車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃探究

朱瑞丹，韋華南

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車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃探究

朱瑞丹，韋華南

（柳州職業技術學院機電工程學院，廣西 柳州 545006）

AGV物料搬運系統在實際應用中具有較好的適用性，且柔性程度高、可靠性顯著，能夠實現集成化與自動化生產和搬運等，在柔性制造系統中應用較為廣泛，且非常受歡迎。文章通過對AGV物料搬運系統的特點及其結構組成進行分析，以汽車制造企業車身車間AGV物料搬運系統為例，對其小車數量的配置規劃進行研究，以為相關實踐及研究提供參考。

AGV物料搬運系統；小車數量；配置規劃；研究

前言

隨著AGV技術的發展及其在生產制造領域的廣泛應用，受人工成本不斷增加因素影響，汽車制造企業生產物流體系構建中通過AGV技術運用以實現AGV物料搬運自動化系統建立，在實現企業生產的物料成本控制的同時，以確保企業生產的經濟效益，同時促進其生產物流技術水平提升。需要注意的是，結合汽車制造企業AGV物料搬運系統的設計運用情況，由于整個自動化搬運系統建立中AGV小車的配置規劃成本在整個系統構建成本中占比較大，有研究顯示約為70%，因此，針對汽車制造企業車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃的有關問題進行研究，以確保其小車數量合理配置規劃下的系統建設成本最優化，成為整個行業領域研究和關注的重要問題，其研究價值與意義十分顯著。下文將在對AGV物料搬運系統及其結構組成分析基礎上，以汽車制造企業車身車間AGV物料搬運系統為例，對其小車數量配置規劃進行研究，以供參考。

1 AGV物料搬運系統的特點與結構組成分析

結合AGV物料搬運系統的建設應用實際情況，它不僅能夠與各種工業機器設備與數控加工中心聯合設置以實現配合作業，確保生產加工效率提升，同時能夠實現物流的一體化控制，提高生產線設備的靈活性，以便于結合生產實際進行重新布置與調整；此外，AGV物料搬運系統還能夠實現故障工位跨越或者是滿足離線待命需求，以確保整個生產線的連續性運轉，對企業生產與加工效率進行保障，同時針對企業生產的固定物料運輸線，AGV系統還能夠在占用空間最小的情況下，發揮其系統最大交叉能力，實現靈活、及時的物料運輸，以促進設備利用率提升。

圖1 常見AGV物料搬運系統結構組成示意圖

一般情況下，AGV物料搬運系統主要包括AGV小車與工業機器人、視覺系統、物料抓取夾具等不同結構部分，如下圖1所示，為常見的AGV物料搬運系統結構組成示意圖。AGV物料搬運系統中，AGV小車的車身一般采用鋼結構構件制成，且車身重量較大，以確保其系統運行中具有足夠的抓地力和堅固的車體支撐，小車車身的關鍵部件都需要采用橡膠隔墊進行保護設置，以避免引起受損。AGV物料搬運系統中的導航定位系統用于AGV系統運行的定位支持，主要以電磁導航和激光導航為主，不同導航模式的特征優勢也各不相同。而AGV物料搬運系統的運動系統結構主要包含車輪、減速器與電機、調速器、伺服控制器等裝置設備，對AGV搬運系統的前進、后退以及原地轉向等進行控制支持。AGV物料搬運系統中還設置有相應的防碰撞機構，以對系統運行的安全性進行保障，一般情況下，其系統的防碰撞機構多采用非接觸式紅外探測傳感技術或者是接觸式碰撞傳感技術在系統運行遭遇障礙物過程中通過自動聲光報警來控制其停止運動，以避免AGV自身與生產、人員安全等。最后，AGV物料搬運系統的控制與通訊系統則以車載控制器和中央控制器兩個結構部分為主，之間采用通訊系統進行連接，以無線通信方式滿足其不同結構的通訊需求，其中，中央控制器以任務調度為主，對AGV小車的運行路徑與交通進行規劃控制，而車載控制器則以AGV任務執行控制為主，對AGV小車的運行與導航、傳感器、安全等進行控制，以確保整個系統的自動化可靠運行。

2 汽車制造企業車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃研究

汽車制造企業所建立應用AGV物料搬運系統中，AGV小車主要用于原有的人工上線作業模式替代，以物料搬運指令等候以及根據指令進行物料裝載、由AGV小車拖運物料至指定的生產工位處并進行物料箱切換、返回物料運輸等候區等作業步驟為主，其中，AGV小車根據物料運輸指令進行裝載作業過程是由人工鏟車將滿箱物料鏟運至小車牽引的臺車上，并由AGV小車自動與臺車進行對接完成，然后再進行物料的拖運執行。根據上述對AGV物料搬運系統中小車進行物料運輸的作業過程，對其負載狀態可以分為空車等待、空車行駛與滿箱負載行駛、空箱負載行駛等四種不同狀態，因此，在AGV物料搬運系統小車數量配置規劃中可以根據其作業負載情況建立靜態調度與動態調度兩種不同分析模型。其中，靜態調度模式下，AGV系統中生產工位與所對應小車之間形成相對固定的客戶和服務組合模式，其行駛路徑也相對固定，這一模式下小車根據預先規劃路徑，按照生產工位產生物料的呼叫需求進行物料搬運需求響應，其控制系統的邏輯設置也相對簡單；而動態調度模式下需要通過由多臺小車組成的AGV系統上位機根據不同工位的物料呼叫系統通過調度系統根據相應的控制邏輯在工作區域路網中進行任務分解與分配，然后由一臺或多臺小車組合進行物料搬運相應，其控制系統的邏輯相對復雜，并且小車行駛的路徑為動態規劃實現，由AGV系統的上位機或者是小車隨車控制系統對行駛路徑進行實時規劃選擇。如下圖2所示，即為不同調度模式下的AGV系統小車任務分配情況示意圖。

圖2 不同調度模式下的AGV系統小車任務分配情況示意圖

根據上圖所示的不同調度模式下AGV系統小車任務分配情況，以靜態調度模式為例，在設定其物料需求時間為T，AGV小車完成一次物料搬運的總時間為T的情況下，就可以根據其作業流程，在定義AGV小車的通行效率系數為，充電修正系數為時，對其小車數量配置規劃計算可通過如下（1）公式進行計算分析。

此外，對動態調度模式下AGV系統中小車數量的配置規劃，根據上述對應調度模式下的小車任務分配情況，可以通過數學模型對AGV系統的性能指標以及其系統所含AGV數量關系進行分析，并將小車數量配置看作AGV最佳系統性能的求解問題進行分析，對AGV最佳性能下隨機服務系統的服務數量進行求解計算。如下（2）所示，即為以1為小車單位使用成本、W為系統平均等待時間、為總物料的需求數、2為單位時間損失的成本、為等待導致的產量損失率所建立的AGV系統最佳性能下的服務數量計算數學模型。

根據上述所建立的計算分析模型通過簡化分析可得如下（3）所示公式，該公式中，由于1、2和、是和AGV小車數量無關的變量，因此，即可在設定小車數量為1、2、3……情況下，對其值與相鄰值的差值進行計算進行AGV系統對應區間的小車數量確定，從而獲取相應的小車數量最優配置規劃結果。

根據上述AGV小車數量配置規劃分析模型，經代入實例驗證分析后顯示具有一定可靠性，能夠在實踐中應用。

3 結束語

總之，對車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃進行研究，有利于確保汽車制造企業車身車間AGV物料搬運系統設計建立AGV小車數量配置規劃合理性，進而促進汽車制造物流技術水平提升，具有十分積極的作用和意義。

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Research on the Number Configuration Planning of AGV Material Handling System in Body Workshop

Zhu Ruidan, Wei Huanan

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Liuzhou Vocational and Technical College, Guangxi Liuzhou 545006 )

AGV material handling system has good applicability in practical application, high flexibility, remarkable reliability, can realize integrated and automatic production and handling, etc. It is widely used in flexible manufacturing system, and is very popular. Based on the analysis of the characteristics and structure of AGV material handling system, this paper takes the AGV material handling system of automobile body workshop as an example to study the allocation planning of the number of cars in order to provide reference for relevant practice and research.

AGV material handling system; trolley quantity; allocation planning; research

B

1671-7988(2018)22-203-03

U467

B

1671-7988(2018)22-203-03

U467

朱瑞丹（1982-），男，廣西柳州人，講師，機電一體化系統設計、機電設備管理。韋華南（1972-），男，廣西羅城人，工程師，機械設計制造、機電設備維修與管理。

2015廣西教育廳高校科研項目“適應準時生產的自動導引運輸車設計”，（KY2015LX655）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.072