文/趙博，孫剛，吳明華，張秀花·一汽-大眾汽車有限公司

隨著汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展，智能化物流設(shè)備成為工業(yè)未來的發(fā)展方向。對(duì)于沖壓車間，傳統(tǒng)的沖壓工藝是沖壓線末尾生產(chǎn)出零件后，人工裝箱，再通過叉車運(yùn)輸，將沖壓零件料箱運(yùn)輸?shù)綆旆?。一?大眾沖壓車間于2017 年首次采用了沖壓AGV 工藝，替代了叉車運(yùn)輸，提升了沖壓智能化物流能力，本文介紹了智能AGV 系統(tǒng)及其在沖壓車間的應(yīng)用。

智能AGV 系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)沖壓車間來說是一次全新的技術(shù)變革。通過智能AGV 的應(yīng)用，沖壓車間可以避免叉車進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域，對(duì)車間安全、自動(dòng)化率提升、能源節(jié)省等多方面都有很大幫助，同時(shí)，也為企業(yè)下一步實(shí)現(xiàn)智能倉儲(chǔ)體系打下基礎(chǔ)。下面就從智能AGV 的結(jié)構(gòu)、不同AGV間的區(qū)別等方面詳細(xì)介紹一下智能AGV 在沖壓車間的應(yīng)用。

智能AGV 結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，AGV 系統(tǒng)構(gòu)架可以分為中央控制單元、殼體、升降銷、動(dòng)力單元、操作面板、安全防護(hù)、安全檢測(cè)、傳感器8 個(gè)部分。通過磁導(dǎo)航傳感器，可以檢測(cè)到地面磁條位置，從而通過相對(duì)位置，經(jīng)過中央控制單元計(jì)算，控制舵輪，調(diào)整AGV 運(yùn)行姿態(tài)。通過RFID 地標(biāo)傳感器，可以得到當(dāng)前的絕對(duì)位置，并且根據(jù)絕對(duì)位置，通過無線網(wǎng)絡(luò)，得到來自控制系統(tǒng)的任務(wù)指令，進(jìn)行物流運(yùn)輸，AGV 實(shí)物如圖2 所示。

圖1 智能AGV 結(jié)構(gòu)圖

圖2 智能AGV 實(shí)物

圖3 AGV 的應(yīng)用形式

沖壓車間不同種類AGV 的區(qū)別

物流行業(yè)中應(yīng)用的AGV 有很多種，按AGV 小車的導(dǎo)航方式可分為：電磁導(dǎo)航AGV 小車，磁條導(dǎo)航AGV小車，二維碼導(dǎo)航AGV小車，激光導(dǎo)航AGV小車，慣性導(dǎo)航AGV 小車，視覺導(dǎo)航AGV 小車。按AGV小車移載方式(執(zhí)行機(jī)構(gòu)或用途）又可分為：叉車式AGV 小車，牽引式AGV 小車，背負(fù)式AGV 小車，滾筒式AGV 小車，舉升式AGV 小車，裝配式AGV小車。

根據(jù)AGV 結(jié)構(gòu)不同，沖壓車間采用的AGV 主要有三種類型：(1）潛伏雙向牽引式AGV；(2）潛伏全向牽引式AGV；(3）全向舉升背負(fù)式AGV。采用這三種類型AGV 的原因是由于沖壓車間的料箱尺寸大小不一，而且重量也不相同，其他種類AGV 很難覆蓋如此多品種的料箱。并且，沖壓料箱數(shù)量非常多，如果要標(biāo)準(zhǔn)化沖壓料箱，會(huì)導(dǎo)致庫房面積與料箱成本的提高。而潛伏或背負(fù)式AGV，可以通過通用的托盤，在一定程度上減少AGV 對(duì)料箱標(biāo)準(zhǔn)化的要求，實(shí)現(xiàn)最大程度的通用。

由于第三種AGV 是在第二種AGV 上進(jìn)行的更新，因此，本文著重介紹第一種和第三種AGV 在沖壓車間應(yīng)用的區(qū)別，如圖3 所示。

雙向牽引式AGV 是單舵輪AGV，具備前后及轉(zhuǎn)彎運(yùn)輸?shù)哪芰?。由于沖壓線尾空間要求，其運(yùn)行需要與伸縮機(jī)構(gòu)相配合。每次運(yùn)行過程中，員工在壓機(jī)線邊呼叫AGV；AGV ①牽引著存放料箱的托盤運(yùn)行至伸縮機(jī)構(gòu)所在位置②處；AGV 與存放料箱的托盤分離，繼續(xù)向前運(yùn)行；伸縮機(jī)構(gòu)夾住存放料箱的托盤，拉回壓機(jī)線邊，員工進(jìn)行擺件。

全向舉升式AGV 是雙舵輪AGV，并且有舉升電機(jī)，可以將料箱進(jìn)行舉升。通過雙舵輪，全向AGV可以進(jìn)行橫移，所以路線規(guī)劃更加簡(jiǎn)單。通過舉升，可以減少壓機(jī)線邊固定機(jī)構(gòu)。每個(gè)AGV 都是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行單元，從而大大提升了AGV 系統(tǒng)的柔性，通過磁條路線的變更及系統(tǒng)程序的更改，就可以對(duì)生產(chǎn)線節(jié)拍變化等情況進(jìn)行重新匹配。

AGV 安全系統(tǒng)

對(duì)比叉車物流，智能AGV 使沖壓車間的物流安全得到了大幅度提升。AGV 的安全裝置有。

(1）激光掃描儀。在AGV 小車行駛時(shí)，會(huì)在AGV 行駛前方形成一定的探測(cè)區(qū)域，AGV 根據(jù)與前方物體距離進(jìn)行減速和停止動(dòng)作，如圖4 所示。

(2）報(bào)警燈及蜂鳴器。主要是通過光閃爍和聲音來提醒車間的工作人員注意安全。

圖4 AGV 傳感器掃描區(qū)域

(3）機(jī)械防撞邊緣。AGV 前方設(shè)置接觸式機(jī)械防撞安全邊緣，當(dāng)安全邊緣與障礙物發(fā)生碰撞，AGV會(huì)停車保護(hù)。

(4）緊急停止按鈕。特殊情況需要緊急停止AGV，可通過緊急停止按鈕實(shí)現(xiàn)。

AGV 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)

如圖5 所示，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)通過無線網(wǎng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控AGV 運(yùn)行狀態(tài)與位置，同時(shí)也對(duì)自動(dòng)機(jī)構(gòu)、充電設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)控，確保穩(wěn)定運(yùn)行。監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)具備關(guān)鍵通道交叉路段實(shí)時(shí)交通管制能力，避免AGV 發(fā)生碰撞。系統(tǒng)可以與沖壓MES 系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，進(jìn)一步提升沖壓車間數(shù)字化能力。

AGV 實(shí)際應(yīng)用總結(jié)

通過沖壓AGV 實(shí)際應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

(1）節(jié)拍與路線規(guī)劃。

由于沖壓車間生產(chǎn)不均衡，高峰值節(jié)拍可達(dá)到40s 下線一個(gè)料箱(沖壓側(cè)圍零件生產(chǎn)），低谷值在300s 一個(gè)料箱(沖壓內(nèi)板零件生產(chǎn)），所以需要對(duì)程序及規(guī)劃路線進(jìn)行設(shè)定，系統(tǒng)需要判斷零件的節(jié)拍，進(jìn)行AGV 路線的調(diào)節(jié)，不同節(jié)拍采用不同路線、不同速度，從而優(yōu)化AGV 的數(shù)量。通過不斷的路線優(yōu)化及調(diào)試優(yōu)化，一汽-大眾沖壓車間僅用29 臺(tái)AGV，就完成了2 條高速?zèng)_壓線的物流轉(zhuǎn)運(yùn)。

(2）減振。

AGV 走輪為剛性走輪，在AGV 實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生很大振動(dòng)，所以AGV 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮采用彈簧減振，減小振動(dòng)幅度，從而降低故障率。定位銷每次在與托盤車掛靠的過程中，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，需要采用緩沖機(jī)構(gòu)，減輕定位銷的沖擊，同時(shí)，多定位銷定位，可以提高定位銷與托盤車的匹配性，減少匹配過程中的擺動(dòng)，分擔(dān)作用力。

(3）配重。

沖壓車間地面一般為鋼纖維耐磨地面，AGV 在牽引1 噸左右的沖壓件在地面行車時(shí)，會(huì)出現(xiàn)打滑脫離磁條軌道的情況。需要在AGV 前后預(yù)留配重空間，進(jìn)行配重調(diào)整。同時(shí)，需要選擇大功率舵輪，避免后續(xù)由于配重調(diào)整導(dǎo)致動(dòng)力不足。

(4）偏載。

由于AGV 搭載的托盤為通用托盤，因此一般按照最大尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了保證料箱與擺件人員距離最小，料箱會(huì)放置在通用托盤的一側(cè)而非正中心，因此運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)偏載的情況。需要通過合理布置腳輪、AGV 配重，程序補(bǔ)償，來抵消偏載造成的行駛角度不正。

(5）轉(zhuǎn)彎半徑。

沖壓線尾空間有限，為了保證不過多占用空間，一般要求雙向牽引式AGV 轉(zhuǎn)彎半徑小于1.5m，因此需要在布置托盤腳輪過程中一定程度的向中心布置，減少轉(zhuǎn)彎半徑。

(6）舵輪及磁導(dǎo)航傳感器布置。

舵輪作為整個(gè)AGV 的動(dòng)力輪，位置十分關(guān)鍵，舵輪如果經(jīng)過磁條路線區(qū)域，會(huì)對(duì)磁條造成破壞，因此要考慮磁導(dǎo)航傳感器偏置，避免舵輪壓過磁條路線。

(7）脫軌問題。

AGV 小車運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)脫軌問題。情況1：如果是單舵輪AGV 向前運(yùn)行過程中脫軌，需要考慮舵輪布置過程中盡量靠前布置。情況2：如果是后退過程中脫軌，由于后退主要出現(xiàn)在沖壓抽檢、返修等工位，這時(shí)可考慮增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助導(dǎo)正。

(8）速度選擇。

AGV 小車速度不是越快越好，行駛太快會(huì)增加剎車距離，同時(shí)，慣性可能導(dǎo)致貨物傾倒，存在較大安全隱患。速度過大，還會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎過程中脫軌，重復(fù)加減速，能耗也會(huì)增加。根據(jù)測(cè)試，沖壓AGV 直線速度一般不大于1m/s，轉(zhuǎn)彎速度不大于0.4m/s，此速度可以保證AGV 穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)原理圖

(9）運(yùn)營維護(hù)。

前期項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)需要綜合考慮AGV 生命周期的監(jiān)管、維護(hù)和備件成本，例如：其動(dòng)力電池一般3 ～5年需要進(jìn)行更換。

結(jié)束語

智能AGV 的使用確實(shí)給沖壓車間帶來了很大益處。

首先，安全性得到了大大提高。沖壓零件生產(chǎn)過程中，料箱的轉(zhuǎn)運(yùn)流量不是一成不變的，比如生產(chǎn)側(cè)圍零件時(shí)，壓機(jī)線尾物流轉(zhuǎn)運(yùn)量非常大，側(cè)圍料箱長(zhǎng)度尺寸大于3500mm，但轉(zhuǎn)運(yùn)空間卻十分有限，叉車轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)磕碰等情況。采用AGV 后，避免了此種情況的發(fā)生，減少了器具的維護(hù)成本，同時(shí)也減少了可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。其次，經(jīng)過估算，采用AGV可節(jié)省約20%的能源消耗。此外，AGV的采用，還節(jié)約了物流運(yùn)營成本。最后，智能AGV 系統(tǒng)可以與沖壓MES 系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，同時(shí)，為下一步實(shí)現(xiàn)智能化無人沖壓倉儲(chǔ)物流打下基礎(chǔ)，提升了沖壓車間數(shù)字化、智能化的能力。

中元節(jié)·放河燈