AGV自動儲運系統(tǒng)在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用及前景

霍豐源 胡叢林

摘 要：AGV智能儲運系統(tǒng)是儲運裝備的革命與創(chuàng)新，有效改善了車間的環(huán)境，使倉庫管理水平提升，達(dá)到產(chǎn)業(yè)全新、行業(yè)領(lǐng)先的高度，有效提升了企業(yè)的競爭力，向打造無人工廠的目標(biāo)邁進一大步。本文以AGV的概念、AGV原理及分類、AGV在陶瓷行業(yè)中的應(yīng)用、光華智能AGV機器人、AGV應(yīng)用前景幾個方面來展開介紹。

關(guān)鍵詞：AGV；陶瓷行業(yè)；智能儲運

1 AGV概念

AGV是Automatic Guided Vehicle的縮寫，意思是“自動導(dǎo)引運輸車”，屬于機器人的一個分支，輪式搬運機器人，主要有以下幾個特征：

第一是自動引導(dǎo)，也稱無人駕駛，裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置，按預(yù)先設(shè)定的導(dǎo)引路徑、儲運規(guī)則、避讓規(guī)則行駛。同時還具有安全保護功能，能夠避讓行人及其它障礙物。

第二是運輸車輛，準(zhǔn)確的說是貨物運輸車輛，用于搬運生產(chǎn)和儲存過程中的原料、半成品和成品，能夠?qū)崿F(xiàn)貨物分類和碼垛功能。

第三是輪式移動，靠與地面接觸的轉(zhuǎn)動車輪行駛，區(qū)別于其它的移動方式，如流水線（也有輪子，但是輪子不動），這種方式優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，運行平穩(wěn)，能量效率高。缺點是一般輪子的直徑比較小，對地面要求比較高，輪子壽命比較短。

第四個特征是一般以電池為動力，大噸位AGV一般以鉛酸蓄電池為主，成本低，功率密度大，技術(shù)成熟，但是需要加水，充電時間長，也有一些免維護的蓄電池，壽命短一些。目前最新的是鋰電池，免維護，可以快速充電，但是價格高。鋰電池還有一個大問題是充放電過程中容易過熱，甚至燃燒。某些手機在使用時就出現(xiàn)過這個問題，AGV使用鋰電池的話，其容量更大，所以更危險。

2 AGV原理及分類

AGV以電池為動力，驅(qū)動車輪行駛，搬運貨物。包括機械、電氣和控制軟件三大部分。機械部分是執(zhí)行單元，實現(xiàn)各種動作，如行駛、升高和傾斜等等。電氣部分包括感應(yīng)單元和驅(qū)動單元，通過各種傳感器采集的信號控制執(zhí)行機構(gòu)的各種動作，如各種掃描儀、電眼等等。控制軟件是AGV的大腦，接收傳感器的信號、模擬量、開關(guān)量、高頻脈沖等等，通過各種算法，進行濾波、分析，去偽存真，綜合成控制信號，發(fā)送到驅(qū)動器，完成各種動作。AGV具有無線通訊功能，與指揮系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)，接受任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)。具有安全防護功能。具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力，很強的抗干擾能力和目標(biāo)識別能力。

AGV主要從外形和應(yīng)用方式來分類，包含以下幾種。

（1）潛伏式AGV，又叫背負(fù)式，是目前應(yīng)用最廣的一種AGV，如汽車、電子、煙酒等行業(yè)，都是使用這種形式。工作時鉆到貨物或貨架的下面，頂住貨物向前行駛，對于較輕的貨物，直接頂起來，離開地面。較重的貨物，貨架本身有萬向輪，AGV和貨架之間靠機械定位固定，利用貨架原有輪子承重，同步行走，這種方式載重可以做到很大，有資料說最大60噸。這種方式的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)簡單，載重量大，運動靈活，可以前進、后退、轉(zhuǎn)彎、橫移、甚至斜移，這里所說的橫移和斜移是指車身不動，AGV橫行和斜移，沒有轉(zhuǎn)彎半徑，節(jié)省空間，這是潛伏式的獨特功能。缺點是不能堆垛。

（2）牽引式AGV，采用尾部拉鉤牽引物料小車，可同時牽引多輛物料車實現(xiàn)高效搬運。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，效率高。缺點是只能前行，一般需要人工掛鉤及卸鉤，不能堆垛，只完成一些簡單重復(fù)的工作。也稱為AGC。

（3）搬運式AGV，前面說的兩種都是AGV小車，由于結(jié)構(gòu)比較簡單，都是由AGV廠商自己設(shè)計制造。下面要介紹的兩種是叉車式AGV，都是在現(xiàn)有電動叉車的基礎(chǔ)上進行自動化改造。搬運式AGV的特點是有兩個輪子在叉子尖的下面，沒有配重，總重量較輕，比較省電，穩(wěn)定性較好，載重大，但是由于貨叉下面有輪子，對操作空間有一定的要求，裝卸貨時下面一定要是空的。有一定的局限性。

（4）平衡重堆高式AGV，采用平衡重叉車改造而來，貨叉升起以后下面是空的，便于裝卸貨，有時生產(chǎn)線下面是實心的基座，還有可能是個空的地坑，木托下面也有橫襯，這些情況下，平衡重堆高式AGV就能派上用場，還可以碼垛。缺點是總重大，有幾乎兩倍于載重量的配重，載重相對小，耗電較大。

除了潛伏式，其它幾種運動起來都不夠靈活，轉(zhuǎn)彎半徑大，要預(yù)留較多的空間，特別是最后一種，預(yù)留空間更多，最少4米，最好6米。

3 AGV機器人

3.1 AGV車載控制系統(tǒng)

AGV車載控制系統(tǒng)（Onboard System），即AGV單機電氣控制系統(tǒng)，在收到上位系統(tǒng)的指令后，負(fù)責(zé)AGV單機的導(dǎo)航、導(dǎo)引、路徑選擇、車輛驅(qū)動、裝卸操作和通訊等功能。

導(dǎo)航（Navigation）：AGV單機通過自身裝備的導(dǎo)航器件測量并計算出所在全局坐標(biāo)中的位置和航向。AGV單機根據(jù)當(dāng)前的位置、航向及預(yù)先設(shè)定的理論軌跡來計算下個周期的速度值和轉(zhuǎn)向角度值即AGV運動的命令值。AGV單機根據(jù)上位系統(tǒng)的指令，通過計算，預(yù)先選擇即將運行的路徑，并將結(jié)果報送上位控制系統(tǒng)，能否運行由上位系統(tǒng)根據(jù)其它AGV所在的位置統(tǒng)一調(diào)配。AGV單機行走的路徑是根據(jù)實際工作條件設(shè)計的，它有若干“段”（Segment）組成。每一“段”都指明了該段的起始點、終止點，以及AGV在該段的行駛速度和轉(zhuǎn)向等信息。

車輛驅(qū)動（Driving）：AGV單機根據(jù)導(dǎo)引（Guidance）的計算結(jié)果和路徑選擇信息，通過伺服器件控制車輛運行。潛伏式和牽引式AGV都是AGV公司自主研發(fā)驅(qū)動器，搬運式和堆高式AGV一般都是意大利和美國的驅(qū)動器。車輛驅(qū)動有200 A的電流，還有各種開關(guān)信號，對其它控制系統(tǒng)有較大的干擾，在設(shè)計控制電路時要充分考慮這一點。

通訊：采用TCP/IP協(xié)議，建立無線局域網(wǎng)實時傳送數(shù)據(jù)，通訊系統(tǒng)至關(guān)重要，像避讓、存取貨等動作都是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送過來的，如果通訊中斷可能會造成撞車等嚴(yán)重事故。

安全：AGV本身自帶安全系統(tǒng)，能避讓行人等障礙物。

上述是AGV單機，通過預(yù)先規(guī)定的路徑完成一些簡單重復(fù)的工作，不需要與其它AGV、生產(chǎn)線、庫房聯(lián)系。

3.2 調(diào)度、呼叫和管理系統(tǒng)

目前的AGV系統(tǒng)通常是多個AGV一起協(xié)同工作，它們要執(zhí)行的任務(wù)穿插進行，有時還要互相幫助，例如工作中有緩存和入庫兩個任務(wù)，可能白天緩存的任務(wù)比較重，會多分配一些AGV到緩存區(qū)工作；晚上，主要是入庫工作，所有AGV都去入庫；如果裝車任務(wù)比較急，臨時多調(diào)一些AGV去完成裝車任務(wù)。要做到這些就需要一個指揮中心，這就是中央指揮調(diào)度系統(tǒng)。

其次，AGV與生產(chǎn)線或物流出口相連，生產(chǎn)線下磚完成后即刻取走，這就需要呼叫系統(tǒng)。根據(jù)實際情況，呼叫方式有自動、手動兩種模式。自動呼叫需要從生產(chǎn)線獲取相應(yīng)的信號。手動模式需要在生產(chǎn)線上設(shè)置呼叫按鈕供需要調(diào)用設(shè)備時使用。

庫房管理WMS系統(tǒng)，現(xiàn)在是通過人工數(shù)數(shù)，使用AGV后，通過使用WMS系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動入庫。

綜上，AGV應(yīng)用是一套系統(tǒng)，而不是簡單的車輛，它包括AGV單機、調(diào)度指揮系統(tǒng)、呼叫系統(tǒng)、庫房管理，并通過網(wǎng)絡(luò)通信將這些聯(lián)系在一起，實現(xiàn)企業(yè)云存儲管理。

（1）AGV指揮調(diào)度系統(tǒng)

AGV地面控制系統(tǒng)（Stationary System）即AGV上位控制系統(tǒng)，是AGV系統(tǒng)的核心。其主要功能是對AGV系統(tǒng)（AGVS）中的多臺AGV單機進行任務(wù)分配、車輛管理、交通管理、通訊管理等。

任務(wù)管理：任務(wù)管理類似計算機操作系統(tǒng)的進程管理，它提供對AGV地面控制程序的解釋執(zhí)行環(huán)境；提供根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級和啟動時間的調(diào)度運行；提供對任務(wù)的各種操作如啟動、停止、取消等。

車輛管理：車輛管理是AGV管理的核心模塊，它根據(jù)物料搬運任務(wù)的請求，分配調(diào)度AGV執(zhí)行任務(wù)，根據(jù)AGV行走時間最短原則，計算AGV的最短行走路徑，并控制指揮AGV的行走過程，及時下達(dá)裝卸貨和充電命令。

交通管理：根據(jù)AGV的物理尺寸大小、運行狀態(tài)和路徑狀況，提供AGV互相自動避讓的措施，同時避免車輛互相等待而死鎖，提供萬一出現(xiàn)死鎖時的解除方法；還具有系統(tǒng)運行日志功能。

（2）AGV呼叫和通訊

AGV與上下工序銜接，需要相應(yīng)的對接信號，這些信號就是AGV的呼叫信號，呼叫信號首先傳遞到指揮系統(tǒng)，指揮系統(tǒng)選擇最優(yōu)的方式，指揮AGV到呼叫位置。

呼叫過程靠通信系統(tǒng)傳遞信息，通信管理提供指揮系統(tǒng)與AGV單機、呼叫系統(tǒng)、車輛仿真系統(tǒng)和云存儲管理的通信功能。使用無線通信方式，建立一套無線局域網(wǎng)絡(luò)，指揮系統(tǒng)為中心，AGV、呼叫、云存儲、移動終端與指揮中心進行雙向通信，各終端不進行橫向通信。指揮系統(tǒng)采用輪詢方式與各AGV和其它終端通信；通信協(xié)議使用TCP/IP，安全可靠。

（3）庫房管理

AGV智能儲運解決了企業(yè)信息化的斷鏈問題，以打包機到緩存區(qū)為例，目前使用人工叉車搬運，人工點貨，沒有實現(xiàn)信息傳輸?shù)淖詣踊Ｊ褂肁GV以后，可以進行數(shù)據(jù)自動對接，把打包機的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括品種、花色、等級、生產(chǎn)日期等等，通過打碼機→AGV→指揮中心→ERP→庫房，真正實現(xiàn)無人管理。

還能實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、移動辦公等功能。

4 AGV應(yīng)用領(lǐng)域

（1）倉儲業(yè)

倉儲業(yè)是AGV最早應(yīng)用的場所。1953年世界上首臺AGV在美國的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的倉庫內(nèi)投入運營，用于實現(xiàn)出入庫貨物的自動搬運。目前國內(nèi)也有部分企業(yè)開始使用，例如京東的倉庫，從收貨、分檢到出貨，自動化程序相當(dāng)高。

（2）制造業(yè)

AGV在制造業(yè)的生產(chǎn)線中大顯身手，高效、準(zhǔn)確、靈活地完成物料的搬運任務(wù)。并且可由多臺AGV組成柔性的物流搬運系統(tǒng)，搬運路線可以隨著生產(chǎn)工藝流程的調(diào)整而及時調(diào)整，使一條生產(chǎn)線上能夠制造出十幾種產(chǎn)品，大大提高了生產(chǎn)的柔性和企業(yè)的競爭力。

近年來，作為CIMS的基礎(chǔ)搬運工具，AGV的應(yīng)用深入到機械加工、家電生產(chǎn)、微電子制造、卷煙等多個行業(yè)，生產(chǎn)加工領(lǐng)域成為AGV應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。

（3）郵局、圖書館、港口碼頭和機場

在郵局、圖書館、碼頭和機場等場合，物品的運送存在著作業(yè)量變化大、動態(tài)性強、作業(yè)流程經(jīng)常調(diào)整、以及搬運作業(yè)過程單一等特點，AGV的并行作業(yè)、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很好地滿足上述場合的搬運要求。

（4）煙草、醫(yī)藥、食品、化工

對于搬運作業(yè)有清潔、安全、無排放污染等特殊要求的煙草、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)，AGV的應(yīng)用也受到重視。

（5）危險場所和特種行業(yè)

有毒、易燃、易爆、輻射等場所，用AGV最適合。軍事上，把叉子改為機關(guān)槍就是自動坦克。

5 AGV在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用

5.1 陶瓷行業(yè)自動化狀況

中國早已經(jīng)是世界最大的陶瓷生產(chǎn)國，產(chǎn)能、產(chǎn)量遙遙領(lǐng)先全球。但是產(chǎn)業(yè)的整體工業(yè)技術(shù)水平仍停留在較低的水平。近年來，雖然有一定規(guī)模的陶瓷企業(yè)不斷加大陶瓷裝備自動化的投入，國內(nèi)陶瓷行業(yè)整體自動化水平有了較大幅度的提升，但與意大利、西班牙等國的陶企相比，自動化、智能化水平差距依然較大。以陶瓷生產(chǎn)線為例，國外只需配置50人左右，而國內(nèi)同樣的產(chǎn)能水平則基本需要配置200人左右。

總的來說，國內(nèi)自動化的整體水平偏低，如果將國內(nèi)陶瓷行業(yè)的現(xiàn)狀對照制造業(yè)發(fā)展階段來看，國內(nèi)的陶瓷行業(yè)還介于以規(guī)模化流水線為代表的電氣化與自動化的工業(yè)2.0時代與以數(shù)控機床為代表的電子信息化工業(yè)3.0時代之間，距離以智能制造為主導(dǎo)的工業(yè)4.0時代還有漫漫長路。

AGV應(yīng)用方面也是這個情況，國外陶瓷廠30年以前就比較普遍，而中國目前只有少數(shù)幾個大廠引進，投入大，維護費用高。光華智能AGV的出現(xiàn)，為陶瓷行業(yè)智能儲運系統(tǒng)提供了一套實用化的解決方案。

5.2 陶瓷行業(yè)為什么要用AGV

（1）設(shè)備升級換代的需要

廣東佛山、山東淄博地區(qū)為國內(nèi)規(guī)模最大的建筑陶瓷產(chǎn)區(qū)。出于地方產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，原來建筑陶瓷主產(chǎn)區(qū)將由廣東佛山、山東淄博等區(qū)域經(jīng)濟發(fā)達(dá)的地區(qū)逐漸向周邊經(jīng)濟發(fā)展相對滯后的地區(qū)轉(zhuǎn)移。如近幾年來，廣東省境內(nèi)的建筑陶瓷新增投資開始向清遠(yuǎn)、肇慶、河源等區(qū)域以及廣東省外的四川、山東、湖南、江西等地轉(zhuǎn)移。這些新建工廠不是簡單的搬遷，而是有設(shè)備升級換代的需要，需要更自動化的設(shè)備，因此需要AGV設(shè)備。

（2）解決用工荒和日益高漲的用工成本的必經(jīng)之路

在國內(nèi)陶瓷生產(chǎn)車間，瓷磚的搬運、裝車都是采用人手操作機器的方式來完成，如采用大型叉車進行瓷磚的搬運與疊放時，裝車則是人手操作叉車將瓷磚搬運至車上，然后人工去整理排列瓷磚，整個過程完全依賴勞動力，自動化程度十分低。在中國陶瓷行業(yè)急速發(fā)展的階段，憑借勞動力紅利及巨大的市場，實現(xiàn)了中國陶瓷產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。但這種“消費”勞動力的發(fā)展模式不可能一直復(fù)制下去。當(dāng)下，一個不爭的事實正擺在所有陶企面前，一方面，陶瓷車間工人逐漸“老化”，另一方面，年輕一代又不愿意從事勞動強度大的工種，已陷于“招工難”的困境。實現(xiàn)瓷磚搬運、儲存、裝車的無人化、自動化已迫在眉睫，刻不容緩。

面對已經(jīng)來臨的用工荒和日益高漲的用工成本，推出自動化設(shè)備是解決陶瓷企業(yè)用人成本壓力的必經(jīng)之路。

（3）現(xiàn)代化企業(yè)信息化管理的需要

企業(yè)通過使用AGV，通過計算機控制系統(tǒng)將記錄精確海量的物流信息，云數(shù)據(jù)的應(yīng)用將使遠(yuǎn)程監(jiān)控更加方便。AGV系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以和公司財務(wù)系統(tǒng)有效對接，以方便生產(chǎn)成本的準(zhǔn)確快速計算。企業(yè)管理者可以通過電腦、手機隨時隨地掌握物料庫存及出入量等信息。

（4）環(huán)保節(jié)能

從國家到工人，對環(huán)保要求越來越高，無煙無塵工廠是必然的發(fā)展趨勢。AGV正好適應(yīng)這個潮流，無噪聲、無污染，實現(xiàn)潔靜工廠。

（5）安全可靠

AGV為輪式移動，可控性高。裝有三級安全保護設(shè)置，裝有警報裝置、警示燈、急停裝置。

激光傳感器對車輛前方3 m距離內(nèi)地面以上的障礙進行掃描，根據(jù)車速確立遠(yuǎn)距離報警。AGV收到警報瞬間減速，直至接近障礙時停車。前叉使用兩個激光測距安全模塊，以確保前叉能夠準(zhǔn)確叉入托盤，前叉的上下各安裝一個超聲波測距模塊，以保證叉取、卸下貨物時的可靠性。該系統(tǒng)有故障自檢能力。

使用AGV可有效避免由于司機疲勞駕駛或一時疏忽造成的貨物撞翻、人員撞傷等損失，降低因發(fā)錯物料導(dǎo)致的產(chǎn)品不良率，防止企業(yè)的工傷、賠款等不良后果。

（6）提升企業(yè)形象

AGV的使用會使得整個工作環(huán)境更加整潔、衛(wèi)生，有利于提高企業(yè)形象。

6 光華智能AGV機器人

光華公司投入大量的人力、物力和時間，研制適合于陶瓷行業(yè)的AGV機器人，目前成功應(yīng)用多個陶瓷企業(yè)。從打包機到暫存區(qū)使用AGV，解決了生產(chǎn)線最后100米的自動化問題。設(shè)備采用磁條導(dǎo)航，安全性能好，擁有三級安全防護，不同路段使用不同防護類型，保證任何位置都有最佳的安全狀態(tài)；采用特別設(shè)計，可以主動識別障礙物和邊墻邊柱等不同性質(zhì)的物體。

采用平衡重式AGV，越野能力強，適用陶瓷廠的環(huán)境。且AGV采用光華專利技術(shù)使得物料碼放整齊、高效。

6.1 光華AGV調(diào)度指揮系統(tǒng)

人性化界面設(shè)計，操作簡單實用，計算機人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)就能使用，采用最新的圖形引擎，BS結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定可靠，連續(xù)長時間運行不出任何故障。占用資源少，運行效率高，不卡頓，不丟幀，運行平滑流暢。

綜合多種路徑算法，模糊處理，獲取最優(yōu)的行駛路徑，同時配對存取貨點和空閑AGV，盡量減少運行線路交叉，保證最高運行效率。

首創(chuàng)安全距離概念，借鑒高鐵運行時的軌道短路設(shè)計，保證多AGV運行時正常交會和避讓。

6.2 呼叫和通信

采用TCP/IP有線或無線主從串聯(lián)形式通訊，中央控制器為主控端，多個AGV叉車加打包點多個PLC從動設(shè)備，中央控制器循環(huán)檢測從動設(shè)備，約0.2秒一個周期。中央指揮調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)上一次收到的信息，向從動設(shè)備發(fā)送下一步動作指令，返回當(dāng)前位置和狀態(tài)，包括速度、電量等。點對點無線開關(guān)量信號傳輸器，傳送產(chǎn)品型號、批次、等級等。開關(guān)量信號無線遠(yuǎn)傳器，無線傳輸距離方圓1公里。

6.3 光華AGV云存儲系統(tǒng)

光華AGV云存儲系統(tǒng)，能夠在手機、平板、電腦上同步顯示庫存狀態(tài)，兼容所有機型、所有操作系統(tǒng)、所有尺寸的顯示器和分辨率，不用預(yù)裝APP和其它任何軟件，能連通5G網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)即可。可按時間和品種查詢、顯示表格、折線圖、直方圖、K線圖等，生產(chǎn)數(shù)據(jù)一目了然。

7 發(fā)展前景

AGV在陶瓷行業(yè)起步較晚，發(fā)展空間很大。目前AGV業(yè)務(wù)擴展可采用的途徑有兩方面。一是AGV廠家一定要繼續(xù)開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域及應(yīng)用模式，這是非常重要的。第二就是不斷降低AGV在現(xiàn)有應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用成本，使更多企業(yè)能在成本上接受AGV這個產(chǎn)品。

預(yù)計在未來幾年，AGV小車作為自動化無人搬運設(shè)備能夠降低工人勞動強度提升工作效率。同時一些“不可能完成的任務(wù)”，它也能嫻熟快速地完成。其次，現(xiàn)代物流最大的趨勢就是網(wǎng)絡(luò)化與智能化。在制造企業(yè)內(nèi)部，現(xiàn)代倉儲配送中心往往與企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)相融合，倉儲系統(tǒng)作為生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，在企業(yè)生產(chǎn)管理中起著非常重要的作用。因此使用AGV是解決倉儲系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化重要工具。