AGV小車在商用車車架裝配中的應(yīng)用

馬琳 陳昭 魏明斐

（東風(fēng)商用車有限公司，十堰442000）

1 前言

自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automated Guided Vehicle，AGV)指在工業(yè)中能夠按照導(dǎo)引路徑，無人駕駛的運(yùn)輸車。此技術(shù)于20 世紀(jì)50 年代誕生于美國，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷的發(fā)展，20 世紀(jì)90 年代后期在國外的制造業(yè)上使用普遍。進(jìn)入21 世紀(jì)，我國的汽車制造業(yè)蓬勃發(fā)展，AGV 技術(shù)多應(yīng)用在汽車裝配制造業(yè)自動(dòng)搬運(yùn)，物流運(yùn)輸方面。主要介紹AGV 小車在東風(fēng)商用車車架裝配過程中的應(yīng)用，裝配過程中進(jìn)行車架裝配運(yùn)輸，確保車架主要的裝配尺寸滿足車架外寬在±3 mm 以內(nèi)，吊耳同軸度在Φ2 mm，輸送節(jié)拍上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。且此裝配使用的AGV 定位小車具有運(yùn)輸、調(diào)整車架縱梁定位、夾緊、縱梁外傾角同步開合控制等功能，保證了車架關(guān)鍵特性，提升了裝配質(zhì)量。

2 車架原有裝配小車介紹

車架傳統(tǒng)裝配線使用橋式鏈+裝配小車（圖1）的形式進(jìn)行車架裝配。車架縱梁臥鉚完成零件鉚接后，縱梁和橫梁在橋式鏈上的小車上進(jìn)行合梁裝配。再通過橋式鏈將裝配小車上的車架輸送到車架裝配的各個(gè)工位，完成后續(xù)的鉚接、螺栓等作業(yè)。傳統(tǒng)的車架裝配線長度為100～145 m，每2個(gè)小車間距離是固定的（3.8 m、4.2 m 交替，4.2 m、5.6 m 交替，4.6 m、5.6 m 交替3 種小車布置）。小車寬度也限定在960 mm 以內(nèi)。而我們現(xiàn)有7 大平臺(tái)的車架從6 m 到11 m，寬度從850 mm 到1 020 mm。裝配小車的柔性化程度低，很多車架在此裝配線的通過性極差，時(shí)常發(fā)生車架從裝配小車上掉落、碰撞事故。在長期使用過程中，車架裝配小車的表面磕碰變形嚴(yán)重，導(dǎo)致車架裝配過程的相關(guān)尺寸（車架外寬、吊耳同軸度等）無法保證。維修不方便，需要相關(guān)人員鉆入地溝進(jìn)行維修。小車無法連續(xù)輸送，間歇式輸送效率低下，無法適應(yīng)車架裝配的節(jié)拍，亟需改善。

圖1 橋式鏈裝配小車

3 車架裝配AGV小車設(shè)計(jì)

3.1 車架裝配AGV小車組成

車架裝配AGV小車單車承載≥5 000 kg，小車運(yùn)行靠磁帶導(dǎo)引行駛路線，每個(gè)小車均能夠自動(dòng)充電，同時(shí)帶有光電信號(hào)獨(dú)立控制及無線局域網(wǎng)通訊傳輸控制功能。如圖2 所示，車架裝配AGV 小車，主要分為如下4個(gè)部分，導(dǎo)航系統(tǒng)、無接觸電控充電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車架裝配定位夾緊伸縮系統(tǒng)。

3.1.1 導(dǎo)航系統(tǒng)

新建車架裝配車間地面貼上磁條，AGV小車按照磁條位置行駛。AGV 小車行駛軌跡可以通過軟件程序更改或者磁條粘貼位置更改。在AGV 小車前端底部裝載有專用磁導(dǎo)航，磁導(dǎo)航傳感器結(jié)構(gòu)小巧，抗干擾性強(qiáng)、維護(hù)方便，導(dǎo)航靈敏，精度高。AGV 小車空載時(shí)，前后行駛的小車通過紅外感應(yīng)，保證小車之間的安全距離，避免發(fā)生碰撞。可以根據(jù)需要，通過小車上的控制面板，更改參數(shù)調(diào)整前后車的間距，保證車距在安全范圍內(nèi)。當(dāng)AGV小車進(jìn)入到車架裝配段時(shí)，自動(dòng)感知行駛的區(qū)域，自動(dòng)關(guān)閉障礙報(bào)警，防止錯(cuò)誤報(bào)警。AGV小車行駛中發(fā)生偏離軌道時(shí)候，脫線保護(hù)功能開啟。行駛中發(fā)生故障，AGV會(huì)立即制動(dòng)停車，并發(fā)出脫線報(bào)警。

圖2 車架裝配AGV小車

3.1.2 無接觸電控充電系統(tǒng)

AGV 小車供電方式為高倍率大容量鋰電池，該種電池一方面在短時(shí)間內(nèi)可提供較大的放電電流，在AGV 啟動(dòng)時(shí)可提供較大的加速度；另一方面該種電池的最大充電電流可達(dá)到20 A，使用大電流充電即可減少電池的充電時(shí)間，AGV 的充電運(yùn)行時(shí)間比可達(dá)到1∶5，返回路線布置無接觸供電系統(tǒng)用來充電，AGV 小車加裝取電器，小車電池容量及充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足整線AGV 連續(xù)運(yùn)行要求；此外，AGV 小車自動(dòng)檢測電池容量，電池容量即將不足時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警提示。

3.1.3 控制系統(tǒng)

AGV 小車控制系統(tǒng)接收和存儲(chǔ)掃描設(shè)備發(fā)送過來的車架縱梁和內(nèi)梁型號(hào)信息流并進(jìn)行一一對應(yīng)，實(shí)時(shí)記錄裝配過程信息并按產(chǎn)品對生產(chǎn)數(shù)量進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)（包含時(shí)間戳），統(tǒng)計(jì)信息所在數(shù)據(jù)塊允許總控系統(tǒng)訪問、分析、處理和統(tǒng)計(jì)。控制系統(tǒng)對小車進(jìn)行編組控制，對各小車進(jìn)行編碼和識(shí)別。AGV 小車的啟動(dòng)與停止必須受控于設(shè)備整體的控制系統(tǒng)。同時(shí)，該裝置需向上提供其運(yùn)行及故障狀態(tài)信號(hào)。實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息發(fā)送給裝配線總控系統(tǒng)，為接入信息系統(tǒng)提供信息支撐，同時(shí)顯示、設(shè)置和調(diào)節(jié)各小車的運(yùn)行速度。

3.1.4 車架裝配定位夾緊伸縮系統(tǒng)

AGV小車前后支撐位置間距可調(diào)，滿足所有車架產(chǎn)品承載位置柔性化，調(diào)整范圍為4 500～10 500 mm（可兩段式伸縮），調(diào)控方式快捷方便；AGV 小車控制在進(jìn)入返回通道前需實(shí)現(xiàn)自動(dòng)縮短一定長度，在進(jìn)入主線體縱梁合件上線工位停止前需實(shí)現(xiàn)根據(jù)車型信息自動(dòng)調(diào)整好前后支撐位置；機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)縱梁定位、夾緊、縱梁外傾角同步開合及車架裝配過程中外寬、對角線、同軸度、平面度等車架質(zhì)量要求控制功能，結(jié)構(gòu)可靠、動(dòng)作高效；支撐面整體需水平，接觸面對油漆件具有防護(hù)功能；AGV 小車支撐面高度設(shè)計(jì)與車架高度相結(jié)合適宜人員作業(yè)。

3.2 AGV車架裝配定位小車控制系統(tǒng)

AGV系統(tǒng)配有上位監(jiān)控系統(tǒng)（圖3）。主要功能包括AGV小車單個(gè)或多個(gè)行駛狀態(tài)控制，實(shí)時(shí)行駛狀態(tài)跟蹤，相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控系統(tǒng)的屏幕上進(jìn)行顯示，數(shù)據(jù)包括AGV在車架裝配線數(shù)量、行駛位置、線下等待數(shù)量和電量監(jiān)視等，可以實(shí)時(shí)調(diào)整AGV 小車之間的間距，避免追尾等事故發(fā)生。線上AGV小車具有無線通訊功能，可以跟上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊和傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與上游的MES(生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng))、MTDP（工藝數(shù)據(jù)制造系統(tǒng)）等數(shù)據(jù)系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)裝配線上車架信息的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與定位、完工信息的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)及反饋和AGV小車伸縮長短工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。每條車架裝配線均設(shè)有AGV小車的獨(dú)立分控系統(tǒng)。AGV小車控制設(shè)有小車系統(tǒng)的控制畫面，能手動(dòng)設(shè)置AGV小車夾具參數(shù)配方或讀取生產(chǎn)信息系統(tǒng)車架生產(chǎn)信息自動(dòng)生成并保存夾具參數(shù)配方。通過先進(jìn)的超高頻RFID 讀卡系統(tǒng)，對埋設(shè)的電子地面進(jìn)行讀取，以實(shí)現(xiàn)AGV小車的位置控制及動(dòng)作指令。采用超高頻的讀卡系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)更大的讀卡距離和更高的可靠性，避免電磁干擾對地標(biāo)讀取的影響。每臺(tái)AGV小車配有無線通訊裝置，可以實(shí)現(xiàn)小車間點(diǎn)對點(diǎn)通訊，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)交叉路口的避讓、防撞。獨(dú)立的通訊方式最大程度的避免了對中控系統(tǒng)的依賴，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖3 AGV車架定位小車控制拓?fù)?/p>

4 AGV 車架裝配小車在車架裝配車間應(yīng)用方案

西坪車架建設(shè)二期項(xiàng)目考慮到張灣廠區(qū)橋式鏈小車的相關(guān)弊端，引入帶有車架裝配定位系統(tǒng)的AGV 小車，同時(shí)減少了地面的相關(guān)施工，節(jié)約了費(fèi)用，滿足了二期建設(shè)提速及車架裝配質(zhì)量提升要求。車架裝配車間設(shè)計(jì)有2 條車架裝配線，裝配線AGV 小車運(yùn)行軌跡為地面環(huán)形回轉(zhuǎn)，返回2 條線共用1條行走通道。每條裝配線AGV小車15臺(tái)，主線體工位12臺(tái)，剩余3臺(tái)用于返回銜接。線體AGV小車為間歇式輸送，主線體輸送速度≥30 m/min，輸送平穩(wěn)前提條件下，速度越快越好，返回電機(jī)加速返回，滿足節(jié)拍生產(chǎn)一個(gè)流。

4.1 AGV小車行駛路線設(shè)計(jì)

集配路線的確定是根據(jù)已有裝配車間空間大小以及車架裝配工藝要求，在線體上布置12 個(gè)工位。分為圖4所示的A～B、D～C、H～I(xiàn)的直線路線3 段，其中D～C 段屬于共用段，E～D、B～C、D～H、I～C為4段弧線段。共同構(gòu)成“OO”形狀，裝配線體在3段直線間，屬于AGV小車車架裝配段。

圖4 AGV車架裝配小車行駛路線

4.2 AGV車架裝配小車數(shù)目確定

AGV車架裝配小車數(shù)量需求具體計(jì)算公式如下：

式中，N 為返回AGV 數(shù)量需求；S 為AGV 車架裝配小車行走路程（圖4 所示A～B、D～C 的直線段2段，E～D、B～C 的2 段弧線段，S 為上述4 段路線之和）；V 為AGV 與車架裝配線裝配速度最佳匹配的行駛速度。

線上12 個(gè)工位，共計(jì)12 臺(tái)小車。單條線AGV小車總數(shù)為返回段的數(shù)量+12，經(jīng)過計(jì)算，返回段需要布置3 個(gè)AGV 小車，每條線體總數(shù)為15 個(gè)，2條車架裝配線共計(jì)30 個(gè)AGV 小車。

4.3 障礙物傳感器設(shè)置方案

如圖4 所示，AGV 小車的最大外寬1 468 mm，AGV障礙物傳感器檢測區(qū)域劃分范圍為G～B～C～D～E、A～F，區(qū)域設(shè)置1種障礙物傳感器檢測區(qū)域，區(qū)域范圍為車寬每邊0～400 mm；E～A，F(xiàn)～G 段設(shè)置另1種障礙物檢測區(qū)域，區(qū)域范圍為車寬每邊0～50 mm，AGV 運(yùn)行至E 地點(diǎn)（升降機(jī)護(hù)欄入口處）切換地標(biāo)，讀到該地標(biāo)后，該區(qū)域范圍自動(dòng)切換為車寬每邊0～50 mm，運(yùn)行至A地點(diǎn)（升降機(jī)護(hù)欄出口處）切換地標(biāo)，讀到該地標(biāo)后，該區(qū)域范圍自動(dòng)切換為車寬每邊0～400 mm；運(yùn)行至F 地點(diǎn)（裝配線第3 工位臥鉚工位入口）切換地標(biāo)，讀到該地標(biāo)后，該區(qū)域范圍自動(dòng)切換為車寬每邊0～50 mm，運(yùn)行至G 地點(diǎn)（裝配線第4工位臥鉚工位出口）切換地標(biāo)，讀到該地標(biāo)后，該區(qū)域范圍自動(dòng)切換為車寬每邊0～400 mm。F～G（裝配線第3、4 工位臥鉚工位）段區(qū)域，運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)較大，由于AGV較重，慣性較大，遇到緊急情況時(shí)在50 mm 內(nèi)不可能立即停車，會(huì)對線邊人員及設(shè)備造成危險(xiǎn)，此區(qū)域增加線邊護(hù)欄，保護(hù)操作人員安全。

圖5 AGV車架裝配小車車架定位

4.4 AGV裝配定位小車對車架裝配的改善

為便于AGV 小車在車架裝配過程中對車架進(jìn)行定位裝配（圖5），在產(chǎn)車架縱梁腹面，統(tǒng)一增加1個(gè)直徑為Φ21 mm 定位圓孔，采用銷棒在裝配時(shí)候進(jìn)行定位。裝配時(shí)的裝配過程變?yōu)锳GV 小車根據(jù)上控系統(tǒng)提前輸入的車型號(hào)的車架長度、寬度、定位孔位置參數(shù)，再根據(jù)MES傳遞過來的車架裝配順序進(jìn)行比對，AGV小車自動(dòng)伸縮到車架總成適合的長度和外寬，滿足根據(jù)車架1 080 mm/800 mm、940 mm/850 mm、860 mm 外寬尺寸自動(dòng)調(diào)整。AGV 小車裝配過程為縱梁放入小車、小車立梁、插定位銷、小車夾緊、控制外寬、塞入橫梁、車架拼裝。

4.5 AGV裝配定位小車對車架倒運(yùn)物流的改善

AGV 小車輸送到車架裝配完成后，通過總控系統(tǒng)對AGV 小車進(jìn)行發(fā)交控制聯(lián)動(dòng)。車架裝配完成后，AGV 小車行駛到車架發(fā)交EMS 線附近，由天車吊運(yùn)車架至車架發(fā)交EMS 線，通過EMS 線轉(zhuǎn)運(yùn)至總裝線體，從而滿足車架裝配線和總裝線體的生產(chǎn)節(jié)拍。

通過此AGV 小車與EMS 車架發(fā)交線的聯(lián)動(dòng)，物流倒運(yùn)上，省去了原有的大卡車對車架倒運(yùn)至整車裝配線的過程，直接由AGV+EMS 倒運(yùn)。每天倒運(yùn)節(jié)省費(fèi)用達(dá)到1 235 元（雙班生產(chǎn)、車輛使用費(fèi)用、人工成本），一年物流成本約節(jié)省30 萬元。

5 結(jié)束語

AVG 車架裝配定位小車使用近2 年來，車架裝配質(zhì)量、物流效率也得到了提升，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。此應(yīng)用可以推廣到工業(yè)制造的相關(guān)領(lǐng)域，解決類似的裝配和物流方面的問題，有一定的應(yīng)用前景。