少內(nèi)耗，可大幅提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

截至目前，該集團(tuán)企業(yè)已經(jīng)在歐、美、南亞等幾個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了本地化試產(chǎn)，2022年開始，將與國(guó)自機(jī)器人攜手把AGV柔性轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)逐步應(yīng)用到海外制造基地，將在降低庫(kù)存、提高生產(chǎn)效率與周轉(zhuǎn)率、降低人工成本、職業(yè)安全管理等方面大幅提升制造水平，打造智慧工廠。

2019～2021年是國(guó)內(nèi)工程機(jī)械高速發(fā)展階段，而國(guó)自機(jī)器人在這一領(lǐng)域的表現(xiàn)也十分搶眼，已經(jīng)在工程機(jī)械行業(yè)承接了近百個(gè)項(xiàng)目。其中，國(guó)自的重載系列機(jī)器人為國(guó)內(nèi)外多個(gè)燈塔工廠實(shí)現(xiàn)了無人化的智能產(chǎn)線與智能物流系統(tǒng)。重載系列機(jī)器人及其柔性解決方案應(yīng)用場(chǎng)景不僅適用于工程機(jī)械，在農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、高空機(jī)械、海洋機(jī)械、風(fēng)電設(shè)備、商用汽車制造等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，隨著重載AGV產(chǎn)品快速發(fā)展，將進(jìn)一步助力我國(guó)重型制造行業(yè)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。