自動導引小車在電纜車間物流技術(shù)中的創(chuàng)新應(yīng)用

隰 瀟 李 偉 王新宇 張春玲 劉國剛 舒 展

（機科發(fā)展科技股份有限公司，北京 100044）

隨著我國軌道交通建設(shè)步伐的加快，電線電纜需求量隨之攀升。由于軌道交通建設(shè)的特殊性，人們對電線電纜產(chǎn)品的安全性、環(huán)保性等技術(shù)水平提出了更高要求。電線電纜不僅需要具備優(yōu)良的電氣性能和絕緣性能，還必須擁有良好的阻燃性能、阻水性能和防鼠蟻性能。所以，與傳統(tǒng)的電力電纜相比，該產(chǎn)品在材料選型和工藝路線上的要求更加嚴格[1]。我國目前研發(fā)能力不足，普及程度低，部分高端產(chǎn)品尚依賴進口。因此，大力支持我國軌道交通電纜行業(yè)升級換代，在維護國家戰(zhàn)略安全、助力民族復興等方面具有重要意義。

以國內(nèi)某電線電纜智能化工廠為例，該廠產(chǎn)品具有規(guī)格型號多、產(chǎn)量大、生產(chǎn)工藝復雜等特點，每天存在大量產(chǎn)品線下搬運工作，周轉(zhuǎn)頻繁易出錯，且產(chǎn)品地堆擺放浪費空間，不易于尋找和管理[2]。

原有的生產(chǎn)、管理模式無法滿足日益增長的訂單需求，為了更好地滿足客戶需求，需提高電線電纜生產(chǎn)質(zhì)量，項目配備自動導引小車（Automated Guided Vehicle，AGV），實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化搬運，助力該企業(yè)打造自身成為電纜行業(yè)多品種、小批量行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)。

1 自動導引小車在電纜車間的應(yīng)用流程

整個廠區(qū)分為串列線區(qū)、成纜區(qū)以及立庫區(qū)等部分。采用3種不同類型的AGV配合生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)節(jié)拍，將盤具運送至指定工位，從而提升廠區(qū)內(nèi)物流的搬運效率。

1.1 串列線下線至成纜上線搬運流程

串列線區(qū)至成纜區(qū)的搬運任務(wù)是AGV將串列線加工的盤具運送至成纜區(qū)。串列線區(qū)生產(chǎn)的盤具地堆擺放，成纜區(qū)的上線工位是支架。為了滿足此區(qū)域取貨及放貨的需求，將AGV設(shè)計為寬支腿可變叉距叉車。

生產(chǎn)過程中，通過制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）終端發(fā)出盤具搬運請求任務(wù)。AGV上位系統(tǒng)接收到任務(wù)后，將物料搬運任務(wù)發(fā)送給AGV系統(tǒng)。系統(tǒng)調(diào)度AGV完成物料搬運后，將作業(yè)狀態(tài)反饋給MES完成物料搬運。串列線區(qū)的AGV實物圖，如圖1所示。

1.2 成纜下線至檢驗區(qū)搬運流程

AGV在成纜區(qū)下線至檢驗區(qū)的搬運任務(wù)是將成纜區(qū)加工完成的盤具運送至檢驗區(qū)人工檢驗。工作人員將檢驗結(jié)果錄入MES終端。檢驗合格的產(chǎn)品需要擺放到成品托盤上入庫保存，而檢驗不合格的產(chǎn)品需要運送至返修區(qū)統(tǒng)一進行返修。

這個過程要充分利用MES，明確檢驗區(qū)每臺盤具的檢驗結(jié)果和輸送工位，精準匹配到每臺AGV并生成最優(yōu)運輸路徑，保證每臺盤具的信息可追溯性，避免人工搬運時出現(xiàn)盤具送錯區(qū)域的問題。成纜下線至檢驗區(qū)AGV實物圖，如圖2所示。

1.3 出入庫流程

交貨盤立體庫主要由貨架存儲區(qū)、入庫作業(yè)區(qū)和出庫作業(yè)區(qū)組成。貨架存儲區(qū)共2 000個存儲貨位，4臺巷道堆垛機。出、入庫作業(yè)區(qū)均配備穿梭車。

入庫流程為AGV將交貨盤送至倉庫管理系統(tǒng)（Warehouse Management System，WMS）指定的穿梭車工位申請入庫，通過外形檢測和條形碼確認后，堆垛機將交貨盤輸送到指定貨位進行存儲，并在任務(wù)完成后將信息上報給生產(chǎn)調(diào)度平臺。

出庫流程為堆垛機收到WMS下發(fā)的交貨盤出庫指令后，自動定位相應(yīng)的貨格取貨，讀取交貨盤條形碼并與WMS指定交貨盤進行比對，信息一致后將交貨盤運送到指定的出庫站臺。穿梭車系統(tǒng)自動將交貨盤輸送到指定出庫口，出口庫將交貨盤信息顯示至發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）屏幕，提示操作人員通過叉車或行車將交貨盤搬運出庫。檢驗區(qū)至立庫AGV實物圖，如圖3所示。

2 自動導引小車系統(tǒng)組成

自動導引小車系統(tǒng)由多臺自動導引小車、管理監(jiān)控系統(tǒng)、智能充電系統(tǒng)以及任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)組成[3]，如圖4所示。

AGV管理監(jiān)控系統(tǒng)用來完成AGV系統(tǒng)的路徑規(guī)劃設(shè)計、調(diào)度AGV執(zhí)行輸送任務(wù)、實時監(jiān)控AGV系統(tǒng)運行、控制AGV自動充電、AGV系統(tǒng)的故障診斷以及對外數(shù)據(jù)交互功能等[4]。

管理監(jiān)控系統(tǒng)還可以與企業(yè)級管理系統(tǒng)如MES、ERP等進行對接，實時獲得搬運任務(wù)，并記錄、存檔作業(yè)任務(wù)，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)信息追溯，把控每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，全面提高制造過程競爭力。

智能充電系統(tǒng)可以實時監(jiān)測自動導引小車電池電量情況，并對需要充電的自動導引小車進行在線自動充電。整個過程自動完成，無須人工干預(yù)[5]。

AGV控制器示意圖，如圖5所示。

3 自動導引小車應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 電纜行業(yè)中首次采用大噸位AGV

電纜產(chǎn)線數(shù)量多，節(jié)拍復雜，用AGV智能搬運機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工叉車搬運，可提高搬運效率，保證生產(chǎn)安全，降低人工勞動強度。質(zhì)量最大的電纜盤具達到5 t，采用重載AGV代替吊車進行搬運，大幅提高了周轉(zhuǎn)效率，且周轉(zhuǎn)過程安全，操作方便快捷。

3.2 基于多車型多任務(wù)AGV激光定位技術(shù)

為了配合盤具的種類和生產(chǎn)工藝，需要3種不同規(guī)格的AGV進行搬運。由于車體外形尺寸不同，導致在同一區(qū)域內(nèi)同時搬運時容易發(fā)生堵塞，影響搬運效率。項目中采用AGV激光導航定位方式對激光反射板進行參數(shù)設(shè)置，而不同線路的AGV在不同時期具有不同的優(yōu)先級，以保證路線暢通。

3.3 基于一種創(chuàng)新型擺動機構(gòu)

電纜盤具規(guī)格尺寸多，3種車型的AGV需要將全部尺寸和質(zhì)量的盤具進行線下搬運，所以AGV的貨叉需要設(shè)計為兼容多種盤具的結(jié)構(gòu)形式，且盤具為圓形。為了保證平穩(wěn)運輸，貨叉裝有特殊的擺桿機構(gòu)。貨叉插取貨物后，擺桿機構(gòu)固定住盤具，同時擺桿需要兼容多種盤具尺寸。

調(diào)度系統(tǒng)需要做到自動識別貨物種類，自動匹配對應(yīng)車型，自動將貨物搬運至指定工位。AGV需要自動判斷貨物的尺寸規(guī)格，調(diào)整貨叉寬度，保證可以平穩(wěn)安全地運輸貨物。

4 結(jié)語

針對電線電纜行業(yè)特點，對電纜車間物流技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用中的難點進行突破。通過多車型AGV系統(tǒng)，解決了多車型堵塞調(diào)度難題；通過創(chuàng)新型擺動機構(gòu)，解決了AGV對多品規(guī)交貨盤兼容取貨的難題。系統(tǒng)投入使用后，大大提升了該車間的倉儲利用率和生產(chǎn)效率，降低了人員勞動強度。