智慧工廠物料調(diào)度系統(tǒng)模塊化系列的研究

陳慶文， 白廣利，2*

(1.黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，黑龍江 哈爾濱 150090；2. 黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150020)

研究與設(shè)計(jì)

智慧工廠物料調(diào)度系統(tǒng)模塊化系列的研究

陳慶文1， 白廣利1，2*

(1.黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，黑龍江 哈爾濱 150090；2. 黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 150020)

介紹了AGV(Automated Guided Vehicle，物料配送車體)的主要研究?jī)?nèi)容、AGV系統(tǒng)的主要功能及實(shí)現(xiàn)、存在的主要技術(shù)問題及解決方案。物料庫(kù)房、工廠生產(chǎn)、成品庫(kù)房三者通過管理系統(tǒng)形成智慧工廠，其可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化。

智慧工廠；物料調(diào)度系統(tǒng)；模塊化研究

1 主要研究?jī)?nèi)容

將AGV(物料配送車體，Automated Guided Vehicle)及無(wú)線調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行模塊化，其中AGV車體分為避障、通訊、定位、識(shí)別等功能模塊，調(diào)度系統(tǒng)分為通訊、識(shí)別、路徑分配及記錄等軟件模塊，完成AGV小車自動(dòng)避障、工位識(shí)別、精確定位、自由分配AGV路徑等功能，再利用二維碼、RFID作為定位反饋信息，以滿足AGV精確定位、自動(dòng)導(dǎo)航控制等要求。

2 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)可靈活選配模塊進(jìn)行組合，以適應(yīng)各廠家的不同需求。

(2)主動(dòng)預(yù)判避障方式及通訊模式，將接觸停止避障方式改為預(yù)判停止，可避免車體轉(zhuǎn)彎過程中的沖撞。

3 關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

本項(xiàng)目的總體目標(biāo)是滿足智慧工廠生產(chǎn)過程中對(duì)原料和半成品、成品的智能調(diào)度及執(zhí)行原料、成品運(yùn)輸過程的自動(dòng)控制[1]。

(1)AGV上安裝有避障、通訊、定位、識(shí)別等功能模塊，配以相應(yīng)的軟件模塊可實(shí)現(xiàn)AGV小車的自動(dòng)避障、工位識(shí)別及精確定位。

(2)安裝在各個(gè)工位上的識(shí)別模塊和通訊模塊，可以滿足本工位在生產(chǎn)過程中對(duì)原料的需求及預(yù)計(jì)的時(shí)間安排等。

(3)調(diào)度管理軟件可根據(jù)工廠的作業(yè)流程及安排，進(jìn)行工廠的自動(dòng)化調(diào)度與管理，以實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備、工作過程的實(shí)時(shí)記錄。

4 系統(tǒng)主要功能和實(shí)現(xiàn)

(1)各個(gè)工位向管理終端發(fā)出請(qǐng)求，我是誰(shuí)，我在哪，我需要什么，數(shù)量多少，什么時(shí)候要，我現(xiàn)在還有多少等信息[2]。

(2)管理終端接收到信息后，查找?guī)齑?，發(fā)出請(qǐng)求，誰(shuí)離最近、誰(shuí)空閑、剩余多少等信息。

(3)AGV接收導(dǎo)航信息，送料到指定位置，等待下一次工作過程。

5 技術(shù)需求分析

(1)在一定的室內(nèi)空間范圍內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)無(wú)線通訊。多個(gè)接收單元接收帶寬，同時(shí)接收發(fā)射源的數(shù)量，處理數(shù)據(jù)信息的速度等。

(2)精準(zhǔn)定位及導(dǎo)航。對(duì)每一個(gè)工位固定位置及每一個(gè)AGV的移動(dòng)位置進(jìn)行精確定位。

(3)調(diào)度分配路徑計(jì)算。根據(jù)工位在數(shù)量、種類、時(shí)間上的需求，并考慮各個(gè)路徑上的運(yùn)行情況，分配最佳的路徑并作導(dǎo)航。

6 技術(shù)問題及解決方案

6.1同頻干擾及解決方案

在同一區(qū)域內(nèi)過多的同頻發(fā)射源導(dǎo)致的最終結(jié)果是接收方接收的信息都是亂碼，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是發(fā)射源向空間發(fā)出信息時(shí)，它們屬同一頻率(同一波長(zhǎng)的波)，它們?cè)诳臻g會(huì)重疊排列，因此接收端接收到的信息判斷不出包頭、數(shù)據(jù)段、校驗(yàn)段、包尾，這與在室內(nèi)用多個(gè)同樣的燈頭照明，背對(duì)燈源時(shí)分辨不出是那盞燈發(fā)出的光源情況類似[3-5]，解決方案如下。

(1)分時(shí)發(fā)送：將各個(gè)發(fā)射源分成若干個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別分配不同的時(shí)間段，由于無(wú)線的通訊速率較高，每次的通訊時(shí)間可在以秒為單位的時(shí)間內(nèi)完成，因此以分鐘作為時(shí)間等級(jí)分配，就可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成最少30個(gè)段落，這樣可大大降低同時(shí)發(fā)射源的數(shù)量。

(2)分頻發(fā)送：可以利用程序控制將發(fā)射的頻率在一定范圍加以改變，以達(dá)到突出的效果。

(3)監(jiān)聽發(fā)送：每個(gè)發(fā)射源都在不停地接收空間的波段信息，等待沒有信息時(shí)才發(fā)送，空間內(nèi)發(fā)射信息源共存最少。

6.2 根據(jù)不同生產(chǎn)及工藝情況進(jìn)行調(diào)度分配

在研發(fā)和實(shí)際調(diào)試過程中不可能將所有的情況都考慮進(jìn)來(lái)并作出相應(yīng)的程序控制方案，對(duì)于每個(gè)不同的工廠，其生產(chǎn)的過程及要求都不同，但對(duì)于控制目的、過程都大致相同，預(yù)制、需求、向應(yīng)、應(yīng)答、驅(qū)動(dòng)、完畢、等待，我們可以將程序以模塊化的方式進(jìn)行配置，需要哪一步則接入哪一步。

7 小結(jié)

該研究完成調(diào)度系統(tǒng)控制軟硬件一套，具體參數(shù)如下：①車體兩輪差速控制，車速不小于1.4 m/s；定位精度小于5 mm，避障范圍前行時(shí)小于20～50 cm；②避障、通訊、定位、識(shí)別等各模塊均具有標(biāo)準(zhǔn)接口及通訊協(xié)議；③無(wú)線精準(zhǔn)模塊可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、自動(dòng)避障、自動(dòng)通訊和識(shí)別功能。

[1] 楊韶華，柳召輝.智慧工廠安全生產(chǎn)監(jiān)控與決策管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015(3)：103-104.

[2] 張益，馮毅萍，榮岡.智慧工廠的參考模型與關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2016(1)：1-10.

[3] 陳大川，王桂棠，許小東.基于物聯(lián)網(wǎng)的精密鉸鏈智能制造系統(tǒng)[J].機(jī)電工程技術(shù)，2015(7)：1-7.

[4] 陳雨佳，劉亞秋，景維鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)的濕地?zé)o線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].森林工程，2015(4)：77-82.

[5] 王剛剛，楊燕，王正.基于物聯(lián)網(wǎng)的高校大型儀器設(shè)備電源控制系統(tǒng)研究(一)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016(3)：20-24+28.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

StudyonModularSeriesofaWisdomFactoryMaterialDispatchingSystem

CHENQing-wen1，BAIGuang-li1，2 *

(1. Institute of Automation of Heilongjiang Academy of Science，Harbin Heilongjiang 150090，China；2. High-tech Institute of Heilongjiang Academy of Sciences，Harbin Heilongjiang 150020，China)

The main research contents of AVG(Automated Guided Vehicle)，the main functions and realization of AGV system and the existing technical problems and solutions are introduced.The material warehouses，factory production and finished product warehouses form a wisdom factory via a management system and it can realize the automation of the whole production process.

wisdom factory；material dispatching system；modular research

TP275

A

2095-2953(2017)12-0036-02

2017-09-18

黑龍江省科學(xué)院青年基金項(xiàng)目“智慧工廠物料調(diào)度系統(tǒng)模塊化系列的研究”(CXJQ2017ZDH01)

陳慶文(1979-)，男，副研究員，碩士，主要從事機(jī)電一體化研究工作，E-mail：505800209@qq.com。

*通訊作者：白廣利(1972-)，男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事工業(yè)、農(nóng)業(yè)及民用領(lǐng)域機(jī)電一體化設(shè)備的研發(fā)工作，Email：505800209@qq.com。