張孝剛，孫洪江

（云南煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，云南 昆明 650031）

0 引言

在復(fù)烤企業(yè)，煙葉的打葉-復(fù)烤生產(chǎn)雖然已完全采用了流水線生產(chǎn)，但與生產(chǎn)線首尾相接的物料輸入與輸出作業(yè)，仍然是以人工或半機(jī)械化方式，在這種前提情況下，我們選取打葉復(fù)烤生產(chǎn)線成品下線-運(yùn)輸-入庫-堆碼這一生產(chǎn)流程，采用無人搬運(yùn)車（以下簡(jiǎn)稱AGV）與信息自動(dòng)采集技術(shù)進(jìn)行流程重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)煙箱運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)調(diào)度入庫，生產(chǎn)線與成品倉庫的緊密銜接[1]。

1 復(fù)烤企業(yè)生產(chǎn)概況

1.1 煙葉加工流程

復(fù)烤企業(yè)作為連接煙草商業(yè)與卷煙工業(yè)的橋梁與紐帶，承擔(dān)著初烤煙葉收儲(chǔ)、煙葉分選、分選后暫存、打葉-復(fù)烤加工、成品儲(chǔ)存和發(fā)運(yùn)等作業(yè)。打葉復(fù)烤企業(yè)屬于勞動(dòng)密集型生產(chǎn)作業(yè)，其生產(chǎn)工藝控制的核心為以自動(dòng)化流水線生產(chǎn)方式的6000kg/h或12000kg/h打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，完成煙葉的生產(chǎn)加工和質(zhì)量控制[2]。在煙葉收儲(chǔ)、分選、暫存及成品出入庫環(huán)節(jié)，主要依托人工完成生產(chǎn)物料的分類。

1.2 復(fù)烤加工主要的物流狀況

煙葉復(fù)烤加工屬于勞動(dòng)密集性產(chǎn)業(yè)，目前除復(fù)烤加工環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制以外，在煙葉收儲(chǔ)、分選、暫存及成品出入庫環(huán)節(jié)，主要還是依托人工搬運(yùn)、人工操作叉抱車、人工挑選分級(jí)等作業(yè)方式，自動(dòng)化、智能化水平較低，在人口紅利逐漸消失的當(dāng)下，人工成本和管理成本是一筆較大的支出。

2 引入AGV前的成品下線入庫環(huán)節(jié)

2.1 引入AGV前的作業(yè)模式

以保山復(fù)烤廠為例，引入AGV產(chǎn)品解決方案前在成品下線入庫的工序中采用傳統(tǒng)的作業(yè)形式，即以人工操作搬運(yùn)設(shè)備（夾抱車、叉車等）的作業(yè)方式完成成品下線及入庫工作。該流程每個(gè)生產(chǎn)班由兩名操作人員配合完成，其中一名工人操作夾抱車完成4箱成品片煙組盤，然后再由另一名工人通過叉車叉取整托或以直接夾抱4箱片煙的方式運(yùn)輸至成品庫進(jìn)行堆碼。三班制生產(chǎn)該環(huán)節(jié)需配置六名操作工、兩臺(tái)叉抱車[3]。

2.2 引入AGV前的作業(yè)效率

以48箱/小時(shí)的成品下線速度計(jì)，平均每5分鐘完成一托盤成品煙箱入庫作業(yè)。

3 自動(dòng)化需求及提出的可行性方案

3.1 對(duì)自動(dòng)化搬運(yùn)解決方案的需求

為提升復(fù)烤加工環(huán)節(jié)物流的自動(dòng)化、智能化水平，首先選取在成品下線入庫環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人，提升完善已加工裝盤的成品搬運(yùn)流程，希望通過引入自動(dòng)化、智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)效率的提升和成本的管控，從而更好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的長期可持續(xù)快速發(fā)展。

3.2 解決方案的可行性論證

保山復(fù)烤廠曾經(jīng)考慮過地鏈輸送和高空吊掛輸送兩種方案。但考慮到安裝地鏈需要截?cái)嘬囬g與成品庫之間的通道，影響廠內(nèi)交通；吊掛輸送需要安裝舉升設(shè)備，且存在著一定的安全隱患。最終通過反復(fù)調(diào)研論證，選取了AGV產(chǎn)品解決方案。經(jīng)技術(shù)論證和方案比較，AGV設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性及避障能力較高，不會(huì)對(duì)場(chǎng)內(nèi)人員的正常活動(dòng)造成影響。因此，在方案中采購了四臺(tái)AGV設(shè)備及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，用于成品的下線及在7000平方米的成品庫內(nèi)入庫堆碼。

4 系統(tǒng)工作原理

4.1 AGV作業(yè)流程設(shè)計(jì)

流程設(shè)計(jì)目標(biāo)：以成品下線點(diǎn)為AGV作業(yè)流程輸入點(diǎn)，結(jié)合成品庫布局和距離，設(shè)定AGV小車的搬運(yùn)路徑，使其實(shí)現(xiàn)由A點(diǎn)搬運(yùn)至B+n點(diǎn)的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的搬運(yùn)及煙箱四層堆碼的作業(yè)流程。

成品托盤在聯(lián)合工房預(yù)壓打包段下線組盤，一托盤組疊2個(gè)高4件成品煙箱，下線成品采用堆垛式叉車AGV實(shí)現(xiàn)成品托盤搬運(yùn)至成品庫一樓擺放，或通過聯(lián)合工房與成品庫間的空中連廊輸送至成品庫二樓，再由堆垛式叉車AGV實(shí)現(xiàn)成品托盤搬運(yùn)至成品庫二樓擺放。成品庫管理人員可選擇倉庫存放的區(qū)域，整個(gè)庫房由倉庫管理系統(tǒng)管理。AGV調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度AGV叉取成品托盤搬運(yùn)至倉庫指令位置，搬運(yùn)完成后將信號(hào)傳遞給倉庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)更新存儲(chǔ)狀態(tài)信息[4]。

4.2 流程系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.2.1 總體要求

（1）AGV系統(tǒng)整體平面布局（成品庫一樓及二樓）科學(xué)合理，流程順暢高效，避免出現(xiàn)擁堵及死鎖現(xiàn)象；

（2）AGV系統(tǒng)調(diào)度管理須滿足聯(lián)合工房與成品庫之間的物料轉(zhuǎn)運(yùn)，預(yù)留搬運(yùn)完成后向上級(jí)物流信息管理系統(tǒng)報(bào)告的相關(guān)接口；

（3）全線控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、先進(jìn)，具有完善的手動(dòng)/在線全自動(dòng)控制模式、工藝參數(shù)可調(diào)、人機(jī)界面操作簡(jiǎn)便，易于操作維護(hù)等；

（4）AGV具備完善的安全防護(hù)系統(tǒng)：一級(jí)非接觸障礙物探測(cè)及軟件自診斷的軟急停，二級(jí)防護(hù)擋板（保險(xiǎn)杠觸發(fā)急停）及安裝于AGV車體上的急停按鈕，AGV系統(tǒng)具有完善的多級(jí)安全報(bào)警機(jī)制，可以在各種情況下保證AGV系統(tǒng)和AGV周邊操作人員、設(shè)備的安全。

4.2.2 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

（1）AGV上位系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件包括計(jì)算機(jī)、軟件等。根據(jù)調(diào)度計(jì)算機(jī)下達(dá)的命令產(chǎn)生 AGV 裝卸貨任務(wù)，并通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的命令管理、交通管理、小車管理、輸入輸出管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？筛鶕?jù)生產(chǎn)實(shí)際需要設(shè)置多種管理模式。不同的模式具有不同的 AGV待命點(diǎn)。

（2）AGV地面控制系統(tǒng)。任務(wù)管理: 對(duì)任務(wù)管理計(jì)算機(jī)下達(dá)的任務(wù)根據(jù)時(shí)間先后和任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。

車輛管理: 根據(jù)當(dāng)時(shí) AGV 的位置和狀態(tài)，分派 AGV執(zhí)行任務(wù)。

交通管理：交通管理系統(tǒng)管理、監(jiān)控和調(diào)度AGV執(zhí)行搬運(yùn)作業(yè)任務(wù)。一方面與上一級(jí)的信息管理系統(tǒng)（SAP/ERP/WMS/MES等）主機(jī)進(jìn)行通訊，產(chǎn)生、發(fā)送以及回饋搬運(yùn)作業(yè)任務(wù)，另一方面通過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與單臺(tái)或多臺(tái)AGV進(jìn)行通訊，按照一定規(guī)則發(fā)送物料的搬運(yùn)任務(wù)，進(jìn)行智能化交通管理、自動(dòng)調(diào)度AGV完成搬運(yùn)物料任務(wù)，同時(shí)接受AGV反饋的狀態(tài)信息，監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行情況，并向上一級(jí)信息管理系統(tǒng)報(bào)告任務(wù)的執(zhí)行情況。

AGV與管理系統(tǒng)通訊：在同一局域網(wǎng)內(nèi)，通過TCP/IP進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

AGV調(diào)度策略：任務(wù)分配之后，選擇最優(yōu)路徑，并分配給空閑車輛，有效利用資源。

AGV多車調(diào)度：可同時(shí)調(diào)度多臺(tái)車輛，遇到多車交匯的情況，遵循先到先得原則。

AGV地圖模型：路徑模型可視化，在運(yùn)行時(shí)顯示車輛行駛的動(dòng)畫，掌握車輛行駛的狀況。接口：有開放性接口，可與WMS、ERP、MES等軟件對(duì)接，接收運(yùn)輸訂單，完成相應(yīng)任務(wù)。

4.3 圖形監(jiān)控設(shè)計(jì)

AGV圖形監(jiān)控系統(tǒng)（AGV系統(tǒng)人機(jī)接口），提供圖形化的操作界面，利用直觀、形象的圖形、動(dòng)畫和聲音等多媒體方式，實(shí)時(shí)采集AGV的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)AGV系統(tǒng)的監(jiān)控，有效地維護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。支持中文顯示。

圖形監(jiān)控系統(tǒng)具備以下功能：

圖形監(jiān)控：以平面圖形的方式顯示系統(tǒng)范圍內(nèi)每輛AGV 的位置和狀態(tài)（包括正常狀態(tài)、手動(dòng)狀態(tài)、急停狀態(tài)、路徑阻塞、車輛丟失、車輛停止等）。不同的狀態(tài)使用不同的顏色和圖形表示，能夠顯示 AGV 的載貨信息、各作業(yè)點(diǎn)、充電點(diǎn)的占用信息等。提供對(duì)主監(jiān)控視圖的放大和縮小功能，方便查看監(jiān)控視圖。

任務(wù)管理：可查看系統(tǒng)中正在運(yùn)行的任務(wù)情況，可查看任務(wù)的詳細(xì)信息[5]。

車輛管理：可查看系統(tǒng)中 AGV 的列表，并可查看相應(yīng)車輛的詳細(xì)信息，如位置、PLC 狀態(tài)位等。IO 模塊管理：查看和設(shè)置輸入和輸出的狀態(tài)。

通信管理：可查看 AGV 地面控制系統(tǒng)所使用的通信連接，以及各個(gè)通信連接的連接情況。

5 移動(dòng)機(jī)器人與工業(yè)車輛自動(dòng)化集成設(shè)計(jì)

（1）倉庫平面布局設(shè)計(jì)：根據(jù)成品庫平面布置，結(jié)合成品儲(chǔ)存需要，擬定分區(qū)儲(chǔ)存方案。

（2）根據(jù)貨物規(guī)格，倉庫碼垛思路確定車型：移動(dòng)機(jī)器人電動(dòng)堆高車SPE160，額定載荷1600kg。車輛采用自動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種控制模式。

（3）自動(dòng)化組件：自動(dòng)化組件應(yīng)用于SPE系列車型，全系通用易于維護(hù)，主要由以下元件組成。

（4）安全組件：人員保護(hù)的安全激光掃描儀，車體側(cè)面保護(hù)的激光掃描儀，急停按鈕和開關(guān)，警示燈及聲音警示器，警示標(biāo)志，裸露的傳動(dòng)件有防護(hù)罩。

（5）AGV控制系統(tǒng)：軟件算法及交通管理系統(tǒng)作為AGV核心控制技術(shù)，利用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的控制設(shè)計(jì)方式，對(duì)AGV系統(tǒng)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)車輛的命令發(fā)放、驅(qū)動(dòng)控制、軌跡導(dǎo)航、電池管理、安全連鎖、數(shù)據(jù)通訊、故障報(bào)警和接口聯(lián)動(dòng)功能。

6 相關(guān)參數(shù)與計(jì)算

從（1）工況數(shù)據(jù)；（2）載具；（3）站點(diǎn)；（4）運(yùn)輸序列與系統(tǒng)控制方面：當(dāng)取貨位有貨物時(shí)，組盤完成發(fā)出信號(hào)給移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，空載的移動(dòng)機(jī)器人將駛?cè)肴∝浳粚⒇浳锶∽卟⑺椭列敦浳?，任?wù)完成后，AGV至等候位等候任務(wù)。當(dāng)電量達(dá)到預(yù)警位置時(shí)，移動(dòng)機(jī)器人將完成最后一個(gè)任務(wù)，然后返回充電位自動(dòng)充電。（5）移動(dòng)機(jī)器人數(shù)量?；诰€路的節(jié)拍計(jì)算簡(jiǎn)單說明：理論上最遠(yuǎn)距離一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間為8.1分鐘，最近距離一個(gè)循環(huán)所需時(shí)間為12.3分鐘，基于充電系數(shù)1.2，交通管理系數(shù)1.1，故遠(yuǎn)距離一個(gè)循環(huán)理論所需時(shí)間為15.28分鐘，3.92托盤/小時(shí)/臺(tái)，最近距離一個(gè)循環(huán)理論所需時(shí)間為2.78分鐘，21托盤/小時(shí)/臺(tái)（實(shí)際以現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況為準(zhǔn)）。

實(shí)際需求達(dá)成：平均是：7.8托盤/小時(shí);高峰期：14托盤/小時(shí)。

7 AGV系統(tǒng)應(yīng)用帶來的提升

AGV系統(tǒng)的應(yīng)減少了成品搬運(yùn)環(huán)節(jié)6名操作人員，節(jié)約了人力成本。由于無人工的參與和干預(yù)，成品紙箱在運(yùn)輸和堆碼過程中不易損傷，成品入庫效率得到提高。系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)烤季的運(yùn)行，使用情況良好，一般近距離的成品入庫輸送兩臺(tái)AGV小車即能滿足。AGV的使用也可進(jìn)一步解決傳統(tǒng)復(fù)烤成品倉庫管理環(huán)節(jié)存在的數(shù)據(jù)滯后問題，使整個(gè)倉庫的管理更加一目了然。為適應(yīng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需要，跳出傳統(tǒng)倉庫管理流程框架做貢獻(xiàn)。

8 結(jié)語

本文介紹了一種基于移動(dòng)機(jī)器人智能交通管理軟件系統(tǒng)在打葉復(fù)烤加工成品下線環(huán)節(jié)物流系統(tǒng)中的應(yīng)用，AGV技術(shù)非常適用于煙葉復(fù)烤生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提升安全性和穩(wěn)定性，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中發(fā)揮更大作用。