王夢(mèng)甜，李吉翔

1.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 吉林長(zhǎng)春 130011

2.一汽解放汽車(chē)有限公司 吉林長(zhǎng)春 130011

1 序言

AGV全稱(chēng)自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)（Automatic Guided Vehicle），它是在計(jì)算機(jī)的控制下，經(jīng)磁或激光燈導(dǎo)向裝置引導(dǎo)并沿程序設(shè)定路徑運(yùn)行完成作業(yè)的無(wú)人駕駛自動(dòng)小車(chē)。作為20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的智能化運(yùn)載設(shè)備，AGV在90年代就已經(jīng)在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家被大規(guī)模使用[1]。近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械化設(shè)備供應(yīng)商能力的逐步提升與技術(shù)的不斷進(jìn)步，AGV制造成本不斷降低，同時(shí)我國(guó)制造業(yè)人力成本不斷上升、勞動(dòng)力出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，這些因素共同推動(dòng)了AGV的應(yīng)用普及和功能拓展。

2 焊裝線(xiàn)工序間輸送形式

近年來(lái)，AGV在汽車(chē)工廠焊裝車(chē)間逐步得到應(yīng)用。除作為常規(guī)的物流運(yùn)載設(shè)備外，AGV還可以作為工序間輸送設(shè)備，輸送總成及分總成工件到下一序工位，用以取代人工運(yùn)送、機(jī)器人+七軸、BUFFER、滑橇輸送機(jī)及EMS等輸送形式。下面對(duì)上述幾種輸送形式在焊裝車(chē)間的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹與比較。

2.1 輸送形式

（1）人工運(yùn)送 主要有兩種方式，即工人直接推料箱和工人操作叉車(chē)舉升料箱完成工序間總成及分總成的輸送。在這種輸送形式中，需要有料箱作為承載物，相當(dāng)于在料箱中緩存一定量的工件，滿(mǎn)箱運(yùn)送效率更高。叉車(chē)作為起重運(yùn)輸機(jī)械，不僅可以運(yùn)輸，還可以舉升料箱，這個(gè)功能在一些工藝規(guī)劃中十分必要，這時(shí)使用叉車(chē)可減少相應(yīng)的舉升設(shè)備。目前，大多數(shù)主機(jī)廠選擇租賃叉車(chē)，不用考慮叉車(chē)的存儲(chǔ)、保養(yǎng)和維修，按生產(chǎn)需要可以靈活調(diào)整叉車(chē)臺(tái)數(shù)，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。但人工運(yùn)送這種輸送形式只能在地面上使用，送件及返回路徑可以根據(jù)需要變更。工件種類(lèi)的多少只會(huì)影響料箱的形式和多少。當(dāng)生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生變化時(shí)，這種輸送形式改造量很小，費(fèi)用低。

（2）機(jī)器人+七軸 機(jī)器人配合七軸在一次動(dòng)作中可以完成工件抓取、運(yùn)輸和放置3個(gè)動(dòng)作?？紤]到安全性，機(jī)器人+七軸必須放置到圍欄內(nèi)或考慮其他安全措施（見(jiàn)圖1）。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這種輸送形式一般不能距離過(guò)長(zhǎng)，因此常用在同一自動(dòng)線(xiàn)內(nèi)的上下序工位傳輸或兩個(gè)距離相近的自動(dòng)站間。根據(jù)抓手的結(jié)構(gòu)形式，每次只能運(yùn)送一兩個(gè)工件，不能緩存工件。同時(shí)，考慮到安全性及結(jié)構(gòu)件成本，這種形式基本都在地面上使用，送件及返回路徑完全一致。其可以和自動(dòng)線(xiàn)體的控制系統(tǒng)互聯(lián)，自動(dòng)化程度高。即使機(jī)器人的抓手可柔性化設(shè)計(jì)，一種抓手能抓舉的工件種類(lèi)也很有限，因此種類(lèi)增加時(shí)通常都要伴隨著抓手的更新。

圖1 機(jī)器人+七軸

（3）BUFFER BUFFER為鏈?zhǔn)綆л斔拖到y(tǒng)，采用雙層循環(huán)3倍差速鏈線(xiàn)為主體輸送。一層為工件輸送，另一層為空工裝返回（見(jiàn)圖2）[2]。根據(jù)工件的形狀，確定輸送時(shí)工件是被托舉還是吊掛，從而選擇利用上層輸送或是下層輸送，那么相應(yīng)的另一層為返回層。BUFFER可以根據(jù)需要布置在地面或空中。這種輸送形式可以緩存工件，具體的數(shù)量根據(jù)工藝需要決定。其可以和自動(dòng)線(xiàn)體的控制系統(tǒng)互聯(lián)，自動(dòng)化程度高。通過(guò)更新帶上的工裝可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸不同的總成件和分總成件。當(dāng)生產(chǎn)線(xiàn)發(fā)生變化時(shí)，原來(lái)的BUFFER是否能繼續(xù)使用，需要重新評(píng)估。此外，其維護(hù)方便，故障率低。

圖2 BUFFER

（4）滑橇輸送機(jī) 滑橇輸送機(jī)是由多種標(biāo)準(zhǔn)單元模塊組合成的復(fù)雜的組合式輸送系統(tǒng)，其輸送物件的橇體依靠托滾或鏈條的摩擦力實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、平移、舉升、積放和旋轉(zhuǎn)等多種功能（見(jiàn)圖3）[3]?；凛斔蜋C(jī)可以根據(jù)需要布置在地面和空中。需要單獨(dú)考慮空橇返回路徑，對(duì)輸送距離沒(méi)有限制。輸送的速度快，每一個(gè)輥床可以單獨(dú)控制。這種形式可以緩存工件，具體的數(shù)量根據(jù)工藝需要設(shè)計(jì)。其可以和自動(dòng)線(xiàn)體的控制系統(tǒng)互聯(lián)，自動(dòng)化程度高。當(dāng)車(chē)型發(fā)生改變時(shí)，更換或調(diào)整滑橇體就可以繼續(xù)工作。維護(hù)方便，故障率低。如果對(duì)節(jié)拍要求高且車(chē)型較多，則采用滑橇輸送機(jī)比較合適。

圖3 滑橇輸送機(jī)

（5）EMS 空中自行小車(chē)輸送線(xiàn)，主要由自行小車(chē)、環(huán)鏈葫蘆、道岔、升降站及電控系統(tǒng)組成。軌道、道岔等采用積木式設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足不同路線(xiàn)布局及功能要求（見(jiàn)圖4）[4，5]。由于其結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，故EMS只能布置在空中，在空中完成對(duì)工件的緩存，具體的數(shù)量可以根據(jù)工藝需要設(shè)計(jì)。需要考慮空橇返回路徑，輸送距離沒(méi)有限制。其可以和自動(dòng)線(xiàn)體的控制系統(tǒng)互聯(lián)，自動(dòng)化程度高。通過(guò)更換吊具，即可完成對(duì)不同車(chē)型的適應(yīng)性。維護(hù)方便，故障率低。

圖4 EMS

（6）AGV AGV采用伺服驅(qū)動(dòng)（見(jiàn)圖5）[6]，只能布置在地面，在小車(chē)上完成對(duì)工件的緩存，具體的數(shù)量可以根據(jù)工藝需要設(shè)計(jì)。在地面需要考慮返回路徑，輸送距離沒(méi)有限制。其可以和自動(dòng)線(xiàn)體的控制系統(tǒng)互聯(lián)，自動(dòng)化程度高。AGV的調(diào)度主機(jī)使其具有很強(qiáng)的智能化，具有最優(yōu)路徑規(guī)劃、交通自行管制等功能。AGV維護(hù)難，故障率高。

圖5 AGV

2.2 輸送形式比較

根據(jù)上述工序間輸送形式的描述，對(duì)工序間輸送性能進(jìn)行對(duì)比，得到的結(jié)論見(jiàn)表1。

表1 工序間輸送性能對(duì)比

3 AGV具體應(yīng)用形式

AGV在焊裝車(chē)間作為工序間輸送有以下3種方式：①AGV托夾具進(jìn)自動(dòng)站完成相應(yīng)焊裝工作，此時(shí)AGV可以根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，依次托夾具進(jìn)點(diǎn)焊自動(dòng)站、螺柱焊自動(dòng)站及弧焊自動(dòng)站等，直至逐步完成所需的工序（見(jiàn)圖6）。②AGV替代調(diào)整線(xiàn)的板式帶或滑橇輸送機(jī)線(xiàn)，此時(shí)AGV可以加上腳踏板等考慮人機(jī)工程的裝置，加強(qiáng)工藝的可實(shí)現(xiàn)性（見(jiàn)圖7）。③AGV將側(cè)圍總成和頂蓋總成送至主焊線(xiàn)，將車(chē)門(mén)總成運(yùn)送至調(diào)整線(xiàn)等（見(jiàn)圖8）。這種情況下AGV裝載著分總成的料箱，執(zhí)行調(diào)度中心指令，將分總成運(yùn)送到指定位置，在此過(guò)程中料箱與AGV可脫離也可不脫離。在上述3種方式中，AGV小車(chē)均具有自己獨(dú)特的應(yīng)用特點(diǎn)。下文以第一種方式為例，具體分析AGV的應(yīng)用前提、特點(diǎn)和可行性。

圖6 AGV托夾具進(jìn)自動(dòng)站

圖7 AGV應(yīng)用于調(diào)整線(xiàn)

圖8 AGV 運(yùn)送車(chē)門(mén)總成

4 AGV具體應(yīng)用前提

AGV托夾具進(jìn)自動(dòng)站，在自動(dòng)站中要完成點(diǎn)焊、涂膠、螺柱焊和在線(xiàn)檢測(cè)等工作任務(wù)，此情況下使用AGV有一些需要注意的前提。

1）規(guī)劃好向夾具上放置工件的具體形式、相應(yīng)面積、上件區(qū)的物流路徑。由于一般夾具的重量＞1t，所以只能使用背馱式和牽引式的AGV。兩種形式夾具的上表面高度不同，若利用人工上件，需要根據(jù)具體情況考慮增加相應(yīng)設(shè)置實(shí)現(xiàn)可操作性。若產(chǎn)能較大，需要將料箱按需分散布置，縮短上件時(shí)間，以滿(mǎn)足后續(xù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求。這樣布置料箱必然需要較大的上件區(qū)面積。

2）規(guī)劃合理的配套夾具的存儲(chǔ)和更換形式。若AGV和夾具為一對(duì)一，考慮到小車(chē)的投資，應(yīng)優(yōu)化BASE板上夾具的布置，提高夾具的柔性，減少夾具的數(shù)量。若AGV和夾具為一對(duì)多，則需綜合考慮夾具的存儲(chǔ)形式、夾具的區(qū)域及更換夾具手段等因素，給出最優(yōu)綜合方案?？梢酝ㄟ^(guò)夾具的立體存放來(lái)解決存儲(chǔ)區(qū)面積不足的問(wèn)題。

3）AGV進(jìn)自動(dòng)站后的二次定位。目前，AGV自身的定位精度尚無(wú)法達(dá)到焊裝自動(dòng)線(xiàn)工序銜接的精度水平，需要通過(guò)對(duì)夾具進(jìn)行二次定位。例如：通過(guò)在進(jìn)入自動(dòng)下線(xiàn)后對(duì)夾具進(jìn)行舉升，放置到帶有定位銷(xiāo)的固定支架上，來(lái)達(dá)到定位精度要求。AGV可以自帶舉升設(shè)備，也可以將舉升設(shè)備設(shè)置在自動(dòng)線(xiàn)內(nèi)。

4）目前，常用的是按照完成某一總成或分總成的全部工藝在車(chē)間內(nèi)進(jìn)行分區(qū)（手動(dòng)區(qū)和自動(dòng)工作站）。自動(dòng)站在小批量生產(chǎn)時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍，其中各工序間不能形成流水線(xiàn)模式，各工序設(shè)備會(huì)出現(xiàn)等待現(xiàn)象。采用AGV托夾具這種輸送形式進(jìn)入自動(dòng)站時(shí)，考慮到布置空間和設(shè)備利用率，每個(gè)自動(dòng)站建議只布置一種功能的設(shè)備（例如：此自動(dòng)站僅完成涂膠、點(diǎn)焊或螺柱焊等一項(xiàng)功能），這種布置形式并配合調(diào)度主機(jī)的協(xié)調(diào)可使自動(dòng)站設(shè)備的利用率達(dá)到90%以上。而設(shè)備的種類(lèi)越多，自動(dòng)站做的規(guī)模會(huì)越大，單臺(tái)設(shè)備的利用率則隨之降低。

5）由于AGV相對(duì)故障率較高，因此在規(guī)劃時(shí)應(yīng)充分考慮AGV的故障維修方案，杜絕串聯(lián)布線(xiàn)。當(dāng)選定某家的AGV后，根據(jù)其故障率和維修時(shí)長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)值，備好備用小車(chē)，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)有故障的小車(chē)及時(shí)替換，保證不影響生產(chǎn)節(jié)拍。

6）AGV是利用電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備，在儲(chǔ)存時(shí)注意庫(kù)房溫度（18～30℃），延長(zhǎng)電池壽命。

在充分考慮并滿(mǎn)足了上述前提后，可以看到AGV托夾具進(jìn)自動(dòng)站的方案是可以實(shí)施的，尤其適合應(yīng)用在小批量、多產(chǎn)品的生產(chǎn)模式下。這種方案只是AGV作為焊裝線(xiàn)中輸送的一種，可以推斷其他方案在經(jīng)過(guò)充分的考慮和規(guī)劃后，也都可以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。

5 AGV的特點(diǎn)

（1）節(jié)省人力 AGV作為一種智能化的運(yùn)載工具，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)需人員操作，節(jié)省人工成本，在人工成本日益增加的現(xiàn)狀下，此優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯。提高自動(dòng)化率，降低錯(cuò)誤率，提高生產(chǎn)效率。

（2）設(shè)備本身故障處理迅速 當(dāng)某臺(tái)AGV出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)替換備用小車(chē)，迅速恢復(fù)生產(chǎn)。替換過(guò)程僅為夾具的轉(zhuǎn)移過(guò)程，方便快捷。

（3）柔性強(qiáng) 其行走路徑可以根據(jù)需要隨意調(diào)整，具有很強(qiáng)的靈活性，適應(yīng)柔性生產(chǎn)線(xiàn)，減少后期因工藝更新而產(chǎn)生的投資。只需在主機(jī)處重新設(shè)置路徑，無(wú)需對(duì)AGV小車(chē)本體進(jìn)行任何改造，就可以完成全部的改造工作

（4）更為智能 AGV可以通過(guò)調(diào)度管理中心進(jìn)行最優(yōu)路徑規(guī)劃、交通自行管制，調(diào)度主機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)與MES/ADON系統(tǒng)相連，使本班次生產(chǎn)計(jì)劃與整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃相協(xié)調(diào)，并根據(jù)需要備份所需歷史數(shù)據(jù)。若因?yàn)樯a(chǎn)計(jì)劃臨時(shí)改變或某個(gè)工序間工件出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題需要離線(xiàn)處理時(shí)，則其他系統(tǒng)內(nèi)AGV均不受影響。只需要調(diào)度主機(jī)重新計(jì)算路徑，便可以得到新的合理路徑方案。

（5）產(chǎn)品易升級(jí) 在對(duì)A G V系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)，通常情況下僅需要對(duì)主機(jī)進(jìn)行升級(jí)即可，升級(jí)過(guò)程時(shí)間短、花費(fèi)的人力少、便捷。

（6）可塑性較高 可以對(duì)AGV進(jìn)行并不復(fù)雜的機(jī)械改造，使其可以完成一些附帶的功能，例如：帶舉升功能，從而使工藝流程完成得更為順暢。

（7）展示性強(qiáng) 目前，AGV作為制造業(yè)熱門(mén)的輸送設(shè)備，安全性又是AGV的突出優(yōu)勢(shì)，因此很合適在可參觀車(chē)間應(yīng)用。參觀人員可以近距離觀察AGV的行進(jìn)過(guò)程，增加被參觀車(chē)間的可參觀性。

（8）投資高 AGV在中國(guó)發(fā)展較晚，配套廠家有限，應(yīng)用時(shí)成本高。但伴隨這種設(shè)備應(yīng)用的進(jìn)一步普及，由需求帶動(dòng)市場(chǎng)，配套廠家必然會(huì)不斷增多，產(chǎn)品價(jià)格會(huì)逐步降低。

（9）設(shè)備故障率高 由于技術(shù)尚不成熟，所以目前國(guó)產(chǎn)AGV故障率較高，且維修時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。這樣迫使為了保證生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)拍，盡量采用下線(xiàn)維修方式。若用備用AGV直接替換故障設(shè)備，則需要考慮更多的備用AGV，從而增加了投資。

（10）定位精度低 AGV定位精度低，在與自動(dòng)線(xiàn)配合使用時(shí)，需要通過(guò)二次定位或配套自動(dòng)線(xiàn)增加視覺(jué)設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)工件的轉(zhuǎn)接，但此過(guò)程必然增加操作時(shí)間并增加了相應(yīng)設(shè)備的投資。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以看到AGV作為焊裝線(xiàn)輸送設(shè)備的方案是切實(shí)可行的，在利用其特點(diǎn)且注重其應(yīng)用的前提下，利用其優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避其不足，結(jié)合焊裝車(chē)間實(shí)際情況進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和優(yōu)化AGV，會(huì)使其在焊裝車(chē)間會(huì)有更大的發(fā)展。