自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車在綠色智能鑄造工廠的應(yīng)用

袁旭鵬，田學(xué)智，常 濤

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

關(guān)鍵字：AGV；綠色；智能；產(chǎn)業(yè)化；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高科技產(chǎn)品不斷被運(yùn)用到傳統(tǒng)行業(yè)中，自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，以下簡述AGV）在綠色鑄造行業(yè)的運(yùn)用，為綠色智能鑄造過程中的砂芯搬運(yùn)提供了極大的便利。我國目前有鑄造企業(yè)2.7 萬多家，每年生產(chǎn)的鑄件和從事鑄造行業(yè)的人數(shù)都居世界第一位，是真正的鑄造大國。但是在這些企業(yè)中有60%是以“多品種、小批量”生產(chǎn)，以傳統(tǒng)的手工鑄造為主，物流運(yùn)輸多以行車搬運(yùn)為主，存在勞動(dòng)強(qiáng)度較大、影響安全性因素多、運(yùn)輸節(jié)奏慢等問題。在鑄造工廠中引入自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車并與控制系統(tǒng)集成，通過系統(tǒng)軟件控制小車的自動(dòng)搬運(yùn)砂芯、砂箱、型板等，能夠提高物流運(yùn)輸節(jié)奏，同時(shí)減少人員參與運(yùn)輸，避免了通過行車調(diào)運(yùn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，提升了鑄造過程的智能化水平。

1 AGV 機(jī)器人的概念

到今天為止，AGV 在物料運(yùn)輸工廠的運(yùn)用已經(jīng)60 多年了。從第一輛牽引式到今天的智能化，AGV運(yùn)輸系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為物流系統(tǒng)中主導(dǎo)的專業(yè)之一，并逐漸向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，成為企業(yè)智能化裝備不可缺少的組成部分。AGV 是通過智能單元的控制系統(tǒng)、AGV 地面導(dǎo)航系統(tǒng)及AGV 自身控制系統(tǒng)三者之間的相互協(xié)作完成。智能單元通過無線網(wǎng)絡(luò)與AGV 交換信息，調(diào)度AGV 按照規(guī)劃好的路徑運(yùn)行，導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋導(dǎo)航桿反饋的信息，確保AGV 行駛正確。同時(shí)AGV 是以電池為動(dòng)力，當(dāng)電量不足或低于設(shè)定值時(shí)，會(huì)按照設(shè)定好的程序自動(dòng)完成充電。

2 AGV 機(jī)器人在綠色智能鑄造工廠的應(yīng)用實(shí)例

銀川某綠色智能鑄造工廠采用3DP 打印技術(shù)，用3DP 設(shè)備直接打印出鑄造用的砂型，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄造先制作模具，再進(jìn)行造型和制芯的工藝流程。該工廠引進(jìn)可載重10 噸的AGV，通過AGV 將打印完畢的砂箱轉(zhuǎn)運(yùn)至緩存工位進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)清砂站需要清箱時(shí)，再將緩存的砂箱運(yùn)由緩存工位，送至清砂站。AGV 替代了行車吊運(yùn)，使得生產(chǎn)過程更加安全、便捷、高效。圖1 所示為綠色智能鑄造工廠模型。

2.1 AGV 機(jī)器人的工作流程

2.1.1 物流轉(zhuǎn)運(yùn)

按照智能工廠工藝布局圖，首先按照布局圖規(guī)劃及編譯AGV 行駛的路徑，并建立AGV 調(diào)度系統(tǒng)并與對(duì)接的設(shè)備/工位建立連接。當(dāng)需要AGV 搬運(yùn)貨物時(shí)，在設(shè)備/貨物工位的控制終端/物理按鈕呼叫AGV，調(diào)度系統(tǒng)接收到呼叫指令后將搬運(yùn)貨物的起點(diǎn)、終點(diǎn)位置發(fā)送給AGV，AGV 按照規(guī)劃好的路徑在調(diào)度系統(tǒng)的指揮下自動(dòng)精確的完成運(yùn)輸任務(wù)。

2.1.2 信息流流轉(zhuǎn)

在AGV 上安裝掃碼槍，在需搬運(yùn)的貨物（砂箱、模板、托盤）上安裝可識(shí)別的條碼，當(dāng)AGV 搬取貨物時(shí)，可通過掃碼識(shí)別貨物信息，并將識(shí)別的信息傳遞給調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)將信息傳遞給上位系統(tǒng)或接收獲取的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息流的流轉(zhuǎn)及確認(rèn)。

2.1.3 調(diào)度系統(tǒng)

調(diào)度系統(tǒng)具有物流管理、AGV 調(diào)度、庫位在線監(jiān)控等功能：

1）可進(jìn)行多臺(tái)AGV 的同時(shí)調(diào)度、指揮、交叉作業(yè)運(yùn)行；

2）能夠顯示轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)的起點(diǎn)、終點(diǎn)、托盤編碼、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間、過程異常與否等信息；

3）能夠同時(shí)接收多條AGV 的轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)，并對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判定，依照優(yōu)先級(jí)高低依次控制AGV 完成轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)；

4）建立現(xiàn)場(chǎng)虛擬庫位，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物庫一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)出入庫位的信息進(jìn)行管控；

5）支持異常任務(wù)的手動(dòng)處理和異常信息的展示；

6）能夠展示AGV 的實(shí)時(shí)狀態(tài)，包括自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行模式、限位信號(hào)、電量、故障等信息；

7）支持手動(dòng)創(chuàng)建AGV 轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。

2.1.4 安全

AGV 上可安裝安全防護(hù)裝置并編碼設(shè)置安全區(qū)域，在物體進(jìn)入預(yù)編程的危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)停止運(yùn)輸車。如果一個(gè)或兩個(gè)安全裝置制動(dòng)了AGV，會(huì)報(bào)警停止運(yùn)行并警告操作員，AGV 將不能繼續(xù)開動(dòng)，直到操作員復(fù)位。

2.1.5 事例說明

圖2 所示為智能鑄造工廠AGV 機(jī)器人的工作區(qū)域圖，當(dāng)操作者在A 區(qū)域的操作按鈕呼叫AGV后，調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)判斷B 工位托盤的放置情況，創(chuàng)建AGV 運(yùn)行指令，AGV 接收到指令后，運(yùn)行至A 區(qū)域，將A 區(qū)域的有貨托盤轉(zhuǎn)運(yùn)至B 區(qū)域，同時(shí)調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建并向AGV 下達(dá)B 區(qū)域空托盤轉(zhuǎn)運(yùn)回A 區(qū)域的指令，實(shí)現(xiàn)物流的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。智能單元調(diào)度系統(tǒng)可設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)命令的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)多個(gè)工位同時(shí)下達(dá)轉(zhuǎn)運(yùn)命令時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)優(yōu)先級(jí)按高低順序向AGV 發(fā)送轉(zhuǎn)運(yùn)指令，直至所有轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)執(zhí)行完畢。

圖2 智能鑄造工廠AGV 機(jī)器人的工作區(qū)域

2.2 AGV 在綠色智能鑄造工廠應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1）自動(dòng)化程度高。當(dāng)生產(chǎn)需要AGV 時(shí)，由工作人員在設(shè)備的控面板/ 工位安裝的物理按鈕呼叫AGV，AGV 接收到指令后自動(dòng)運(yùn)行，這一指令將會(huì)按照編寫好的程序被AGV 接受并執(zhí)行——將砂箱送至相應(yīng)地點(diǎn)。

2）工作效率高、承載量大、安全系數(shù)高、不受場(chǎng)地的限制。與其他智能機(jī)器人相結(jié)合，提高工作效率，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)線相比，AGV 的活動(dòng)區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置；承載量可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)建造。因此，在自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無人化生產(chǎn)。

3）充電自動(dòng)化。當(dāng)AGV 沒有任務(wù)時(shí)，AGV 會(huì)自動(dòng)回到充電樁，當(dāng)電量小于70%時(shí)自行充電，高于80%時(shí)停止充電，每充電15 min 可工作4h 左右。并且AGV 小車的電池壽命長，可使用5～10 年，減少更換電池成本。

4）路徑規(guī)劃方便，與智能工廠設(shè)計(jì)流程圖完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)綠色制造。圖3 為某鑄造智能成形工廠設(shè)計(jì)規(guī)劃圖。

5）運(yùn)行方便，占地面積少，生產(chǎn)車間的AGV 小車可以在各個(gè)車間穿梭往復(fù)。

3 結(jié)論

1）在鑄造工廠通過引入AGV 替代吊車轉(zhuǎn)運(yùn)貨物，規(guī)避了使用吊車帶來的安全隱患，提高了現(xiàn)場(chǎng)人員的安全保障；

2）通過AGV 的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)物流的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，提高了產(chǎn)線的運(yùn)行效率，減少人員參與，實(shí)現(xiàn)了高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無人化生產(chǎn)；

3）通過AGV 的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了信息流的自動(dòng)流轉(zhuǎn)，解決了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)靠人傳遞信息的問題，提高了信息化程度。