軍工航天企業基于“光通信”的廠內智能物流系統

文/高源 王小東 楊麗云

為推進某軍工航天企業產品、技術與服務的創新升級，降低傳統生產、運輸、倉儲中的不安全因素，盈科視控（北京）科技有限公司針對該企業廠內物流系統進行智能升級，引入智能搬運設備AGV，構建基于光通信的廠內智能物流系統，保證了產品制造、物流運輸等流程的安全性與高效性，并解決了數據可追溯問題。

軍工航天企業作為國家制造業的核心，不僅代表了高端制造，更是代表了國家先進的技術能力和裝備制造能力，可謂國家的命脈所在。為此，推進其“安全性”進程顯得尤為重要。

隨著市場環境的快速變化，在內外部因素共同作用下，軍工航天企業依托于智能制造與數字化網絡技術，通過對生產運輸過程進行智能化改造，以達到創新升級、提高安全、降本增效的目標。

為推進某軍工航天企業產品、技術與服務的創新升級，降低傳統生產、運輸、倉儲中的不安全因素，盈科視控（北京）科技有限公司針對該軍工航天企業廠內物流系統進行智能升級，引入智能搬運設備AGV，構建基于光通信的廠內智能物流系統，保證了產品制造、物流運輸等流程的安全性與高效性，并解決了數據可追溯問題。

一、項目背景及需求

為降低廠內人員的工作強度，增加生產精準度，某軍工航天企業引進了廠內AGV智能物流系統。該系統不僅實現了物料緩存區—生產工位加工—成品緩存區之間的智能物料搬運，并根據行業“安全、保密”的特殊需求，定制了專屬視覺信息通訊方式。

當前機器人的主流通信方式是通過無線網絡進行通信，存在較大的網絡安全隱患，較易受到黑客入侵，并不能滿足軍工企業數據信息的極高保密性要求。為克服AGV在運轉調度過程中需要局域網進行通訊這一難題，筆者所在團隊提出基于“光通信”的廠內智能物流系統，經過多方向、多維度的研發攻克，研發出一套適用于高保密性要求的全新通訊方式—視覺信息通訊。

二、設計方案

1.數據通信

圖1 ：某航天制造企業智能物流系統應用實景

圖2：控制臺與機器人進行二維碼通訊示意圖

基于可視化的圖形通訊，可以解決軍工企業的高保密性通訊要求。這種專屬定制的通訊方式，通過可見光方式進行數據交互，使用特定信息編碼進行數據收發。具體任務的下發執行如下：

呼叫系統通過有線的方式將任務指令發送至控制臺基站，控制臺將收到的任務指令轉換為圖形指令并顯示在顯示設備上，當機器人移動到預定位置時，識別讀取指令圖形并轉換成任務指令，根據轉換的任務指令執行任務，機器人完成單次任務后返回至預定位置，將其工作狀態轉換為狀態圖形，并在機器人攜帶的顯示設備上顯示，控制臺對機器人所顯示的狀態圖形進行讀取識別后轉換成機器人的狀態信息發送到呼叫系統，確認完成本次下發任務。

圖3 ：AGV廠區圖及路線設計

圖形通訊設備主要包括如下部分：AGV攜帶的高速二維碼讀取相機，AGV二維碼刷新顯示器、控制臺主控觸摸屏、控制臺內嵌高速二維碼讀取相機、控制臺內嵌的二維碼刷新顯示器。

2.AGV運行路徑

基于現場不能存在無線介質，AGV之間不能實時通訊，路線的規劃要避免執行任務過程中出現AGV對向行駛，結合場地空間及生產節拍情況，擬1號AGV負責上料工位及2.4.6.8號組裝臺的呼料送料任務，2號AGV完成1.3.5.7號組裝臺及下料工位的呼料送料任務。同時，物料緩存及成品緩存區在加工流水線上料工位一側，因此AGV在該區域行駛應設置雙向路線。

3.AGV權限模式

AGV在執行任務的過程中，除在特定預設位置響應車載PAD特定的指令，其他情況下不響應外部命令，直到執行完當前任務。每臺AGV設有鑰匙開關，只有擁有使用權限人員才能啟動AGV工作，以防止非權限人員私自開動AGV小車。

三、業務流程

圖4：呼料送料流程圖

圖5：成品入庫流程圖

圖6：二維碼+編碼器+慣性導航方式

1.呼料送料任務：初始狀態下，無任務AGV在停靠區待命。在組裝臺有物料需求時，點擊PC端呼料按鈕，控制臺接收到組裝臺發出的物料請求任務指令后，將信息更新到控制臺基站生成相應任務二維碼，AGV小車通過讀取控制臺二維碼行駛到取貨地點，待工作人員放置好貨物之后，點擊AGV小車PAD上的“確認”按鈕，小車到達目的位置放下貨架，等待人工取料完成后點擊釋放按鈕，AGV背負料車回到取貨點放下料車，行駛回初始位置獲取新的任務。

2.成品入庫任務：無任務AGV在停靠區待命。在組裝臺有成品入庫需求時，點擊PC端送料按鈕，控制臺接收到組裝臺發出的送料請求任務指令后，將信息更新到控制臺基站生成相應任務二維碼，AGV小車通過讀取控制臺二維碼行駛到待檢區背負貨架到達送料點工位，等待人工放置好成品物料后，點擊AGV小車PAD上的“確認”按鈕，小車到達待檢區，人工完成核檢后放置成品緩存位，點擊釋放小車，AGV行駛回初始位置獲取新的任務。

四、運行要點

1.AGV導航原理

AGV采用視覺二維碼慣性導航，在運行路線鋪設導向二維碼，AGV通過電機編碼器慣性行走和相機識別二維碼，完成路徑的識別與跟蹤，實現AGV行駛及停止偏差精度不大于5mm。

在小車預停位設置停車地標，每個地標都具有自己唯一的地址碼信息，AGV設有地標識別系統，當AGV檢測到地標信息后，根據控制系統預定的程序執行停車/忽略命令，以實現定點停車或跳點停車。同時，調度系統具備二維碼地標異常報警功能，會對偏移較大及破損二維碼進行報警修正，確保AGV連續穩定運行。

2.安全保障系統

AGV配備激光避障傳感器及機械防撞機構，兩側安裝急停按鈕，同時支持聲光警示及預警功能。激光避障傳感器能檢測到AGV小車前進方向0～270°范圍內0～4m的障礙物，反應時間小于50ms。當檢測到障礙物時，AGV會停止并報警提示移開障礙物；當障礙物移開后，AGV 小車繼續行駛。機械防撞機構在激光障礙傳感器失靈時起到AGV保護作用，當AGV碰到障礙物時，機械防撞裝置啟動，AGV會立刻停止不動。作為AGV的第二道安全防線，機械保護裝置有足夠的機械強度，小車防撞觸發后不對機構造成任何損傷。

3.AGV充電方式

AGV支持自動充電及手動充電模式，自帶電量顯示功能。當電池電量低于30%時，充電指示燈點亮并發出聲音報警；當電池電量低于10%時，AGV停止運行，并發出缺電報警聲。自動充電模式可設定電量值下限，低于該電量時，AGV到達充電位自動充電，同時，AGV小車支持充電鎖定功能，人工充電時AGV鎖定，運行處于停止狀態，充電結束后方可繼續運行。

4.AGV作業任務監控

調度系統實現AGV作業任務的統計，實時采集每個工作臺的呼料信息，控制臺接收任務時間，AGV任務執行起始時間、任務執行結束時間、完成狀態等數據。記錄單個AGV的作業次數及單次任務執行周期，統計不同時間段每個工作臺送料作業的次數分布。

五、項目效果

本項目完成驗收已數月，日常運行穩定，有效降低人工成本，提高生產率的同時優化作業流程，主要表現在：

1.滿足“保密性”這一特定需求

該方案具備集光、機、電、計算機于一體的高新技術優勢，筆者團隊基于自研核心零部件（定位模塊、運動控制驅動器等）等硬件基礎的技術路線，深入掌握定位、控制、驅動等核心技術，擴容性強，并根據客戶的安全性、保密性這一需求進行深度化定制。

2.自動化搬運更安全、高效、智能

與傳統生產線相比較，使用AGV智能物流搬運系統，可減少50%勞動力，極大降低了人工成本。同時，AGV在調度系統的控制下，路徑規劃靈活，智能選擇合理路線，避開擁堵路段，避免了人工操作的路線隨意、混亂，以及體能消耗導致的低效等問題。

3.優化作業流程，精準高效

AGV調度系統可無縫對接MES/WMS/ERP系統，對于物料信息、車輛信息、任務信息等關鍵信息可進行實時采集，所有物料環節數據均可追溯用于后期分析，便于生產管理。通過系統監控界面，可直觀掌握AGV當前狀態和任務信息，同時也能看到每個對接環節的信息狀態，對廠內產品質量進行跟蹤管理，可有效提升質量管理，實現了對大場景、長距離、高速度、高精準智能物流的需要。