高志成　文晨銳　楊歆豪　倪俊芳　周東風(fēng)　楊波

摘 要：傳統(tǒng)空調(diào)外機(jī)的生產(chǎn)需經(jīng)多部分組裝，生產(chǎn)效率不高?？紤]到提高生產(chǎn)效率，提出了基于多智能體的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，配合物流小車RGV的輸送功能，提高了各工位對不同型號大小的元器件的適應(yīng)性。經(jīng)現(xiàn)場測試驗證，生產(chǎn)良品率可提高60%，精度達(dá)到±0.02mm一下，并且能實現(xiàn)不同機(jī)型的生產(chǎn)操作。

關(guān)鍵詞：多智能體；柔性；生產(chǎn)系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.001

0 引言

現(xiàn)如今，空調(diào)已成為生活中不可或缺的電器。一方面，需求的增加導(dǎo)致空調(diào)的生產(chǎn)要求越來越高。另一方面，空調(diào)制造工序復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、人力成本高和生產(chǎn)不良率高。這兩方面的問題都需要得到迫切解決。

柔性生產(chǎn)系統(tǒng)能夠適應(yīng)加工對象變換以及滿足對產(chǎn)品多品種、小批量的加工要求[1]。目前國內(nèi)空調(diào)生產(chǎn)線大多針對單一機(jī)型進(jìn)行生產(chǎn)，且自動化程度一般。本文提出的基于多智能體的空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，具有較高自動化程度的空調(diào)精密組裝和性能檢作業(yè)。劉文浩、包亞萍等人設(shè)計了一套空調(diào)生產(chǎn)信息系統(tǒng)，但自動化程度并沒有明顯提高[2]。應(yīng)小昆、李濟(jì)龍等人設(shè)計了一條柔性生產(chǎn)線，并協(xié)同AGV動作[3]。這種設(shè)計只適合小批量以及小型加工對象的裝配生產(chǎn)。針對壓縮機(jī)，張洋洋設(shè)計了基于多智能體的診斷系統(tǒng)，這套系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，現(xiàn)場運(yùn)行結(jié)果較好[4]。因此，將多智能體運(yùn)用到大型生產(chǎn)中，必能提高生產(chǎn)效率。

目前市場上的空調(diào)產(chǎn)品種類繁多，但結(jié)構(gòu)近似，尤其從裝配工藝上看存在大量的重復(fù)性，其在結(jié)構(gòu)、尺寸上變化對產(chǎn)品族裝配工藝規(guī)劃影響很小，這些特點為柔性生產(chǎn)線的設(shè)計提供了前提條件，再者，早期的空調(diào)生產(chǎn)線自動化程度不高。本文提出將柔性生產(chǎn)以及多智能體運(yùn)用到大型空調(diào)外機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中，配合RGV小車的輸送能力，提高生產(chǎn)自動化程度，提高效率。

1 多智能體空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的工藝流程

該空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合智能化物流小車RGV和工業(yè)機(jī)器人[5]，提高了空調(diào)制造產(chǎn)線的自適應(yīng)性，大幅度提高工序間的效率。其生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。該生產(chǎn)系統(tǒng)分為兩部分：冷凝器部裝生產(chǎn)線和總裝生產(chǎn)線。冷凝器部裝生產(chǎn)線由自動折彎機(jī)、冷凝器自動上下料裝置、冷凝器上線工裝板升降臺，部裝焊接輸送線體、工裝板回板升降機(jī)、工裝板返板自動90度旋轉(zhuǎn)臺，冷凝器AGV輸送車，冷凝器旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)臺、工裝板、真空箱系統(tǒng)、返修進(jìn)出口（無動力）和返修小車等組成?？傃b生產(chǎn)線由輸送自動RGV電氣小車、環(huán)形導(dǎo)向軌道及地下滑觸線、玻璃圍房（性能檢測房、檢漏房、繞膜打包暫存區(qū)線體）、自動化半自動化非標(biāo)設(shè)備（含輔助工作站臺、頂升平移機(jī)構(gòu)、液壓升降臺）等組成。

利用RGV有軌電氣小車承載產(chǎn)品實現(xiàn)環(huán)形流轉(zhuǎn)，各自動化設(shè)備和操作站點設(shè)立停車裝置實現(xiàn)小車停留，小車具備升降功能，便于操作高度調(diào)節(jié)舒適性。裝配、抽空、繞膜、打包等所有工序均在 RGV 車上完成，檢測和返修采用進(jìn)出站作業(yè)。生產(chǎn)小機(jī)型可將產(chǎn)品物料車掛靠RGV小車隨動裝配。

2 多智能體空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計框架

引入多Agent技術(shù)[6]的空調(diào)外機(jī)生產(chǎn)制造系統(tǒng)，其設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個系統(tǒng)包括四個主要的Agent，分別是主線Agent、分裝線Agent、監(jiān)控Agent以及生產(chǎn)任務(wù)Agent。使得系統(tǒng)的兼容性大幅提升，可同時適應(yīng)多種型號的空調(diào)外機(jī)頻繁切換生產(chǎn)，在提高企業(yè)生產(chǎn)效率的同時，大幅節(jié)約不同型號切換帶來的不便捷，省時省力。

主線Agent采用集中控制方式，遵循預(yù)先設(shè)計的方案。主線Agent主要包括底盤上線Agent、壓縮機(jī)裝配Agent和冷凝器裝配Agent。該單元根據(jù)具體的產(chǎn)品型號明確工藝流程、生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)量要求，從而確定下轄裝配工作單元Agent是否啟用，啟用數(shù)量以及啟動的先后次序。整個生產(chǎn)流程中，主線Agent不參與對分裝線Agent決策，只收集分裝線Agent的任務(wù)完成度情報并加以整合，提供給中央控制室進(jìn)行實時監(jiān)控與決策[7]。

分裝線Agent需要滿足主線工位對裝配任務(wù)的到達(dá)時間和到達(dá)地點的具體要求，而對于分裝線Agent內(nèi)部的任務(wù)分配、調(diào)度方式完全由分裝線Agent自主決策完成。以整個任務(wù)批量為單位，輔以一定的調(diào)度優(yōu)化算法并且合理安排生產(chǎn)任務(wù)，可以提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。分裝線Agent主要包括：冷凝器裝配Agent，檢測Agent（漏檢、氦檢、性能檢、鹵檢）、配件Agent（裝側(cè)板、葉輪、電機(jī)、抽真空、裝電控）、包裝Agent以及下線Agent。

監(jiān)控Agent主要負(fù)責(zé)采集各工位關(guān)鍵部件處的狀態(tài)信號，并對信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，監(jiān)測采集到的信號是否發(fā)生異常，若監(jiān)測Agent監(jiān)測到某一信號異常，則會發(fā)送一個異常信息報告，以便信號的后續(xù)處理。同時還要將實時信號存入數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)表中，以提供給其它Agent。

由于不同型號的空調(diào)外機(jī)在外形尺寸、部件個數(shù)及截面形狀、重量等方面各有不同，所以在主線Agent、分裝線Agent和監(jiān)控Agent的工作過程中需要針對不同型號進(jìn)行調(diào)整。生產(chǎn)任務(wù)Agent基于機(jī)器視覺掃碼技術(shù)，在生產(chǎn)任務(wù)開始階段及時將相關(guān)型號信息發(fā)送給各Agent，各Agent通過搜索相關(guān)數(shù)據(jù)庫明確其在整個生產(chǎn)任務(wù)中的需要達(dá)成功能和扮演的角色。

3 多智能體空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)通信設(shè)置

整條線配置 1 臺總服務(wù)器，19 臺工位數(shù)據(jù)錄入查詢計算機(jī)（線體配置 11 臺、氦檢、加油專機(jī)設(shè)備配置8臺）。實現(xiàn)所有產(chǎn)品在線狀況，各產(chǎn)品在各工序參數(shù)、設(shè)備狀況、員工操作許可、開班時間、效率統(tǒng)計等記錄和計算，物料配套及時配送系統(tǒng)與 RGV 系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，所有信息可在大屏幕上顯示和公布（配3臺55寸顯示屏），異常報警發(fā)送至公司管理網(wǎng)絡(luò)。其中1臺大屏幕顯示線體動態(tài)圖，另外2臺顯示生產(chǎn)看板數(shù)據(jù)。生產(chǎn)線信息化系統(tǒng)如圖3所示，以壓縮機(jī)上線裝配為例，具體可分為初始化、上料、影像定位、拾取、二次定位這五部分。

（1）初始化—上位機(jī)、下位機(jī)信息流及監(jiān)視數(shù)據(jù)如各工站運(yùn)行狀況，工藝制程完成情況等初始化，具體有機(jī)器人程序的復(fù)位、RGV小車直線伺服電機(jī)原點的回歸、無線通訊存活信號的測試、通訊模塊的聯(lián)機(jī)準(zhǔn)備、真空及壓縮空氣等氣缸的復(fù)位以及影像坐標(biāo)原點的校正。通過CCD拍攝工作臺面，采用Vision Pro圖像軟件和VB.net數(shù)據(jù)軟件開發(fā)，進(jìn)行初始位置對準(zhǔn)。

（2）上料——壓縮機(jī)散置于工作區(qū)域，均勻分布且不重疊，無位置要求。

（3）影像定位——CCD拍攝固定區(qū)域壓縮機(jī)圖像，經(jīng)CCD系統(tǒng)處理器處理圖像，采用Vision Pro圖像軟件和VB.net數(shù)據(jù)軟件的算法研究，獲取壓機(jī)中心點坐標(biāo)值與其輪廓角度位置。

（4）拾取——PLC 獲得具體圖像數(shù)據(jù)（坐標(biāo)值），通過以太網(wǎng)通訊將數(shù)據(jù)傳送給機(jī)器人固定接收端，機(jī)器人通過判斷確認(rèn)數(shù)據(jù)是否丟失或錯誤，在正確的情況下，結(jié)合當(dāng)前位置，進(jìn)行坐標(biāo)偏移。PLC自動或手動采集的關(guān)鍵裝配物料信息、品質(zhì)信息、設(shè)備狀態(tài)傳送到MES實現(xiàn)追溯。通過擴(kuò)展RF120C模塊，PLC S7-1200 通過集成射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification），采集空調(diào)的條碼信息傳送給MES實現(xiàn)追蹤。

（5）二次定位——由于抓取作業(yè)時，氣缸收縮導(dǎo)致夾爪與壓機(jī)間產(chǎn)生微小坐標(biāo)值與角度的偏移，所以在放料移動過程中，機(jī)器人先將壓縮機(jī)放置在掃碼平臺，在進(jìn)行信息錄入的同時，利用氣缸進(jìn)行二次定位，滿足后續(xù)精確放置的需要。

線體各自動化設(shè)備預(yù)留以太網(wǎng)口，開放修改方法，便于修改參數(shù)和條碼系統(tǒng)對接。每臺 RGV 小車均安裝一臺 RFID 電子標(biāo)簽卡，相應(yīng)工位安裝識別儀器可自動讀出小車編號和承載產(chǎn)品信息，并發(fā)送給總控便于整條線自動信息采集。其中1臺大屏幕顯示線體動態(tài)圖，另外2臺顯示生產(chǎn)看板數(shù)據(jù)填盤——經(jīng)二次定位后，機(jī)器人定點抓取壓機(jī)，移動至壓機(jī)與底盤結(jié)合部，利用CCD進(jìn)行視覺定位，完成整個作業(yè)。

基于MES的智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)[8]，解決了數(shù)據(jù)格式兼容性、通信協(xié)議統(tǒng)一化等難題，具有生產(chǎn)計劃安排、信息分析統(tǒng)計、設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測等功能，全面記錄操作、配件更換、維修等信息，實現(xiàn)整個車間的統(tǒng)一管理和數(shù)字化生產(chǎn)。

4 系統(tǒng)測試運(yùn)行

冷凝器部裝線上，性能良好的冷凝器經(jīng)AGV輸送進(jìn)入翻轉(zhuǎn)工位，并實時定位，手動觸發(fā)控制，由機(jī)器人自動抓取送至總裝輸送線小車上，見圖4。

總裝線上，操作人員利用助力機(jī)械手將底盤取上線，如圖5所示，隨后人工固定底盤螺釘，貼條碼確定產(chǎn)品型號。

整個空調(diào)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)利用RGV有軌電氣小車承載產(chǎn)品實現(xiàn)環(huán)形流轉(zhuǎn)，RGV小車沿軌跡行進(jìn)或停止，定位誤差<20mm，小車線速 5-20m/min 可調(diào)。軌道及滑觸線采用埋入式潛伏于地面以下，保證供電安全、滑觸可靠，滑觸線采用多級刷式膠條半密封。小車車體可升降，小車設(shè)計高度 350mm-700mm 可調(diào)，車輛上平面設(shè)置平移鏈保證產(chǎn)品移出移入，車架及車輪可承重 700KG，運(yùn)行平穩(wěn)無噪音[9]。每臺車架設(shè)計可安裝加長支架，制作大機(jī)型時可快速插入，隨之相關(guān)防保護(hù)等移位安裝，見圖6所示。

5 總結(jié)

本文運(yùn)用多智能體技術(shù)提高空調(diào)外機(jī)柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，通過對智能體模型的建立、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊的設(shè)計，使柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的重構(gòu)性與魯棒性得以提高。經(jīng)測試，單壓機(jī)產(chǎn)能可達(dá)120 臺/10h（節(jié)拍 270 秒/臺），雙壓機(jī)產(chǎn)能50 臺/10h（節(jié)拍 600 秒/臺），精度達(dá)到±0.02mm以下，生產(chǎn)的良品率提高60%。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛捷.柔性自動化生產(chǎn)線中的輪轂型號自動識別系統(tǒng)的開發(fā)[D].西華大學(xué)，2013.

[2]劉文浩，包亞萍，童國道.空調(diào)生產(chǎn)線信息化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2016（09）：78-81.

[3]應(yīng)小昆，李濟(jì)龍，曲強(qiáng)，鄢泳，苗洋，劉美娟.基于AGV動態(tài)調(diào)度的柔性生產(chǎn)線的協(xié)同生產(chǎn)[J].新技術(shù)新工藝，2019（01）：21-24.

[4]張洋洋.基于多Agent技術(shù)的往復(fù)式壓縮機(jī)在線智能診斷系統(tǒng)研究[D].大連理工大學(xué)，2012.

[5]朱玉坤.PLC技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（05）：174.

[6]張宇.基于多Agent的石膏砌塊粉料調(diào)度系統(tǒng)研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[7]朱福喜，杜友福，夏定純.人工智能引論[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2006.

[8] 王偉達(dá).動態(tài)的車間環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)度器及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

[9]朱濤，劉輝，李嚴(yán)，閔廣東.有軌制導(dǎo)車輛（RGV小車）的設(shè)計[J].衡器，2018，47（10）：36-37+40.

作者簡介：高志成（1998-），男，江蘇鹽城人，本科在讀，研究方向：工業(yè)自動化。