AGVS在轮胎行业的应用

文/李 伟 谢昊天 刘之舟 李建旭 周 宇

AGVS是“自动导引车系统”的简称，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及多种移载功能的搬运车。与常用的物料输送设备相比，AGV的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置。AGVS具有工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优点。因此，在自动化物流系统中，AGVS最能充分体现其自动性和柔性，实现高效、经济和灵活的无人化生产。

一、AGVS的总体结构和地面控制部分结构

AGVS小车通过无线网络连接监控机、管理机，AGVS总体结构图，如图1。

如图2，AGVS地面控制部分主要由物流系统管理机、AGV系统管理监控主机组成，其中AGV管理和监控计算机是AGV系统运行的核心，主要功能有：执行任务命令；为不同的运输任务分配最优的AGV小车；为每个运输任务安排运输路线；控制AGV系统中的多台AGV小车的交通；处理现场的一些输入、输出信号。

二、轮胎行业的AGVS具体实现

轮胎行业的AGV输送系统项目，依靠成熟的路线规划、交通管理算法以及多系统间的无缝对接等，通过合理分配与调度策略，保证了物料供给的时效性，完全匹配了生产设备的生产节拍，解决了传统方式因物流瓶颈造成的产能浪费。在定位精度方面，成熟稳定的激光定位导航算法保证了多车重复定位精度达到±5mm。除此之外，机科发展科技股份有限公司丰富的开发与应用经验也保证了整体方案最优、工艺流程最精、质量把控最严，最终保障了现场365×24小时生产稳定、顺利运行。

通过AGVS的上线运行，在提高生产效率的同时节约了人力成本。轮胎行业是24小时生产，传统方式采用人工寻找与搬运物料，会不可避免地出现失误，造成废品率居高不下。AGVS上线运行，大大避免了上述现象的发生。AGVS代替了3个班次的员工搬运，衔接了各个环节的物流信息，使MES系统进行合理排产，避免效率浪费，降低生产中间环节库存，减少半成品存放空间。各系统之间配合紧密，实现全过程高度集成，人、设备与管理系统之间达到良好的互联与信息互动，轮胎全生命周期可追溯和过程预警。在新的制造模式下，劳动生产率提高了40%以上，工艺、标准、效率、安全等全方位提高，产品核心质量指标有了大幅度提高。

三、系统设计的重点问题和项目应用中的技术创新

1.系统优化

（1）柔性曲线及其优化工具以及Drawing Line Tool工具的使用

由于项目现场物理空间特别狭小，支路通道狭窄，采用常规模式画线段不能满足要求。采用柔性曲线，能够保证在画一条线段时自动分析线段起点和终点的坐标差距，并且结合小车转向的最大角速度和最大速度把线段分成若干小段，然后通过优化工具进行优化，使AGV小车占用空间最小。图3为柔性曲线模式和常规模式产生的包络线，它们的起点和终点坐标均相同，如红框所示，柔性曲线模式占用的空间明显较小。

由于支路通道狭窄，并且某些站台存在物理干涉较多，单纯的采用柔性曲线难以满足现有条件，结合Drawing Line Tool工具，使线段的包络线占用空间更小，Drawing Line Tool工具相当于在无法移动的固定“障碍物”周围加了一层保护，结合优化工具进行优化，使占用空间更小，保证AGV小车可以顺利通过。图4为未使用Drawing Line Tool工具和使用Drawing Line Tool工具产生的包络线，它们的起点和终点坐标均相同，使用Drawing Line Tool工具占用的空间明显较小。

（2）复合动作和复合任务的实现

货叉的升降和小车的行走可以单独控制，考虑到系统效率和观赏性等因素，本项目中AGV小车在行走过程当中调整货叉高度，边走边升货叉，边走边降货叉，经过实际使用，效果比较明显。

在任务分配和调度方面，根据AGV小车的实际位置、是否有在执行任务、执行任务的距离和时间等因素，自动将任务分配给AGV小车。AGV完成前一作业任务之后，AGV系统会根据物流系统任务指令，自动调度AGV小车执行就近任务，这样有效地提高了系统的效率。

图1： AGVS总体结构图

图2： AGVS地面控制部分

2.信息交互

AGV小车与其它物流设备有信息交互，为保证安全生产，AGV小车在取货、卸货、取货完成、卸货完成时均会向上级系统发出请求以及完成确认信息，待上级系统给出指令后，AGV小车方可执行任务，具体流程如图5。

3.取消任务机制

如果上级系统下发指令有误或者人为干预，导致AGV小车接受到错误任务，可以在AGV调度系统上将该任务取消。

4.复杂的交通管制

AGV运行空间狭小，取卸货站台较多，轮胎行业AGV数量一般比较多，容易造成AGV堵塞，为减少多车在该区域的等待时间和堵塞时间，轮胎行业在路径规划方面对系统进行了优化。

5.充电管理功能

由于轮胎行业的生产任务比较繁琐，设置了若干个充电站，AGV小车在正常的运行过程中，时刻监测电池电压，当电池电压低于程序中预先所设定的值时，AGV小车将会产生一个“低电量报警”信号，待AGV小车执行完当前正在执行的任务后，自动运行到充电站进行充电，待充电完成后，AGV小车可以继续执行任务。

由于考虑到现场空间有限，为了充分地利用资源，轮胎行业的AGV数量多于充电站数量，在一些极端情况下，会有AGV小车产生“低电量报警”信号后，无法及时分配充电站的情况，解决方案为：设置了充电等待站，如果AGV小车产生“低电量报警”信号后，无法及时分配充电站，则AGV小车会先去充电等待站等待，待分配充电站后及时去充电。

图3：柔性曲线模式和常规模式产生的包络线

图4：未使用和使用Drawing Line Tool工具产生的包络线

图5：AGV小车执行任务流程

6.自动门的设计

考虑到轮胎行业的特殊性，一些区域恒温恒湿的要求，轮胎行业一般都设计自动门。当AGV小车到达门口时，会通过MOXA向自动门发出开门申请信号，此时自动门上升，待自动门上升到达上到位时，给AGV小车通过信号，AGV小车通过自动门，待AGV小车完全通过自动门后，自动门下降。自动门的设计，充分满足了恒温恒湿的要求。

四、总结

轮胎行业AGV项目通过对AGVS的研究和技术创新，根据项目现场的实际环境，采用合理的路线设计，更好的优化了系统的效率，有效减少AGV小车的空跑时间和等待时间，提高了工作效率，使系统更稳定、高效地运行。