智能AGV 在沖壓車間的應用

文/趙博，孫剛，吳明華，張秀花·一汽-大眾汽車有限公司

隨著汽車市場的飛速發展，智能化物流設備成為工業未來的發展方向。對于沖壓車間，傳統的沖壓工藝是沖壓線末尾生產出零件后，人工裝箱，再通過叉車運輸，將沖壓零件料箱運輸到庫房。一汽-大眾沖壓車間于2017 年首次采用了沖壓AGV 工藝，替代了叉車運輸，提升了沖壓智能化物流能力，本文介紹了智能AGV 系統及其在沖壓車間的應用。

智能AGV 系統的應用對沖壓車間來說是一次全新的技術變革。通過智能AGV 的應用，沖壓車間可以避免叉車進入生產區域，對車間安全、自動化率提升、能源節省等多方面都有很大幫助，同時，也為企業下一步實現智能倉儲體系打下基礎。下面就從智能AGV 的結構、不同AGV間的區別等方面詳細介紹一下智能AGV 在沖壓車間的應用。

智能AGV 結構

如圖1 所示，AGV 系統構架可以分為中央控制單元、殼體、升降銷、動力單元、操作面板、安全防護、安全檢測、傳感器8 個部分。通過磁導航傳感器，可以檢測到地面磁條位置，從而通過相對位置，經過中央控制單元計算，控制舵輪，調整AGV 運行姿態。通過RFID 地標傳感器，可以得到當前的絕對位置，并且根據絕對位置，通過無線網絡，得到來自控制系統的任務指令，進行物流運輸，AGV 實物如圖2 所示。

圖1 智能AGV 結構圖

圖2 智能AGV 實物

圖3 AGV 的應用形式

沖壓車間不同種類AGV 的區別

物流行業中應用的AGV 有很多種，按AGV 小車的導航方式可分為：電磁導航AGV 小車，磁條導航AGV小車，二維碼導航AGV小車，激光導航AGV小車，慣性導航AGV 小車，視覺導航AGV 小車。按AGV小車移載方式(執行機構或用途）又可分為：叉車式AGV 小車，牽引式AGV 小車，背負式AGV 小車，滾筒式AGV 小車，舉升式AGV 小車，裝配式AGV小車。

根據AGV 結構不同，沖壓車間采用的AGV 主要有三種類型：(1）潛伏雙向牽引式AGV；(2）潛伏全向牽引式AGV；(3）全向舉升背負式AGV。采用這三種類型AGV 的原因是由于沖壓車間的料箱尺寸大小不一，而且重量也不相同，其他種類AGV 很難覆蓋如此多品種的料箱。并且，沖壓料箱數量非常多，如果要標準化沖壓料箱，會導致庫房面積與料箱成本的提高。而潛伏或背負式AGV，可以通過通用的托盤，在一定程度上減少AGV 對料箱標準化的要求，實現最大程度的通用。

由于第三種AGV 是在第二種AGV 上進行的更新，因此，本文著重介紹第一種和第三種AGV 在沖壓車間應用的區別，如圖3 所示。

雙向牽引式AGV 是單舵輪AGV，具備前后及轉彎運輸的能力。由于沖壓線尾空間要求，其運行需要與伸縮機構相配合。每次運行過程中，員工在壓機線邊呼叫AGV；AGV ①牽引著存放料箱的托盤運行至伸縮機構所在位置②處；AGV 與存放料箱的托盤分離，繼續向前運行；伸縮機構夾住存放料箱的托盤，拉回壓機線邊，員工進行擺件。

全向舉升式AGV 是雙舵輪AGV，并且有舉升電機，可以將料箱進行舉升。通過雙舵輪，全向AGV可以進行橫移，所以路線規劃更加簡單。通過舉升，可以減少壓機線邊固定機構。每個AGV 都是一個獨立的運行單元，從而大大提升了AGV 系統的柔性，通過磁條路線的變更及系統程序的更改，就可以對生產線節拍變化等情況進行重新匹配。

AGV 安全系統

對比叉車物流，智能AGV 使沖壓車間的物流安全得到了大幅度提升。AGV 的安全裝置有。

(1）激光掃描儀。在AGV 小車行駛時，會在AGV 行駛前方形成一定的探測區域，AGV 根據與前方物體距離進行減速和停止動作，如圖4 所示。

(2）報警燈及蜂鳴器。主要是通過光閃爍和聲音來提醒車間的工作人員注意安全。

圖4 AGV 傳感器掃描區域

(3）機械防撞邊緣。AGV 前方設置接觸式機械防撞安全邊緣，當安全邊緣與障礙物發生碰撞，AGV會停車保護。

(4）緊急停止按鈕。特殊情況需要緊急停止AGV，可通過緊急停止按鈕實現。

AGV 監控調度系統

如圖5 所示，監控調度系統通過無線網，實時監控AGV 運行狀態與位置，同時也對自動機構、充電設備等進行監控，確保穩定運行。監控調度系統具備關鍵通道交叉路段實時交通管制能力，避免AGV 發生碰撞。系統可以與沖壓MES 系統進行數據交互，進一步提升沖壓車間數字化能力。

AGV 實際應用總結

通過沖壓AGV 實際應用，經驗總結如下。

(1）節拍與路線規劃。

由于沖壓車間生產不均衡，高峰值節拍可達到40s 下線一個料箱(沖壓側圍零件生產），低谷值在300s 一個料箱(沖壓內板零件生產），所以需要對程序及規劃路線進行設定，系統需要判斷零件的節拍，進行AGV 路線的調節，不同節拍采用不同路線、不同速度，從而優化AGV 的數量。通過不斷的路線優化及調試優化，一汽-大眾沖壓車間僅用29 臺AGV，就完成了2 條高速沖壓線的物流轉運。

(2）減振。

AGV 走輪為剛性走輪，在AGV 實際運行過程中會產生很大振動，所以AGV 結構設計中需要考慮采用彈簧減振，減小振動幅度，從而降低故障率。定位銷每次在與托盤車掛靠的過程中，也會產生振動，需要采用緩沖機構，減輕定位銷的沖擊，同時，多定位銷定位，可以提高定位銷與托盤車的匹配性，減少匹配過程中的擺動，分擔作用力。

(3）配重。

沖壓車間地面一般為鋼纖維耐磨地面，AGV 在牽引1 噸左右的沖壓件在地面行車時，會出現打滑脫離磁條軌道的情況。需要在AGV 前后預留配重空間，進行配重調整。同時，需要選擇大功率舵輪，避免后續由于配重調整導致動力不足。

(4）偏載。

由于AGV 搭載的托盤為通用托盤，因此一般按照最大尺寸進行設計，為了保證料箱與擺件人員距離最小，料箱會放置在通用托盤的一側而非正中心，因此運行過程中會出現偏載的情況。需要通過合理布置腳輪、AGV 配重，程序補償，來抵消偏載造成的行駛角度不正。

(5）轉彎半徑。

沖壓線尾空間有限，為了保證不過多占用空間，一般要求雙向牽引式AGV 轉彎半徑小于1.5m，因此需要在布置托盤腳輪過程中一定程度的向中心布置，減少轉彎半徑。

(6）舵輪及磁導航傳感器布置。

舵輪作為整個AGV 的動力輪，位置十分關鍵，舵輪如果經過磁條路線區域，會對磁條造成破壞，因此要考慮磁導航傳感器偏置，避免舵輪壓過磁條路線。

(7）脫軌問題。

AGV 小車運行過程中，經常會出現脫軌問題。情況1：如果是單舵輪AGV 向前運行過程中脫軌，需要考慮舵輪布置過程中盡量靠前布置。情況2：如果是后退過程中脫軌，由于后退主要出現在沖壓抽檢、返修等工位，這時可考慮增加導向機構進行輔助導正。

(8）速度選擇。

AGV 小車速度不是越快越好，行駛太快會增加剎車距離，同時，慣性可能導致貨物傾倒，存在較大安全隱患。速度過大，還會導致轉彎過程中脫軌，重復加減速，能耗也會增加。根據測試，沖壓AGV 直線速度一般不大于1m/s，轉彎速度不大于0.4m/s，此速度可以保證AGV 穩定運行。

圖5 監控調度系統原理圖

(9）運營維護。

前期項目規劃時需要綜合考慮AGV 生命周期的監管、維護和備件成本，例如：其動力電池一般3 ～5年需要進行更換。

結束語

智能AGV 的使用確實給沖壓車間帶來了很大益處。

首先，安全性得到了大大提高。沖壓零件生產過程中，料箱的轉運流量不是一成不變的，比如生產側圍零件時，壓機線尾物流轉運量非常大，側圍料箱長度尺寸大于3500mm，但轉運空間卻十分有限，叉車轉運時，經常會出現磕碰等情況。采用AGV 后，避免了此種情況的發生，減少了器具的維護成本，同時也減少了可能導致的安全風險。其次，經過估算，采用AGV可節省約20%的能源消耗。此外，AGV的采用，還節約了物流運營成本。最后，智能AGV 系統可以與沖壓MES 系統等進行數據交互，同時，為下一步實現智能化無人沖壓倉儲物流打下基礎，提升了沖壓車間數字化、智能化的能力。

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