朱瑞丹，韋華南

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車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃探究

朱瑞丹，韋華南

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣西 柳州 545006）

AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的適用性，且柔性程度高、可靠性顯著，能夠?qū)崿F(xiàn)集成化與自動化生產(chǎn)和搬運(yùn)等，在柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，且非常受歡迎。文章通過對AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)及其結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，以汽車制造企業(yè)車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)為例，對其小車數(shù)量的配置規(guī)劃進(jìn)行研究，以為相關(guān)實(shí)踐及研究提供參考。

AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)；小車數(shù)量；配置規(guī)劃；研究

前言

隨著AGV技術(shù)的發(fā)展及其在生產(chǎn)制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，受人工成本不斷增加因素影響，汽車制造企業(yè)生產(chǎn)物流體系構(gòu)建中通過AGV技術(shù)運(yùn)用以實(shí)現(xiàn)AGV物料搬運(yùn)自動化系統(tǒng)建立，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的物料成本控制的同時(shí)，以確保企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)促進(jìn)其生產(chǎn)物流技術(shù)水平提升。需要注意的是，結(jié)合汽車制造企業(yè)AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)用情況，由于整個(gè)自動化搬運(yùn)系統(tǒng)建立中AGV小車的配置規(guī)劃成本在整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建成本中占比較大，有研究顯示約為70%，因此，針對汽車制造企業(yè)車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃的有關(guān)問題進(jìn)行研究，以確保其小車數(shù)量合理配置規(guī)劃下的系統(tǒng)建設(shè)成本最優(yōu)化，成為整個(gè)行業(yè)領(lǐng)域研究和關(guān)注的重要問題，其研究價(jià)值與意義十分顯著。下文將在對AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)組成分析基礎(chǔ)上，以汽車制造企業(yè)車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)為例，對其小車數(shù)量配置規(guī)劃進(jìn)行研究，以供參考。

1 AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)組成分析

結(jié)合AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用實(shí)際情況，它不僅能夠與各種工業(yè)機(jī)器設(shè)備與數(shù)控加工中心聯(lián)合設(shè)置以實(shí)現(xiàn)配合作業(yè)，確保生產(chǎn)加工效率提升，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)物流的一體化控制，提高生產(chǎn)線設(shè)備的靈活性，以便于結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行重新布置與調(diào)整；此外，AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)故障工位跨越或者是滿足離線待命需求，以確保整個(gè)生產(chǎn)線的連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)，對企業(yè)生產(chǎn)與加工效率進(jìn)行保障，同時(shí)針對企業(yè)生產(chǎn)的固定物料運(yùn)輸線，AGV系統(tǒng)還能夠在占用空間最小的情況下，發(fā)揮其系統(tǒng)最大交叉能力，實(shí)現(xiàn)靈活、及時(shí)的物料運(yùn)輸，以促進(jìn)設(shè)備利用率提升。

圖1 常見AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖

一般情況下，AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)主要包括AGV小車與工業(yè)機(jī)器人、視覺系統(tǒng)、物料抓取夾具等不同結(jié)構(gòu)部分，如下圖1所示，為常見的AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)中，AGV小車的車身一般采用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件制成，且車身重量較大，以確保其系統(tǒng)運(yùn)行中具有足夠的抓地力和堅(jiān)固的車體支撐，小車車身的關(guān)鍵部件都需要采用橡膠隔墊進(jìn)行保護(hù)設(shè)置，以避免引起受損。AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)中的導(dǎo)航定位系統(tǒng)用于AGV系統(tǒng)運(yùn)行的定位支持，主要以電磁導(dǎo)航和激光導(dǎo)航為主，不同導(dǎo)航模式的特征優(yōu)勢也各不相同。而AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包含車輪、減速器與電機(jī)、調(diào)速器、伺服控制器等裝置設(shè)備，對AGV搬運(yùn)系統(tǒng)的前進(jìn)、后退以及原地轉(zhuǎn)向等進(jìn)行控制支持。AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)中還設(shè)置有相應(yīng)的防碰撞機(jī)構(gòu)，以對系統(tǒng)運(yùn)行的安全性進(jìn)行保障，一般情況下，其系統(tǒng)的防碰撞機(jī)構(gòu)多采用非接觸式紅外探測傳感技術(shù)或者是接觸式碰撞傳感技術(shù)在系統(tǒng)運(yùn)行遭遇障礙物過程中通過自動聲光報(bào)警來控制其停止運(yùn)動，以避免AGV自身與生產(chǎn)、人員安全等。最后，AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)的控制與通訊系統(tǒng)則以車載控制器和中央控制器兩個(gè)結(jié)構(gòu)部分為主，之間采用通訊系統(tǒng)進(jìn)行連接，以無線通信方式滿足其不同結(jié)構(gòu)的通訊需求，其中，中央控制器以任務(wù)調(diào)度為主，對AGV小車的運(yùn)行路徑與交通進(jìn)行規(guī)劃控制，而車載控制器則以AGV任務(wù)執(zhí)行控制為主，對AGV小車的運(yùn)行與導(dǎo)航、傳感器、安全等進(jìn)行控制，以確保整個(gè)系統(tǒng)的自動化可靠運(yùn)行。

2 汽車制造企業(yè)車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃研究

汽車制造企業(yè)所建立應(yīng)用AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)中，AGV小車主要用于原有的人工上線作業(yè)模式替代，以物料搬運(yùn)指令等候以及根據(jù)指令進(jìn)行物料裝載、由AGV小車拖運(yùn)物料至指定的生產(chǎn)工位處并進(jìn)行物料箱切換、返回物料運(yùn)輸?shù)群騾^(qū)等作業(yè)步驟為主，其中，AGV小車根據(jù)物料運(yùn)輸指令進(jìn)行裝載作業(yè)過程是由人工鏟車將滿箱物料鏟運(yùn)至小車牽引的臺車上，并由AGV小車自動與臺車進(jìn)行對接完成，然后再進(jìn)行物料的拖運(yùn)執(zhí)行。根據(jù)上述對AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)中小車進(jìn)行物料運(yùn)輸?shù)淖鳂I(yè)過程，對其負(fù)載狀態(tài)可以分為空車等待、空車行駛與滿箱負(fù)載行駛、空箱負(fù)載行駛等四種不同狀態(tài)，因此，在AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃中可以根據(jù)其作業(yè)負(fù)載情況建立靜態(tài)調(diào)度與動態(tài)調(diào)度兩種不同分析模型。其中，靜態(tài)調(diào)度模式下，AGV系統(tǒng)中生產(chǎn)工位與所對應(yīng)小車之間形成相對固定的客戶和服務(wù)組合模式，其行駛路徑也相對固定，這一模式下小車根據(jù)預(yù)先規(guī)劃路徑，按照生產(chǎn)工位產(chǎn)生物料的呼叫需求進(jìn)行物料搬運(yùn)需求響應(yīng)，其控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)置也相對簡單；而動態(tài)調(diào)度模式下需要通過由多臺小車組成的AGV系統(tǒng)上位機(jī)根據(jù)不同工位的物料呼叫系統(tǒng)通過調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的控制邏輯在工作區(qū)域路網(wǎng)中進(jìn)行任務(wù)分解與分配，然后由一臺或多臺小車組合進(jìn)行物料搬運(yùn)相應(yīng)，其控制系統(tǒng)的邏輯相對復(fù)雜，并且小車行駛的路徑為動態(tài)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)，由AGV系統(tǒng)的上位機(jī)或者是小車隨車控制系統(tǒng)對行駛路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)規(guī)劃選擇。如下圖2所示，即為不同調(diào)度模式下的AGV系統(tǒng)小車任務(wù)分配情況示意圖。

圖2 不同調(diào)度模式下的AGV系統(tǒng)小車任務(wù)分配情況示意圖

根據(jù)上圖所示的不同調(diào)度模式下AGV系統(tǒng)小車任務(wù)分配情況，以靜態(tài)調(diào)度模式為例，在設(shè)定其物料需求時(shí)間為T，AGV小車完成一次物料搬運(yùn)的總時(shí)間為T的情況下，就可以根據(jù)其作業(yè)流程，在定義AGV小車的通行效率系數(shù)為，充電修正系數(shù)為時(shí)，對其小車數(shù)量配置規(guī)劃計(jì)算可通過如下（1）公式進(jìn)行計(jì)算分析。

此外，對動態(tài)調(diào)度模式下AGV系統(tǒng)中小車數(shù)量的配置規(guī)劃，根據(jù)上述對應(yīng)調(diào)度模式下的小車任務(wù)分配情況，可以通過數(shù)學(xué)模型對AGV系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及其系統(tǒng)所含AGV數(shù)量關(guān)系進(jìn)行分析，并將小車數(shù)量配置看作AGV最佳系統(tǒng)性能的求解問題進(jìn)行分析，對AGV最佳性能下隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)數(shù)量進(jìn)行求解計(jì)算。如下（2）所示，即為以1為小車單位使用成本、W為系統(tǒng)平均等待時(shí)間、為總物料的需求數(shù)、2為單位時(shí)間損失的成本、為等待導(dǎo)致的產(chǎn)量損失率所建立的AGV系統(tǒng)最佳性能下的服務(wù)數(shù)量計(jì)算數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)上述所建立的計(jì)算分析模型通過簡化分析可得如下（3）所示公式，該公式中，由于1、2和、是和AGV小車數(shù)量無關(guān)的變量，因此，即可在設(shè)定小車數(shù)量為1、2、3……情況下，對其值與相鄰值的差值進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行AGV系統(tǒng)對應(yīng)區(qū)間的小車數(shù)量確定，從而獲取相應(yīng)的小車數(shù)量最優(yōu)配置規(guī)劃結(jié)果。

根據(jù)上述AGV小車數(shù)量配置規(guī)劃分析模型，經(jīng)代入實(shí)例驗(yàn)證分析后顯示具有一定可靠性，能夠在實(shí)踐中應(yīng)用。

3 結(jié)束語

總之，對車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)小車數(shù)量配置規(guī)劃進(jìn)行研究，有利于確保汽車制造企業(yè)車身車間AGV物料搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立AGV小車數(shù)量配置規(guī)劃合理性，進(jìn)而促進(jìn)汽車制造物流技術(shù)水平提升，具有十分積極的作用和意義。

[1] 張幫榮,衛(wèi)津民,李嬌等.自動搬運(yùn)車系統(tǒng)在玻纖行業(yè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].物流技術(shù)與應(yīng)用,2017,22(11):110-112.

[2] 李文.基于自動控制系統(tǒng)的機(jī)械手與AGV的設(shè)計(jì)探討[J].機(jī)械與電子,2017,35(10):76-80.

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Research on the Number Configuration Planning of AGV Material Handling System in Body Workshop

Zhu Ruidan, Wei Huanan

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Liuzhou Vocational and Technical College, Guangxi Liuzhou 545006 )

AGV material handling system has good applicability in practical application, high flexibility, remarkable reliability, can realize integrated and automatic production and handling, etc. It is widely used in flexible manufacturing system, and is very popular. Based on the analysis of the characteristics and structure of AGV material handling system, this paper takes the AGV material handling system of automobile body workshop as an example to study the allocation planning of the number of cars in order to provide reference for relevant practice and research.

AGV material handling system; trolley quantity; allocation planning; research

B

1671-7988(2018)22-203-03

U467

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1671-7988(2018)22-203-03

U467

朱瑞丹（1982-），男，廣西柳州人，講師，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)備管理。韋華南（1972-），男，廣西羅城人，工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造、機(jī)電設(shè)備維修與管理。

2015廣西教育廳高?？蒲许?xiàng)目“適應(yīng)準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)的自動導(dǎo)引運(yùn)輸車設(shè)計(jì)”，（KY2015LX655）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.072