自动搬运车系统在玻纤行业的设计应用

张帮荣 卫津民 李娇 龙衡 符鹏锟/文

自动搬运车系统在玻纤行业的设计应用

张帮荣 卫津民 李娇 龙衡 符鹏锟/文

本文主要介绍了AGV在玻璃纤维行业中的应用解决方案。通过对比分析传统物料搬运及AGV搬运的特点，展现了AGV应用的优势。同时，对AGV系统的应用环节、工艺流程及AGV小车的设计要点做了分析，对应用于AGV的新调度与控制系统做了简介。

AGV、玻璃纤维行业、智能化

近年来，受新材料的广泛应用影响，我国玻璃纤维行业发展势头迅猛。在此背景和智能制造发展改革的浪潮下，玻纤行业制造工厂结合自身生产工艺特点，通过大量引进智能化生产设备，正逐步由传统制造向智能制造方向转变。其中，AGV作为实现物料自动搬运的重要一环，在整个自动化生产中发挥着举足轻重的作用。

一、传统物料搬运方式在玻纤行业应用中的弊端

基于传统模式下的物流搬运，一般采用人工方式，通过搬运工具对物料的转运，实现物料在不同生产环节间的传递。玻纤行业生产中，常利用叉车搬运或人力推拉的方式进行物料的转运存储。此种作业方式存在诸多弊端，主要有以下几点：

1.作业人员劳动强度大，投入人力较多，人工成本较高；

2.人力作业不利于精细化管理；

3.生产调度效率不高；

4.基于传统人工方式束缚，无法配有先进数据管理系统；

5.不利于24小时连续工作制；

6.由于玻纤生产工艺的特殊性，场地潮湿且含有较多细小纤维，环境恶劣，长时间会造成作业人员的健康损害。

图1：AGV系统路径总体规划图

图3：系统任务模式

图4：AGV运行工艺流程

二、AGVS在玻纤行业中的应用

由于传统物流搬运方式的诸多束缚，玻璃纤维行业的生产效率并不能实现最大化，也不利于生产智能化的转型升级。与之相比，AGV搬运具有柔性化、信息化程度高，可与其它智能化设备实现信息传递与交换，控制精细，作业时间不受限制等特点。通过上位系统及调度系统的管理，自动搬运车系统(AGVS)可根据物料点信息自动规划最优搬运路线，提高搬运效率，降低生产成本，实现生产过程的精准控制。

1.AGV在玻纤生产环节中的应用

在玻纤行业自动化物流系统中，AGV的主要作用为将丝饼从拉丝区自动输送到烘干区烘干或短切区短切，再由机器人自动完成包装、堆垛、进出立库等，以实现产品从生产环节到仓储环节的自动化识别、传输、分配、存储和管理。其系统路径总体规划图（案例），如图1。

2.AGV单机概要

鉴于玻纤物料的承载工具一般为托盘或纱车，搬运AGV基本采用叉式，即叉车型AGV。对于AGV的应用场合，玻纤行业生产环境比较恶劣，常伴有水雾及积水，所以AGV一般采用激光导航技术，此导引技术柔性化程度高，应用过程中如需更改车辆运行路线，只需从上位系统更改路径即可，无需增加任何硬件投入。AGV在玻纤行业中的应用场景，如图2。

3.工艺流程

（1）AGV系统任务模式

AGV系统在工作中，接受上级物流系统下达的搬运任务，其任务模式如图3。上级物流系统根据生产情况下达任务指令给AGV任务管理系统（中间件），任务管理系统对任务进行优化统筹后下发给AGV上位控制系统，上位控制系统则直接指令AGV单机执行任务。当系统中没有任务管理系统（中间件）时，上级物流系统则直接下达任务给上位控制系统。

（2）AGVS运行工艺流程

当物流系统下达任务给AGV系统后，AGV系统自动调度AGV执行搬运任务。AGV搬运工艺流程，如图4。

AGV接到任务指令，由待命站点出发，行驶至拉丝区满纱车位，取上满纱车，经过条码识别区进行条码识别之后，将纱车搬运至烘干区或短切区指定位置；

AGV完成前一作业任务后，AGV系统根据物流系统任务指令，调度AGV执行取空纱车任务，任务下发后，AGV运行至空纱车暂存位取上空纱车自动搬运至待命站点临时等待或搬运至拉丝区的空纱车位；

当烘干区或短切区没有纱车空位或发生故障时，系统下发满纱车临时存放指令，AGV拉取满纱车经条码识别后，将纱车搬运至临时存放位存放。待前方有空位或恢复生产时，系统下发指令，AGV将临时存放位的纱车搬运至烘干区或短切区指定位置；

AGV 搬运满纱车行驶到条码识别区，AGV将停车或减速行驶，待确认信息成功后继续行驶至目的地。若不成功，AGV将回退继续条码识别，若仍不成功，AGV报告上级物流系统，物流系统将重新分配目标地址作异常处理，AGV自动驶向问题纱车工位进行卸货。

三、AGV在玻纤行业中的设计要点

玻纤行业生产中，由于玻璃纤维材料及生产工艺的特殊性，生产环境比较恶劣。车间常伴有粉尘及雾气，这给AGV平稳运行带来了诸多考验。所以，AGV在设计制造过程中，需要针对不同的环境采取必要防范措施，进行特殊设计处理，方能保证AGV正常行驶。

1.防水保护

玻纤生产中，烘干区车间由于烘干过程中产生大量水蒸气，车间内部湿度高达90%，时常有冷凝水的出现，防止冷凝水滴漏或凝结到元器件上造成器件的损坏是设计中必须考虑的因素。因此，需将AGV元器件进行防水保护。

2.选用高防护性元器件

玻璃纤维本身不溶于水且直径很小，生产中会出现粉尘。为防止粉尘损坏AGV器件，需选用具有高防护性能的元器件，并定期对AGV进行保养维护。

3.选用特殊用途驱动轮

由于玻璃纤维在生产过程中需使用大量含有化学成分的液体，这些化学液体泼洒到路面上会使路面湿滑。AGV行驶在这样的路面上，极易打滑，且化学液体会腐蚀驱动轮。因此，AGV的驱动轮需选用具有高防滑性、耐磨性、抗腐蚀性能的特殊用途轮子，以保证AGV的正常运行。

4.选用带雾校正功能的安全扫描仪

对于玻璃纤维生产车间湿度较大的特点，元器件除了做好防水保护外，对于检测防护性功能器件，还需考虑雾化环境对检测所带来的影响。为了AGV安全防护性能不受雾气环境影响，安全防护器件一般采用带雾校正功能的安全激光扫描仪，此扫描仪能在高湿度环境中正常工作，为AGV提供更为有效的安全防护。

四、AGV车载HMI系统的应用

AGV车载HMI系统是运行于AGV车载一体计算机上的软件，主要包括车载系统相关功能、调度系统相关功能及系统功能等。

AGV车载HMI系统是用户与AGV之间进行交互和信息交换的媒介，如图5，主要实现信息收集、信息处理、信息存储、信息转化及信息传递等功能，最终将丰富的信息以直观的可视化方式呈现给用户。用户可通过触摸式车载一体计算机对AGV车载HMI系统进行操作，以触摸的方式对AGV进行操控，使人机交互更加便捷，更加人性化。

图5：AGV车载HMI系统交互界面

通过该系统，用户可查询当前AGVS的运行信息、操作状态、通讯状态、错误信息、电池信息、各类统计信息、当前系统中的任务及货位信息等，并能对AGV下达命令、对AGV进行参数设置与调试等。

五、AGVS任务管理系统（中间件）的应用

在玻纤行业，昆船AGVS使用了自主研发的最新的任务管理（中间件）系统。这个系统位于上层调度系统与下层设备控制系统之间。其作用是：对下层不同设备控制系统的接口进行统一封装处理，为上层调度系统提供统一的对外访问接口；且能够根据实际需求，对调度流程进行优化处理，实现标准的中间件平台化管理。

对于整个上位系统，AGV中间件控制系统相当于一个服务器，是整个AGV输送集成系统（ATIS）的核心。它根据上级物流系统产生的任务，统筹调度AGV作业，并统一指挥交通，避免AGV相互碰撞，同时自动管理AGV完成和外围设备的通信。该系统包含货位管理、托盘管理、任务管理、移动管理、通讯管理、查询统计、日志管理、系统维护、运行信息记录等多个功能模块。这些功能模块为AGV系统的所有活动提供管理并记录，极大的丰富了AGV系统功能，提高了产品的通用性和可维护性。

六、AGVS的应用效果

玻璃纤维生产属于劳动密集型产业，其特殊的材料及工艺会给生产人员的健康带来极大损害。随着近几年玻纤行业的快速发展，人工成本的不断攀升，受制于传统的生产模式，玻璃纤维的生产已不能满足市场的需求。AGVS在玻纤行业中的应用很好地解决了以上困难，其应用的效果及优势主要有以下几点：

1.自动化的生产模式使工人从复杂恶劣的环境中解放出来，降低了劳动强度，保护了人员安全；

2.AGV的自动、高效运行，大大减少了作业人员数量，为企业降低人工成本提供条件；

3.AGV可以24小时不间断的工作及合理的系统调度，提高了企业生产效率，为企业扩大产能注入新动力；

4.结合条码识别、信息管理、地面称重系统等技术的应用，可实现生产过程的全程监控与精细管理，保证了产品质量；

5.车载HMI系统的应用实现了更加便捷、直接的人机交互，操控人员只需经过简单培训即可上手，降低了AGV对操作人员的要求；

6.任务管理系统（中间件）的应用提高了整个系统的运行效率，为系统的实时活动提供记录和保存，保障系统在故障时的数据恢复；

7.AGV的柔性化，为生产临时调整或后续厂区升级改造提供了较为方便、低成本的有力支持，使企业调整生产更加灵活、便捷。

随着我国工业水平不断提高，新材料将越来越广泛的应用到各行各业，玻纤行业也将迎来蓬勃式发展。AGV系统为玻纤生产企业的物料运输提供了可靠、高效的解决方案，势必也会得到日益广泛的应用。

作者单位为云南昆船智能装备有限公司