本文主要針對某自動(dòng)裝配車間對AGVS功能的需求，在基于NDC8的基礎(chǔ)上，對AGV管理系統(tǒng)進(jìn)行劃、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，最終在NT8000上實(shí)現(xiàn)了某自動(dòng)裝配車間對AGVS功能的需求。

AGVS是“自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)”的簡稱，具有工作效率高、結(jié)構(gòu)簡單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。AGV是指裝備有電磁或光學(xué)等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛，具有安全保護(hù)以及多種移載功能的運(yùn)輸車。與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比，AGV的活動(dòng)區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置。因此，在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，AGVS最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)和靈活的無人化生產(chǎn)。

一、AGVS的總體結(jié)構(gòu)和地面控制部分結(jié)構(gòu)

AGV小車通過無線網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控機(jī)和管理機(jī)之間的通訊，圖1是AGVS總體結(jié)構(gòu)圖，主要由交直流電機(jī)、交直流伺服驅(qū)動(dòng)器、車載控制器和激光掃描器等構(gòu)成。

圖1 AGVS總體結(jié)構(gòu)圖

圖2 AGVS地面控制部分

如圖2所示，AGVS地面控制部分主要由物流系統(tǒng)管理機(jī)、AGV系統(tǒng)管理監(jiān)控主機(jī)組成，其中AGV管理和監(jiān)控計(jì)算機(jī)是AGV系統(tǒng)運(yùn)行的核心，主要功能有：執(zhí)行任務(wù)命令；為不同的運(yùn)輸任務(wù)分配最優(yōu)的AGV小車；為每個(gè)運(yùn)輸任務(wù)安排運(yùn)輸路線；控制AGV系統(tǒng)中的多臺(tái)AGV小車的交通；處理現(xiàn)場的一些輸入、輸出信號(hào)。

二、某自動(dòng)裝配車間物流項(xiàng)目中AGVS物料搬運(yùn)的實(shí)現(xiàn)

圖3 自動(dòng)裝配車間的平面布局圖

圖3是某廠房自動(dòng)裝配車間的平面布局圖，主要由庫房、配餐區(qū)、機(jī)加工位和組裝工位四部分構(gòu)成。AGVS主要用于實(shí)現(xiàn)庫房與機(jī)加工位、庫房與配餐區(qū)、配餐區(qū)與組裝工位、庫房與組裝工位等環(huán)節(jié)的物流搬運(yùn)，體現(xiàn)了技術(shù)先進(jìn)、可靠實(shí)用，并留有適當(dāng)?shù)陌l(fā)展余地。

目前該自動(dòng)裝配車間已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)方式柔性化、生產(chǎn)運(yùn)行集約化及生產(chǎn)控制智能化，有利于企業(yè)持續(xù)發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化、降低生產(chǎn)成本等創(chuàng)造了必備條件。

1.滿托盤搬運(yùn)

生產(chǎn)過程中，物流MFC系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)進(jìn)度，將托盤需求任務(wù)請求提供給AGV管理系統(tǒng)，AGV管理系統(tǒng)接收到指令后自動(dòng)調(diào)度最近AGV小車從待命站或線路上運(yùn)行至托盤位；取上滿托盤后，自動(dòng)搬運(yùn)至指定叫料位置。

2.空托盤供應(yīng)

生產(chǎn)過程中，物流MFC系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)進(jìn)度，將空托盤返回任務(wù)請求提供給AGV管理系統(tǒng)，AGV管理系統(tǒng)接收到指令后自動(dòng)調(diào)度最近AGV小車從待命站或線路上運(yùn)行至空托盤位；取上空托盤后，自動(dòng)搬運(yùn)至空托盤回收位置。

3.AGV系統(tǒng)的路徑規(guī)劃

AGV設(shè)備的路徑規(guī)劃是根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備布置圖和工藝流程，安排最佳的AGV小車輸送路線，以達(dá)到輸送效率高效、簡潔流暢的目的，并盡量避免多臺(tái)車之間的干涉，以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。這些功能的實(shí)現(xiàn)，主要是基于先進(jìn)的AGV管理系統(tǒng)NT8000。

NT8000是基于NDC8的基礎(chǔ)上開發(fā)出的AGV管理系統(tǒng)，與其他AGV管理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于集成性更強(qiáng)大，可以通過控制物流信息管理系統(tǒng)和AGV系統(tǒng)圖形監(jiān)控軟件，進(jìn)行現(xiàn)場各種命令的接收、命令的執(zhí)行、相關(guān)參數(shù)的傳輸和AGV小車的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)分配或再分配AGV小車、AGV小車最優(yōu)行進(jìn)路徑的搜索和分配、多臺(tái)AGV小車交通管理、無任務(wù)AGV小車處理和AGV小車異常情處理等其他功能；同時(shí)，NT8000還預(yù)留了與外部連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，可方便地與其他管理系統(tǒng)進(jìn)行無縫對接。

圖4 項(xiàng)目現(xiàn)場正在工作的AGV小車

圖4是項(xiàng)目現(xiàn)場正在工作的AGV小車，由于多臺(tái)AGV小車工作在相同的物流路線上，不可避免地存在著路線爭用和任務(wù)交叉，在公共主干道上應(yīng)避免設(shè)置物料裝卸站，以保證主干道物流的暢通，避免發(fā)生交通堵塞；不同區(qū)域的物流強(qiáng)度應(yīng)盡量保持平衡，避免出現(xiàn)AGV集中運(yùn)行的情況，這樣可減少交通堵塞，既可以簡化交通管理，又可提高系統(tǒng)的工作效率；

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題和項(xiàng)目應(yīng)用中的技術(shù)創(chuàng)新

1.系統(tǒng)優(yōu)化

（1）柔性曲線及其優(yōu)化工具以及Drawing Line Tool工具的使用

由于項(xiàng)目現(xiàn)場物理空間特別狹小，支路通道狹窄，采用常規(guī)模式畫線段不能滿足要求。采用柔性曲線，能夠保證在畫一條線段時(shí)自動(dòng)分析線段起點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)差距，并且結(jié)合小車轉(zhuǎn)向的最大角速度和最大速度把線段分成若干小段，然后通過優(yōu)化工具進(jìn)行優(yōu)化，使AGV小車占用空間最小。

圖5 柔性曲線產(chǎn)生的包絡(luò)線和常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線圖

圖5是柔性曲線模式和常規(guī)模式產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，但在AGV小車路徑規(guī)劃中，柔性曲線模式占用的空間明顯較小常規(guī)模式占用的空間，正如圖5紅框所顯示的。

由于支路通道狹窄，并且某些站臺(tái)存在的物理干涉較多，單純采用柔性曲線也難以滿足現(xiàn)有條件，此時(shí)需要結(jié)合Drawing Line Tool工具，進(jìn)一步優(yōu)化線段的包絡(luò)線占用的空間，使其占用空間更小。Drawing Line Tool工具優(yōu)化的原理是在無法移動(dòng)的固定“障礙物”周圍加一層保護(hù)，使用優(yōu)化工具內(nèi)部程序進(jìn)行占用空間優(yōu)化，使占用空間更小，保證AGV小車可以順利通過。

圖6 未使用Drawing Line的包絡(luò)線和使用Drawing Line的包絡(luò)線圖

圖6是未使用Drawing Line Tool工具和使用Drawing Line Tool工具產(chǎn)生的包絡(luò)線，它們的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)均相同，但使用Drawing Line Tool工具占用的空間明顯小于未使用Drawing Line Tool工具占用的空間。

（2） 復(fù)合動(dòng)作和復(fù)合任務(wù)的實(shí)現(xiàn)

貨叉的升降和小車的行走可以單獨(dú)控制，考慮到系統(tǒng)的效率和觀賞性等因素，本項(xiàng)目中AGV小車在行走的過程當(dāng)中調(diào)整貨叉高度，邊走邊升貨叉，邊走邊降貨叉，經(jīng)過實(shí)際的使用，效果比較明顯。

在任務(wù)分配和調(diào)度方面，根據(jù)AGV小車的實(shí)際位置、是否有在執(zhí)行任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)的距離和時(shí)間等因素，自動(dòng)將任務(wù)分配給AGV小車。AGV完成前一作業(yè)任務(wù)之后，AGV系統(tǒng)會(huì)根據(jù)物流系統(tǒng)任務(wù)指令，自動(dòng)調(diào)度AGV小車執(zhí)行取空托盤任務(wù)，將空托盤運(yùn)回至配盤區(qū)重新進(jìn)行配盤作業(yè)，這樣有效地提高了系統(tǒng)效率。

2.信息交互

AGV小車與其他物流設(shè)備有信息交互，為保證安全生產(chǎn)，AGV小車在取貨、卸貨、取貨完成、卸貨完成時(shí)均會(huì)向上級系統(tǒng)發(fā)出請求以及完成確認(rèn)信息，待上級系統(tǒng)給出指令后，AGV小車方可執(zhí)行任務(wù)，具體流程如圖7所示。

圖7 AGV小車執(zhí)行任務(wù)流程

3.取消任務(wù)機(jī)制

如果上級系統(tǒng)下發(fā)指令有誤或者人為干預(yù)，導(dǎo)致AGV小車接受到錯(cuò)誤任務(wù)，可以在AGV調(diào)度系統(tǒng)上將該任務(wù)取消。

4.充電管理功能

由于本項(xiàng)目的生產(chǎn)任務(wù)比較繁瑣，設(shè)置了5個(gè)充電站，AGV小車在正常的運(yùn)行過程中，時(shí)刻監(jiān)測電池電壓，當(dāng)電池電壓低于程序中預(yù)先所設(shè)定的值23.5v時(shí)，AGV小車將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“低電量報(bào)警”信號(hào)，待AGV小車執(zhí)行完當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)后，自動(dòng)運(yùn)行到充電站進(jìn)行充電，待充電完成后，AGV小車可以繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

四、總結(jié)

本項(xiàng)目通過對AGVS的研究和技術(shù)創(chuàng)新，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境，采用合理的路線設(shè)計(jì)，更好地優(yōu)化了系統(tǒng)效率，有效地減少AGV小車的空跑時(shí)間和等待時(shí)間，提高了工作效率，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、高效地運(yùn)行