汽車企業(yè)總裝AGV系統(tǒng)優(yōu)化研究

馮驥龍，張勁

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汽車企業(yè)總裝AGV系統(tǒng)優(yōu)化研究

馮驥龍，張勁

（廣汽本田汽車有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著國內(nèi)汽車制造行業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)競爭日趨激烈。混線生產(chǎn)模式下汽車企業(yè)面臨著一系列物流課題，自動引導(dǎo)運(yùn)輸（AGV）系統(tǒng)的導(dǎo)入能夠提升物流效率。文章結(jié)合G企業(yè)實(shí)際情況對總裝 AGV 系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行分析，同時(shí)提出AGV小車運(yùn)行路徑的優(yōu)化方案，削減AGV的實(shí)際投入數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。

汽車制造；物流；AGV系統(tǒng)；路徑規(guī)劃

1 前言

近年來，隨著國內(nèi)汽車制造行業(yè)的飛速發(fā)展，行業(yè)間競爭也日趨激烈。各大車企為滿足廣大消費(fèi)者日益豐富的產(chǎn)品需求、迎接激烈的市場競爭挑戰(zhàn)，均加快了新車型、新技術(shù)的引進(jìn)步伐。各大車企在建廠時(shí)也更加關(guān)注生產(chǎn)效率和成本，尋求更高效更節(jié)省成本的途徑。

目前，國內(nèi)汽車企業(yè)生產(chǎn)線多采用多車型混線生產(chǎn)模式。此模式下零部件種類、數(shù)量均增多，給總裝物流帶來巨大挑戰(zhàn)，如線邊物流存儲面積不足、配送頻次增多6、配送準(zhǔn)點(diǎn)率下降等。面對諸多課題，國內(nèi)汽車企業(yè)紛紛導(dǎo)入自動引導(dǎo)運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV），通過預(yù)先設(shè)定AGV的運(yùn)行路徑，使小車在指定路徑上運(yùn)行，完成零部件的臺套配送任務(wù)。

AGV運(yùn)輸系統(tǒng)的導(dǎo)入為總裝物流優(yōu)化提供了新的方向，目前AGV運(yùn)輸系統(tǒng)在汽車企業(yè)才剛剛發(fā)展起來，可優(yōu)化空間較大；AGV系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和優(yōu)化問題是汽車企業(yè)向高端、智能方向發(fā)展面臨的新課題，對生產(chǎn)效率和成本有著極為重要的影響。

2 AGV及其路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀

1913年，美國福特汽車公司首次用有軌引導(dǎo)的AGV代替輸送機(jī)，用于底盤裝配上。二十世紀(jì)五十年代，美國Basrrett電子公司成功開發(fā)了一種能夠自動跟蹤帶電導(dǎo)線的無人駕駛車輛，并被成功運(yùn)用在汽車貨物運(yùn)送公司；同期，英國人發(fā)明了簡易電磁導(dǎo)引AGV，并在歐洲迅速普及發(fā)展，后來逐步傳向美國和日本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，AGV技術(shù)進(jìn)入智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化時(shí)代。AGV作為一種高度自動化、智能化的物流處理系統(tǒng)迅速發(fā)展起來并被廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)則是從六十年代開始關(guān)注AGV的研究，七十年代北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所研制的 ZDB-1型自動搬運(yùn)車是最早的實(shí)用型AGV；九十年代后期，昆船智能輸送裝備公司、沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司等開始 AGV 產(chǎn)品的研制和開發(fā)，其技術(shù)水平處于同行業(yè)領(lǐng)先地位，并且廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)，在汽車行業(yè)中也有越來越多的企業(yè)應(yīng)用AGV進(jìn)行物流運(yùn)送。

路徑規(guī)劃研究一直是AGV系統(tǒng)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題,國內(nèi)外學(xué)者均做出了突出貢獻(xiàn)。Egbelu 和 Tanchoco 等人將遺傳算法應(yīng)用于AGV路徑規(guī)劃，他們將空閑的AGV分類，采用遺傳迭代的方法，將 AGV 的空閑時(shí)間最小化；Occena 和 Yokota 等人提出了啟發(fā)式的搜索算法，通過評估每個(gè)搜索位置，得出最好的搜索方向，然后繼續(xù)以這種方法進(jìn)行搜索，最終得到搜索目標(biāo)。

國內(nèi)學(xué)者則主要研究AGV系統(tǒng)的路徑規(guī)劃以及AGV行進(jìn)過程中的避障問題；如劉國棟研究了一種AGV兩階段動態(tài)路徑規(guī)劃算法，AGV在離線時(shí)生成路徑集合，在運(yùn)行時(shí)不斷進(jìn)行動態(tài)選擇和調(diào)整。以上的路徑規(guī)劃理論，各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對不同的系統(tǒng)和環(huán)境，應(yīng)選取不同的算法，通過實(shí)驗(yàn)對比，找出最適合系統(tǒng)和環(huán)境的路徑規(guī)劃算法。

3 總裝混線生產(chǎn)模式及AGV路徑規(guī)劃

汽車總裝生產(chǎn)線一般包括一條連續(xù)的主車體輸送線、若干條分裝線、加工設(shè)備、物流區(qū)域等組成，從布局上看主要包括直線型、多折線型、T型等，本文以國內(nèi)某汽車企業(yè)G的多折線生產(chǎn)線布局為基礎(chǔ)進(jìn)行分析（如圖1）。

圖1 G公司總裝多折線生產(chǎn)線布局

G公司總裝生產(chǎn)線是多車型批量混線生產(chǎn)模式，生產(chǎn)線涉及多種零件，為節(jié)約廠房面積，減少線邊物流占地，需要將零件集合起來，集中配送，這就需要導(dǎo)入AGV進(jìn)行物流配送。

在生產(chǎn)線布局、生產(chǎn)節(jié)拍、現(xiàn)場裝配崗位固定等條件限制下，從成本最優(yōu)方向考慮AGV系統(tǒng)規(guī)劃。規(guī)劃的內(nèi)容包括零件配送區(qū)域選定、AGV路徑規(guī)劃和AGV數(shù)量確定等。零件配送區(qū)域選定和AGV路徑規(guī)劃期望能確定從起始裝貨點(diǎn)到目標(biāo)卸貨點(diǎn)的最優(yōu)路徑。AGV數(shù)量則主要取決于零件的配送量、配送距離以及過程中其他等待時(shí)間。

在G公司總裝車間廠房面積和輸送線布局基本確定的前提下，可選的零件配送區(qū)域已定，由此可知，AGV路徑終點(diǎn)和零件配送需求量均已知，如圖2所示。

圖2 G公司總裝AGV配送路徑

AGV配送零件到輸送線接入點(diǎn)B1、B2、B3、B4已知，配送后空AGV移出點(diǎn)C1、C2、C3、C4已知，零件集中配送可選區(qū)域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ已知，需確定最優(yōu)AGV配送點(diǎn)a1、a2、a3，a4。AGV配送路徑總距離為零件上線距離總和∑aiBi與空AGV回程距離總和∑Ciai兩者之和,確定最優(yōu)的零件配送路徑，即通過確定ai的位置，找出Min(∑aiBi+∑CiaI)。

從圖2可以看出為使a1B1和a1C1、a2B2和 a2C2 的值最小，只需將a1和a2的位置分別選擇在B1C1和B2C2的延長線上時(shí)，其路徑最短；對于a3和a4的選擇則可以轉(zhuǎn)換為三角形已知底邊求另兩條邊之和最小的問題，如圖3分析，a3B3和a3C3路徑，通過鏡像分析，轉(zhuǎn)化為在B3、a3、C3’三點(diǎn)為一條直線時(shí)，其路徑最短；a4B4和a4C4路徑，通過鏡像分析，轉(zhuǎn)化為B4、a4、C4’之間的角度為可選范圍內(nèi)的最大值時(shí)，其路徑最短。

圖3 Ⅲ區(qū)物流配送AGV最短路徑選擇

在選定最優(yōu)的a 1 、a 2、 a 3、 a 4后，即確定了實(shí)際的配送距離，結(jié)合生產(chǎn)線配送節(jié)拍需求，考慮必要的等待時(shí)間，可以計(jì)算出G公司總裝配送零件上下線的AGV數(shù)量需求。AGV數(shù)量需求具體計(jì)算過程為：

AGV數(shù)量需求=AGV單循環(huán)行走世間/生產(chǎn)節(jié)拍

AGV單循環(huán)行走時(shí)間=物流集配區(qū)行走時(shí)間+配送上下線行走世間+隨線作業(yè)行走世間+等待時(shí)間（人機(jī)配合、充電等）。

表1 G公司總裝車間AGV需求量

考慮各區(qū)域預(yù)留10%的備用AGV對應(yīng)異常情況，各區(qū)域需求的AGV數(shù)量如下表1所示，G公司總裝車間規(guī)劃需投入104臺AGV小車對應(yīng)生產(chǎn)需求。

4 AGV運(yùn)行路徑優(yōu)化

經(jīng)前文分析，AGV數(shù)量的需求與AGV單循環(huán)行走的時(shí)間正相關(guān)，縮短AGV的行走的距離即可實(shí)現(xiàn)AGV數(shù)量的削減。分析G公司總裝生產(chǎn)線AGV路線，發(fā)現(xiàn)其存在以下問題：（1）AGV在生產(chǎn)線上隨線行走的時(shí)間，受生產(chǎn)線運(yùn)行節(jié)拍的影響，等待時(shí)間長，且每個(gè)有效作業(yè)車位均需配置一臺AGV對應(yīng)，效率低；（2）區(qū)域Ⅱ、Ⅲ零件配送后空AGV回程路線a1C1和a2C2距離較長，且均為無效行走時(shí)間。

以上兩方面的問題，可以通過追加零件料車上、下線機(jī)構(gòu)和隨行槽，實(shí)施零件料車通用化改造，優(yōu)=化AGV路線等措施，實(shí)現(xiàn)AGV單循環(huán)行走時(shí)間的削減，進(jìn)而達(dá)到削減AGV數(shù)量的目的。

4.1 設(shè)備改造，削減隨線AGV

設(shè)備改造前，受生產(chǎn)線構(gòu)造和節(jié)拍制約，零件物料車在生產(chǎn)線上的流動，全部由AGV拉動隨行，造成AGV的大量浪費(fèi)。

通過在滑板鏈的線頭和線尾追加零件料車上、下線機(jī)構(gòu)，AGV將物料拉至線邊后，AGV斷開，由上下料機(jī)構(gòu)將物料車移載到線上，通過在線體的板鏈上設(shè)置隨行槽固定物料車，讓物料車無需AGV拉動隨線而行，削減主線隨行AGV數(shù)量。

通過上下線機(jī)構(gòu)的投入，同時(shí)在滑板上設(shè)置物料車隨行槽，實(shí)現(xiàn)物料車在無AGV牽引驅(qū)動的情況下，與生產(chǎn)線同步隨行。以G公司為例，最終可削減B1C1、B2C2、B3C3和B4C4段的隨線行走AGV數(shù)量，節(jié)約導(dǎo)入成本。

4.2 優(yōu)化路線，料車通用化

圖4 優(yōu)化后G公司AGV行走路徑

AGV路線優(yōu)化和零件料車通用化改造：原運(yùn)載空臺車回程的路線a1C1和a2C2距離較長，通過將區(qū)域Ⅱ和Ⅲ的物料小車進(jìn)行改造，使其具有通用性；再將Ⅱ區(qū)AGV的運(yùn)行路線由原來的a1B1、B1C1、C1a1調(diào)整為a1B1、B1C2、C2a1，即AGV小車運(yùn)載Ⅱ區(qū)的裝滿零件的物料小車到C1，物料小車通過上料機(jī)構(gòu)隨行后，AGV小車移動到C2，將此處通過下料機(jī)構(gòu)推出的空物料小車運(yùn)載回Ⅱ區(qū)繼續(xù)裝載物料并配送；對應(yīng)Ⅲ區(qū)AGV的運(yùn)行路線也調(diào)整為a2B2、B2C1、C1a2。通過AGV路線優(yōu)化及零件料車的通用化改造，最終優(yōu)化后的G公司AGV行走路徑如圖4所示。

G公司原需AGV臺數(shù)為104臺，通過追加零件料車上、下線機(jī)構(gòu)和隨行槽、零件料車通用化改造、AGV路線優(yōu)化等措施，最終將AGV需求削減到42臺。

表2 G公司總裝AGV路徑優(yōu)化后需求量

5 結(jié)語

隨著新能源汽車的逐步導(dǎo)入，傳統(tǒng)的汽車企業(yè)將會面臨更多的挑戰(zhàn)，通過對AGV系統(tǒng)的進(jìn)一步深入研究和推廣，將有助于汽車企業(yè)不斷提升自身效率，做強(qiáng)做大，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。而伴隨著工業(yè)信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，越來越多的新智能科技、新管理思維、新路徑規(guī)劃技術(shù)將被更加廣泛的應(yīng)用到自動物流配送系統(tǒng)中，相信未來的汽車工業(yè)也一定會越來越好。

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Study on the optimization of AGV system in automobile enterprises

Feng Jilong, Zhang Jin

（Guangqi Honda automobile co. LTD., Guangdong Guangzhou 510000 )

With the rapid development of the automobile manufacturing industry, the competition between them is becoming fierce increasingly. Under the hybrid production mode, automobile enterprises are faced with a series of logistics issues. And the system of automatic guided vehicle (AGV) can improve the logistics efficiency. In this paper, we analyzes the AGV's system planning based on the actual situation of G enterprise. Also we get the optimization of AGV's moving paths, from that we can reduce the quantity of AGVs and reduce the production cost at the same time.

automobile manufacturing; logistics; AGV system; path planning

U466

A

1671-7988(2019)09-192-03

U466

A

1671-7988(2019)09-192-03

馮驥龍，碩士，就職于廣汽本田汽車有限公司，從事工業(yè)工程與運(yùn)作管理、汽車制造工藝研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.062