車身焊裝車間智能物料配送模式的工藝開發與設計

趙祖鉉　韋樂樂　李冬艷

摘 要：近年來隨著人員工資及人力管理成本的逐年增長及用工荒越來越嚴重，勞動密集型制造企業都在研究規劃設計提升生產線自動化率，用自動化設備替代人工作業，以此來減輕企業生產經營成本壓力。整車工廠的白車身焊裝車間有兩大人員用工項：白車身焊接，以及物料配送。焊接通常采用柔性高，可連續性作業的機器人取代人工工作，而焊裝車間物料配送也亟待運用自動化智能化以達到降本增效效果。本文介紹物料配送基于AGV模式的工藝開發設計過程及工作內容。

關鍵詞：焊裝車間 智能 物料配送 AGV

1 引言

主機廠焊裝車間一般由前車體分拼線，側圍分拼線，頂蓋分拼線，主線（含下車體線和總拼線），門蓋線（尾門，發動機罩，左右前側們，左右后側門），調整線等生產線構成。如下表1是某車型的廠內物料配送的零件數量：00級零件及廠內總成件154個，及緊固件160個。

如此多數量和種類零件，配送物料采用AGV方式需要充分考慮方案的經濟性，實用性。

2 配送物料的選擇

物料選擇需要考慮的物料屬性：廠內自制件/廠外（供應商供件），物料的配送路線及距離，物料的分布區域及集中性，物料的重量，物料的裝框數量，物料料框尺寸。為達到配送效率及成本最優，本次AGV應用選擇門蓋線的內外板為配送目標，內外板零件屬性如表2。

3 物料配送區域Layout

車身車間設備繁多且復雜，物流，人員交叉運行，再加上AGV小車是自動配送物料，務必在設計的同時要充分考慮AGV運行安全。AGV自動配送區域盡量選擇車間布置比較偏僻、獨立的區域，見下圖1。

4 AGV小車工作流程規劃

以上選定給五門一蓋區域配送門蓋內外板零件，配送方案規劃：在生產線上需求物料的12個工位上設置物料呼叫按鈕盒，當前工位物料將用完時，按動按鈕將信息投送到倉庫配送區的顯示屏上，并根據按鈕按動的時間先后順序排序。配送區的叉車操作員根據顯示屏的物料信息從倉庫堆垛的，裝滿零件的料框提取到AGV等待區。等待區的最后一個工位布置有零件載碼掃描槍，用來掃描零件料框上的載碼體信息，通訊給AGV此刻料框配到指定的工位，并將此工位的零件空框帶回到AGV配送區域的卸框工位；空框由叉車提取回倉庫存放。至此完成一個AGV配送工作循環。

5 AGV選型

不同類型AGV適用不同場合，如潛入型一般用于定點自動脫/掛料框；舉升裝配型一般用于總裝線裝配較重零件如底盤、發動機等；如在空間狹小且沒有回轉空間處布置AGV，可采用雙向AGV及橫移等類型。常見AGV如圖2。

本方案中車間地面空間有限，規劃設計中也是本著盡量降低投資、運營成本，運行故障，設計伊始就考慮避免必須使用雙向AGV來回避受限工位的特殊工藝。而單向AGV兼容低投資、低運營成本，低運行故障等優點。

6 AGV小車數量分析

AGV需求數量計算：需結合產線節拍，零件種類數量，零件包裝數量，AGV運行運行長度和AGV產品屬性等結合。通過以下表格形式初步計算滿足節拍需求的AGV數量[1]，如表3。

7 物流分析

7.1 AGV裝載零件載體形式確認

AGV輸送零件有多種形式：1.AGV直接拖掛料框，此結構應用較多；2.AGV通過拖掛中介結構（如托盤）拉動料框，此結構是受限于所拉動的零件料框除需要輸送零件外，還有其他的轉運需求，如廠內沖壓件先堆垛，生產時再轉運到產線；3.AGV與輸送載體集成為一體來定位零件，此結構一般是一帶一，如總裝底盤、發動機安裝。

7.2 料框分析

結合AGV尺寸，輸送零件/料框尺寸，料框開口方向，區域其他零件輸送所占空間，以及零件裝配作業方式和布局分析。要能保證既滿足物料能正確輸送到指定工位，還有確保物料料框狀態（如取料距離，料框開口，料框切換）能滿足現場作業習慣。

7.3 物流繁忙程度分析[2]

統計AGV輸送線路各路段物流車輛通過次數，分析各路段繁忙程度，減少發生交通堵塞風險。區域內通過車輛次越多，發生堵塞風險越大。物流提供的經驗，1分鐘內通過一臺此車輛還可以接受。為減少堵塞，可通過如下方案解決：（1）增寬物流通道；（2）減少AGV數量（靠增加料框裝載零件數量來實現）；（3）物料?？奎c分布在分叉線路上且能避讓主通道上的物流車輛；（4）非AGV物料與AGV物料分布在產線的不同側擺放；（5）降低節拍。

如下圖3是路段物流頻次分析。

8 AGV路徑規劃及交通管制

（1）AGV輸送路線盡量采用單向循環線方式：物料通道寬度基本約3-4米，而零件或料框寬度也有1.2-2米不等，局部通道如雙向行走，容易發生交通堵塞。且需結合考慮其他零件（如外協件，沖壓件，廠內總成件）輸送路線及方向，避免出現物流線逆行。

（2）零件工位盡量采用分支靠近線旁工位，既減少因物料?？坑绊懲ǖ牢锪鳎部蓽p少工位取料距離。分支交叉點距離盡量拉大，避免AGV感應出錯。

（3）AGV轉彎半徑影響AGV的轉向通過性，路徑規劃時需結合產線尺寸布局綜合考慮。普通潛入型AGV最小轉彎半徑約800mm；平板承載型需要2000m。

（4）分段交通管制：AGV需采用多運行速度運行，最好能實現“無級變速”的多種速度切換，交叉點及交叉點多的區域需要設置低速度通過（轉彎速度約15米/分），保證順利轉彎及不發生碰撞；直線且空曠區域提升速度（廠內速度建議在35米/分以內），以提升輸送效率。

（5）安全防護：AGV導引/停止精度為±10mm；行走警告：聲光提示；障礙物探測：AGV專用障礙探測器；防撞裝置：前方設有防撞保險杠，左右設有安全觸須；其他防護：脫線保護、緊急停車、超工位停線、權限鑰匙。

9 其他輔助功能/設備開發

9.1 在線充電系統

目前幾家供應商主要有2種常規的自動充電方式。

（1）地面充電刷充電，優點：布局靈活，缺點：需要挖地溝預埋管線。

（2）側面伸縮式充電，優點：不用挖地溝，缺點：伸縮機構占用空間。

（3）預留充電方式。除以上2種常規充電方式，還需預留人工充電設備，以應對生產故障的多樣化。

9.2 AGV自動識別零件

采用掃描槍掃描零件料框上得載碼體而實現識別零件的功能。達到AGV利用率的最大化，使每臺AGV能給每個工位配送正確對應的物料，且也能第一時間智能響應緊急的非計劃內的任何物料需求，如發生整框物料缺陷，需加急送料。

9.3 信號增強

車身車間較其他車間設備多，環境復雜，特別是焊接輻射會削弱AGV控制信號。AGV會因此而發生脫離軌道，走錯路線（送錯料），報錯，停頓等故障。項目開發時需考慮根據輸送線長度和區域大小增設信號發射點。

9.4 物料需求狀態交互界面

目前我司基本是采用安燈系統，人工對講叫料，很難做到工位操作工與配料人員的實時和直接的溝通。通過在操作工位設置物料需求按鈕連通配料區域的顯示器，工位物料需求就可以一目了然地通過顯示器傳達到配料處。

9.5 配料區空托盤位置切換推桿結構

AGV在將空料框拖掛到指定區域后就會與托盤及空框脫離，獨自行走到指定的待發物料位置等待指令輸送零件。而待空框被叉車卸載后，空托盤依靠推桿機構提供動力前行2米到達AGV等待拖掛位置點。

9.6 AGV系統網絡化

運行狀態通過網絡聯入維修工段視頻監控系統，以保證AGV故障可以第一時間反饋到維修。

9.7 地面要求

平整度2%以下，地面不得有明顯的裂縫，AGV運行區域內必須保持潔凈，不得有小石子，灰塵，纖維狀物體等。

9.8 防滑

AGV驅動及從動輪盡量采用防滑輪胎，防止地面潮濕后容易打滑偏離軌道；驅動輪還有壓力預緊，加大驅動輪與地面的摩擦，防止發生空轉導致AGV失控。

10 結語

隨著人力成本逐年提高的同時，自動化智能化設備成本及運營成本卻在遞減。未來的汽車生產線將向著高柔性，無人化的黑燈工廠方向發展，AGV在無人物流方面有著得天獨厚的優勢。工藝規劃和設計需要加深、拓寬AGV的應用場景，為汽車白車身生產變革打好應用的基石。本案例的開發與應用，為降本增效，廠內物流規劃，物料配送，人機交界等場景提供了很好的模板與示范。

參考文獻：

[1]黃一鈞.車身車間AGV物料搬運系統小車數量配置規劃.上海交通大學，2015.

[2]李雪.基于排隊論的AGV利用率控制優化[J]．蘭州交通大學學報，2012.