AGVS在包裝印刷行業的應用

文/劉之舟 孔祥震 曲順 邵安寧 牛海頤 王凱

一、AGVS概述

1. AGVS內涵與功能

AGV是指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及多種移載功能的運輸車。與物料輸送中常用的其他設備相比，AGV活動區域無需鋪設軌道、支座架等固定裝置。AGVS是自動導引車系統的簡稱，具有工作效率高、結構簡單、可控性強、安全性好等優點。因此，在自動化物流系統中，AGVS最能充分地體現其自動性和柔性，實現高效、經濟和靈活的無人化作業。

2.AGV總體結構及AGVS地面控制部分結構

AGV小車通過無線網絡連接監控機、管理機，AGV小車總體結構如圖1。

AGVS地面控制部分如圖2，主要由物流系統管理機、AGV系統管理監控主機組成，其中AGV管理和監控計算機是AGV系統運行的核心，主要功能有：接收來自WMS的任務命令；按照任務類型分配相應AGV車型；為不同運輸任務分配最優AGV小車；為每個運輸任務安排運輸路線；控制AGV系統中多臺AGV小車交通；與取卸貨對接設備PLC進行信號交互；與現場自動門交互；處理現場輸入、輸出信號。

AGVS是自動化物流系統中核心組件之一，隨著工業生產自動化水平的提高，它在包裝印刷行業得到一定應用。

二、 某包裝印刷企業物流項目中AGVS的應用

某包裝印刷企業物流項目中的AGVS，包含背駝式AGV和叉式AGV兩種車型，分別負責搬運卷料和托盤貨物，用于立體庫與印刷線工位邊的倉位、立體庫與復合線工位邊的倉位、立體庫與品檢線工位邊的倉位、立體庫與熟化線工位邊的倉位、印刷線工位邊的倉位等環節的原膜料卷和成品料卷以及版輥轉用，體現了技術先進、可靠實用、并留有適當的發展余地，達到了生產方式柔性化、生產運行集約化及生產控制智能化，有利于企業持續發展，為實現企業的生產自動化、管理信息化、降低生產成本等創造了條件。

圖1：AGV總體結構圖

圖2：AGVS地面控制部分

圖3：項目現場正在工作的AGV小車

物流WMS系統下達任務給AGVS，AGVS根據任務類型自動調度AGV小車從待命站點運行至取貨位，按照交互信號進行動作對接，取上卷料或托盤貨物，自動搬運至請求要料的生產線工位站點，按照交互信號進行動作對接，完成任務并給出任務完成信號。AGV完成前一作業任務后，AGV系統會根據WMS自動調度AGV小車執行下一個任務，若系統中沒有待執行的任務，則自動調度AGV小車回到待命站點。工作現場如圖3。

三、系統設計的重點和技術創新

1.系統優化

（1）柔性曲線及其優化工具

由于項目現場空間特別狹小，支路通道狹窄，采用常規模式規劃轉彎、并線等曲線時，線路容易被干涉，不能滿足要求。采用柔性曲線，能夠在規劃線路時自動分析線段起點和終點的坐標，并且結合相應AGV車型的最大轉向角速度、轉向運動模型、車體尺寸、輪系位置和最大速度等物理特性，把曲線線路分成若干小段，然后通過優化工具對每一段的弧度以及AGV的轉向方式進行優化，使AGV行駛軌跡符合現場要求。圖4為背駝式AGV柔性曲線模式和常規模式產生的包絡線，它們的起點和終點坐標均相同，如紅框所示，柔性曲線模式AGV轉向模式優化為平移模式，運行軌跡更平順，占用空間更小。

由于支路通道狹窄，并且某些站臺存在的物理干涉較多，單純地采用柔性曲線無法完全避開干涉區域，難以滿足現有的條件。結合Drawing Line Tool工具優化，將線段的包絡線限制在一個區域內，占用的空間更小。Drawing Line Tool工具相當于在無法移動的固定“障礙物”周圍加了一層保護，結合優化工具進行優化，使占用空間更小，保證AGV小車可以順利通過。圖5為叉式AGV未使用Drawing Line Tool工具和使用Drawing Line Tool工具產生的包絡線，它們的起點和終點坐標均相同，如圖5所示，使用Drawing Line Tool工具占用的空間明顯較小。

（2）復合動作和復合任務的實現

對于叉式AGV，貨叉的升降和小車的行走等可以單獨控制，考慮到系統效率和觀賞性等因素，本項目中叉式AGV小車在行走過程中調整貨叉高度時，可邊走邊升貨叉，邊走邊降貨叉，實際使用顯示效果比較明顯。

對于背駝式AGV，頂升機構升降和小車行走可以單獨控制，但考慮到車體自重較輕、高度較低，貨物較重并且頂升高度較高，現場地面條件較差，在行走過程頂升機構可能存在安全隱患；為保證背駝式AGV安全平穩運行，本項目中背駝式AGV小車在行走過程中頂升機構不動作，到達指定動作位置停下后，經過與對接設備信號對接確認后，才頂升或下降到指定高度。經過實際的使用測試，效果比較明顯。

在任務分配和調度方面，可根據待分配任務類型、相應類型AGV小車實際位置、是否有正在執行的任務、待分配任務的距離和時間、待分配任務的優先級等因素，自動將任務分配給相應AGV小車。

圖4：柔性曲線產生的包絡線 常規模式產生的包絡線

圖5：未使用Drawing Line的包絡線 使用Drawing Line的包絡線

圖6：AGV小車執行任務流程

在任務分配和調度方面，可根據待分配任務類型、相應類型AGV小車實際位置、是否有正在執行的任務、待分配任務的距離和時間、待分配任務的優先級等因素，自動將任務分配給相應AGV小車。AGV完成前一輪作業任務之后，AGV調度系統會根據物流系統的任務指令，自動調度AGV小車執行下一個任務。若系統中沒有待執行的任務，則自動調度AGV小車回到待命站點，有效地提高了系統的效率，減少了AGV小車空車運行和往返運行時間。

圖7：復雜的交叉路口

2.信息交互

AGV小車與立體庫、輸送機、提升機、印刷機、翻卷機、自動門等設備有信息交互。為保證安全生產，AGV小車在到達取貨站入口點、到達取貨位置、執行取貨動作、執行取貨動作完成、到達卸貨站入口點、到達卸貨位置、執行卸貨動作、執行卸貨動作完成、取貨完成、卸貨完成、進入自動門區域、通過自動門等時，均會向上級系統發出運行到位、動作請求、動作完成以及任務完成等信息，待上級系統回復相應的允許進入、允許動作、允許離開以及任務完成確認等指令后，AGV小車方可執行相應動作，具體流程如圖6。如果上級系統連接中斷或者沒有在設定時間內給出相應回復指令，AGV小車則會停止運行并顯示相應報錯信息。

3. 取消任務機制

如果上級系統下發指令有誤或者人為干預，導致AGV小車接受到錯誤任務，可以在AGV調度系統上手動將該任務取消。

4.復雜交叉路線

圖7為復雜的交叉路口，匯集了背駝式AGV和叉式AGV兩種車型在立體庫與印刷線各個工位邊的倉位、立體庫與復合線工位邊的倉位、立體庫與品檢線工位邊的倉位、立體庫與翻卷機、立體庫與熟化線工位邊的倉位、印刷線工位邊的倉位與印刷機、版輥庫與印刷機等多個方向路線的交叉。為避免多車在復雜交叉路口發生堵塞并減少多車在路口周邊區域等待通過時間，本項目對路線設計和系統調度進行了優化。

5.車載鋰電池充電管理功能

由于本項目生產任務比較繁瑣，設置了5個充電站。AGV小車在正常運行過程中，實時監測電池電壓，當電池電壓低于程序中預先設定值時，AGV小車將會產生一個“低電量報警”信號，“低電量報警”警示燈閃爍，并自動生成充電任務。待AGV小車執行完當前正在執行的任務后，自動運行到充電站進行充電，待充電完成后，AGV小車可以繼續執行任務。

四、 總結

本項目通過對AGVS的研究和技術創新，根據項目現場實際環境，采用合理路線設計，優化了系統效率，有效地減少AGV小車空跑時間和等待時間，提高了工作效率，使系統更穩定、高效運行。

本項目的成功實施，為我國印刷行業現代化大型生產企業提供了范本，促進了印刷行業標準化、規范化和信息化基礎建設，為我國現代化印刷行業產業結構調整提供有效案例。