浅谈AGV智能技术在打叶复烤生产环节中的运用

张孝刚，孙洪江

（云南烟叶复烤有限责任公司，云南 昆明 650031）

0 引言

在复烤企业，烟叶的打叶-复烤生产虽然已完全采用了流水线生产，但与生产线首尾相接的物料输入与输出作业，仍然是以人工或半机械化方式，在这种前提情况下，我们选取打叶复烤生产线成品下线-运输-入库-堆码这一生产流程，采用无人搬运车（以下简称AGV）与信息自动采集技术进行流程重构，实现烟箱运输的自动调度入库，生产线与成品仓库的紧密衔接[1]。

1 复烤企业生产概况

1.1 烟叶加工流程

复烤企业作为连接烟草商业与卷烟工业的桥梁与纽带，承担着初烤烟叶收储、烟叶分选、分选后暂存、打叶-复烤加工、成品储存和发运等作业。打叶复烤企业属于劳动密集型生产作业，其生产工艺控制的核心为以自动化流水线生产方式的6000kg/h或12000kg/h打叶复烤生产线，完成烟叶的生产加工和质量控制[2]。在烟叶收储、分选、暂存及成品出入库环节，主要依托人工完成生产物料的分类。

1.2 复烤加工主要的物流状况

烟叶复烤加工属于劳动密集性产业，目前除复烤加工环节实现自动化控制以外，在烟叶收储、分选、暂存及成品出入库环节，主要还是依托人工搬运、人工操作叉抱车、人工挑选分级等作业方式，自动化、智能化水平较低，在人口红利逐渐消失的当下，人工成本和管理成本是一笔较大的支出。

2 引入AGV前的成品下线入库环节

2.1 引入AGV前的作业模式

以保山复烤厂为例，引入AGV产品解决方案前在成品下线入库的工序中采用传统的作业形式，即以人工操作搬运设备（夹抱车、叉车等）的作业方式完成成品下线及入库工作。该流程每个生产班由两名操作人员配合完成，其中一名工人操作夹抱车完成4箱成品片烟组盘，然后再由另一名工人通过叉车叉取整托或以直接夹抱4箱片烟的方式运输至成品库进行堆码。三班制生产该环节需配置六名操作工、两台叉抱车[3]。

2.2 引入AGV前的作业效率

以48箱/小时的成品下线速度计，平均每5分钟完成一托盘成品烟箱入库作业。

3 自动化需求及提出的可行性方案

3.1 对自动化搬运解决方案的需求

为提升复烤加工环节物流的自动化、智能化水平，首先选取在成品下线入库环节实现机器换人，提升完善已加工装盘的成品搬运流程，希望通过引入自动化、智能化设备实现效率的提升和成本的管控，从而更好地实现企业的长期可持续快速发展。

3.2 解决方案的可行性论证

保山复烤厂曾经考虑过地链输送和高空吊挂输送两种方案。但考虑到安装地链需要截断车间与成品库之间的通道，影响厂内交通；吊挂输送需要安装举升设备，且存在着一定的安全隐患。最终通过反复调研论证，选取了AGV产品解决方案。经技术论证和方案比较，AGV设备的安全性、稳定性及避障能力较高，不会对场内人员的正常活动造成影响。因此，在方案中采购了四台AGV设备及相应的软件系统，用于成品的下线及在7000平方米的成品库内入库堆码。

4 系统工作原理

4.1 AGV作业流程设计

流程设计目标：以成品下线点为AGV作业流程输入点，结合成品库布局和距离，设定AGV小车的搬运路径，使其实现由A点搬运至B+n点的一点对多点的搬运及烟箱四层堆码的作业流程。

成品托盘在联合工房预压打包段下线组盘，一托盘组叠2个高4件成品烟箱，下线成品采用堆垛式叉车AGV实现成品托盘搬运至成品库一楼摆放，或通过联合工房与成品库间的空中连廊输送至成品库二楼，再由堆垛式叉车AGV实现成品托盘搬运至成品库二楼摆放。成品库管理人员可选择仓库存放的区域，整个库房由仓库管理系统管理。AGV调度系统调度AGV叉取成品托盘搬运至仓库指令位置，搬运完成后将信号传递给仓库管理系统，系统自动更新存储状态信息[4]。

4.2 流程系统功能设计

4.2.1 总体要求

（1）AGV系统整体平面布局（成品库一楼及二楼）科学合理，流程顺畅高效，避免出现拥堵及死锁现象；

（2）AGV系统调度管理须满足联合工房与成品库之间的物料转运，预留搬运完成后向上级物流信息管理系统报告的相关接口；

（3）全线控制系统稳定、可靠、先进，具有完善的手动/在线全自动控制模式、工艺参数可调、人机界面操作简便，易于操作维护等；

（4）AGV具备完善的安全防护系统：一级非接触障碍物探测及软件自诊断的软急停，二级防护挡板（保险杠触发急停）及安装于AGV车体上的急停按钮，AGV系统具有完善的多级安全报警机制，可以在各种情况下保证AGV系统和AGV周边操作人员、设备的安全。

4.2.2 系统控制设计

（1）AGV上位系统。系统硬件包括计算机、软件等。根据调度计算机下达的命令产生 AGV 装卸货任务，并通过对整个系统的命令管理、交通管理、小车管理、输入输出管理，实现系统的正常运行。可根据生产实际需要设置多种管理模式。不同的模式具有不同的 AGV待命点。

（2）AGV地面控制系统。任务管理: 对任务管理计算机下达的任务根据时间先后和任务优先级进行调度。

车辆管理: 根据当时 AGV 的位置和状态，分派 AGV执行任务。

交通管理：交通管理系统管理、监控和调度AGV执行搬运作业任务。一方面与上一级的信息管理系统（SAP/ERP/WMS/MES等）主机进行通讯，产生、发送以及回馈搬运作业任务，另一方面通过无线网络系统与单台或多台AGV进行通讯，按照一定规则发送物料的搬运任务，进行智能化交通管理、自动调度AGV完成搬运物料任务，同时接受AGV反馈的状态信息，监控系统的任务执行情况，并向上一级信息管理系统报告任务的执行情况。

AGV与管理系统通讯：在同一局域网内，通过TCP/IP进行数据交互。

AGV调度策略：任务分配之后，选择最优路径，并分配给空闲车辆，有效利用资源。

AGV多车调度：可同时调度多台车辆，遇到多车交汇的情况，遵循先到先得原则。

AGV地图模型：路径模型可视化，在运行时显示车辆行驶的动画，掌握车辆行驶的状况。接口：有开放性接口，可与WMS、ERP、MES等软件对接，接收运输订单，完成相应任务。

4.3 图形监控设计

AGV图形监控系统（AGV系统人机接口），提供图形化的操作界面，利用直观、形象的图形、动画和声音等多媒体方式，实时采集AGV的运行信息，实现对整个AGV系统的监控，有效地维护系统的正常运行。支持中文显示。

图形监控系统具备以下功能：

图形监控：以平面图形的方式显示系统范围内每辆AGV 的位置和状态（包括正常状态、手动状态、急停状态、路径阻塞、车辆丢失、车辆停止等）。不同的状态使用不同的颜色和图形表示，能够显示 AGV 的载货信息、各作业点、充电点的占用信息等。提供对主监控视图的放大和缩小功能，方便查看监控视图。

任务管理：可查看系统中正在运行的任务情况，可查看任务的详细信息[5]。

车辆管理：可查看系统中 AGV 的列表，并可查看相应车辆的详细信息，如位置、PLC 状态位等。IO 模块管理：查看和设置输入和输出的状态。

通信管理：可查看 AGV 地面控制系统所使用的通信连接，以及各个通信连接的连接情况。

5 移动机器人与工业车辆自动化集成设计

（1）仓库平面布局设计：根据成品库平面布置，结合成品储存需要，拟定分区储存方案。

（2）根据货物规格，仓库码垛思路确定车型：移动机器人电动堆高车SPE160，额定载荷1600kg。车辆采用自动、半自动、全自动三种控制模式。

（3）自动化组件：自动化组件应用于SPE系列车型，全系通用易于维护，主要由以下元件组成。

（4）安全组件：人员保护的安全激光扫描仪，车体侧面保护的激光扫描仪，急停按钮和开关，警示灯及声音警示器，警示标志，裸露的传动件有防护罩。

（5）AGV控制系统：软件算法及交通管理系统作为AGV核心控制技术，利用标准化、模块化的控制设计方式，对AGV系统进行控制，以实现车辆的命令发放、驱动控制、轨迹导航、电池管理、安全连锁、数据通讯、故障报警和接口联动功能。

6 相关参数与计算

从（1）工况数据；（2）载具；（3）站点；（4）运输序列与系统控制方面：当取货位有货物时，组盘完成发出信号给移动机器人系统，空载的移动机器人将驶入取货位将货物取走并送至卸货位，任务完成后，AGV至等候位等候任务。当电量达到预警位置时，移动机器人将完成最后一个任务，然后返回充电位自动充电。（5）移动机器人数量。基于线路的节拍计算简单说明：理论上最远距离一个循环所需时间为8.1分钟，最近距离一个循环所需时间为12.3分钟，基于充电系数1.2，交通管理系数1.1，故远距离一个循环理论所需时间为15.28分钟，3.92托盘/小时/台，最近距离一个循环理论所需时间为2.78分钟，21托盘/小时/台（实际以现场运行情况为准）。

实际需求达成：平均是：7.8托盘/小时;高峰期：14托盘/小时。

7 AGV系统应用带来的提升

AGV系统的应减少了成品搬运环节6名操作人员，节约了人力成本。由于无人工的参与和干预，成品纸箱在运输和堆码过程中不易损伤，成品入库效率得到提高。系统经过一个烤季的运行，使用情况良好，一般近距离的成品入库输送两台AGV小车即能满足。AGV的使用也可进一步解决传统复烤成品仓库管理环节存在的数据滞后问题，使整个仓库的管理更加一目了然。为适应企业高质量发展需要，跳出传统仓库管理流程框架做贡献。

8 结语

本文介绍了一种基于移动机器人智能交通管理软件系统在打叶复烤加工成品下线环节物流系统中的应用，AGV技术非常适用于烟叶复烤生产环节，提升安全性和稳定性，在生产环节中发挥更大作用。