車身焊裝車間智能物料配送模式的工藝開發(fā)與設(shè)計(jì)

趙祖鉉　韋樂樂　李冬艷

摘 要：近年來隨著人員工資及人力管理成本的逐年增長及用工荒越來越嚴(yán)重，勞動密集型制造企業(yè)都在研究規(guī)劃設(shè)計(jì)提升生產(chǎn)線自動化率，用自動化設(shè)備替代人工作業(yè)，以此來減輕企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營成本壓力。整車工廠的白車身焊裝車間有兩大人員用工項(xiàng)：白車身焊接，以及物料配送。焊接通常采用柔性高，可連續(xù)性作業(yè)的機(jī)器人取代人工工作，而焊裝車間物料配送也亟待運(yùn)用自動化智能化以達(dá)到降本增效效果。本文介紹物料配送基于AGV模式的工藝開發(fā)設(shè)計(jì)過程及工作內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：焊裝車間 智能 物料配送 AGV

1 引言

主機(jī)廠焊裝車間一般由前車體分拼線，側(cè)圍分拼線，頂蓋分拼線，主線（含下車體線和總拼線），門蓋線（尾門，發(fā)動機(jī)罩，左右前側(cè)們，左右后側(cè)門），調(diào)整線等生產(chǎn)線構(gòu)成。如下表1是某車型的廠內(nèi)物料配送的零件數(shù)量：00級零件及廠內(nèi)總成件154個，及緊固件160個。

如此多數(shù)量和種類零件，配送物料采用AGV方式需要充分考慮方案的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性。

2 配送物料的選擇

物料選擇需要考慮的物料屬性：廠內(nèi)自制件/廠外（供應(yīng)商供件），物料的配送路線及距離，物料的分布區(qū)域及集中性，物料的重量，物料的裝框數(shù)量，物料料框尺寸。為達(dá)到配送效率及成本最優(yōu)，本次AGV應(yīng)用選擇門蓋線的內(nèi)外板為配送目標(biāo)，內(nèi)外板零件屬性如表2。

3 物料配送區(qū)域Layout

車身車間設(shè)備繁多且復(fù)雜，物流，人員交叉運(yùn)行，再加上AGV小車是自動配送物料，務(wù)必在設(shè)計(jì)的同時(shí)要充分考慮AGV運(yùn)行安全。AGV自動配送區(qū)域盡量選擇車間布置比較偏僻、獨(dú)立的區(qū)域，見下圖1。

4 AGV小車工作流程規(guī)劃

以上選定給五門一蓋區(qū)域配送門蓋內(nèi)外板零件，配送方案規(guī)劃：在生產(chǎn)線上需求物料的12個工位上設(shè)置物料呼叫按鈕盒，當(dāng)前工位物料將用完時(shí)，按動按鈕將信息投送到倉庫配送區(qū)的顯示屏上，并根據(jù)按鈕按動的時(shí)間先后順序排序。配送區(qū)的叉車操作員根據(jù)顯示屏的物料信息從倉庫堆垛的，裝滿零件的料框提取到AGV等待區(qū)。等待區(qū)的最后一個工位布置有零件載碼掃描槍，用來掃描零件料框上的載碼體信息，通訊給AGV此刻料框配到指定的工位，并將此工位的零件空框帶回到AGV配送區(qū)域的卸框工位；空框由叉車提取回倉庫存放。至此完成一個AGV配送工作循環(huán)。

5 AGV選型

不同類型AGV適用不同場合，如潛入型一般用于定點(diǎn)自動脫/掛料框；舉升裝配型一般用于總裝線裝配較重零件如底盤、發(fā)動機(jī)等；如在空間狹小且沒有回轉(zhuǎn)空間處布置AGV，可采用雙向AGV及橫移等類型。常見AGV如圖2。

本方案中車間地面空間有限，規(guī)劃設(shè)計(jì)中也是本著盡量降低投資、運(yùn)營成本，運(yùn)行故障，設(shè)計(jì)伊始就考慮避免必須使用雙向AGV來回避受限工位的特殊工藝。而單向AGV兼容低投資、低運(yùn)營成本，低運(yùn)行故障等優(yōu)點(diǎn)。

6 AGV小車數(shù)量分析

AGV需求數(shù)量計(jì)算：需結(jié)合產(chǎn)線節(jié)拍，零件種類數(shù)量，零件包裝數(shù)量，AGV運(yùn)行運(yùn)行長度和AGV產(chǎn)品屬性等結(jié)合。通過以下表格形式初步計(jì)算滿足節(jié)拍需求的AGV數(shù)量[1]，如表3。

7 物流分析

7.1 AGV裝載零件載體形式確認(rèn)

AGV輸送零件有多種形式：1.AGV直接拖掛料框，此結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多；2.AGV通過拖掛中介結(jié)構(gòu)（如托盤）拉動料框，此結(jié)構(gòu)是受限于所拉動的零件料框除需要輸送零件外，還有其他的轉(zhuǎn)運(yùn)需求，如廠內(nèi)沖壓件先堆垛，生產(chǎn)時(shí)再轉(zhuǎn)運(yùn)到產(chǎn)線；3.AGV與輸送載體集成為一體來定位零件，此結(jié)構(gòu)一般是一帶一，如總裝底盤、發(fā)動機(jī)安裝。

7.2 料框分析

結(jié)合AGV尺寸，輸送零件/料框尺寸，料框開口方向，區(qū)域其他零件輸送所占空間，以及零件裝配作業(yè)方式和布局分析。要能保證既滿足物料能正確輸送到指定工位，還有確保物料料框狀態(tài)（如取料距離，料框開口，料框切換）能滿足現(xiàn)場作業(yè)習(xí)慣。

7.3 物流繁忙程度分析[2]

統(tǒng)計(jì)AGV輸送線路各路段物流車輛通過次數(shù)，分析各路段繁忙程度，減少發(fā)生交通堵塞風(fēng)險(xiǎn)。區(qū)域內(nèi)通過車輛次越多，發(fā)生堵塞風(fēng)險(xiǎn)越大。物流提供的經(jīng)驗(yàn)，1分鐘內(nèi)通過一臺此車輛還可以接受。為減少堵塞，可通過如下方案解決：（1）增寬物流通道；（2）減少AGV數(shù)量（靠增加料框裝載零件數(shù)量來實(shí)現(xiàn)）；（3）物料?？奎c(diǎn)分布在分叉線路上且能避讓主通道上的物流車輛；（4）非AGV物料與AGV物料分布在產(chǎn)線的不同側(cè)擺放；（5）降低節(jié)拍。

如下圖3是路段物流頻次分析。

8 AGV路徑規(guī)劃及交通管制

（1）AGV輸送路線盡量采用單向循環(huán)線方式：物料通道寬度基本約3-4米，而零件或料框?qū)挾纫灿?.2-2米不等，局部通道如雙向行走，容易發(fā)生交通堵塞。且需結(jié)合考慮其他零件（如外協(xié)件，沖壓件，廠內(nèi)總成件）輸送路線及方向，避免出現(xiàn)物流線逆行。

（2）零件工位盡量采用分支靠近線旁工位，既減少因物料?？坑绊懲ǖ牢锪鳎部蓽p少工位取料距離。分支交叉點(diǎn)距離盡量拉大，避免AGV感應(yīng)出錯。

（3）AGV轉(zhuǎn)彎半徑影響AGV的轉(zhuǎn)向通過性，路徑規(guī)劃時(shí)需結(jié)合產(chǎn)線尺寸布局綜合考慮。普通潛入型AGV最小轉(zhuǎn)彎半徑約800mm；平板承載型需要2000m。

（4）分段交通管制：AGV需采用多運(yùn)行速度運(yùn)行，最好能實(shí)現(xiàn)“無級變速”的多種速度切換，交叉點(diǎn)及交叉點(diǎn)多的區(qū)域需要設(shè)置低速度通過（轉(zhuǎn)彎速度約15米/分），保證順利轉(zhuǎn)彎及不發(fā)生碰撞；直線且空曠區(qū)域提升速度（廠內(nèi)速度建議在35米/分以內(nèi)），以提升輸送效率。

（5）安全防護(hù)：AGV導(dǎo)引/停止精度為±10mm；行走警告：聲光提示；障礙物探測：AGV專用障礙探測器；防撞裝置：前方設(shè)有防撞保險(xiǎn)杠，左右設(shè)有安全觸須；其他防護(hù)：脫線保護(hù)、緊急停車、超工位停線、權(quán)限鑰匙。

9 其他輔助功能/設(shè)備開發(fā)

9.1 在線充電系統(tǒng)

目前幾家供應(yīng)商主要有2種常規(guī)的自動充電方式。

（1）地面充電刷充電，優(yōu)點(diǎn)：布局靈活，缺點(diǎn)：需要挖地溝預(yù)埋管線。

（2）側(cè)面伸縮式充電，優(yōu)點(diǎn)：不用挖地溝，缺點(diǎn)：伸縮機(jī)構(gòu)占用空間。

（3）預(yù)留充電方式。除以上2種常規(guī)充電方式，還需預(yù)留人工充電設(shè)備，以應(yīng)對生產(chǎn)故障的多樣化。

9.2 AGV自動識別零件

采用掃描槍掃描零件料框上得載碼體而實(shí)現(xiàn)識別零件的功能。達(dá)到AGV利用率的最大化，使每臺AGV能給每個工位配送正確對應(yīng)的物料，且也能第一時(shí)間智能響應(yīng)緊急的非計(jì)劃內(nèi)的任何物料需求，如發(fā)生整框物料缺陷，需加急送料。

9.3 信號增強(qiáng)

車身車間較其他車間設(shè)備多，環(huán)境復(fù)雜，特別是焊接輻射會削弱AGV控制信號。AGV會因此而發(fā)生脫離軌道，走錯路線（送錯料），報(bào)錯，停頓等故障。項(xiàng)目開發(fā)時(shí)需考慮根據(jù)輸送線長度和區(qū)域大小增設(shè)信號發(fā)射點(diǎn)。

9.4 物料需求狀態(tài)交互界面

目前我司基本是采用安燈系統(tǒng)，人工對講叫料，很難做到工位操作工與配料人員的實(shí)時(shí)和直接的溝通。通過在操作工位設(shè)置物料需求按鈕連通配料區(qū)域的顯示器，工位物料需求就可以一目了然地通過顯示器傳達(dá)到配料處。

9.5 配料區(qū)空托盤位置切換推桿結(jié)構(gòu)

AGV在將空料框拖掛到指定區(qū)域后就會與托盤及空框脫離，獨(dú)自行走到指定的待發(fā)物料位置等待指令輸送零件。而待空框被叉車卸載后，空托盤依靠推桿機(jī)構(gòu)提供動力前行2米到達(dá)AGV等待拖掛位置點(diǎn)。

9.6 AGV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化

運(yùn)行狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)入維修工段視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以保證AGV故障可以第一時(shí)間反饋到維修。

9.7 地面要求

平整度2%以下，地面不得有明顯的裂縫，AGV運(yùn)行區(qū)域內(nèi)必須保持潔凈，不得有小石子，灰塵，纖維狀物體等。

9.8 防滑

AGV驅(qū)動及從動輪盡量采用防滑輪胎，防止地面潮濕后容易打滑偏離軌道；驅(qū)動輪還有壓力預(yù)緊，加大驅(qū)動輪與地面的摩擦，防止發(fā)生空轉(zhuǎn)導(dǎo)致AGV失控。

10 結(jié)語

隨著人力成本逐年提高的同時(shí)，自動化智能化設(shè)備成本及運(yùn)營成本卻在遞減。未來的汽車生產(chǎn)線將向著高柔性，無人化的黑燈工廠方向發(fā)展，AGV在無人物流方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)需要加深、拓寬AGV的應(yīng)用場景，為汽車白車身生產(chǎn)變革打好應(yīng)用的基石。本案例的開發(fā)與應(yīng)用，為降本增效，廠內(nèi)物流規(guī)劃，物料配送，人機(jī)交界等場景提供了很好的模板與示范。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃一鈞.車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃.上海交通大學(xué)，2015.

[2]李雪.基于排隊(duì)論的AGV利用率控制優(yōu)化[J]．蘭州交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012.