AGV专题|技术篇:AGV技术发展综述

AGV专题|技术篇:AGV技术发展综述

 

一、概述

上世纪九十年代中期,AGV在我国开始得到实际应用。在过去的20多年中,AGV的发展可谓历尽坎坷:2005年前,由于技术制约,价格居高不下。AGV作为生产辅助的搬运工具,其推广和应用受到了明显的制约,能够进入的行业只是烟草和金融,作为生产不可或缺的工艺装备,AGV也只是在汽车总装线上得到应用;2005年后,国内先后出现了数家生产简易型AGV即AGC产品的企业,使AGV的应用得以推广。而近五年来,新兴的AGV企业数量已超过百家,其产品应用领域已经涵盖各行各业。

 

二、AGV技术发展综述

二十几年前,就有国外专家总结过AGV的三大技术要点:我在哪里?我要去哪里?我怎么去?形象地指出了导航、路径规划、导引是AGV的重要组成部分。笔者个人曾增加了一点:我到那里做什么?即AGV的“操作”。

 

 

1. 导航与导引

AGV作为轮式移动机器人(WMR-Wheeled Mobile Robot)的一个分支,其主要特征就是自动导引,随着计算机和传感器技术的发展,导航、导引技术也不断提升。目前,常用的导引、导航方式有:电磁导引、磁带导引、色带导引、激光导航、惯性导航、磁钉导航、GPS导航以及基于图像识别的二维码标签导航等。最初,AGV只是简单地沿着固定的物理线路行驶,被称为“固定路径导引”(如电磁导引、磁带导引、色带导引等);后来,AGV能够根据导航及路径规划信息,自动选择预设的“逻辑线路”行驶,被称为“自由路径导引”(如激光导航、惯性导航等)。

 

AGV根据路径偏移量来控制速度和转向角,从而保证AGV精确行驶到目标点的位置及航向的过程,称为“导引”(Guidance)。在“固定路径导引”的方式中,导引传感器直接得到AGV与理论路径(电线、磁带、色带等)的偏移量并直接用于控制,此类方式可统称为“导引”。而在“自由路径导引”方式中,AGV导航传感器得到的是间接信号,如,激光导航通过激光扫描器测出反射板的夹角和距离;惯性导航通过陀螺仪测出角加速度并配合地面标签位置,通常这类信号无法直接用于导引,必须通过不同的算法来获得AGV的位置及航向,这一过程称为“导航”(Navigation)。从技术上来说,所有“固定路径导引”方式,其本质是一样的,都是“一维”的有线导引,AGV单机无需全局坐标位置,只需获得行驶距离及转向偏移量的反馈,一般不需要“位置估算(Dead Reckoning)”;而“自由路径导引”方法有很多,有基于“灯塔(Beacon)”信息的激光导航、GPS导航,有基于地标信息的惯性导航、标签导航,有根据环境信息的环境导航或自然导航,“自由路径导引”的共同特点是:AGV单机都须在控制中采用“位置估算”,路径(Path)不再是物理意义上的路径,而是逻辑上的路径,是可以用数学函数表达出来的轨迹(Trajectory)。

 

AGV的导航、导引技术多种多样,不同的场合可采用不同的导引技术。单一的导引技术无法覆盖所有的应用:在有叉车行驶的场合不宜选用磁带导引;路径需要经常变换的场合,应考虑激光导引,而露天环境,考虑到气候因素,则不宜采用激光导引;路径复杂的场合应尽量考虑“自由路径导引”方式。导航、导引技术没有孰优孰劣,而应根据使用环境,因地制宜地灵活运用。导航、导引技术始终是AGV发展最主要的部分。目前,图像识别导航(环境导航)、无反射板激光导航(自然导航、轮廓导航)、差分GPS、室内GPS也已得到应用,未来必将有更多的导航、导引技术出现。

 

2. 驱动方式

目前AGV常用的驱动方式可以归纳为三种:驱动兼转向模式(Steer Driving)、差速驱动模式(Differential Driving)和全方向(位)驱动模式(Quad Motion)。

 

驱动兼转向是指用一个驱动总成兼有行走和转向功能,此种驱动方式的AGV运动性能稍差,转弯半径较大,但导引及运动的可靠性高。

 

差速驱动是指AGV左右对称安装两个固定的驱动轮,依靠左右驱动轮的差速来实现行走和转向,差速驱动模式的AGV转弯半径小,灵活性较好,但驱动轮的磨损较为严重。

 

全方位驱动是以两个或两个以上兼有行走和转向功能的驱动总成,或配置多个麦克纳姆轮(Mecanum),实现全方位的运动,其优越性主要体现在:保持AGV的航向不变,实现平移或侧移(Crabwise);AGV能够变化回转轴线,实现更加复杂的平面运动。

 

在电机使用方面,随着低压交流电机性能的不断提高,以无刷鼠笼式交流电机替代有刷永磁直流电机成为AGV驱动发展的趋势,工程机械中的液压伺服驱动也在重载AGV上得到了应用。驱动技术的扩展应用和完善,使得AGV的驱动能力得以大幅提升。

 

3. 供电

传统AGV的供电一般是由电池作为储能载体,目前能够被AGV使用的电池种类有:铅酸/纯铅、镍氢、镉镍、锂离子电池,这些电池都是基于“电化学”原理。近年来,随着电池技术的成熟,超级电容在AGV上的应用逐步推广,电容最大的特性是“物理线性放电”,充电效率高,使用寿命长。另外,随着无接触能量传输技术的发展,以部分德国企业为代表的相关产品在部分领域替代了AGV传统供电模式。

 

影响AGV供电配置的主要因素通常是:各种供电方式的特性及成本,AGV使用时的工作模式等。从AGV应用角度看,电池作为能量供应载体仍然是目前AGV供电主流方案,其中铅酸、镉镍电池应用最为广泛,安全性好;锂离子电池虽因能量密度高,充放电特性好而得到一些应用,但使用环境及条件也较严格,配套电芯质量及电源管理系统要求较高,在安全等级较高的应用领域需要谨慎;超级电容的应用因其容量因素限制,一般会扬长避短与电池进行配套使用;无接触供电技术的应用对于具有固定路径的AGV系统有较强竞争力,让AGV在移动中持续获得电能成为可能,从而扩展AGV作业方式。在有部分固定路径的AGV系统中,无接触供电技术也作为电池供电的补充,实现了边行走边充电,从而提高AGV使用效率。

 

在充电模式上,一般可根据选用电池及工作模式的不同,采用不同的充电方式:自动充电(快充/慢充、空闲充电/定时充电/定量充电)、人工充电或换电池(人工/自动换电池)。国外也有在AGV上装备“柴油机+发电机+电池”的案例,但不管怎样,供电方式始终是围绕提升AGV的工作效率而发展的。

 

4. 系统控制

AGV的上位控制系统需解决的问题是对多台AGV进行有效的控制,对各种任务进行优化排序,对AGV的分配及行驶路径进行动态规划,实现智能的交通管理。控制系统根据所需执行的任务,以及各台AGV所处的当前位置来优化车辆的分配。

 

在不同的应用中,AGV控制系统采用的调度策略是不同的,通常有三个因素会被考虑:系统最短响应时间、系统最高作业效率、系统最低能耗。这三个因素存在着辩证关系,如,系统最高作业率和系统最低能耗都要求对任务进行“堆积”,找出最合适的AGV来执行最合适的任务,从而减少AGV的“空跑率”。这个方法与系统最短响应时间相矛盾,极端的情况是,有的任务永远找不到合适的AGV来执行。因此,在AGV系统控制算法中,除智能的交通管理外,还必须做好各种调度策略在不同项目中的匹配,以满足项目对时间、空间及系统能耗的要求。

 

在任务控制模式上,有两种概念:一种是由上位计算机安排任务到空闲的AGV单机;另一种更为流行的做法是空闲AGV单机主动向上位计算机申请任务,这种做法能够减轻上位计算机负荷,更加体现出单机的智能化水平。

 

 

三、AGV技术应用

目前,在国内的AGV技术应用分为两种。

 

第一种技术追求AGV的完全自动化,几乎不需要人工的干预,路径规划和生产流程复杂多变,能够运用在几乎所有的搬运场合。这些AGV功能完善,技术先进,系列产品的覆盖面广:各种驱动模式,各种导引方式,各种移载机构应有尽有,系列产品的载重量可从50kg到60000kg。

 

第二种技术追求的是简单实用,极力让用户在最短的时间内收回投资成本,该类AGV完全结合简单的生产应用环境,即,单一的路径、固定的流程。在导引方面,采用简易的磁带导引方式,此类AGV称之为AGC。与AGV相比,AGC有其自身技术特点:第一,通常选用“固定路径导引”方式,即磁带导引或电磁导引;第二,需求相对简单,甚至不需要上位控制系统;第三,不追求导引及定位精度,只需将货物运送到大致的位置;第四,通常不需要移载机构,可由人工装卸或采用拖拽式。

 

AGV与AGC在单机上,本质是相同的,都必须解决导引问题。从字面理解,也只是“Vehicle”与“Cart”的差别。笔者认为,之所以区分它们,是因为在单机性能和系统性能上的差别:在单机上,AGV往往更需追求定位精度(单车重复定位、多车重复定位),而AGC对此并无特别需求;在系统控制上,AGV的路径、任务分配、车辆分配须实时计算,进行动态规划,不到最后一刻,AGV单机并不能确定自己的任务,而AGC通常是顺序执行,通常在启动时就已确定路径和任务。正是因为这些差别,AGV系统控制的复杂度要高得多。

 

四、AGV技术展望

在中国制造业转型升级的过程中,企业的“自主创新能力”被提高到前所未有的高度。同样,AGV的长远发展必须立足于自主创新,摆脱对国外技术和产品的依赖是中国AGV产业健康稳步发展的必经之路。

 

AGV作为自动搬运设备能够应用于各个行业,需求也多种多样。未来企业对AGV的需求不仅仅是简单的搬运或简单地替代人力,而是对整个工艺装备的需求,对提升产品质量的需求,对企业实现MES(制造执行系统)的整体考虑。为此,AGV的技术研发应该更加注重面向工艺、面向成本、面向服务。因此,笔者认为,AGV技术仍然有广阔的发展空间:系统技术需要更加注重与企业的生产管理、物流管理以及工艺路线相结合,追求更高效率;单机控制技术上需要更加人性化,使AGV更为智能,更加易用,更加便于维护。随着AGV的使用范围越来越广,AGV技术的“专业知识”也必须与应用行业的“领域知识”相结合,以工艺创新为基础,为AGV的技术创新和产品创新提供源动力。

 

根据美国物料搬运协会(America Material Handling Association)的定义,AGV是一种以充电电池为动力,自动导引的无人驾驶自动化车辆,它能在计算机的监控下,按路径规划和作业要求,精确行走并停靠到指定地点,完成取货、送货、充电等一系列作业任务。

 

AGV技术国内外发展概述

福特汽车公司于1913年将最早的自动搬运车应用到汽车底盘装配上,体现了无人搬运车的优越性。但当时是有轨道导引的(现在称为RGV)。到了上世纪50年代中期,英国人首先去掉了地面上的导引轨道,采用地板下埋线的方式,组成以电磁感应导引的AGVS,1959年AGV应用到仓储自动化领域和企业生产作业中。

 

上世纪60年代,计算机技术开始应用于AGV系统的管理和控制系统中,AGV系统从自动化仓储进入到柔性加工生产系统(FMS)中,从而使AGV得到了迅速的发展。虽然AGV首先出现在美国,却在欧洲迅速得到发展和推广应用,并成为制造和装配作业过程中一种流行的物料搬运设备。

 

在我国,北京起重运输机械研究所(现为“北京起重运输机械研究院”)于1976年研制出第一台ADB型AGV。邮电部北京邮政科学研究所为上海新火车站邮政枢纽、济南军区仓库研究试制的WZC及WZC-1两种AGV,1991年投入了运行。中科院沈阳自动化所在国家“863”计划支持下,完成了多项移动机器人应用基础研究和应用技术开发项目,并开发出应用于实践较为成熟的AGV(电磁导引)及其系统技术。

 

AGV关键技术现状

AGV系统主要包括:AGV管理监控调度系统、AGV车载控制系统、AGV自主定位及导引系统、AGV运动控制驱动系统、AGV能源系统、AGV无线通讯系统等,下面分别介绍各子系统相关技术的国内外发展现状。

 

1. AGV管理监控系统

AGV管理监控调度系统的主要功能是管理、监控和调度AGV执行搬运作业任务。AGV管理监控计算机一方面与上一级的信息管理系统(SAP/ERP/WMS/MES等)主机进行通讯,产生、发送以及回馈搬运作业任务,另一方面通过无线网络系统与AGV进行通讯,按照一定规则发送物料的搬运任务,并进行智能化交通管理、自动调度相应的AGV完成搬运物料任务,同时接受AGV反馈的状态信息,监控系统的任务执行情况,并向上一级信息管理系统主机报告任务的执行情况。

 

AGV管理监控系统是一个复杂的软、硬件系统,目前国内外中高端的AGV系统均有AGV管理监控系统。硬件由服务器、管理监控计算机、网络通讯系统以及相关接口等组成;软件由相关的数据库管理系统、管理监控调度软件等组成。

 

AGV管理监控调度软件是AGV系统重要核心技术之一。系统软件的成熟程度以及国外软件技术不开放共同制约了国内AGV的发展与推广。近年来,管理监控调度软件的研发工作得到了重视,国内AGV生产厂家纷纷建立自己的AGV管理监控调度软件系统研发平台,研制出自己的AGV管理监控调度软件产品。

 

2.AGV车载控制器

AGV车载控制器是AGV控制系统的核心,负责完成人机交互、路径规划、任务执行、定位与导航控制、电源管理、自主避障、安全信息提示,以及与AGV管理监控计算机进行通讯,反馈AGV的当前状态,并接受AGV管理监控系统的调度和工作指令等任务。AGV车载控制器的性能和可靠性直接影响AGV产品的性能和可靠性。

 

早期的AGV车载控制器硬件通常采用工控机或通用PLC作为主控单元,通过比较复杂的控制软件和多种A/D、D/A接口完成人机交互、路径设定、任务调度、定位与导航控制、运动控制、电源管理、自主避障、安全信息提示、并与管理监控计算机进行通讯、反馈AGV的当前状态、接受调度和工作指令等任务。

 

近年来,随着计算机技术的飞速发展,嵌入式计算机的软硬件水平都得到很大提高,已经可以满足AGV产品的各种需要。此外,与工控机相比,嵌入式计算机系统具有结构紧凑、成本低、功耗小等明显优势,而这些对于必须使用自身携带电源的AGV产品尤其重要。因此,AGV车载控制器硬件采用嵌入式计算机系统将是未来的技术发展趋势。

 

3. 自主定位及导航系统

AGV可以按照自主程度、用途和结构形式、导航方式等进行分类。虽然AGV导航方式的种类很多,但目前得到应用或具有应用前景的AGV导引方式主要包括以下几种类型。

 

(1)电磁感应导引

该导引方式的基本工作原理为:在AGV的行驶路径上埋设金属导线,并加载低频、低压电流,使导线周围产生磁场,AGV上的感应线圈通过对导航磁场强弱的识别和跟踪,实现AGV的导引。目前,电磁感应导引技术比较成熟,应用也较为广泛。

 

该导航方式的主要优点为引线隐蔽,不易污染和破损,导航原理简单而可靠,无声光干扰,制造成本较低;而主要缺点则为路径更改的灵活性差,调整变动麻烦,感应线圈对周围的铁磁物质较敏感,对于一些路线比较简单,且需要24小时连续作业的工况(比如发动机等装配生产线),配合非接触供电系统的应用目前在国外较为常见。

 

(2)磁带、磁点导引

该导引方式的基本工作原理为:在AGV的行驶路径上贴磁带或打磁点,通过磁感应信号实现导引。目前,磁带、磁点导引技术成熟,应用也较为广泛。

 

该引导方式的主要优点为改变或扩充路径较容易,磁带、磁点的安装简单;而主要缺点则为易受AGV行走路径周围的金属物质的干扰。此外,由于磁带外露,容易受到机械损伤和污染,导航的稳定性受环境影响较大,因此近年来此类AGV较多采用磁点导引方式。

 

(3)光学导引

该导引方式的基本工作原理为:在AGV的行驶路径上涂漆或粘贴色带,通过对光学传感器采入的色带图像信号进行识别实现导引。此外,用CCD摄像机和图像处理系统替代普通的光学传感器可以有效提高导引系统的可靠性。目前,光学导引技术成熟,应用也较为广泛。

 

该导引方式与磁带导引方式比较类似,其主要优点为灵活性比较好,地面路线设置十分简单;而主要缺点则为易受色带污染和磨损的影响,对环境要求较高,导引可靠性受制于地面条件,停位精度比较低。

 

(4)激光导引

该导引方式的基本工作原理为:在AGV行驶路径的周围安装位置精确的激光反射板,安装在AGV上的激光定位装置发射激光束并且采集由不同角度的反射板反射回来的信号,根据三角几何运算来确定其当前的位置和方向,实现AGV的导引。目前,激光导引技术比较成熟,应用也较为广泛。

 

该导引方式的主要优点为定位精确,能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;主要缺点则为激光定位装置成本较高。

 

(5)视觉导引

该导引方式的基本工作原理为:在AGV上安装CCD摄像机,AGV在行驶过程中通过视觉传感器采集图像信息,并通过对图像信息的处理确定AGV的当前位置(识别给定路标)。

 

视觉导引方式具有路线设置灵活,适用范围广,成本低等优点,也是AGV引导方式未来的发展方向。但是,由于利用车载视觉系统快速、准确地实现路标识别这一技术瓶颈尚未得到突破,因此,目前该方法尚未进入实用阶段,随着计算机技术的发展及快速图像处理关键技术的突破,视觉导引技术将成为最具应用前景的AGV导引技术。

 

(6)惯性导引

惯性导引方式的基本工作原理为:在AGV上安装陀螺仪,在行驶区域的地面上安装定位块,AGV通过对陀螺仪偏差信号的计算及地面定位块信号的采集来确定自身的位置和方向,从而实现AGV的自动导引。

 

惯性导引技术是AGV领域一项新兴的导引技术,其主要优点是技术先进,定位精度高,灵活性强。随着惯性敏感元件的发展,成本的降低,惯性导引技术也极具发展前景。

 

(7)复合导引

任何一种导引方式均有其局限性,目前已经投入商业应用的复合导引AGV主要有激光及磁点复合导引方式。

 

4. AGV运动控制系统

AGV作为移动机器人的一个分支,其驱动方式主要包括单舵轮驱动、差速驱动和双舵轮驱动及多舵轮驱动等四种方式:多舵轮驱动一般用于载重10吨以上的AGV。

 

5. 电机驱动总成

AGV的电机驱动总成由伺服电机和减速机组成,用于AGV本体驱动以及装卸载机构的驱动,是AGV的核心部件,对AGV的成本和性能影响很大。目前国内电机驱动总成与国外相比仍有较大差距,国产AGV产品大多采用进口电机驱动总成及驱动器产品,成本很高。

 

目前在国外,以低压交流电机为核心的交流电机驱动总成因其效率高、维护成本低,被广泛应用于重载AGV驱动系统中。国外AGV产品供应商竞相推出了性能更佳的交流电机驱动AGV,将其作为参与全球市场竞争的制胜砝码。

 

6. AGV能源系统

AGV能源系统是AGV的关键系统之一,它包括:电池智能充电管理系统、智能电池充电机、电池电量检测和电池。

 

AGV用蓄电池的特性对AGV单机的设计影响很大,目前国内外厂家采用的蓄电池主要分铅酸电池和镉镍电池两大类。铅酸蓄电池充放电倍率低,适合慢充慢放,充电时间长,连续工作时间也较长;而镉镍蓄电池充放电倍率较高,适应快充快放,充电时间短,连续工作时间比铅酸电池较短;一般根据AGV的作业特点,如生产的间歇性、工作班次、AGV的运行时间来选择合适的蓄电池。

 

在一些应用场合,如AGV行驶路径为固定路径,可用非接触感应供电取代电池供电,非接触感应供电方式由车载控制器通过耦合取电板从地下敷设的高频恒流线路上获取电能,经车载AC-DC转换后供给车载元件,从而实现了AGV在运动中非接触感应供电。

 

7. AGV无线通讯系统

AGV系统中有多台AGV同时工作,为了指挥各台AGV按照AGV管理系统所接受的任务协调地工作(即对AGV指派任务、进行交通管理等),所有的AGV以及系统中的其它自动化物流设备均由AGV管理监控计算机进行统一控制。AGV需要将当前的状态报告给AGV管理监控计算机,其与AGV之间的数据交换需要通过通讯系统来完成。有固定运行线路的AGV可以通过在运行线路上埋设的导线进行感应通讯,而全方位运行的AGV由于没有固定的运行线路,所以一般是使用无线通讯方式与主机交换数据,当车间中干扰源较多时,通讯系统必须有较高的可靠性,否则会引发AGV系统的误动作,目前国内外AGV无线通讯系统大多采用无线以太网标准协议802.11b/g的通用无线系统。无线通讯系统技术的提升和硬件成本的降低可以促进AGV的发展。

 

关于我国AGV技术研究工作的几点建议

目前,我国面临着人口红利即消失、劳动力成本大幅攀升、训练有素的产业工人缺乏、招工难等问题,这些问题催生了市场对机器人需求快速增长的强大动力。国内企业对工业机器人的需求空前高涨。如何能够为企业提供高性价比的工业机器人是机器人研发、生产企业面临的重要课题。

 

根据目前AGV发展具体现状及趋势,我国AGV技术的研究工作应贯彻如下三条原则:

(1) 以产品开发和市场需求带动技术研究;

(2) 鼓励开展AGV关键部件的技术研究工作,以此带动AGV产品技术水平的提高;

(3)根据市场需求的多样化,开展不同成本的AGV产品研发工作。

 

在我国应开展如下AGV关键技术的研究工作:

(1) AGV管理监控调度系统:应开发基于50台以上AGV的管理调度系统开发工作,开展人机交互技术、远程监控技术、远程故障诊断技术的专项研究,提高我国自主知识产权的软件开发水平,以适应国内近年来AGV的市场需求;

 

(2) AGV车载控制器:研制基于嵌入式计算机系统的专用AGV车载控制器,取代以采用工控机或通用PLC作为主控单元的AGV车载控制器是未来的技术发展趋势,也是今后研发工作的重点;

 

(3) 随着制造业对AGV需求量的增加,载荷在40吨以上的重载型AGV的需求将快速增长,多舵轮驱动的AGV研发显得尤为重要,应开展多舵轮驱动AGV运动学研究和多舵轮运动控制算法的研究工作;

 

(4) 视觉导引技术将成为最具应用前景的AGV导引技术,开展快速图像处理关键技术的研究工作,开展图像处理技术在AGV导引技术上的适应性研究工作,尽快使视觉导引技术在工程中实现成熟应用。

新松

新松是中科院沈阳自动化研究所转制成立的高科技公司,以机器人及自动化技术为核心,致力于数字化高端装备制造的高技术企业,是国内最大的专业自动化物流系统集成商和先进的自动化物流设备提供商之一。针对物流行业特点,新松不断研究最新AGV技术,开发出高效率、低能耗、高稳定性的AGV产品来满足未来智能物流需求。

 

目前新松AGV产品广泛应用于智能工厂、智能制造及智能物流三大领域,产品涵盖国民经济各个行业。新松公司AGV技术创新秉持着“市场需求拉动,技术创新储备”双引擎,一方面紧贴市场需求,提供高性价比产品,同时还要有前瞻性技术研发,为未来新兴市场做足够的技术储备。

 

针对未来物流自动化行业趋向于智能化、高效化的特点,新松对现有智能移动机器人(AGV)系类产品不断加大研发投入。在AGV自由路径导航进行技术储备,开发了如惯性导航、二维码导航、差分GPS导航、激光轮廓导航等技术。同时新松针对一些行业在重载物件狭小空间的物料平稳转运,大型物件的精密对接装配,高精尖机器设备的检修中普通车辆无法实现等特点,研发出负载40吨到80吨的重载型移动机器人。这种重载AGV的车轮采用最新开发的液压浮动轮技术,其具有四轮独立驱动、精密上下微动、精准定位、双车联动协调等特点,广泛应用于铁路机车的制造维修,飞机的制造维修,航空航天器的运载和装配,模具输送、物流仓储系统中的搬运等领域,为未来工业自动化行业的发展提供重要基础支撑。

 

 

激光导航叉车AGV是新松公司根据不同行业的实际要求而研发的系列AGV产品,产品主要由AGV车体、叉车升降装置组成,成功应用于汽车、电力、烟草、制药、乳业、金融等各个行业。新松产品核心为自主成熟的激光控制器,该技术应用范围广泛,帮助企业提升自动化水平,减轻人的劳动强度,提高生产效率,缩短物流周期,加速资金周转,提高经济效益。

 

随着电商仓储物流自动化的发展,智能型搬运设备已经成为物流行业必不可行的工具。仓储机器人(AGV)极具柔性的工作特点使得物流设备利用效率大大提升。传统物流设备当场地改变或者工序升级,原来设备难以二次利用。而货架机器人(AGV)很好地解决了这一问题,机器人将会使得未来智能化物流发挥巨大作用。

 

新松研发的仓储机器人实际上就是适应“拆零拣选”中“货到人”拣选技术一种新的尝试,在计算机系统的控制下,利用机器人(AGV)的快速搬运,把货物载体送到拣选人员面前,并设置DPS电子标签辅助拣选系统,从而完成整个拆零拣选。

 

 

“货到人”拣选可以按单拣选,也可以提总拣选。其拣选速度不仅取决于机器人的总体能力,也取决于计算机系统的调度能力。“货到人”拣选技术对计算机系统、机器人系统要求很高,具有广泛的适应性、较高的拣选效率和准确性、较低的劳动强度,必将在未来配送中心拆零拣选中被广泛采用。

 

昆船

昆明船舶设备集团有限公司隶属中国船舶重工集团公司,是我国最早从事AGV开发及应用的企业之一,在20年的AGV从业过程中,产品应用到汽车、发动机、烟草、医药、电子、金融、国防等十多个领域,并主持编制两项AGV相关国家标准。

 

 

近几年,我国AGV产业发展迅速。从AGV在大多数领域的应用来看,国内主要AGV企业的技术水平与国际先进企业相比虽有差距,但差距有限。从AGV系统技术层面看,AGV技术水平主要体现在地面控制系统、驱动控制技术、导引技术三大方面。

 

昆船AGV经过近二十年的发展,无论在地面控制系统开发、驱动控制技术掌握还是导引技术研究方面均取得了一定的成果,并形成了具有较强竞争力的产品线,获得同业人员及用户的认可。随着《中国制造2025》战略规划的推出,昆船AGV产品的发展将抓住我国推进产业结构调整、推进信息化和工业化深度融合、培育和发展战略性新兴产业的重大契机,充分发挥自身优势,促进AGV产业的发展;通过技术创新进一步提升昆船在AGV领域的核心竞争能力,力争在AGV产品产业链各个环节取得较大进展。

 

未来几年是我国AGV产业快速发展的时期,同时也是昆船AGV发展的关键时期,昆船AGV将在几个方面进行发力。

 

一是以面向服务为主线,着力开发新一代AGV技术平台,不仅要满足现有业态的需求,同样要满足快速发展的电子商务、互联网制造等业态需求;

 

二是在软硬件方面突破一些关键技术,在面对国内外产品竞争中具备较强竞争力;

 

三是从AGV应用工艺着手,结合各行业转型升级过程中的需求,在部分领域引导用户转型升级的过程,实现双赢;

 

四是进一步丰富AGV产品线,降低用户使用成本和技术门槛,做到好用、易用;

 

五是加强技术合作,包括同类企业以及跨行业、跨领域的先进技术企业,共同推进AGV产业发展。

 

英杰明

比利时公司英杰明(egemin)主要专注于三大业务领域:仓库配送系统E’wds、AGV自动导引车系统E’gv®、地链输送系统E’tow®。其中,自动导引车E’gv®已在世界范围内获得广泛认可。

 

 

由于总控系统是AGV稳定的技术重点,因此英杰明将其作为技术侧重点,并使用自己研发的软件:英杰明车载导引系统E’nsor® 和智能搬运控制中心E’tricc® 。

 

E’nsor® 软件用于小车的精确控制和导引,可精确控制小车在窄巷道里重复准确行驶,非常精确地对货物定位或管理复杂的货物搬运操作。允许系统里所有小车通过使用导引传感器按照既定的路线行驶。E’nsor®是一个开放的操作平台,它可以结合所有现有的导引技术,也为将来的导引技术(激光/磁铁/电线/照相机/GPS)做好了准备。

 

E’tricc® 软件用于全自动搬运和交通控制,管理系统里所有的E’gv® 小车,并向小车发送搬运任务。搬运任务包含小车从源点到目的地位置的优化路径,小车在考虑任务优先级的同时,以最快的速度到达目的地。E’tricc® 通过对系统里每一辆 E’gv® 小车的实时追踪,确保所有小车的安全运行。

 

英杰明将在以下方面进行重点研发:

 

1.仿真优化

仿真在预设计阶段的使用可以确保设计的系统满足客户对于运行能力和运输条件的需求,仿真可以准确地确定系统应该使用何种导引技术、小车类型和小车的数量,用于进行细化的系统设计。

 

2.成熟的自动充电系统

E’gv系统有多种不同类型的充电方式确保系统的全天候运行。操作人员可以根据实际需求设置独特的充电时间表优化充电过程,有手动电池置换站台、自动电池置换站台两种电池置换和充电系统。

 

3.项目实施和测试

 

一旦方案确定,项目组的工程师就开始依据设计建造系统,包括小车的生产、控制件开发、布局设计和系统编程。在这些工作完成之后,系统会在E’gv®工厂进行100小时的全面测试,从而缩短现场调试的时间。

 

 

 

 
 

AGV成就数字化工厂

 

随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用,AGV(Automatic GuidedVehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段,其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备,AGV已经得到了越来越广泛的应用,对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。

 

一、AGV的概念

  AGV是(Automated Guided Vehicle)的缩写,意即“自动导引运输车”,是指装备有电磁或光学等自动导引装置,它能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV是现代工业自动化物流系统中的关键设备之一,它是以电池为动力,装备有电磁或光学等自动导航装置,能够独立自动寻址,并通过计算机系统控制,完成无人驾驶及作业的设备。

自从1913年美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车,1954年英国采用地下埋线电磁感应导向车以来,到九十年代全世界拥有AGV(Automate GuidedVehicles)10万台以上。近年来,自动化技术呈现加速发展的趋势,国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。AGV以轮式移动为特征,较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比,AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。

 

二、AGV发展历史及未来发展趋势

  1、国外发展情况

  世界上第一台AGV是美国Basrrett电子公司于20世纪50年代开发成功的,它是一种牵引式小车系统。小车中有一个真空管组成的控制器,小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶。60年代和70年代初,除Basrrett公司以外,Webb和Clark公司在AGV市场中也占有相当的份额。在这个时期,欧洲的AGV技术发展较快,这是由于欧洲公司已经对托盘的尺寸与结构进行了标准化,统一尺寸的托盆促进了AGV的发展。欧洲的主要制造厂家有Schindler-Digitron, WognerHJC, ACS, BT. CFC, FATA, Saxby, Denford和Blecbert等。70年代中,欧洲约装备了520个AGV系统,共有4800台小车,1985年发展到一万台左右,为美、欧、日之首。在机械制造行业的应用为:汽车工业(57%),柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(4%)。

  欧洲的AGV技术于80年代初,通过在美国的欧洲公司以许可证与合资经营的方式转移到美国。芝加哥的Keebler分发中心从欧洲引进直接由计算机控制的AGV。1981年John公司将AGV连接到AS/RS,以提供在制造过程中物料自动输送和跟踪。1984年,通用汽车公司便成为AGV的最大用户,1986年已达1407台(包括牵引式小车、叉式小车和单元装载小车),1987年又新增加1662台。美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平。他们采用更先进的计算机控制系统(可联网于FMS或CIMS),运输量更大,移载时间更短,具有在线充电功能,以便24小时运行,小车和控制器可靠性更高。此时美国的AGV生产厂商从23家(1983年)骤增至74家(1985年)。

  日本的第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂与美国的Webb公司合资开设。到1988年,日本AGV制造厂已达20多家,如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年,日本己累计安装了2312个AGV系统,拥有5032台AGV。

  2、 国内发展情况

  1976年,北京起重运输机械研究所研制的ZDB-1型自动搬运车是最早的实用型AGV。1988年,原邮电部北京邮政科学技术研究所等单位研制了邮政枢纽AGV。1991年,中科院沈阳自动化所与新松机器人自动化股份有限公司为沈阳金杯汽车公司总装线上设计的九台自动装配系统,并于1996年获得国家科学技术进步三等奖,是当时国内较先进的使用型AGV。1992年,天津理工学院研制了核电站用光学导引AGV。1998年昆明船舶设备公司在红河卷烟厂研究多模式激光导引无人自动车22辆,红河项目于2002年获国家科学技术进步二等奖。同期天津师范大学、吉林大学、吉大易飞、北京军区后勤部、北京机科发展公司、北京易亨集团等也进行了试验研究。在引进国外技术与产品方面:1980年,上海石化总厂为涤纶长丝作业从日本大福公司引进国内第一套AGVS。九十年代初,华宝空调装配线上使用了日本进口的电磁导引AGV。1996年,玉溪卷烟厂首家在烟草行业引进三星的52台AGV,这是国内企业中使用数量最多的AGV系统。河北承德输送机械厂合资引进美国WEBB公司AGV技术。天津理工学院研制的TIT-1全方位视觉引导自动车,属国家863高科技项目,已通过鉴定,达到八十年代末国际先进水平。九十年代中期,昆船公司在引进国外最先进AGV技术的基础上,先后承担了数十个AGV系统的设计、安装;其水平代表了目前国内的最高水平。昆明船舶设备公司研制的各种导引形式的AGV系统已经广泛应用于烟草行业,汽车行业,造币行业等。

  3、AGV系统技术研究方向

  (1)导引技术:八十、九十年代,正当国内的一些院校厂所致力基于埋线电磁导引技术并刚开始应用,基于CCD的光学磁带识别、周边图像识别导引技术停滞不前之时,美国则以汽车行业为代表,应用推广了基于陀螺导航的定位技术;瑞典的NDC公司则推出了基于激光反射测角定位技术。近年来,出现了激光测角与测距相结合的导引技术,其导引头已经商品化。导引技术的进步,提高了行程路径的柔性化,同时提高了停位精度,由±10毫米,缩小至±5毫米,乃致±3毫米。GPS定位导航技术则在大型(最大可达40t)AGV上得到应用。

  (2)移载技术:针对不同应用需求,出现了背辊式,背链式,推挽式,牵引式,龙门式,侧叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸缩叉式等。由于移载技术,驱动技术、电池技术的进步,促进了载重/自重比的大幅提高,由1:4提高到1:1.2,即同样载重量,先进车型自重下降为落后车型的1/4。使车辆移动的能耗成倍降低,因而可以少装电池,使AGV的自重、功耗形成良性循环。

  (3)电池技术:由采用酸性电池,进步到高能酸性电池,近年来,又开始采用高能碱性电池,提高环保性能,大幅提高了充、放电比,由充电时间/放电时间为1:1提高到1;12,大幅缩短了待机充电的时间。

  (4)智能化:在企业物流自动化技术中,现代AGV技术最具有智能化的特征,车载计算机的硬软件功能日益强大不断升级,使AGV及AGV系统具有从网络、无线或红外接收上位及客户指令,自动导引,自动行驶,优化路线,自动作业,交通管理,车辆调度,安全避碰,自动充电,自动诊断,实现了AGV的智能化,信息化,数字化、网络化、柔性化、敏捷化、节能化、绿色化。现代AGV是24小时不知疲倦的聪明小车(仅在任务间隙时随机进行短时充电),能主动、自序、有节拍按最安全、快捷的路线执行作业。智能化的结果加上动力强劲,行驶速度可达160米/分,反映在选用车辆台数上成倍减少。

  4、AGV发展趋势

  AGV智能化程度高,不会疲劳,不俱危险,不会萎靡走神,精准精确,不仅可大大节约企业人力成本;也可使员工脱离危险岗位,从事更具人性化的工作,对提高生产效率、降本提质、提升企业的生产管理水平作用显著,因此,在近几年里自动导引车系统将迎来更具挑战的时代。

  目前,AGV已应用到物流仓储业、危险场所和特种行业、烟草、医药、化工、冶金、造纸、食品等行业。从技术的发展看,导引技术是自动导引车(AGV)的关键技术之一。电磁感应导引已广泛应用;激光导引是目前采用的主流技术;视觉导引是研究的热点;惯性导引、超声波导引等正被关注。单导引技术不能解决成本、可靠性、灵活性和定位精度等性能指标之间的矛盾,低成本高可靠性的传感器、组合导引及信息融合技术需要进一步研究。未来,AGV系统的性能将在智能化、信息化、柔性化、敏捷化、节能化和绿色化等功能要求方面进一步改进完善,在工业现代化建设上发挥更加重要的作用。

 

三、AGV系统构成

  1、AGV系统

  AGV一般采用轮式驱动,具有电动车的特征。AGV小车能在地面控制系统的统一调度下,自动搬运货物,实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点,能够方便地重组系统,达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式,AGV系统大大减轻了劳动强度和危险性,提高了工作效率,在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的AGV系统设计,应用水平都比较高,应用也很广泛。国内的应用相对少一些,但是在各方面的共同努力下,国内的AGV系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。

  AGV系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、AGV和地面移载设备组成。其中主控计算机负责AGV系统与外部系统的联系与管理,它根据现场的物料需求状况向控制台下达AGV的输送任务。在AGV电池容量降到预定值后,充电系统给AGV自动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到AGV上,反之也可以将物料从AGV上移载下来并输送到目的地。AGV、充电系统、地面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置,这也体现了AGV在自动化物流中的柔性特点。

  2、AGV的结构

  AGV由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。

  (1)车载控制系统

  车载控制系统是AGV的核心部分,一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成。计算机控制系统可采用PLC、单片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式通过导航系统能使AGV确定其自身位置,并能沿正确的路径行走。通讯系统是AGV和控制台之间交换信息和命令的桥梁,由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点,一般在控制台和AGV之间采用无线电通讯,而在AGV和移载设备之间为了定位精确采用光通讯操作面板的功能主要是在AGV调试时输入指令,并显示有关信息,通过RS232接口和计算机相连接。AGV上的能源为蓄电池,所以AGV的动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。

  (2)车体系统

  它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等,是AGV的躯体,具有电动车辆的结构特征。

  (3)行走系统

  它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成,形式有三轮、四轮、六轮及多轮等,三轮结构一般采用前轮转向和驱动,四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。

  (4)移载系统

  它是用来完成作业任务的执行机构,在不同的任务和场地环境下,可以选用不同的移载系统,常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。

  (5)安全与辅助系统

  为了避免AGV在系统出故障或有人员经过AGV工作路线时出现碰撞,AGV一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外,还有自动充电等辅助装置。

  (6)控制台

  控制台可以采用普通的IBM-PC机,如条件恶劣时,也可采用工业控制计算机,控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的AGV输送任务,通过无线通讯系统实时采集各AGV的状态信息。根据需求情况和当前各AGV运行情况,将调度命令传递给选定的AGV。AGV完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多AGV的调度,以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性,因此用面向对象设计的C++语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是AGV系统的实时性较强,为了加快控制台和AGV之间的无线通讯以及在此基础上的AGV调度,编程中最好采用多线程的模式,使通讯和调度等各功能模块互不影响,加快系统速度。

  (7)通讯系统

  通讯系统一方面接受监控系统的命令,及时、准确地传送给其它各相应的子系统,完成监控系统所指定的动作:另一方面又接收各子系统的反馈信息,回送给监控系统,作为监控系统协调、管理、控制的依据。

  (8)导航系统

  AGV导航系统的功能是保证AGV小车沿正确路径行走,并保证一定行走精度。AGV的制导方式按有无导引路线分为三种:一是有固定路线的方式;二是半固定路线的方式;三是无路线方式。

 

 

 

 

AGV怎么造就数字化工厂(DF)的神话

导读:随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用,AGV(Automatic Guided Vehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段,其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备,AGV已经得到了越来越广泛的应用,对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。

随着工厂自动化、计算机集成制造系统技术的逐步发展以及柔性制造系统、自动化立体仓库的广泛应用,AGV(Automatic GuidedVehicle)即自动导引车作为联系和调节离散型物流系统以使其作业连续化的必要的自动化搬运装卸手段,其应用范围和技术水平得到了迅猛的发展。作为当代物流处理自动化的有效手段和柔性制造系统的关键设备,AGV已经得到了越来越广泛的应用,对AGV的研究也具有十分重要的理论意义和现实意义。

一、AGV的概念

AGV是(Automated Guided Vehicle)的缩写,意即“自动导引运输车”,是指装备有电磁或光学等自动导引装置,它能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV是现代工业自动化物流系统中的关键设备之一,它是以电池为动力,装备有电磁或光学等自动导航装置,能够独立自动寻址,并通过计算机系统控制,完成无人驾驶及作业的设备。

1各类AGV

自从1913年美国福特汽车公司使用有轨底盘装配车,1954年英国采用地下埋线电磁感应导向车以来,到九十年代全世界拥有AGV(Automated GuidedVehicles)10万台以上。近年来,自动化技术呈现加速发展的趋势,国内自动化立体仓库和自动化柔性装配线进入发展与普及阶段。AGV以轮式移动为特征,较之步行、爬行或其它非轮式的移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比,AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。

二、AGV发展历史及未来发展趋势

1.国外发展情况

世界上第一台AGV是美国Basrrett电子公司于20世纪50年代开发成功的,它是一种牵引式小车系统。小车中有一个真空管组成的控制器,小车跟随一条钢丝索导引的路径行驶。60年代和70年代初,除Basrrett公司以外,Webb和Clark公司在AGV市场中也占有相当的份额。在这个时期,欧洲的AGV技术发展较快,这是由于欧洲公司已经对托盘的尺寸与结构进行了标准化,统一尺寸的托盆促进了AGV的发展。欧洲的主要制造厂家有Schindler-Digitron, WognerHJC, ACS, BT. CFC, FATA, Saxby, Denford和Blecbert等。70年代中,欧洲约装备了520个AGV系统,共有4800台小车,1985年发展到一万台左右,为美、欧、日之首。在机械制造行业的应用为:汽车工业(57%),柔性制造系统FMS(8%)和柔性装配系统FAS(4%)。

欧洲的AGV技术于80年代初,通过在美国的欧洲公司以许可证与合资经营的方式转移到美国。芝加哥的Keebler分发中心从欧洲引进直接由计算机控制的AGV。1981年John公司将AGV连接到AS/RS,以提供在制造过程中物料自动输送和跟踪。1984年,通用汽车公司便成为AGV的最大用户,1986年已达1407台(包括牵引式小车、叉式小车和单元装载小车),1987年又新增加1662台。美国各公司在欧洲技术的基础上将AGV发展到更为先进的水平。他们采用更先进的计算机控制系统(可联网于FMS或CIMS),运输量更大,移载时间更短,具有在线充电功能,以便24小时运行,小车和控制器可靠性更高。此时美国的AGV生产厂商从23家(1983年)骤增至74家(1985年)。

日本的第一家AGV工厂于1966年由一家运输设备供应厂与美国的Webb公司合资开设。到1988年,日本AGV制造厂已达20多家,如大福、Fanuc公司、Murata(村田)公司等。到1986年,日本己累计安装了2312个AGV系统,拥有5032台AGV。

2. 国内发展情况

1976年,北京起重运输机械研究所研制的ZDB-1型自动搬运车是最早的实用型AGV。1988年,原邮电部北京邮政科学技术研究所等单位研制了邮政枢纽AGV。1991年,中科院沈阳自动化所与新松机器人自动化股份有限公司为沈阳金杯汽车公司总装线上设计的九台自动装配系统,并于1996年获得国家科学技术进步三等奖,是当时国内较先进的使用型AGV。1992年,天津理工学院研制了核电站用光学导引AGV。1998年昆明船舶设备公司在红河卷烟厂研究多模式激光导引无人自动车22辆,红河项目于2002年获国家科学技术进步二等奖。同期天津师范大学、吉林大学、吉大易飞、北京军区后勤部、北京机科发展公司、北京易亨集团等也进行了试验研究。在引进国外技术与产品方面:1980年,上海石化总厂为涤纶长丝作业从日本大福公司引进国内第一套AGVS。九十年代初,华宝空调装配线上使用了日本进口的电磁导引AGV。1996年,玉溪卷烟厂首家在烟草行业引进三星的52台AGV,这是国内企业中使用数量最多的AGV系统。河北承德输送机械厂合资引进美国WEBB公司AGV技术。天津理工学院研制的TIT-1全方位视觉引导自动车,属国家863高科技项目,已通过鉴定,达到八十年代末国际先进水平。九十年代中期,昆船公司在引进国外最先进AGV技术的基础上,先后承担了数十个AGV系统的设计、安装;其水平代表了目前国内的最高水平。昆明船舶设备公司研制的各种导引形式的AGV系统已经广泛应用于烟草行业,汽车行业,造币行业等。

3. AGV系统技术研究方向

(1)导引技术:八十、九十年代,正当国内的一些院校厂所致力基于埋线电磁导引技术并刚开始应用,基于CCD的光学磁带识别、周边图像识别导引技术停滞不前之时,美国则以汽车行业为代表,应用推广了基于陀螺导航的定位技术;瑞典的NDC公司则推出了基于激光反射测角定位技术。近年来,出现了激光测角与测距相结合的导引技术,其导引头已经商品化。导引技术的进步,提高了行程路径的柔性化,同时提高了停位精度,由±10毫米,缩小至±5毫米,乃致±3毫米。GPS定位导航技术则在大型(最大可达40t)AGV上得到应用。

(2)移载技术:针对不同应用需求,出现了背辊式,背链式,推挽式,牵引式,龙门式,侧叉式、前叉式、后叉式、三向叉式、升降伸缩叉式等。由于移载技术,驱动技术、电池技术的进步,促进了载重/自重比的大幅提高,由1:4提高到1:1.2,即同样载重量,先进车型自重下降为落后车型的1/4。使车辆移动的能耗成倍降低,因而可以少装电池,使AGV的自重、功耗形成良性循环。

(3)电池技术:由采用酸性电池,进步到高能酸性电池,近年来,又开始采用高能碱性电池,提高环保性能,大幅提高了充、放电比,由充电时间/放电时间为1:1提高到1;12,大幅缩短了待机充电的时间。

(4)智能化:在企业物流自动化技术中,现代AGV技术最具有智能化的特征,车载计算机的硬软件功能日益强大不断升级,使AGV及AGV系统具有从网络、无线或红外接收上位及客户指令,自动导引,自动行驶,优化路线,自动作业,交通管理,车辆调度,安全避碰,自动充电,自动诊断,实现了AGV的智能化,信息化,数字化、网络化、柔性化、敏捷化、节能化、绿色化。现代AGV是24小时不知疲倦的聪明小车(仅在任务间隙时随机进行短时充电),能主动、自序、有节拍按最安全、快捷的路线执行作业。智能化的结果加上动力强劲,行驶速度可达160米/分,反映在选用车辆台数上成倍减少。

4. AGV发展趋势

AGV智能化程度高,不会疲劳,不俱危险,不会萎靡走神,精准精确,不仅可大大节约企业人力成本;也可使员工脱离危险岗位,从事更具人性化的工作,对提高生产效率、降本提质、提升企业的生产管理水平作用显著,因此,在近几年里自动导引车系统将迎来更具挑战的时代。

目前,AGV已应用到物流仓储业、危险场所和特种行业、烟草、医药、化工、冶金、造纸、食品等行业。从技术的发展看,导引技术是自动导引车(AGV)的关键技术之一。电磁感应导引已广泛应用;激光导引是目前采用的主流技术;视觉导引是研究的热点;惯性导引、超声波导引等正被关注。单导引技术不能解决成本、可靠性、灵活性和定位精度等性能指标之间的矛盾,低成本高可靠性的传感器、组合导引及信息融合技术需要进一步研究。未来,AGV系统的性能将在智能化、信息化、柔性化、敏捷化、节能化和绿色化等功能要求方面进一步改进完善,在工业现代化建设上发挥更加重要的作用。

二、AGV系统构成

1)AGV系统

AGV一般采用轮式驱动,具有电动车的特征。AGV小车能在地面控制系统的统一调度下,自动搬运货物,实现自动化的物料传送。因其具有灵活性、智能化等特点,能够方便地重组系统,达到生产过程中的柔性化运输之目的。较之传统的人工或半人工的物料输送方式,AGV系统大大减轻了劳动强度和危险性,提高了工作效率,在机械、电子、纺织、卷烟、医疗、食品、造纸等行业都可以发挥作用。国外的AGV系统设计,应用水平都比较高,应用也很广泛。国内的应用相对少一些,但是在各方面的共同努力下,国内的AGV系统的设计水平和应用水平正在接近或赶超国际先进水平。

2 AGV系统结构简图

AGV系统由控制台、通讯系统、地面导航系统、充电系统、AGV和地面移载设备组成。其中主控计算机负责AGV系统与外部系统的联系与管理,它根据现场的物料需求状况向控制台下达AGV的输送任务。在AGV电池容量降到预定值后,充电系统给AGV自动充电。地面移载设备一般采用滚道输送机、链式输送机等将物料从自动化仓库或工作现场自动移载到AGV上,反之也可以将物料从AGV上移载下来并输送到目的地。AGV、充电系统、地面移载设备等都可以根据实际需要及工作场地任意布置,这也体现了AGV在自动化物流中的柔性特点。

2)AGV的结构

AGV由车载控制系统、车体系统、导航系统、行走系统、移载系统和安全与辅助系统组成。

(1)车载控制系统

车载控制系统是AGV的核心部分,一般由计算机控制系统、导航系统、通讯系统、操作面板及电机驱动器构成。计算机控制系统可采用PLC、单片机及工控机等。导航系统根据导航方式不同可分为电磁导航、磁条导航、激光导航和惯性导航等不同形式通过导航系统能使AGV确定其自身位置,并能沿正确的路径行走。通讯系统是AGV和控制台之间交换信息和命令的桥梁,由于无线电通讯具有不受障碍物阻挡的特点,一般在控制台和AGV之间采用无线电通讯,而在AGV和移载设备之间为了定位精确采用光通讯操作面板的功能主要是在AGV调试时输入指令,并显示有关信息,通过RS232接口和计算机相连接。AGV上的能源为蓄电池,所以AGV的动作执行元件一般采用直流电动机、步进电动机和直流伺服电机等。

(2)车体系统

它包括底盘、车架、壳体和控制器、蓄电池安装架等,是AGV的躯体,具有电动车辆的结构特征。

(3)行走系统

它一般由驱动轮、从动轮和转向机构组成,形式有三轮、四轮、六轮及多轮等,三轮结构一般采用前轮转向和驱动,四轮或六轮一般采用双轮驱动、差速转向或独立转向方式。

(4)移载系统

它是用来完成作业任务的执行机构,在不同的任务和场地环境下,可以选用不同的移载系统,常用的有滚道式、叉车式、机械手式等。

(5)安全与辅助系统

为了避免AGV在系统出故障或有人员经过AGV工作路线时出现碰撞,AGV一般都带有障碍物探测及避撞、警音、警视、紧急停止等装置。另外,还有自动充电等辅助装置。

(6)控制台

控制台可以采用普通的IBM-PC机,如条件恶劣时,也可采用工业控制计算机,控制台通过计算机网络接受主控计算机下达的AGV输送任务,通过无线通讯系统实时采集各AGV的状态信息。根据需求情况和当前各AGV运行情况,将调度命令传递给选定的AGV。AGV完成一次运输任务后在待命站等待下次任务。如何高效地、快速地进行多任务和多AGV的调度,以及复杂地形的避碰等一系列问题都需要软件来完成。由于整个系统中各种智能设备都有各自的属性,因此用面向对象设计的C++语言来编程是一个很好的选择。在编程时要注意的是AGV系统的实时性较强,为了加快控制台和AGV之间的无线通讯以及在此基础上的AGV调度,编程中最好采用多线程的模式,使通讯和调度等各功能模块互不影响,加快系统速度。

(7)通讯系统

通讯系统一方面接受监控系统的命令,及时、准确地传送给其它各相应的子系统,完成监控系统所指定的动作:另一方面又接收各子系统的反馈信息,回送给监控系统,作为监控系统协调、管理、控制的依据。

(8)导航系统

AGV导航系统的功能是保证AGV小车沿正确路径行走,并保证一定行走精度。AGV的制导方式按有无导引路线分为三种:一是有固定路线的方式;二是半固定路线的方式;三是无路线方式。

1各种导引技术的工作原理及优缺点

二、AGV应用前景

自动导引车主要应用在工业生产、贸易和服务业中。过去,大多系统应用在生产领域,大概四分之一是用来连接不同的工作站点。大多的AGV系统和小车应用在汽车行业,其次是食品、印刷造纸、医药、机械和塑料行业。AGV的主要应用领域包括:不同作业区域、分拣、仓储和装配以及协调物料流连接等。

案例分享:三一重工:从超级工厂到智慧工厂的跨越

科技的进步在很多时候总会超出人们的想象。可以大胆想象一番,如果将工程机械厂房全面数字化这意味着工程机械厂房将是一个大型计算系统加上传统的操作工具、大型生产设备的智慧厂房,包括每一次生产过程、每一次质量检测、每一个工人劳动量都记录在案。厂房每周都可能产生T比特的数据。毫无疑问,运用这些数据进行生产制造,可以彻底颠覆传统制造模式。

现在,这样的厂房已经在国内出现。作为中国工程机械行业的龙头企业,三一重工向来敢于创新、敢于争先。日前,由湖大海捷、华工制造、华中科大、三一重工共同承担的“工程机械产品加工数字化车间系统的研制与应用示范”项目通过专家组验收。由此,三一重工总装车间成为行业最先进的数字化工厂。

全智能化的总装车间让人耳目一新

变革:创造多品种混流生产模式

据三一集团高级副总裁、首席流程信息官贺东东介绍,三一18号厂房是亚洲最大的智能化制造车间,有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线,是三一重工总装车间。2008年开始筹建,2012年全面投产,总面积约十万平方米。

2012年,以三一18号厂房为应用基础,由三一重工、湖大海捷、华工制造、华中科大等单位联合申报的“工程机械产品加工数字化车间系统的研制与应用示范项目”被列入国家战略性新兴产业发展专项资金计划,项目受到国家发改委、财政部和工信部的关注。

在谈到数字化技术的好处时,三一流程架构与优化部副部长周志军,指了指放在厂区旁边的两块电视屏幕说道,这就是一线工人的“老师”。不熟悉装配作业的员工,通过电子屏幕里的数字仿真和三维作业指导,可以随时学习和了解整个装配工艺。“三一的三维作业现场指导模式,已经成为了世界著名企业达索公司的全球最佳案例。”

贺东东告诉记者,从自动化、标准化和智能化的角度来讲,三一重工总装车间最大的挑战来自于生产模式的变革。

以前,与其它企业一样,三一也是运用离散制造的方式进行加工生产,这种制造模式分散且独立,需要大量的人力物力予以配合,才能完成产品的生产制造。随着人工成本的提高,工程机械行业的深度发展,这种制造模式显然不能满足企业高质量的发展需求。

为破解这一困局,三一积极借助信息化时代的优势,在生产车间导入自动化制造模式,优化运行系统,提升设备生产制造能力,很好的应对了工程机械企业多品种、高效率、高质量、低成本方面的压力与挑战,迫使工程机械产品车间生产从传统的离散制造型向混流装配型转变。

现在的三一重工总装车间分为装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域;主要生产泵车、拖泵、车载泵和平地机、压路机、摊铺机、正面吊等产品。厂房规划全面应用数字化工厂仿真技术进行方案设计与验证,此举大大提高了规划的科学性,及布局的合理性。

智能:孵化高品质产品的阵地

“装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域都是智能化、数字化模式的‘产物’。”贺东东强调,尤其是在质检、物流和加工区,其标准化、自动化、智能化特色体现的更明显。

现场质检员周英杰说道,之前的质检,是由装配工人通过电话或者直接找质检员来现场检验,而且是采用纸质记录本记录检验结果和质量问题,容易出现遗漏等情况。现在的质检工作,则在一线员工装配报工后,MES系统会自动向质检员发送质检待办,通知检验员对产品进行检验。

另外,质检员所使用的设备,以工业级平板电脑和PDA为载体,在总装及部装线全面应用,实现了图形化质检,指导质检员快速、准确定位质检部位及质检标准。质检项图形化率达90%以上,质检电子化率100%,全面提升了质检效率。

目前,三一在质检信息化方面,通过GSP、MES、CSM及QIS的整合应用,实现涵盖供应商送货、零件制造、整机装配、售后服务等全生命周期的质检电子化,并实现了SPC分析、质量追溯等功能。

在三一重工总装车间中段,还有两个近10米高的立体仓库,耸立在生产线两侧。这两个立体仓库总投资6000多万元,分南北两个库,由地下自动输送设备连成一个整体,总占地面积9000平方米,仓库容量约16000个货位,同时配有15台AGV小车。据了解,三一是目前中国工程机械行业第一家,也是唯一一家成功使用该类型仓库的企业。

“我们的高精加工区,也是特色之一。”现场工作人员表示,高精机加区主要负责阀块、销轴及其它高精零件的机加工,总投资2.9亿元,由4条阀块柔性生产线、1条销轴柔性生产线以及小件高精机加区组成,共一百多台高精设备。整个机加区集智能化、柔性化、少人化于一体,能满足多品种、小批量生产要求。

“通过运用智能化系统及设备,在不增加设备投入的情况下,预计2014年三一重工总装车间同比可节约制造成本1亿元,年增加产量超过2000台以上,每年同比产值新增60亿元以上。”贺东东认为,这一项目契合“工业4.0”内容,为未来实施工业4.0奠定了坚实的实践基础。

案例分享:东风日产新奇骏工厂,机器人自动化装配与AGV

两年多的时间能做什么?在足球领域,成立仅两年多的西悉尼流浪者俱乐部疯狂的闯进了亚冠决赛;在互联网领域,问世两年多拍图软件Instagram实现了从白手起家做到了10亿美元;在汽车领域,同样是两年多的时间,东风日产大连工厂也从审批建设走到了正式投产的时刻。在新奇骏的焊接和总装车间,我看到了自动装配轮胎和座椅的机器人以及有趣的滑板AGV。

一、总装车间的AGV

比肩雷诺日产联盟全球标杆,大连工厂的一期投资就花了50个亿

东风日产这几年的新车销量是有目共睹的,熟悉这家厂商的朋友想必都知道之前其在中国的三个生产基地,即广州、襄阳和郑州。而此番投产的是第四个——大连生产基地。为此,东风日产还是挺下本钱的,工厂占地132万平方米,一期总投资额为50亿元人民币,并以生产东风日产的SUV车型为主,先期产能为15万辆整车(约等于每小时生产30辆车),未来的二期计划达到30万辆规模,目前这里已经开始了新奇骏的生产,核心的技术装配和人员均来自广州的花都二工厂。

客观的说,东风日产的几个工厂在雷诺日产联盟全球的43家工厂中排名还是很靠前列的,最牛的广州花都二工厂和一工厂在雷诺日产工厂综合竞争力排名(ABM)中,分列第一和第二。顺利成章的,大连新工厂的建设、人员、设备、经验等也基本来自花都工厂,他们的信心是满满的,希望在2017年的ABM排名中进入前三。

用AGV自动运输替代了从前满车间跑的“拖头”

在汽车媒体行业工作,并大大小小的去过近20家汽车工厂后,我的最直接感受是:在主要供应商逐步趋同、整体盈利模式相似以及土地价格不断上涨的大环境下,同等品牌价值和生产量级的汽车工厂其实十分相似。换句话说,在工厂车间数量相似,制造流程相似、工人数量相似的情况下,不同工厂的差异点更多是在细节方面。用东风日产大连工厂来举例,它的总装车间亮点其实更多的在自动化运输和装配方式上,而在焊接车间内,83%的自动化率和精度控制方面是主要优势。

先说运输方面,对于一条高度柔性化和混流的生产线来说,物料的点对点运输以及批量运输的重要性是不言而喻的,这是直接影响生产效率和工艺的问题。在比较传统的车间内,主要依靠传送带和人工驾驶的拖车完成零部件运输摆放,而底盘与悬架和发动机的合装则需要人工控制和机械吊装完成。而这样做的主要问题就在于,批量生产的前提下,人工干预的操作越多,往往装配精度和工作效率就会越低。当然,不要说某些奢侈品牌还强调纯手工打造呢,这不是同一维度的事情。

在东风日产的大连工厂总装车间内,传统的运输工具由更多自动化设备完成,比较有代表性的包括:车体运载滑板、底盘合装AGV、AGV自动输送线等等。这里反复说到的AGV是英文名称:Automated Guided Vehicle的缩写,意为:自动导引运输装置,通过电磁和光学等自动导引装置实现沿规定的导引路径行驶。一列列,就像车间内无人驾驶的“小火车”。

四个轮胎和备胎也能用机器人自动装配

对于提高产能这件事而言,一方面来自于整体管理协调,但更重要的还是生产流程本身决定的,这也就是提高工厂自动化率最基本的原因。无独有偶,这也是东风日产大连工厂的主抓环节,物料的输送、抓取、放置都实现了自动化。值得一提的是:在新奇骏车型的总装线上,轮胎和备胎的装配也实现了自动化。

二、焊接车间的自动化率

焊接车间的自动化率可达到83%,人工的事基本只有检查

对于东风日产大连工厂来说,焊接车间最大的亮点在于自动化率。在这个占地超4万平方米的车间内有183台机器人在默契的工作,自动化率可达83%,这也是所有东风日产整车工厂中自动化率最高的车间。

至于焊接的流程,是比想象中复杂很多的,布置于涂胶、焊接、搬运、运输等处的机器人需要严谨的配合,其中抓手机器人上还安装了视觉矫正系统,防止错误拿取的可能。

AGV自动运输系统又出现了,供应商来自国内

由于采用了自动化的运输方式以及分拼区域安装等流程,车间的二次物流环节被精简很多,同时,物料的存留时间也会大大缩短。

总结:

参观东风日产大连工厂,我的整体感受是:在“花都”模式得到市场和雷诺日产联盟的多重认可后,这种东风日产的本土化生产方式在大连工厂得到了延续,并且在细节设置等方面还进行了针对性的优化,力求将效率和人力成本降到最低,这种新型统筹协作的生产方式值得认可;另一层面,伴随着越来越挑剔的市场需求,以及品质化要求,各个生产环节的品控把关同样是任重而道远的事情。

案例分享:AGV在自动化配墨生产线的应用

自动化配墨生产线项目,AGV系统在与第三方生产管理系统结合后,完全实现了全过程的自动配墨,满足用户企业每年250个工作日8小时连续生产作业的需求。

1.AGV单机设计

根据用户的实际需求,AGV采用磁带导引,两轮差速驱动,额定承载800kg。AGV主要由车体、称重单元、行走驱动单元、安全防护单元、通信单元、显示及操作单元、主控制器和相关控制单元等组成。

2.工艺流程及实现

AGV系统结合第三方生产管理系统实现了全过程的自动生产,工艺实现过程如下:

  1. 当有配墨任务时,由生产管理系统产生任务并下发给AGV地面控制系统。AGV地面控制系统接收到任务后,指派最近的空闲AGV到达装桶工位。

  2. AGV到达装桶工位,AGV地面控制系统向生产管理系统发送AGV到达信息(x号AGV到达x工位),此时该AGV保持停止状态。

  3. 生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后,开始进行装桶作业。装桶作业完成,由生产管理系统发送装桶完毕信息至AGV地面控制系统。

  4. 装桶完毕,AGV地面控制系统指挥AGV行驶向第一个加料工位。AGV到达第一个加料工位,AGV地面控制系统发送AGV到位信息给生产管理系统,此时AGV保持停止状态。

  5. 生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后进行加料作业,直到加料完成,由生产管理系统发送“加料完毕”信息至AGV地面控制系统。

  6. 生产管理系统判断是否是最后一个加料工位,如果不是最后一个加料工位,生产管理系统下达下一个加料工位信息给AGV地面控制系统。AGV地面控制系统指挥AGV行驶向下一个加料工位,重复e)、f)项流程;如果是最后一个加料工位,生产管理系统下达下桶位信息给AGV地面控制系统,AGV地面控制系统指挥AGV行驶到下桶工位。

  7. AGV到达下桶工位,AGV地面控制系统发送AGV到位信息给生产管理系统,此时AGV保持停止状态。

  8. 生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后进行下桶作业,直到下桶完成,由生产管理系统发送下桶完毕任务结束信息至AGV地面控制系统。

AGV地面控制系统收到任务结束信息,把AGV置成空闲状态,等待下一次搬运任务。除正常工作流程外,自动操作还包括中途配方变更和异常终止等流程。

自动配墨任务实现流程图

3.运用效果

该自动配墨生产线在投入使用后,完成以前每天两班(16小时)同等工作量只使用了不到一班的时间(6小时),大大提高了工作效率和产品质量。主要表现为:

A.信息化提升效率

AGV系统配合生产管理系统实现了整条生产线的信息化,从配方产生下达,到任务实施完成,省去了各种人为确认和记录环节,作业流程顺畅而高效。工艺配方现场定制和管理、配方自动下达和执行、配方更改和重新完成、配方中断、配方查询、库管及物料管理等方面提供了完善而便捷的手段,使得配方的现场管理效率得到了大幅度提升。

AGV现场运行图

B.自动配送提升效率

各种原料预存放于各储罐内,当需要配制时,液态原料通过管道泵送,粉状和固态块状原料通过传送带或螺旋输送机等装置配送到各配料El,AGV在各配料口间自动运行接料。物料从储罐开始到配料完成全线自动化,极大地提高了生产效率。

C.自动称重提升效率

AGV加电子称的配料称重模式是结合配墨生产线的一种新运用模式,对实现配方的精细化、准确性、灵活性、超差处理及容错性都提供了有力的保障。

综上,AGV在自动配墨生产线的实际运用,极大地提高了生产效率,降低了劳动强度,并充分展示了在科学结合生产工艺后,AGV作为柔性自动化装备能够提高产品工艺质量、提高生产效率的巨大优势。此项目的成功实施,也为生产工艺相类似的食品、医药、化工等行业提供了借鉴和示范。

 

 

 

AGV专题|应用篇(一):国内首条汽车冲压车间线末收料AGV系统

 

传统汽车冲压车间在压机压出汽车零部件后,都是通过人工叉车从线末端叉取料车到物料暂存区,现场存在物流工艺落后、污染大、工人劳动强度大等诸多弊端。2014年上海通用武汉分公司冲压车间经过多轮论证,决定引用40台新松AGV进行物料输送。由于冲压车间场地条件限制以及复杂的生产工艺流程,该项目难度极大。新松公司经过为期一年的安装调试运行,使AGV系统在该基地冲压车间的产能(据2015年9月的最新数据)平均每天超过16000冲次,峰值接近17000冲次,完全达到预期目标。目前该项目通过了武汉通用验收,是国内首条应用在汽车冲压车间线末端收料AGV系统的成功案例。

 

一、AGV系统组成

本系统由中央控制系统、线边换料机构(SPS)、充电站、任务提示及放行部分、AGV组成(见图1),环线布局见图2。

 


图1 AGV系统

 


图2 AGV系统环线布局

 

中央控制系统:是整个系统的“大脑”,采用集中控制方式,整个系统的所有设备自建局域网络,任务的调配及发送均由该系统生成。

 

线边换料机构(SPS):由执行机构、安全光幕、操作按钮盒及线末Op柜组成,是空、满料箱交换的执行机构,采用由PLC控制变频器+电机的方式实现动作。

 

充电站:提供在线充电,确保AGV的续航能力,实现AGV全天候无间断的工作能力。

 

任务提示及放行部分:由任务提示屏幕及放行按钮组成,屏幕上提示线边当前及今后生产需求料箱的数量及种类等信息,以及当前操作料架是否正确等信息;放行按钮是叉车工操作完成的确认按钮。

 

AGV:根据系统的需求,本系统采用潜入式AGV,利用升降销的升降来交换Dolly小车(料车)实现空满料架的交换。

 

 

二、设备参数

由于本系统AGV为承载主体,所以主要介绍AGV的参数:

 

最大运行速度:42m/min;

最大拖拽能力:≥1吨;

车体高度:0.3m;

行走精度:±10mm;

停车精度:±5mm;

运行方式:手动/自动/半自动;

行走方向:支持双向运行;

导航方式:磁导航。

 

三、工艺需求及目标达成

正常的生产工艺流程是根据生产计划,由操作工人在人机工程界面将即将生产的板料订单(包含板料类型和板料数量)输入系统,系统根据之前的工艺布局及订单信息,在换料点生成运输料架任务,由叉车工人将需求板料对应的空料架放置在AGV Dolly上,系统将判断人工放置的料架是否正确,判断正确后,由AGV运送到指定工位,再由线边推拉机构进行空满料箱的交换,将空料箱换至工位上,再由人工将压机生产的板料摆放在料架中,当料架摆满时,由工人按下工位上的放行按钮,通过SPS将满料箱换走,重新补进空料箱,满料箱则由AGV运送到下料点,再由叉车工人进行料箱交换,进入下一个工作循环。

 

但由于生产过程中情况瞬息万变,冲压车间的生产对于线末收料系统的要求实时性比较高,而且需求随时需要修正。比如生产产量更改,提前进行换模,生产中有非标料架以及生产出不合格产品等情况,系统都可以适应这些意外的工况。并且,根据生产及检验工艺的变化,该系统支持添加更改板料工艺的功能,熟悉系统的工程师可以根据需求自行增加或更改板料的工艺需求。

 

四、新老工艺比较

在采用AGV物流系统之前,老系统为全线人工叉车搬运实现线末板料入库的需求。

 

1.采用的设备

老系统:人工和叉车。由于生产节拍很快,板料下线量很大,所以需要大量的叉车进行线边工位的料箱交换、搬运及入库。

 

新系统:AGV等自动化设备。因为是系统整体调度,所以除了入库任务仍保留少量叉车之外,其余各种任务全部由AGV及线边机构来完成。AGV的数量根据下线的节拍及运输的路线长短来决定。

 

2.空间使用率

老系统:因为叉车体积很大,控制由人工操作,所以往返转弯的时候需要很大的操作空间,再加上叉车数量有很多,车辆对向行驶或者交叉操作都需要很大的空间。

 

新系统:除了库区留有人工叉车,保留叉车通道,整个系统全部由AGV来进行物料运输及周转,AGV体积很小而且按规划路线行走,系统整体调度避碰,因此,空间的利用率可以进行规划,做到最优。

 

3.运输效率及可靠性

老系统:人工运输,由于路线复杂,下线速度又快,所以叉车交叉行驶,容易出现错误,而且全天八小时高强度工作,工人容易注意力不集中,有极大的安全隐患。

 

新系统:整个线末收料系统全部实现自动化,作业人员只在安全区域对人机工程进行操作,系统效率高而且自动化设备不会像人一样产生疲劳,可靠性相较老系统高很多,由于整个运行区域无人化,因此杜绝了发生人员事故等安全隐患。

 

五、系统特色及优势

AGV系统采用集中调度控制,所以工作效率很高系统可以根据工况和生产的需求,及时做出调整,减少中间环节,响应速度极快,柔性高;较之人工操作,自动化系统的安全性和稳定性很高。

 

AGV线末收料系统,根据生产状态的实时变化,集中、及时地调度控制系统及设备满足生产,在目前所有的冲压车间收料系统中是自动化程度最高的一种,从空间使用率、柔性及作业效率来看均是最优方案。

 

 

 

 

AGV专题|应用篇(四):AGV在自动配方生产线中的运用

 

AGV与自动化生产线的紧密结合,使其从单一的搬运设备逐渐成为生产线必需的关键装备。本文介绍的AGV在油墨自动配方生产线中的运用就是一个很好的案例。

 

油墨生产现状

油墨是用于印刷的重要材料。随着我国经济的飞速发展,印刷包装业的繁荣带动了油墨制造业的快速成长,使得我国在最近的十几年间迅速崛起成为世界油墨制造大国之一。但与此同时,油墨生产也存在不足,其中自动化程度不高、生产工艺技术创新能力不强等严重阻碍了油墨行业的发展,主要体现在以下方面:

 

1.人工配方及调度管理方式效率低下,面对众多材料和配方,配方生产线采用人工管理调度,难免造成混乱;操作人员长时间接触各种粉尘,危及身体健康。

 

2.人工称量方式影响产品质量,人工操作下的称重配料容易造成失误或出错,影响配方效果。

 

3.人工输送配料桶劳动强度大,因工作疲劳造成的漏料、撒料现象时有发生。

 

4.人工配方生产线在低产能和低效率的情况下,难以快速应对新形势下的市场需求。

 

AGV在自动配方生产线的运用

在昆船参与实施的一个自动化配方生产线项目中,AGV系统在与第三方生产管理系统结合后,完全实现了全过程的自动配方,满足用户企业每年250个工作日8小时连续生产作业的需求。

 

AGV现场运行图

 

1.AGV单机设计

根据用户的实际需求,AGV采用磁带导引,两轮差速驱动,额定承载800kg。AGV主要由车体、称重单元、行走驱动单元、安全防护单元、通信单元、显示及操作单元、主控制器和相关控制单元等组成。

 

2.工艺流程及实现

AGV系统结合第三方生产管理系统实现了全过程的自动生产,工艺实现过程如下:

 

(1)当有配方任务时,由生产管理系统产生任务并下发给AGV地面控制系统。AGV地面控制系统接收到任务后,指派最近的空闲AGV到达装桶工位。

 

(2)AGV到达装桶工位,AGV地面控制系统向生产管理系统发送AGV到达信息(x号AGV到达x工位),此时该AGV保持停止状态。

 

(3)生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后,开始进行装桶作业。装桶作业完成后,由生产管理系统发送装桶完毕信息至AGV地面控制系统。

 

(4)装桶完毕,AGV地面控制系统指挥AGV行驶向第一个加料工位。AGV到达第一个加料工位,AGV地面控制系统发送AGV到位信息给生产管理系统,此时AGV保持停止状态。

 

(5)生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后进行加料作业,直到加料完成,由生产管理系统发送“加料完毕”信息至AGV地面控制系统。

 

(6)生产管理系统判断是否是最后一个加料工位,如果不是,生产管理系统下达下一个加料工位信息给AGV地面控制系统。AGV地面控制系统指挥AGV行驶向下一个加料工位,重复(5)、(6)两项流程;如果是最后一个加料工位,生产管理系统下达下桶工位信息给AGV地面控制系统,AGV地面控制系统指挥AGV行驶到下桶工位。

 

(7)AGV到达下桶工位,AGV地面控制系统发送AGV到位信息给生产管理系统,此时AGV保持停止状态。

 

(8)生产管理系统接收到AGV地面控制系统确认信息后进行下桶作业,完成后,由生产管理系统发送下桶完毕任务结束信息至AGV地面控制系统。AGV地面控制系统收到任务结束信息,把AGV置成空闲状态,等待下一次搬运任务。

 

除以上正常工作流程外,自动操作还包括中途配方变更和异常终止等流程。

 

 

AGV系统应用效果

该自动配方生产线在投入使用后,完成以前每天两班(16小时)同等工作量只使用了不到一班的时间(6小时),大大提高了工作效率和产品质量。主要表现为:

 

1. 信息化提升效率

AGV系统配合生产管理系统实现了整条生产线的信息化,从配方产生下达,到任务实施完成,省去了各种人为确认和记录环节,作业流程顺畅而高效。工艺配方现场定制和管理、配方自动下达和执行、配方更改和重新完成、配方中断、配方查询、库管及物料管理等方面提供了完善而便捷的手段,使得配方的现场管理效率得到了大幅度提升。

 

2. 自动配送提升效率

各种原料预存放于各储罐内,当需要配制时,液态原料通过管道泵送,粉状和固态块状原料通过传送带或螺旋输送机等装置配送到各配料口,AGV在各配料口间自动运行接料。物料从储罐开始到配料完成实现了全线自动化,极大地提高了生产效率。

 

3. 自动称重提升效率

AGV加电子称的配料称重模式是结合配方生产线的一种新运用模式,对实现配方的精细化、准确性、灵活性、超差处理及容错性都提供了有力的保障。

 

综上,AGV在油墨自动配方生产线的实际运用,极大地提高了生产效率,降低了劳动强度,并充分展示了在科学结合生产工艺后,AGV作为柔性自动化装备能够提高产品质量、提高生产效率的巨大优势。此项目的成功实施,也为生产工艺相类似的食品、医药、化工等行业提供了借鉴和示范。

 

 

 

 

 

高速穿梭车定位技术的现状及新方式

目前穿梭车式货架仓库需求快速增加,但是与国外相比,我国物流装备企业在穿梭车技术方面存在较大差距,因此急需研究高速智能穿梭车,以弥补国内空白,促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,本文主要对高速穿梭车的各项指标及其行走定位方式进行了研究。

 

自动化立体仓库系统,又称自动存储 / 检索系统,即AS / RS(Automated Storage / Retrieval System),使用高层货架存储货物,充分利用仓库空间,因此节省了占地面积,提高了空间使用率。目前使用最广、适应性较强的是单元货格式立体仓库,但是在这种仓库中巷道占去了三分之一左右的面积。在充分利用存储空间的原则上,为了提高仓库面积的利用率,达到能够存储更多货物的目的,近年来各种高密度自动化仓储系统逐渐发展成熟,例如:重力式货架仓库和穿梭车式货架仓库。

 

 

在重力式货架仓库中,货架接通道排列,每个通道都是存货通道,并带有一定的坡度,从入库口端装入的货物单元能够在自重的作用下,自动向出库端移动,直到到达通道出库端或者碰到已存储的货物单元停住为止,通道出库端设有止动装置。当出库端的第一个货物单元被取走后,其后面的各个货物单元在重力作用下依次向出库端补位。从结构上讲,为了保证这种仓库系统的灵活性,要求每个存货通道设置减少摩擦的装置,如在货架上加滚子,或者储存托盘带滚轮。

 

穿梭车式货架仓库,货架也接通道排列,每个通道也都是存货通道,但没有设置坡度,每个通道都设有供穿梭车运行的轨道,穿梭车在巷道里往复运行,自动存取和搬取货物,提升了物流效率,而且穿梭车可以和堆垛机、自动叉车或AGV配合,自动进行不同列、不同层及不同通道之间的交换,调度更加灵活,自动化程度更高。

 

穿梭车式货架仓库的核心设备是穿梭车。穿梭车又称为轨道式自动导引车(rail guide vehicle),具有速度快、可靠性高、成本低等特点,它是立体仓库的重要设备,并与其他物流设备实现自动连接,如出入库站台、缓冲站、输送机、升降机和机器人等,按照计划进行物料的输送。穿梭车的行驶速度一定程度上决定了整个货架仓库的物流效率;穿梭车的供电方式、持续行进能力等决定了货架仓库安装施工的难度;穿梭车的智能程度决定了货架仓库的智能化程度以及设计难度。因此,对于穿梭车式货架仓库系统来讲,穿梭车本身十分值得研究和改进。

 

目前,立体仓库正逐渐向高动态应用的方向发展——对仓库存储量的要求越来越高,拣选、输送以及出入库频率等要求也越来越高,因此货架穿梭车是近年来国内外研究的热点。

 

在国外,货架穿梭车的研究起步较早,在2005年前后,YLOG、DEMATIC、TGW等物流巨头就推出了自己的货架穿梭车,并在这几年进行持续优化,已相继推出升级版本的货架穿梭车,在运行速度、灵活性、智能程度上都有显著提升。国外的穿梭车运行速度普遍在4m/s以上,并且一般具备路径规划系统,可进行复杂路径的规划。而在国内,货架穿梭车的研究尚在起步阶段,穿梭车系统应用较少,且穿梭车供应商厂家也很少。国产穿梭车的性能相对国外巨头的产品来说还有较大差距。国产穿梭车运行速度普遍在2m/s以下,智能程度较低,大多的路径规划要依靠立库系统软件辅助完成。

 

基于目前国内穿梭车的发展现状,我国物流装备行业急需研究高速(4m/s以上速度)智能的货架穿梭车定位技术,以促进国内智能仓储产业发展。在经过市场调查和技术探讨后,我们主要对货架穿梭车的以下指标进行了研究。

 

  • 更快的速度

穿梭车更快的速度意味着单位时间内更多次数的取放货物,直接关系到整个仓储系统的物流效率。目前大部分的货架穿梭车平均速度约在2m/s,通过市场调研和技术评估,我们预计将穿梭车的速度提升到4m/s。

 

更快的速度意味着更大的电机功率和能耗,而功率越大的电机重量越重,整个车体的重量也就越重,而更重的车体则需要更大的驱动功率,导致恶性循环。因此,速度的提升对穿梭车来说是个重大挑战。

 

  • 更精准的定位方式

 

 

目前国内外穿梭车的行走定位模式

 

行走电机编码器与单个定位检测孔(每个货位一个定位孔)

缺点是:此种方式要经过行走电机编码器数据处理,精确计算,如果多段穿梭车导轨出现连接处错位等,极有可能导致行走轮打滑,同时也有可能因电机启动加速度太大导致行走轮与导轨面摩擦力变化打滑,穿梭车将无法准确到达指定位置,只有通过找货位的定位检测孔来进行检测,有可能穿梭车会过冲或者还未到达目标位置行走电机就停止了,只能通过程序判断穿梭车低速来回找目标位。

 

条码定位检测

缺点是:此种方式要求在货架行走导轨一侧贴一整条条码,并且条码不能撕裂和断开较大距离,对条码有较高的安装要求;同时对于层数多、巷道长的多层穿梭式货架,使用条码定位会导致较高的成本。

 

激光测距方式

缺点是:此种方式要求所有使用的穿梭车和每层的激光反光板安装位置必须一致,激光反光板安装于每个巷道货架端面,因此对于穿梭车和货架的制作和装配要求特别高。相比国外而言,国内在货架的制作和安装精度方面还存在较大差距,且货架的安装精度与施工场地地面也存在必然联系。当货架同一巷道不同层之间的激光反光板出现相对位置安装误差,同一辆穿梭车进行测距定位也会出现偏差,不同穿梭车在同一层巷道测距定位也会出现偏差,致使穿梭车无法正常进行取放货动作。

 

 

 

穿梭车行走定位的新方式

 

穿梭车行走定位采用RFID信息识别与双定位检测点方式,可有效降低系统控制难度,即时读取仓位信息减少系统交互时间;该方式简单的加工及安装工艺,降低了定位成本,即使货架因地面沉降和安装使导轨在一定程度上发生偏移,也不影响穿梭车正常运行,可提高系统的可维护性和冗错性。采用RFID信息识别与双定位检测点方案,可提前判断位置给予系统响应时间,防止穿梭车过冲,提高定位精度。

 

 

本项目的预期成果是高速智能货架穿梭车样机一台:

 

 

高速智能货架穿梭车拟达到的技术指标如下:

  • 进入匀速行驶阶段的额定速度为4m/s;

  • 加速度>2m/S2;

  • 额定载重为50kg;

  • 整车(含货叉、车身、供电系统、控制系统、电机等整个车体)重量,不大于80kg;

  • 额定功率为1500W;

  • 车体定位精度应≤1mm。 

 

技术特点:

行走定位模式

定位检测点+RFID定位方式,信息识别通过传感器定位检测点判断穿梭车是否行驶到目标货位,RFID作为门牌号形式提供具体的货位信息,从而使穿梭车目标定位更加智能化、简单化。

 

与国外产品的技术比较