基于MES與AGV互聯的智能倉儲系統設計

高凈凈

（長沙長泰智能裝備有限公司，長沙 410010）

0 引言

當今，由于人工成本和原材料成本的不斷上漲，企業面臨著越來越大的經營壓力。如何進行數字化轉型，科學引導減少浪費，是需要迫切解決的現實問題。物流車間的配送方式主要是通過人工報備產線缺料信息，由叉車或牛奶輸送車進行運送。如何解決人工溝通誤差以及補料的實時性，自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）的出現，對企業層面關于解決安全、質量和成本之間的平衡關系等問題具有重要意義。

在當今生產面臨巨大的人力成本當中，物流系統顯得格外重要，智能數字化物流系統發揮的作用日益增大，車間內各種自動生產線上的原材料配送通過智能自動化裝備，代替人完成繁重的作業任務，對多樣的原材料型號、數量和類型進行精確管理。在技術的角度來看，該過程的智能生產透明化程度取決于各環節的自組織水平，也就是說，原材料配送與產線的工作效率取決于整個工廠各環節高度的系統集成整合能力[1]。

本文在原料產品的儲運環節進行基于制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）與AGV互聯的智能倉儲設計，提高該環節的自動化以及數字化程度，向智能工廠更進一步。

1 企業MES系統和AGV

AGV 無人搬運車，一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，具有很強的自調整性，且自動化程度高、準確便捷，能有效避免人為錯誤且節省人力資源。在自動化物流系統中，以可充電的蓄電池為其動力來源，可實現其柔性，實現高效、經濟、靈活的無人化工作以及管理。

MES 制造執行系統是一套面向車間的生產信息管理系統，從工廠的數據流來看，一般處于中間層級，主要將工廠的生產數據采集、存儲和分析。要實現個性化的柔性生產，MES 在未來的智能化工有著舉足輕重的作用，從目前來看，可以提供的主要功能包括計劃排程、生產管理調度、數據追溯、工具管理、質量控制、設備/任務中心管理、過程控制、安燈看板、報表分析、上層系統數據集成等。從企業運營方面來看，業務升級不僅僅是產業鏈的不斷擴充，更可以進一步實現個性化與定制化的自主追求[2]；從行業上來看，還可以按照不同的需求，為企業設計一個高效、全面并且可靠的生產管理系統，以滿足未來智能化的需求。目前，MES 系統已經快速應用到大部分制造企業，幫助工廠進行高效和快速的信息化管理[3]。

在當前大部分的生產企業里，車間的計劃和生產都配有企業級MES，利用MES 的生產數據來解決物流系統價值流角度的痛點，比如多系統差異造成額外的確認工作，操作流程只基于員工的經驗等等。充分利用MES 與AGV 調度數據互聯，整合部署在不同服務器的系統數據，這樣不僅降低了企業的運維成本，也給現場的操作人員帶來了極大的便利，所以在MES系統下進行AGV系統的研究有很強的現實意義[4－5]。

2 硬件系統

2.1 工業服務器與AGV

服務器端采用了惠普DL388G9，CPU2.1G 至 強E5－2620v4/8 核，內存512GB，硬盤HP 146 GB 10K SAS 2.5，OS 操作系統為Window Server2012，數據庫選擇Oracle 2012企業版關系型數據庫系統，可移植性好、可靠性高、穩定性強、具備處理海量數據能力，結合NET 平臺使用具有很大的便利性[3]。

AGV 采用海康威視MR－Q3－600－C 型，最大舉升高度為60 mm，額定負載能力為600 kg，停止位置精度為±10 mm，額定工作時間為8 h，在電量低于設定值且無工作任務時自動前往充電樁進行充電，這些特性能夠滿足大部分工廠通用的一日三班的工作要求。從成本優化和項目適用性角度，系統采用了磁條導航的方式。

2.2 智能倉庫工作站

智能倉庫設備方案如圖1 所示，該設備為AGV 應用展示設備。通過MES 將庫房端與物料需求端連接起來，實現庫房與物料需求端物料輸送的自動對接。

圖1 智能倉庫設備方案

設備控制系統由AGV料車、待料架、物料架、卸料架和MES 組成。設備控制采用西門子1500 系列全自動集成控制，相比于S7－300/400，西門子1500 處理速度更快，聯網能力更強，診斷能力和安全性更高，不僅可節省成本，提高生產效率，而且安全可靠，支持的數據類型更為廣泛。智能倉庫設備由本地局域網連接，設備具有更強的聯網能力，有利于提高該設計整體系統的穩定性。

3 軟件系統

3.1 MES和倉儲工作站的數據互聯

當貨架缺料時，貨架設備向MES 系統發出缺料請求信息，報文中包括缺料的型號。MES 系統通過隊列將RCS 創建任務所需的信息傳遞給RCS系統。當RCS創建AGV小車任務成功，將命令下達給AGV小車，AGV根據規劃好的路徑向倉庫移動。到達指定地點后，AGV 通過透傳任務將信息傳達給倉庫PLC。倉庫工作站通過向MES 系統發送信息，確認送達的物料型號準確，并通過報文向MES 系統傳達任務已完成的信息。

在MES 系統的工作系統層面，當卸料架發出缺料信息后，將指令發給AGV管理系統RCS，主要內容有目的地＋身份ID、物料類型、物料數量等；AGV管理系統接受好任務后將狀態反饋給MES，并駛向待料架PLC1；AGV 到達待料架PLC1，AGV將到位和準備信號告知待料架PLC1，同時將身份ID＋物料類型、物料數量傳至待料架PLC1。

AGV收到待料架PLC1反饋的準備信號之后開始接收物料架，待判斷接收好物料框并同時收到待料架PLC1的完成信號后，載著物料框開始駛向卸料架PLC2；AGV 到達卸料架PLC2，將到位和準備信號告知卸料架PLC2，收到卸料架PLC2 反饋的準備信號之后開始輸送物料框，待收到卸料架PLC2收料的完成信號后，回到充電樁或進行下一個工作周期。

AGV 與線邊PLC1&2 的數據交換，數據通訊采用OPC 客戶端與服務端的方式，如圖2所示。

圖2 智能倉庫工作流程

3.2 MES和RCS通信

Web Service是一種基于Http和XML技術，并使用網絡服務描述語言描述和使用SOAP協議傳輸的異構系統解決方案。

AGV 任務生成的順序工作流如圖3 所示。MES 端將任務生成所需信息通過消息隊列發送給RCS 系統，RCS 系統生成對應的AGV任務。

圖3 順序工作流

AGV 系統主要由機器人控制系統（Robot con?trol system，RCS）、平臺系統和多臺AGV小車本體組成，上層RCS 平臺作為小車搬運系統的大腦，主要負責AGV小車的任務分配及調度，而AGV小車則作為任務的執行者，直接和系統中的機臺對接，自動完成搬運任務。

當系統需要將機臺A 的貨物接送到機臺B 時，首先由MES 生成相應的任務發送至RCS，RCS 根據智能算法選取最近滿足需求的AGV，行進至機臺A，到位后，上層執行機構進行動作；執行機構完成動作后，AGV再進行移動至機臺B。

為了保證動作的可靠性及AGV整體的安全性，在AGV移動過程中，上層執行機構不進行動作。而當上層執行機構動作時，AGV 底盤保證自身位置固定，通知執行機構完成相應的任務，主要業務流程如圖4所示。

圖4 主要業務流程

3.3 AGV故障實時監控

AGV 所在位置為充電樁位置，當電量低于設定值時，小車將自動前往充電樁。AGV 小車的電量顯示及故障報錯信息都會在界面顯示，便于工作人員排查，如圖5所示。

圖5 AGV故障實時監控

3.4 過程行為追溯

唯一識別碼由物料型號、日期和計數器組成，方便識別。在取料完成后任務狀態變為OK，如果任務沒有完成，任務狀態會顯示為無結果。過程數據記錄了任務創建、AGV 到達待料架、AGV 到達物料架和任務完成這4 個時間點、數量和步驟次序，完成了整個運料過程的數據追溯，如圖6所示。

圖6 AGV數據追溯

4 結束語

近年來，生產和物流的需求急劇增長，車間的數據集成化變得越來越重要，AGV和MES系統整合后，極大地避免了由人工失誤造成的產能降低，能更大地發揮MES 系統的效力，從而提高車間物流的智能化程度，提高企業的運營效率。

通過MES與RCS系統互聯，在車間的任務調度和管理層面，滿足了物料數據和配送的可視化，并保證了數據的準確率和實用性，實現了智能倉儲系統動態自動化補料的智能化。本文的智能倉儲系統設計從MES 與智能工作站的實時數據交互，AGV 小車供料接口單元改造來滿足多元化的輸送需求，可以滿足更多使用場景，對節能減耗，提高物流工作效率有明顯的指導意義。