基于RFID技術的商用車重載裝配AGV智能生產應用研究

鮑海涌，盛啟廣，靳躍東，陳曦，左強

摘? 要：在商用車車架裝配中設置AGV小車，滿足車架裝配中車架裝配線的車架輸送和裝配線上的線體傳輸作業(yè)。并根據商用車車架裝配特點，基于RFID技術，控制AGV小車根據車型定點停車，滿足工位器具使用和物流器具的定置，符合商用車車架裝配工藝人機工程學規(guī)范，實現(xiàn)車架裝配柔性化生產。

關鍵詞：商用車；AGV；RFID；車架裝配；人機工程學；柔性化生產

中圖分類號：U466? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1005-2550（2023）03-0023-05

Research on Intelligent Production of Commercial Vehicle Frame Assembly AGV Based on RFID Technology

BAO Hai-yong1， SHENG Qi-guang2， JIN Yue-dong1， Chen Xi3， Zuo Qiang1

（1.Dongfeng Commercial Vehicle Co.， Ltd， Shiyan 442000， China；

2. Dongfeng Loong-Gine Power Co.， Ltd， Shiyan 442000， China；

3. Digitalization and Supportability Department of Technical Center of Dongfeng Motor Group Co.， Ltd， Wuhan 430058， China）

Abstract： AGV （Auto Guided Vehicle） is set in the frame assembly of commercia l vehicles to meet the frame conveying and main transmission of the assembly line. According to the assembly characteristics of commercial vehicle frame and based on RFID technology， AGV trolley is controlled to stop at fixed points by vehicle types， which satisfies sssembly tools usage on stations and logistics settings， conforms to ergonomic of frame assembly process for commercial vehicles， and enable flexible production of frame assembly.

Key? Words： Commercial Vehicle; AGV; RFID; Frame Assembly; Ergonomics; Flexible Production

1? ? 前言

進入21世紀，我國的汽車制造業(yè)蓬勃發(fā)展，AGV技術多應用在汽車裝配制造業(yè)自動搬運，物流運輸方面。東風商用車率先在車架裝配過程中采用AGV小車進行車架裝配運輸。車架由于中重卡等區(qū)別存在長度差距（5700mm-11500mm），AGV定點停車導致工位器具使用不方便，物流器具難以定置擺放，裝配工人工位移動距離過大不符合人機工程學。本文主要介紹利用MES系統(tǒng)下發(fā)車型數(shù)據，然后基于RFID技術控制AGV小車根據車型定點停車。文章基于AGV與RFID技術在MES系統(tǒng)的應用，提出一整套智能化的信息輸入、數(shù)據發(fā)送、AGV運行系統(tǒng)，實現(xiàn)AGV的自動化、信息化、智能化，對于汽車裝配制造行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2? ? 主要技術簡介

2.1? ?AGV

AGV即自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle），是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規(guī)定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車。AGV在自動化倉儲或各類自動化生產環(huán)境經?？梢钥吹?。無需人工駕駛的情況下將貨物準確地送達指定的地點。AGV小車的諸多優(yōu)勢成為生產的核心之一。具有占用面積小、自動化、應用靈活、安全可靠、無人操作、維修方便等優(yōu)點的AGV運輸車已經在自動化生產中非常廣泛。AGV小車是高速生產發(fā)展的今天必不可少的核心關鍵設備，生產環(huán)境中需要即時根據現(xiàn)場情況作出動作，那么RFID技術作為非接觸式自動采集識別，將無疑對AGV小車的設計開發(fā)有著重要的意義。AGV小車結合RFID技術將是智能生產中實施的核心之一。

2.2? ?RFID

RFID即射頻識別技術（Radio Frequency Identification），是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號來識別目標對象并獲取相關數(shù)據，識別工作無需人工干預，RFID技術具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數(shù)據可以加密、存儲數(shù)據容量更大、存儲信息更改自如等優(yōu)點。電子標簽的編碼方式、存儲及讀寫方式與傳統(tǒng)標簽（如條碼）或手工標簽不同，電子標簽編碼的存儲是在集成電路上以只讀或可讀寫格式存儲的；特別是讀寫方式，電子標簽是用無線電子傳輸方式實現(xiàn)的。

2.3? ?柔性生產

柔性生產，是指主要依靠有高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設備來實現(xiàn)多品種、小批量的生產方式。生產方式，一般是指企業(yè)整體活動方式，包括所有制造過程與經營管理過程。柔性生產的概念，是1965年，英國的Molins公司首次提出的，它是在柔性制造的基礎上，為適應市場需求多變和市場競爭激烈而產生的市場導向型的按需生產的先進生產方式，其優(yōu)點是增強制造企業(yè)的靈活性和應變能力，縮短產品生產周期，提高設備利用率和員工勞動生產率，改善產品質量，因此，是一種具有旺盛需求和強大生命力的生產模式。

2.4? ?人機工程學

人機工程學是一門新興的邊緣科學。它起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國。人機工程學在歐洲稱為Ergonomics，這名稱最早是由波蘭學者雅斯特萊鮑夫斯基提出來的，它是由兩個希臘詞根組成的?！癳rgo”的意思是“出力、工作”，“nomics”表示“規(guī)律、法則”的意思，因此，Ergonomics的含義也就是“人出力的規(guī)律”或“人工作的規(guī)律”，也就是說，這門學科是研究人在生產或操作過程中合理地、適度地勞動和用力的規(guī)律問題。

3? ? 系統(tǒng)構建與實現(xiàn)

整個系統(tǒng)包含：AGV小車、監(jiān)控調度系統(tǒng)、信息輸入系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、RFID 信息處理讀寫系統(tǒng)（PLC）。

3.1? ?AGV小車組成

3.1.1 AGV車輛系統(tǒng)結構

AGV小車機械結構主要由前車架組件，后車架組件、直行電機件、動力轉向輪，萬向輪，皮帶伸縮傳動機構，無線取電組件，前夾具組件，后夾具組件，觸目屏操作面板、導航傳感器（安裝在于動力轉向輪上）、地標傳感器、障礙物掃描器、安全觸邊，毛刷組件等組成。AGV電氣系統(tǒng)由AGV小車、AGV地面導引系統(tǒng)、無線局域網通信系統(tǒng)、無線充電系統(tǒng)、監(jiān)控臺構成。

AGV：按照系統(tǒng)指令運載著車架到分裝區(qū)域進行逐一裝配，車架下線后AGV快速返回上件點，構成新的循環(huán)。AGV與控制中心通過無線局域網通訊系統(tǒng)進行數(shù)據交換。

AGV地面導引系統(tǒng)：AGV小車運行軌跡采用AGV專用磁帶鋪設，通過RFID地標及控制中心指揮AGV運行、停止及行走速度變換以及路線的選擇，達到導航的目的。

3.1.2 AGV小車在車架裝配作業(yè)過程：

（1）AGV小車按控制臺計算機的指令行駛到主副梁合梁工位，AGV調度系統(tǒng)接收工廠MES系統(tǒng)的相關信息，根據當前排產的車架種類信息來給當前工位的AGV發(fā)送指令，AGV接收到響應的指令信息來自動調節(jié)長度和寬度尺寸，并自動調整夾具為打開狀態(tài)。

（2）調節(jié)完成AGV根據調度信息指令自動運行至縱梁合件上線、定位夾緊工位，由操作人員根據生產計劃完成車架縱梁的吊裝上線，當將車架吊到AGV上的車架夾具上并放穩(wěn)后，操作人員將定位插銷插入到縱梁的定位孔中，按下夾緊按鈕進行夾緊，完成后操作人員按下工位工作完成按鈕，允許AGV運行至縱梁上零件裝配1工位；

（3）AGV小車按控制計算機的指令行駛到縱梁上零件裝配1工位；裝配工人根據需求調整夾具是直立狀態(tài)還是傾斜狀態(tài)。完成當前工位如板簧支架、角鐵、減震器等通過鉚鉗或擰緊工具進行鉚接或螺栓裝配作業(yè)工作，拆卸工藝螺栓。當前工位作業(yè)完成，按下操作面板上的工作完成按鈕，AGV運行至縱梁上零件裝配2工位。

（4）縱梁上零件裝配2工位操作同縱梁上零件裝配1工位，當前工位作業(yè)完成后按下操作面板上的工作完成按鈕，AGV運行至車架預拼裝工位。

（5）AGV到達車架預拼裝工位，操作人員按下操作面板上的傾斜按鈕，操作工人將橫梁吊裝至縱梁需要裝配的大概位置，然后按下直立按鈕，作業(yè)人員根據工序節(jié)拍內作業(yè)，并對部分螺栓使用擰緊工具進行預緊，當前工位作業(yè)完成后按下工作完成按鈕，AGV運行至車架總拼裝工位。

（6）AGV小車行走到車架總拼裝工位后，使用螺栓擰緊工具對上道序預緊螺栓進行緊固，并根據工序節(jié)拍內作業(yè)，進一步進行螺栓裝配作業(yè)，作業(yè)完成后按下工作完成按鈕，AGV運行至下一工位。

（7）以此類似完成其余工位的裝配作業(yè)工作。

（8）當AGV離開裝配下線工位后，AGV自動將軸距縮短至最短狀態(tài)，以方便AGV轉彎。

3.2? ?信息輸入系統(tǒng)

根據所需裝配車架的技術和工藝要求，將車架分為三種停車位：1.6m、2.2m和3m，工作人員將車架信息和停靠點信息上傳至MES管理系統(tǒng)。

如圖2所示，6-14工位AGV負載車架。車架品種長度不同（5700mm-11500mm），工位長度12500。AGV?？奎c的選擇目的是使車架停在相對應的停車位內，停車點可選1.6m、2.2m以及3m，即定位孔到停車位前端的距離分別為1.6m、2.2m以及3m。例如，某車架總長11m，定位孔離車架前端為2.5m，此時?？奎c應選3m，才能保證車架前端不超出停車位。

在選擇停靠點時，除了保證車架前端不得超出該停車位，當車架總長比較短時，還要保證車架盡可能停放在停車位正中央，此時?？奎c也應選長一些。

3.3? ?MES系統(tǒng)

AGV調度系統(tǒng)與MES進行數(shù)據交互，將生產車架的AGV停靠點信息由1.6m、2.2m和3m對應轉換為0、1、2。

3.4? ?監(jiān)控調度系統(tǒng)

AGV調度控制系統(tǒng)構成：

AGV控制臺由工控機、無線電臺、路由器及數(shù)據采集系統(tǒng)組成，數(shù)據采集系統(tǒng)主要用于控制臺與總裝總控室及其他遠程IO的通訊。

由于采用集中控制的方式，控制臺將成為AGVS系統(tǒng)的核心。它與生產調度管理計算機系統(tǒng)留有接口，可以接受調度命令和報告AGV的運行情況?？刂婆_應滿足工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境要求，有足夠的運算速度和管理能力。控制臺主要功能包括通訊管理、AGV運行狀態(tài)、數(shù)據采集和運行狀態(tài)顯示?？刂婆_在實時調度在線AGV的同時將在屏幕上顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)，包括在線AGV的數(shù)量、位置（包括AGV處于的地標位置）狀態(tài)。

3.5? ?RFID 信息處理讀寫系統(tǒng)（PLC）

AGV通過PLC控制，小車載有無線通信系統(tǒng)，可以和上位機進行無線通信，報告自己的運行位置和工作狀態(tài)，執(zhí)行上位機的指令，把工作節(jié)拍和工作量及時傳遞給上位機；AGV通過RFID讀取地面標識，做出相應的動作（改變速度、轉向、定位和停車等）；AGV車身底部裝有AGV讀卡器，地面的節(jié)點位置安裝有RFID地標卡，并賦予每個節(jié)點上的地標卡一個ID號和定義，比如節(jié)點44處代表AGV要變距，用ID號00044表示，一旦運輸車在經過44處時，AGV讀卡器會讀取44處的電子標簽ID號，PLC根據讀取的數(shù)據，使小車作出相應的動作，從而實現(xiàn)AGV調度系統(tǒng)功能、站點定位功能。

PLC既可以根據預先設置好的程序來控制小車，也可以把數(shù)據上傳給上位機，再根據上位機的指令來控制小車。

AGV車輛在裝配線上通過RFID讀取器讀取地標，并將地標信息傳送給AGV調度系統(tǒng)，調度系統(tǒng)通過無線局域網接收地標信息獲取當前車輛位置，用以判斷裝配車架與AGV的對應情況，并把車架對應的停車類型傳送給指定AGV。AGV的CPU將停車類型保存至VW2035變量，并在車前顯示屏上“工藝停位”顯示，根據類型在對應工藝工位停車。

車架裝配線工藝地標有13處，2-4工位各有1個停止位（工位1-4），從合件上料（工位5）開始每個工位分為2、1、0三個停止位，AGV根據調度系統(tǒng)下發(fā)的停車位信息，到相應的地標停車。另有53、54地標，小車讀取到此地標會直接停止，用于行駛線路上的修改新增停車位等，如圖6所示。

4? ? 結束語

本文介紹了一種基于RFID技術的重載裝配AGV智能生產應用，AGV物料搬運車利用RFID技術進行數(shù)據自動采獲取目標對象數(shù)據，及時上傳運行位置和工作狀態(tài)，執(zhí)行相關指令并把工作節(jié)拍和工作量及時傳遞給相關平臺；AGV通過RFID讀取地面標識，做出相應的動作（改變速度、轉向、定位和停車等）。RFID讀卡器在車間AGV物料搬運車中提高運輸、工作效率，及時掌握小車的位置和狀態(tài)，使AGV小車的調度更靈活，合理利用自動化采集，位置、時間、數(shù)量等信息進行高效管理，提升車架裝配水平，有一定應用前景。

鮑海涌

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學院，學士學位，現(xiàn)就職于東風商用車有限公司車輛工廠，任技術主任工程師。主要研究方向：自動化、柔性、智能化汽車縱梁生產和車架裝配，已發(fā)表相關論文數(shù)篇。

專家推薦語

歐陽維強

東風商用車有限公司制造技術發(fā)展部

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本文針對商用車裝配AGV生產中具體實際問題，詳細介紹了商用車重型裝配AGV根據裝配作業(yè)崗位實現(xiàn)定點停車的系統(tǒng)構建，并在商用車工廠中實際使用。

基于RFID技術的重載裝配AGV智能生產應用案例技術成熟，能夠有效提高商用車的作業(yè)效率，同時在安全、健康、舒適性方面也得到了改善，對于汽車裝配制造行業(yè)中的柔性化生產和智能化生產領域具有很好的實際應用價值和借鑒意義。