高凈凈

（長沙長泰智能裝備有限公司，長沙 410010）

0 引言

當今，由于人工成本和原材料成本的不斷上漲，企業(yè)面臨著越來越大的經(jīng)營壓力。如何進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，科學引導減少浪費，是需要迫切解決的現(xiàn)實問題。物流車間的配送方式主要是通過人工報備產(chǎn)線缺料信息，由叉車或牛奶輸送車進行運送。如何解決人工溝通誤差以及補料的實時性，自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）的出現(xiàn)，對企業(yè)層面關于解決安全、質(zhì)量和成本之間的平衡關系等問題具有重要意義。

在當今生產(chǎn)面臨巨大的人力成本當中，物流系統(tǒng)顯得格外重要，智能數(shù)字化物流系統(tǒng)發(fā)揮的作用日益增大，車間內(nèi)各種自動生產(chǎn)線上的原材料配送通過智能自動化裝備，代替人完成繁重的作業(yè)任務，對多樣的原材料型號、數(shù)量和類型進行精確管理。在技術的角度來看，該過程的智能生產(chǎn)透明化程度取決于各環(huán)節(jié)的自組織水平，也就是說，原材料配送與產(chǎn)線的工作效率取決于整個工廠各環(huán)節(jié)高度的系統(tǒng)集成整合能力[1]。

本文在原料產(chǎn)品的儲運環(huán)節(jié)進行基于制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System，MES）與AGV互聯(lián)的智能倉儲設計，提高該環(huán)節(jié)的自動化以及數(shù)字化程度，向智能工廠更進一步。

1 企業(yè)MES系統(tǒng)和AGV

AGV 無人搬運車，一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，具有很強的自調(diào)整性，且自動化程度高、準確便捷，能有效避免人為錯誤且節(jié)省人力資源。在自動化物流系統(tǒng)中，以可充電的蓄電池為其動力來源，可實現(xiàn)其柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化工作以及管理。

MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)是一套面向車間的生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)，從工廠的數(shù)據(jù)流來看，一般處于中間層級，主要將工廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、存儲和分析。要實現(xiàn)個性化的柔性生產(chǎn)，MES 在未來的智能化工有著舉足輕重的作用，從目前來看，可以提供的主要功能包括計劃排程、生產(chǎn)管理調(diào)度、數(shù)據(jù)追溯、工具管理、質(zhì)量控制、設備/任務中心管理、過程控制、安燈看板、報表分析、上層系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成等。從企業(yè)運營方面來看，業(yè)務升級不僅僅是產(chǎn)業(yè)鏈的不斷擴充，更可以進一步實現(xiàn)個性化與定制化的自主追求[2]；從行業(yè)上來看，還可以按照不同的需求，為企業(yè)設計一個高效、全面并且可靠的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，以滿足未來智能化的需求。目前，MES 系統(tǒng)已經(jīng)快速應用到大部分制造企業(yè)，幫助工廠進行高效和快速的信息化管理[3]。

在當前大部分的生產(chǎn)企業(yè)里，車間的計劃和生產(chǎn)都配有企業(yè)級MES，利用MES 的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來解決物流系統(tǒng)價值流角度的痛點，比如多系統(tǒng)差異造成額外的確認工作，操作流程只基于員工的經(jīng)驗等等。充分利用MES 與AGV 調(diào)度數(shù)據(jù)互聯(lián)，整合部署在不同服務器的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，這樣不僅降低了企業(yè)的運維成本，也給現(xiàn)場的操作人員帶來了極大的便利，所以在MES系統(tǒng)下進行AGV系統(tǒng)的研究有很強的現(xiàn)實意義[4－5]。

2 硬件系統(tǒng)

2.1 工業(yè)服務器與AGV

服務器端采用了惠普DL388G9，CPU2.1G 至 強E5－2620v4/8 核，內(nèi)存512GB，硬盤HP 146 GB 10K SAS 2.5，OS 操作系統(tǒng)為Window Server2012，數(shù)據(jù)庫選擇Oracle 2012企業(yè)版關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可移植性好、可靠性高、穩(wěn)定性強、具備處理海量數(shù)據(jù)能力，結(jié)合NET 平臺使用具有很大的便利性[3]。

AGV 采用?？低昅R－Q3－600－C 型，最大舉升高度為60 mm，額定負載能力為600 kg，停止位置精度為±10 mm，額定工作時間為8 h，在電量低于設定值且無工作任務時自動前往充電樁進行充電，這些特性能夠滿足大部分工廠通用的一日三班的工作要求。從成本優(yōu)化和項目適用性角度，系統(tǒng)采用了磁條導航的方式。

2.2 智能倉庫工作站

智能倉庫設備方案如圖1 所示，該設備為AGV 應用展示設備。通過MES 將庫房端與物料需求端連接起來，實現(xiàn)庫房與物料需求端物料輸送的自動對接。

圖1 智能倉庫設備方案

設備控制系統(tǒng)由AGV料車、待料架、物料架、卸料架和MES 組成。設備控制采用西門子1500 系列全自動集成控制，相比于S7－300/400，西門子1500 處理速度更快，聯(lián)網(wǎng)能力更強，診斷能力和安全性更高，不僅可節(jié)省成本，提高生產(chǎn)效率，而且安全可靠，支持的數(shù)據(jù)類型更為廣泛。智能倉庫設備由本地局域網(wǎng)連接，設備具有更強的聯(lián)網(wǎng)能力，有利于提高該設計整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3 軟件系統(tǒng)

3.1 MES和倉儲工作站的數(shù)據(jù)互聯(lián)

當貨架缺料時，貨架設備向MES 系統(tǒng)發(fā)出缺料請求信息，報文中包括缺料的型號。MES 系統(tǒng)通過隊列將RCS 創(chuàng)建任務所需的信息傳遞給RCS系統(tǒng)。當RCS創(chuàng)建AGV小車任務成功，將命令下達給AGV小車，AGV根據(jù)規(guī)劃好的路徑向倉庫移動。到達指定地點后，AGV 通過透傳任務將信息傳達給倉庫PLC。倉庫工作站通過向MES 系統(tǒng)發(fā)送信息，確認送達的物料型號準確，并通過報文向MES 系統(tǒng)傳達任務已完成的信息。

在MES 系統(tǒng)的工作系統(tǒng)層面，當卸料架發(fā)出缺料信息后，將指令發(fā)給AGV管理系統(tǒng)RCS，主要內(nèi)容有目的地＋身份ID、物料類型、物料數(shù)量等；AGV管理系統(tǒng)接受好任務后將狀態(tài)反饋給MES，并駛向待料架PLC1；AGV 到達待料架PLC1，AGV將到位和準備信號告知待料架PLC1，同時將身份ID＋物料類型、物料數(shù)量傳至待料架PLC1。

AGV收到待料架PLC1反饋的準備信號之后開始接收物料架，待判斷接收好物料框并同時收到待料架PLC1的完成信號后，載著物料框開始駛向卸料架PLC2；AGV 到達卸料架PLC2，將到位和準備信號告知卸料架PLC2，收到卸料架PLC2 反饋的準備信號之后開始輸送物料框，待收到卸料架PLC2收料的完成信號后，回到充電樁或進行下一個工作周期。

AGV 與線邊PLC1&2 的數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)通訊采用OPC 客戶端與服務端的方式，如圖2所示。

圖2 智能倉庫工作流程

3.2 MES和RCS通信

Web Service是一種基于Http和XML技術，并使用網(wǎng)絡服務描述語言描述和使用SOAP協(xié)議傳輸?shù)漠悩?gòu)系統(tǒng)解決方案。

AGV 任務生成的順序工作流如圖3 所示。MES 端將任務生成所需信息通過消息隊列發(fā)送給RCS 系統(tǒng)，RCS 系統(tǒng)生成對應的AGV任務。

圖3 順序工作流

AGV 系統(tǒng)主要由機器人控制系統(tǒng)（Robot con?trol system，RCS）、平臺系統(tǒng)和多臺AGV小車本體組成，上層RCS 平臺作為小車搬運系統(tǒng)的大腦，主要負責AGV小車的任務分配及調(diào)度，而AGV小車則作為任務的執(zhí)行者，直接和系統(tǒng)中的機臺對接，自動完成搬運任務。

當系統(tǒng)需要將機臺A 的貨物接送到機臺B 時，首先由MES 生成相應的任務發(fā)送至RCS，RCS 根據(jù)智能算法選取最近滿足需求的AGV，行進至機臺A，到位后，上層執(zhí)行機構(gòu)進行動作；執(zhí)行機構(gòu)完成動作后，AGV再進行移動至機臺B。

為了保證動作的可靠性及AGV整體的安全性，在AGV移動過程中，上層執(zhí)行機構(gòu)不進行動作。而當上層執(zhí)行機構(gòu)動作時，AGV 底盤保證自身位置固定，通知執(zhí)行機構(gòu)完成相應的任務，主要業(yè)務流程如圖4所示。

圖4 主要業(yè)務流程

3.3 AGV故障實時監(jiān)控

AGV 所在位置為充電樁位置，當電量低于設定值時，小車將自動前往充電樁。AGV 小車的電量顯示及故障報錯信息都會在界面顯示，便于工作人員排查，如圖5所示。

圖5 AGV故障實時監(jiān)控

3.4 過程行為追溯

唯一識別碼由物料型號、日期和計數(shù)器組成，方便識別。在取料完成后任務狀態(tài)變?yōu)镺K，如果任務沒有完成，任務狀態(tài)會顯示為無結(jié)果。過程數(shù)據(jù)記錄了任務創(chuàng)建、AGV 到達待料架、AGV 到達物料架和任務完成這4 個時間點、數(shù)量和步驟次序，完成了整個運料過程的數(shù)據(jù)追溯，如圖6所示。

圖6 AGV數(shù)據(jù)追溯

4 結(jié)束語

近年來，生產(chǎn)和物流的需求急劇增長，車間的數(shù)據(jù)集成化變得越來越重要，AGV和MES系統(tǒng)整合后，極大地避免了由人工失誤造成的產(chǎn)能降低，能更大地發(fā)揮MES 系統(tǒng)的效力，從而提高車間物流的智能化程度，提高企業(yè)的運營效率。

通過MES與RCS系統(tǒng)互聯(lián)，在車間的任務調(diào)度和管理層面，滿足了物料數(shù)據(jù)和配送的可視化，并保證了數(shù)據(jù)的準確率和實用性，實現(xiàn)了智能倉儲系統(tǒng)動態(tài)自動化補料的智能化。本文的智能倉儲系統(tǒng)設計從MES 與智能工作站的實時數(shù)據(jù)交互，AGV 小車供料接口單元改造來滿足多元化的輸送需求，可以滿足更多使用場景，對節(jié)能減耗，提高物流工作效率有明顯的指導意義。