AGV在汽车制造领域自动化搬运系统中的应用

文/蔡颖杰 夏韵凯

汽车生产线通过AGV系统与自动化立体仓库相连接，能够提高对汽车生产线供应物料、生产线成品出库的效率，从而提高整个汽车生产的效率

近些年来，劳动密集型企业的生存现状越来越严峻，劳动力成本不断上升使得实体企业负担越来越沉重。而物流业重复、繁重的工作环境，使得愿意从事该行业的人群越来越少，从业人员招聘困难。物流行业又是包含众多信息的行业，人员管理、货物管理难度大，需要智能化管理才能大幅提高物流效率。AGV智能仓库，既能做到提高搬运效率，又能做到信息化管理，是先进的物流与管理方案。

汽车生产物流是指物料从仓库入库到生产线消耗点，再到成品车入库前的物流，是物流业与制造业结合的一个典型。汽车制造生产是一个庞大的产业，如果能提高汽车生产物流的效率，对于复杂的汽车生产来说是具有重大意义的。本文提出了AGV在汽车制造领域、智能搬运系统链中的应用，汽车生产物流线全面使用AGV，通过提高物流运输效率，提高汽车生产的整体效率。在智能立体仓库，运用叉车式AGV和物流搬运机器人（小精灵）实现汽车制造与装配物料的“高层立体存储，低位货架拣选”；牵引AGV（Tomas）将智能立体仓库中的制造与装配物料，通过牵引的方式运输到生产线线边，实现仓储与生产的紧密结合；方舟（停车AGV）将从生产线下线的成品汽车运输至成品缓存区，实现即下线即入库的效果，不仅降低对人工开车入库的依赖，还能使缓存区的空间最大利用化，增大存车数量。

图1：AGV单机系统

图2：AGV控制系统

图3：汽车生产物流中AGV的应用流程

图4：小精灵

一、AGV及其AGVS概述

自动导引小车（Au t o m a t e d Guided Vehicle, AGV），是一种以蓄电池为动力的自动化导引物料搬运车，它能够在计算机的监控下，按照指定的路径进行搬运、取货、送货、充电等操作。 如图1所示，AGV单机的工作原理是通过各个传感器（导航、避障等）将信息传递给工控机（工业控制计算机），通过工控机下达任务给执行机构，完成各种操作任务。AGV按用途可分为自动搬运车、自动拖车、自动叉车、停车用AGV等，也可以根据导引方式分为电磁导引、激光导引、视觉导引、二维码导引等多种形式，可根据实际使用场景，选择合适的AGV进行工作。图2是AGV在立体仓库中运行的原理图。整个AGV控制系统通过外接操控设备（平板、手持终端等）发布具体搬运任务，由WMS（Warehouse Management System，仓库管理系统）发布任务给WCS（Warehouse Control system, 仓库控制系统）协调各种物流设备运行。

AGV在各行各业都有广泛的应用，尤其是物流和制造行业。在物流行业较为出名的就是亚马逊的kiva系统，物流对订单智能拣选运送，大大提高物流效率。在汽车制造业中也有应用的研究。但大多数在汽车制造行业都是在汽车生产线中大量使用AGV运送物料，很少有将AGV应用在立体仓库和生产线之间、生产线与成品缓存区之间的运送。本文主要表述AGV在汽车生产物流上的应用。

表 1：导航方式对比

图5：叉车AGV

图6：托马斯

图7：方舟

图8：AGV在汽车物流生产流程

二、方案设计

汽车生产分为三个过程，即仓库→生产线→成品库，如果能提高仓库→生产线与生产线→成品库的效率，就能大幅提高整个汽车生产的效率。

为了提高汽车生产物流的效率，本文提出将由AGV系统组成的智能立体仓库与生产线、生产线与成品缓存区联动的方案。流程如图3 所示，货车将制造原料与装配物料运送至立体仓库的运输区进行卸货，由人工在拣选区进行物料的分类拣选（低位货架拣选）；经分类的物流使用专用的货架，通过小精灵（物流搬运AGV）运送至暂存区；叉车AGV将物料运送至立体仓库（高层立体存储）。当生产线需要物料时，通过叉车AGV将物料从货架运送到暂存区；小精灵将物料从暂存区运送至出库拣选区；Tomas将物料从出库拣选区运送至汽车生产线线边等待生产。当汽车成品从生产线上下线后，通过方舟（停车AGV）将成品汽车运送至成品暂存区存储。

三、AGV的选择

汽车生产物流线上的运行环境有很大差别，需根据现场环境，选择合适用途和导航方式的AGV（表1）。在立体仓库中进行物料分拣和存入货架的过程，选择二维码导航的物流搬运AGV（小精灵）(图4)，与激光导航的叉车AGV。叉车AGV有前移式（图5a）与堆高式（图5b）。立体仓库→汽车生产线使用激光导航的牵引AGV（Tomas）（图6）。汽车生产线→成品缓存区使用激光导航停车AGV（方舟）（图7）。

四、具体方案

方案具体分为三部分(如图8)：立体仓库、立体仓库→汽车生产线、汽车生产线→成品缓存区。设计的方案不会影响生产线的正常生产，主要提高生产线的入料和成品出库的效率。下面是三个部分的具体说明。

1.立体仓库部分

汽车生产物流立体仓库部分的流程如图9。

图9：立体仓库环节

图10：仓库→汽车生产线具体流程

图11：激光导航牵引式AGV工作场景

图12：梳齿型停车AGV

图13：抬板型停车AGV

立体仓库中使用小精灵和叉车AGV协同工作，采用“高层立体存储，低位货架拣选”的模式。立体仓库的主要任务是存放生产物料，在生产线生产时及时提供物料。当有物料入库时，先人工进行物料的拣选分类，将物料拣选到合适的货架，通过WMS发布指令，通过小精灵将物料运送至对应的缓存区，再通过叉车AGV运送到合适的货架上完成生产物料入库任务。

2.立体仓库→汽车生产线

在汽车生产物流中，仓库→汽车生产线，传统的拣货模式通常包括从存储区域通过铲车编组，牵引车向拣货区域配料，拣货区由人工拖动料车拣货以及拣后的料架由牵引车运输上线等操作，本文采用的出库拣货模式为SUMA2.0。在立体仓库→汽车生产线的环节（如图10所示），采用通过Tomas（牵引式AGV），将生产物料运送至汽车生产线。Tomas是怡丰机器人设计生产的激光导航牵引式AGV，通过牵引的方式运送物料，如图11。

3.汽车生产线→成品缓存区

检测合格的汽车将被送往成品缓存区，目前采用比较多的方案是人工将新车开往缓存区，这需要大量的人力。如果采用自动停车机器人，通过AGV自动将成品车辆运送到成品缓存区，不仅可以节省人力，而且可以提高效率。

方舟是怡丰机器人设计生产的新一代激光导航停车AGV（图7）。怡丰机器人已经成功商业化生产两款停车AGV，分别是梳齿型停车AGV（如图12）和抬板式停车AGV（如图13），两款停车AGV已经有现场案例，导航方式都为激光导航。梳齿型停车AGV可将汽车搬运至梳齿架，实现车辆的准确停泊。抬板型AGV通过抬板将汽车与运送至相应车位。两者都能实现车辆的准确停车，但是梳齿型停车AGV依赖于梳齿架，抬板式停车AGV依赖于抬板，都不太适合将汽车成品运送至成品缓存区。新一代激光导航AGV方舟不依赖梳齿架与抬板也能将汽车停靠至准确位置，是本文方案采用的运送成品汽车的方式。

四、总结

本文结合汽车物流生产线的现状，将自动化立体仓库、自动化停车库与汽车生产线结合，提出采用AGV系统的自动化立体仓库与汽车生产线相连接，汽车生产线与成品缓存区通过停车AGV连接的方案。能够提高对汽车生产线供应物料，生产线成品出库的效率，从而提高整个汽车生产的效率。