【成功案例】上海大众车身车间AGV增效增产!

【成功案例】上海大众车身车间AGV增效增产!

 

 

为增效增产,上海大众的车身车间专门设计了适用于四门两盖物料自动上线的AGV控制系统,新系统实施后大大减少了装配时间和装配故障!

 
 

 

无人驾驶的自动导引车(AGV)具有小车编程、停车选择装置、安全保护以及各种移载功能,并能在计算机的监控下,按指令自主驾驶,自动沿着规定的导引路径行驶,到达指定地点,完成一系列作业任务。AGV已经成为柔性生产线、柔性装配线和仓储物流自动化系统的重要组成部分,在汽车行业得到了广泛应用。将AGV与摩擦链结合,能够提高生产线的自动化程度,并且进一步提高劳动生产率与生产效率。

在上海大众的车身车间中,由于车身线增加新车型,为了提升产能,需要对四门两盖物料上线方式进行改造。该流水线此前为铲车上料,存在效率低、安全性差等缺点,要求更改为AGV上料,替代铲车工人的高强度劳动,提升劳动生产率。

 
1
车身物料上线

1.目前物料上线状况

车身车间物料配送需求大致有3类:车间内库到生产工位间的物料上线;生产工位间物流传递;车间之间物料传递。传统物料上线方式包括人工推行、牵引车上线和铲车上线等,对部分区域实现AGV自动上线,可以节约人力成本,提高劳动生产率,提升物流水平。

2.选择AGV上线区域

对于车身车间,经过工艺和物流方面的筛选,确定适合采用“AGV+摩擦链上线”方式的区域是四门两盖总成上装配线。

(1)按照不同车型提前将物料翻箱。左侧料架包括左前后门、前后盖、左翼子板及左侧装配用的铰链、螺栓等;右侧料架包括右前后门、右翼子板及右侧装配用的铰链、螺栓等。

(2)线边采用专门的传送方式,将料架从第一个工位以与装配线同样的速度向流水线尾传送,并保证料架之间的间距与工位间间距一致,以方便装配工取料。为保证取料方便和人员安全,确保每个料架离装配线平台的距离不超过5cm。

(3)考虑到AGV编组区与右侧物料传输线距离较近,右侧将不考虑采用AGV上线,编配好的料架由编组人员直接推上线边输送链;左侧采用AGV进行自动送料。AGV采用“一拖一”方式进行自动上线作业。

(4)装配线右侧,人工将配料料车推上线边输送线,并将空箱拉下线边输送线;装配线左侧,采用AGV自行送料,并自行将空料箱带回。AGV实施区域如图1所示。

 

图1 AGV实施区域

3.选择“AGV+摩擦链”系统

采用摩擦驱动链的方式需要驱动电动机和离合装置等设备。专用配套料架的长度约为3m,这样摩擦链必须每3m配备一个驱动电动机,以保证输送不断线。

同步摩擦链根据输送线的长度,左侧约80m,分3段;右侧约50m,分2段。每段摩擦链自有驱动电动机、摩擦轮和控制/调速系统,再备用2套驱动电动机、摩擦轮和控制/调速系统。

快速返回链也需按照流水线长度布置摩擦轮,但它有单独的控制调速系统,以保证空料架的快速返回。

 
2
实际应用

AGV小车送料在实际应用中益处很多:替代人工推行料车的简单循环作业,提高了生产率;对于超大、超重零件,采用AGV可优化人机工程,降低人工劳动强度;减少铲车进入车间,消除铲车安全隐患;改进物流上线模式,提高物流管理水平。

1.AGV实施区域

拟在物料编组区到门盖装配线间实施AGV自动送料,配合生产流水线边的同步摩擦链推送料车,保证每辆车的物料随生产线车身一起流动,这样装配工人转身就能取到所需物料;在流水线尾部,空料架通过平移机构转至空箱返回链,并快速返回至线头以便重新装料。物料编组中,由两名物料工分别负责按照流水线车型序列将相应车型的左右零件分装到随线料车里,然后随线料车采用“AGV+摩擦链上线”方式自动送上线,如图2所示。

 

 

图2 物料编组

为确保车身和零件同步,需要提前知道流水线的车型序列。因此我们在提前13辆车身的储存线边安装生产信息获取扫描枪,以获得装配线车型序列数据,并在编组区的大屏幕上显示出来,指导编组区操作工将相应车型的零件编排好,并按照顺序排列起来,再由AGV和摩擦线送上装配线。物料料车示意如图3所示。

 

图3 物料料车

如图4所示,车身车间生产老朗逸(显示屏上显示为红色字)和朗逸两厢(显示屏上显示为黄色字)两种车型,操作工根据车间醒目位置的大屏幕知晓接下来将要装配哪个车型的零件以及目前正在装配车型的装配状态。显示屏上的阿拉伯数字为每辆车独有条码的后三位,用于让操作工核对所装配车辆是否正确。左边显示的绿色方框表示左侧物料内的零件已装好,一旦右侧物料车内的两件也装好,装好的车辆的字幕则会跳走,显示后面需要装配的车辆。根据节拍配备操作工,正常情况下JPH为45,左侧配两名,右侧配三名。

 

图4 大屏幕提示装料

2.问题的解决

(1)补产时,瞬时JPH人为调高,可达到50。此时,需要每个工位的操作工将物料在摩擦线上往前拉一把或将主线停一下,以免摩擦线跟不上主线的速度;

(2)试装新车型、调试设备时JPH人为调低,主线速度比摩擦线小,将摩擦线停一下即可。

以上问题的出现是由于摩擦线调速能力比主线低,一旦不在它的安全速度内可能出现不安全因素,所以用以上方法解决。

3.实施效果

AGV项目实施前,采用铲车上料及人工推行的方式进行上料。实施后,装配时间减少20%,装配故障减少39%,投资回收时间减少57%,劳动力减少5%。

AGV项目实施完成后(见图5),将实现“AGV+摩擦链上线”的自动上线模式,提高了物料配送效率和车间物流水平。

 

 

图5 AGV项目实施完成后

3
结语

本文主要介绍了车身车间自动上料AGV系统总体架构的设计和每个模块的功能,以及其在上海大众车身车间自动生产线上的应用和效果。对类似应用具有参考价值。如今,多种产品混合生产线的运行、调整产量和重新组合生产线等生产要求越来越多,具有高度柔性的物流系统得到越来越广泛的应用,AGV必将得到迅速发展和更普及的应用。

 

 

 

AGV调度系统

AGV调度控制系统即AGV上位机控制系统,是AGV系统的核心。其主要功能是对AGV系统(AGVS)中的多台AGV单机进行任务分配,车辆管理,交通管理,通讯管理等。

 

任务管理:任务管理类似计算机操作系统的进程管理,它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境;提供根据任务优先级和启动时间的调度运行;提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。

 

车辆管理:车辆管理是AGV管理的核心模块,它根据物料搬运任务的请求,分配调度AGV执行任务,根据AGV行走时间最短原则,计算AGV的最短行走路径,并控制指挥AGV的行走过程,及时下达装卸货和充电命令。

 

交通管理:根据AGV的物理尺寸大小、运行状态和路径状况,提供AGV互相自动避让的措施,同时避免车辆互相等待的死锁方法和出现死锁的解除方法;AGV的交通管理主要有行走段分配和死锁报告功能。

 

通讯管理:通信管理提供AGV地面控制系统与AGV单机、地面监控系统、地面IO设备、及上位计算机的通信功能。和AGV间的通信使用无线电通信方式,需要建立一个无线网络,AGV只和地面系统进行双向通信,AGV间不进行通信,地面控制系统采用轮询方式和多台AGV通信;与地面监控系统、上位计算机的通信使用TCP/IP通信。

 

车辆驱动:小车驱动负责AGV状态的采集,并向交通管理发出行走段的允许请求,同时把确认段下发AGV。

 

 

 

 

 

AGV小车的应用领域有哪些

    近年来随着国内人口红利的逐渐下降,企业用工成本不断上涨,各种节省人力的工业机器人正逐步走进公众视野,未来AGV搬运机器人代替人工搬运是必然的趋势。下面就讲解一下AGV小车的应用领域。

 

  1.仓储业

 

  仓储业是AGV最早应用的场所。1954年世界上首台AGV在美国的SouthCarolina州的Mercury Motor Freight公司的仓库内投入运营,用于实现出入库货物的自动搬运。目前世界上约有2万台各种各样AGV运行在2100座大大小小仓库中。海尔集团于 2000年投产运行的开发区立体仓库中,9台AGV组成了一个柔性的库内自动搬运系统,成功地完成了每天23400的出入库货物和零部件的搬运任务。

 

  2.制造业

 

  AGV在制造业的生产线中大显身手,高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可由多台AGV组成柔性的物流搬运系统,搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整,使一条生产线上能够制造出十几种产品,大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。1974年瑞典的Volvo Kalmar轿车装配厂为了提高运输系统的灵活性,采用基于AGVS为载运工具的自动轿车装配线,该装配线由多台可装载轿车车体的AGVS组成,采用该装配线后,装配时间减少了20%,装配故障减小39%,投资回收时间减小57%,劳动力减小了5%。目前,AGV在世界的主要汽车厂,如通用、丰田、克莱斯勒、大众等汽车厂的制造和装配线上得到了普遍应用。

 

  近年来,作为CIMS的基础搬运工具,AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业,生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域。

 

  3.邮局、图书馆、港口码头和机场

 

  在邮局、图书馆、码头和机场等场合,物品的运送存在着作业量变化大,动态性强,作业流程经常调整,以及搬运作业过程单一等特点,AGV的并行作业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好的满足上式场合的搬运要求。瑞典于1983年在大斯得哥尔摩邮局、日本于1988年在东京多摩邮局、中国在1990年于上海邮政枢纽开始使用AGV,完成邮品的搬运工作。在荷兰鹿特丹港口,50辆称为“yard tractors”的AGV完成集装箱从船边运送到几百码以外的仓库这一重复性工作。

 

  4.烟草、医药、食品、化工 

  对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的烟草、医药、食品、化工等行业中,AGV的应用也受到重视。在国内的许多卷烟企业,如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂都应用了激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。

 

  5.危险场所和特种行业

 

  在军事上,以AGV的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备,可用于战场排雷和阵地侦察,英国军方正在研制的MINDER Recce是一辆侦察车,具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自动型侦察车。在钢铁厂,AGV用于炉料运送,减轻了工人的劳动强度。在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所,AGV用于物品的运送,避免了危险的辐射。在胶卷和胶片仓库,AGV可以在黑暗的环境中,准确可靠的运送物料和半成品。

 

  对AGV行驶区域的环境进行图象识别,实现智能行驶,这是一种具有巨大潜力的导引技术,此项技术已被少数国家的军方采用,将其应用到AGV上还只停留在研究中,目前还未出现采用此类技术的实用型AGV。

 

可以想象,图象识别技术与激光导引技术相结合将会AGV更加完美,如导引的精确性和可靠性,行驶的安全性,智能化的记忆识别等都将更加完美。

 

 

 

 

技术应用|为何AGV激光雷达导航技术热度高?

目前国内市面上的AGV机器人大多采用磁轨导航技术,即在地面上贴好固定的磁带,在电磁感应创制能感受到磁场的情况下,AGV便可在预先设定的路线上穿梭。除不美观之外,还非常容易受损,造成维护成本高。

 

在此情况下,能够指导AGV进行最佳路径的判断、轻松避开障碍物以及顺利到达目的地的激光雷达导航技术优势明显。

 

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标进行探测、跟踪和识别。

 

该导航技术不仅可以实现路径规划、避障、还可实现小于10mm的高精度,同时还不用额外安装反光板,具有定位精度高、路径柔性高和智能化程度高的优点。

 

在国外,激光导航技术的应用已经非常普遍,如无人驾驶、无人机、以及扫地机器人等领域皆有运用。不过,目前在国内,由于这一类的导航技术对于算法的要求极高,除了砝石激光雷达(FaseLase)等到少数几个厂家提供产品和技术外,大多仍是依赖国外公司提供。

 

当前,随着市场应用的不断加大,对于AGV的要求也越来越高,传统的导航方式已经难以满足大众需求。为此,不少AGV厂商开始转而投向激光雷达导航技术的研究于开发。

 

目前,包括新松机器人、远能自动化、欧凯机器人、厦门思尔特、普华灵动、国自机器人等在内的知名企业都在积极布局该领域。

 

值得一提的是,巨大的市场空间也是众多机器人企业布局该市场的原因。

 

不难看出,随着当前市场对于激光导航的需求不断扩增,加之像百度、联想、IDG、北极光等资本大鳄的大规模投入,以及上市公司的加盟,未来AGV导航技术向更高层级的激光雷达导航技术进发或成今后发展趋势。

 
 
 

自动导引三向堆垛叉车在窄巷道中的应用

 

本文介绍了一种区别于普通AGV的自动导引三向堆垛叉车的技术特点,并着重介绍了该类型叉车在有限空间内如何自动实现货叉独立转向,与货架工位对接,并最终完成装卸任务。

从20世纪80年代以来,自动导引运输车(AGV)逐渐发展成为生产物流系统中最大的专业分支之一,并出现产业化发展的趋势。由于具有良好的环境适应能力、很强的抗干扰能力和目标识别能力,AGV在工业、军事、交通运输等领域得到一定程度的应用。

 

 

然而,在一些生产企业的厂区,由于受空间布局的约束,或者在库容量要求较大而货架之间的距离较窄,普通的AGV在窄巷道中无法实现转向运行,货叉与货架工位无法有效对接,中途需要加入人工或其他设备辅助,以致AGV不能充分发挥优势。在这样的情况下,自动导引三向堆垛叉车技术的研究和应用便显得尤为关键。

 

 

 
普通AGV的特点

 

1.整体结构分析

 

普通AGV是融合了电子技术和机械技术的典型机电一体化产品。它由车体、蓄电池、充电系统、驱动装置、转向装置、精确停车装置、运动控制器、通信装置、移载系统和导航系统等组成。

 

2.整体控制方式分析

普通AGV是在传统电动堆垛叉车的基础上增加了智能导航系统和控制系统,货叉与车体的运行均由控制器控制,货叉与车体没用独立的转向控制系统,货叉的转向必须与车体转向同步运行,整车的灵活性较差。

 

3.转向路径分析

普通AGV在货架通道中正常存取货物时,需要车体整体转向后,才能变更货叉的运行方向,所以其转弯半径较大,只能在货区通道较宽的空间范围内应用,且转弯耗时较长,不利于工作效率的提高。

 

 

普通AGV在较宽货架通道中转向的运行轨迹,如图1所示。根据以上分析,如何改变普通AGV在货架通道中的转向方式,实现货叉与货架工位的精准对接,成为技术研发的关键和难点。

 

 

 
技术分析

 

三向堆垛叉车具有向前、向左和向右三向操作功能, 可在更狭窄的通道中工作,能够有效地运用仓库的高度和宽度以增加储存面积,从而提高库房的使用效率,目前已经广泛应用于机械制造、制药等行业以及超市商场、食品冷库等场地实施装卸、储存、搬运、堆垛作业。

 

 

 

因此,利用三向堆垛叉车的优点,在最大化降低工厂改造、搭建、维护、管理等各项运营成本的前提下,我们对三向堆垛叉车的车体结构、三向堆垛头进行改造,并对其控制方式进行变更,研发了自动导引三向堆垛叉车(如图2所示),使得其集普通AGV、电动堆垛叉车、有轨堆垛机之优点于一身,能够解除货架窄巷道对普通AGV空间范围的限制,解决了其在窄道中难以转向完成装卸载货物的难题。

 

1.导航方式

由于货区窄巷道空间有限,为保障导引航线较为精确并节约地面空间,我们设计的自动导引三向堆垛叉车选用激光自动导航方式。激光导引技术较为先进,定位精确,地面无需其他定位设施,能够适应复杂的路径条件及工作环境,能快速变更行驶路径和修改运行参数。当然,自动导引三向堆垛叉车的导航方式较多,在实际应用中可以根据需要做出改变。

 

2.整体结构设计

自动导引三向堆垛叉车是对普通三向堆垛叉车的三向堆垛头进行改装并增加伺服驱动等装置,使得货叉的运动变得更为灵敏和准确。设备整体的尺寸与所承载的货物和通道宽度相适应,对货叉尺寸做出适度调整,占据的空间位置缩小,但依然适应多种规格的托盘,可在通道中多层货架或货物存储高低差较大的场合应用。

 

自动导引三向堆垛叉车的货叉能在X轴方向进行立面0~180度旋转,不需要对车体重复规划转向路径,可在不改变叉车整体运动方向的基础上,在左右两边的货架之间变更货叉的运动朝向,顺利完成装卸载任务;在Y轴方向依然可以实现货叉的水平侧移,帮助货叉更精准地对接工位;在Z轴方向采用液压油缸升降式,用链条连接货叉架并带动货叉,货叉随控制器发出的指令,升降到任务所需的货架位置,实现从地面到高层货架的移动。自动导引三向堆垛叉车的货叉转向形态,如图3所示。

 

 

3.控制方式

自动导引三向堆垛叉车整个车体的驱动和转向操作是都由主控制器完成的,但在整体控制和货叉控制方面,主控制器做了分项管理,具体系统控制结构如图4所示。

 

 

自动导引三向堆垛叉车的货叉与车体均独立安装转动电机和驱动伺服等装置。货叉在控制器设定好的程序下做出转向、加减速度、前进、后退、上升、下降、装卸载等动作,完成相应任务。

 

控制器控制自动导引三向堆垛叉车在窄巷道中完成任务的过程如下:在控制系统里录入货架工位编号和位置等信息,规定自动导引三向堆垛叉车的运行速度和货叉运行速度。根据任务安排,控制器控制叉车在窄巷道中直线前进或后退的运动,定位在货架工位的待操作点后停止运行。如果货架工位在货架底层,控制器只需控制货叉的转向与速度,使货叉运动朝向对准目标工位,即可实施装卸载的操作;待装卸载完成后,控制器再控制货叉下降并进行侧向移动或者0~180度转向,使货叉方向与叉车下一个任务点要求一致,叉车在窄巷道中继续前行或后退,到达另一个任务点。当目标工位在货架的高层位置时,自动导引三向堆垛叉车到达目标工位的底层后停止运行,控制器再控制货叉在竖直方向做提升运动,到达目标工位完成装卸载任务后下降到地面初始位置,货叉回到叉车的下一个任务点要求的位置,叉车继续前往下一个任务点。

 

4.路径分析

货叉独立转向功能,使得自动导引三向堆垛叉车在窄巷道中无需做叉车整体转向的路径规划,AGV整体的运行轨迹只需直线前进或后退, 可在货架窄巷道中多个工位点间反复实现运送操作,而不需要考虑空间范围的限制,避免了叉车整体转向造成的时间浪费,提高了叉车运行效率,也减轻了繁琐的转向路径程序编制的工作量。

 

 

 
优势和前景

 

自动导引三向堆垛叉车与普通AGV相比,其优势表现在以下几个方面。

 

 

1.环境适应性

自动导引三向堆垛叉车的研发具有针对性,在特殊工作环境下可以解决环境空间的限制,在正常工作环境下也能发挥堆垛叉车的作用,对环境的适应性极强。

 

2.可靠性

自动导引三向堆垛叉车的结构设计与系统控制是在稳定成熟的技术上进行的,可靠性强,应用灵活方便。

 

3.应用成本

自动导引三向堆垛叉车是在最大化降低工厂改造、搭建、维护、管理等各项运营成本前提下进行的部件改造和程序的更改,应用成本较低,在较多的中小企业和厂区都能够得到广泛应用。同时可以根据现场环境进行非标准定制,使其更具灵活性。

 

由于多方面原因,目前很多企业厂房的空间布局设计常会出现窄巷道式货架这样的特殊工作区域。在未来AGV的应用中,带有自动转向功能的自动导引三向堆垛叉车将成为市场的主导力量。

 

 

 
结束语

 

自动导引三向堆垛叉车的应用理论具有针对性,车体结构及三向堆垛头的改造易于实现和生产,对工作环境的条件要求较低。自动导引三向堆垛叉车从理论建立到实际应用,证明了其能解决普通AGV在货架窄巷道中无法转向的问题,扩展了AGV的环境适应能力,充分发挥了AGV的智能性,是解决现有问题行之有效的办法。