AGV在汽车工厂焊装线中的应用探索

王梦甜，李吉翔

1.机械工业第九设计研究院股份有限公司 吉林长春 130011

2.一汽解放汽车有限公司 吉林长春 130011

1 序言

AGV全称自动引导小车（Automatic Guided Vehicle），它是在计算机的控制下，经磁或激光灯导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车。作为20世纪50年代发展起来的智能化运载设备，AGV在90年代就已经在欧美、日本等发达国家被大规模使用[1]。近年来，随着国内机械化设备供应商能力的逐步提升与技术的不断进步，AGV制造成本不断降低，同时我国制造业人力成本不断上升、劳动力出现短缺现象，这些因素共同推动了AGV的应用普及和功能拓展。

2 焊装线工序间输送形式

近年来，AGV在汽车工厂焊装车间逐步得到应用。除作为常规的物流运载设备外，AGV还可以作为工序间输送设备，输送总成及分总成工件到下一序工位，用以取代人工运送、机器人+七轴、BUFFER、滑橇输送机及EMS等输送形式。下面对上述几种输送形式在焊装车间的应用进行简单介绍与比较。

2.1 输送形式

（1）人工运送 主要有两种方式，即工人直接推料箱和工人操作叉车举升料箱完成工序间总成及分总成的输送。在这种输送形式中，需要有料箱作为承载物，相当于在料箱中缓存一定量的工件，满箱运送效率更高。叉车作为起重运输机械，不仅可以运输，还可以举升料箱，这个功能在一些工艺规划中十分必要，这时使用叉车可减少相应的举升设备。目前，大多数主机厂选择租赁叉车，不用考虑叉车的存储、保养和维修，按生产需要可以灵活调整叉车台数，机动性强。但人工运送这种输送形式只能在地面上使用，送件及返回路径可以根据需要变更。工件种类的多少只会影响料箱的形式和多少。当生产线发生变化时，这种输送形式改造量很小，费用低。

（2）机器人+七轴 机器人配合七轴在一次动作中可以完成工件抓取、运输和放置3个动作。考虑到安全性，机器人+七轴必须放置到围栏内或考虑其他安全措施（见图1）。由于其结构特点，这种输送形式一般不能距离过长，因此常用在同一自动线内的上下序工位传输或两个距离相近的自动站间。根据抓手的结构形式，每次只能运送一两个工件，不能缓存工件。同时，考虑到安全性及结构件成本，这种形式基本都在地面上使用，送件及返回路径完全一致。其可以和自动线体的控制系统互联，自动化程度高。即使机器人的抓手可柔性化设计，一种抓手能抓举的工件种类也很有限，因此种类增加时通常都要伴随着抓手的更新。

图1 机器人+七轴

（3）BUFFER BUFFER为链式带输送系统，采用双层循环3倍差速链线为主体输送。一层为工件输送，另一层为空工装返回（见图2）[2]。根据工件的形状，确定输送时工件是被托举还是吊挂，从而选择利用上层输送或是下层输送，那么相应的另一层为返回层。BUFFER可以根据需要布置在地面或空中。这种输送形式可以缓存工件，具体的数量根据工艺需要决定。其可以和自动线体的控制系统互联，自动化程度高。通过更新带上的工装可实现运输不同的总成件和分总成件。当生产线发生变化时，原来的BUFFER是否能继续使用，需要重新评估。此外，其维护方便，故障率低。

图2 BUFFER

（4）滑橇输送机 滑橇输送机是由多种标准单元模块组合成的复杂的组合式输送系统，其输送物件的橇体依靠托滚或链条的摩擦力实现前进、后退、平移、举升、积放和旋转等多种功能（见图3）[3]。滑橇输送机可以根据需要布置在地面和空中。需要单独考虑空橇返回路径，对输送距离没有限制。输送的速度快，每一个辊床可以单独控制。这种形式可以缓存工件，具体的数量根据工艺需要设计。其可以和自动线体的控制系统互联，自动化程度高。当车型发生改变时，更换或调整滑橇体就可以继续工作。维护方便，故障率低。如果对节拍要求高且车型较多，则采用滑橇输送机比较合适。

图3 滑橇输送机

（5）EMS 空中自行小车输送线，主要由自行小车、环链葫芦、道岔、升降站及电控系统组成。轨道、道岔等采用积木式设计，可满足不同路线布局及功能要求（见图4）[4，5]。由于其结构形式的特点，故EMS只能布置在空中，在空中完成对工件的缓存，具体的数量可以根据工艺需要设计。需要考虑空橇返回路径，输送距离没有限制。其可以和自动线体的控制系统互联，自动化程度高。通过更换吊具，即可完成对不同车型的适应性。维护方便，故障率低。

图4 EMS

（6）AGV AGV采用伺服驱动（见图5）[6]，只能布置在地面，在小车上完成对工件的缓存，具体的数量可以根据工艺需要设计。在地面需要考虑返回路径，输送距离没有限制。其可以和自动线体的控制系统互联，自动化程度高。AGV的调度主机使其具有很强的智能化，具有最优路径规划、交通自行管制等功能。AGV维护难，故障率高。

图5 AGV

2.2 输送形式比较

根据上述工序间输送形式的描述，对工序间输送性能进行对比，得到的结论见表1。

表1 工序间输送性能对比

3 AGV具体应用形式

AGV在焊装车间作为工序间输送有以下3种方式：①AGV托夹具进自动站完成相应焊装工作，此时AGV可以根据产品的生产工序，依次托夹具进点焊自动站、螺柱焊自动站及弧焊自动站等，直至逐步完成所需的工序（见图6）。②AGV替代调整线的板式带或滑橇输送机线，此时AGV可以加上脚踏板等考虑人机工程的装置，加强工艺的可实现性（见图7）。③AGV将侧围总成和顶盖总成送至主焊线，将车门总成运送至调整线等（见图8）。这种情况下AGV装载着分总成的料箱，执行调度中心指令，将分总成运送到指定位置，在此过程中料箱与AGV可脱离也可不脱离。在上述3种方式中，AGV小车均具有自己独特的应用特点。下文以第一种方式为例，具体分析AGV的应用前提、特点和可行性。

图6 AGV托夹具进自动站

图7 AGV应用于调整线

图8 AGV 运送车门总成

4 AGV具体应用前提

AGV托夹具进自动站，在自动站中要完成点焊、涂胶、螺柱焊和在线检测等工作任务，此情况下使用AGV有一些需要注意的前提。

1）规划好向夹具上放置工件的具体形式、相应面积、上件区的物流路径。由于一般夹具的重量＞1t，所以只能使用背驮式和牵引式的AGV。两种形式夹具的上表面高度不同，若利用人工上件，需要根据具体情况考虑增加相应设置实现可操作性。若产能较大，需要将料箱按需分散布置，缩短上件时间，以满足后续生产节拍的要求。这样布置料箱必然需要较大的上件区面积。

2）规划合理的配套夹具的存储和更换形式。若AGV和夹具为一对一，考虑到小车的投资，应优化BASE板上夹具的布置，提高夹具的柔性，减少夹具的数量。若AGV和夹具为一对多，则需综合考虑夹具的存储形式、夹具的区域及更换夹具手段等因素，给出最优综合方案。可以通过夹具的立体存放来解决存储区面积不足的问题。

3）AGV进自动站后的二次定位。目前，AGV自身的定位精度尚无法达到焊装自动线工序衔接的精度水平，需要通过对夹具进行二次定位。例如：通过在进入自动下线后对夹具进行举升，放置到带有定位销的固定支架上，来达到定位精度要求。AGV可以自带举升设备，也可以将举升设备设置在自动线内。

4）目前，常用的是按照完成某一总成或分总成的全部工艺在车间内进行分区（手动区和自动工作站）。自动站在小批量生产时，根据生产节拍，其中各工序间不能形成流水线模式，各工序设备会出现等待现象。采用AGV托夹具这种输送形式进入自动站时，考虑到布置空间和设备利用率，每个自动站建议只布置一种功能的设备（例如：此自动站仅完成涂胶、点焊或螺柱焊等一项功能），这种布置形式并配合调度主机的协调可使自动站设备的利用率达到90%以上。而设备的种类越多，自动站做的规模会越大，单台设备的利用率则随之降低。

5）由于AGV相对故障率较高，因此在规划时应充分考虑AGV的故障维修方案，杜绝串联布线。当选定某家的AGV后，根据其故障率和维修时长的经验值，备好备用小车，现场出现有故障的小车及时替换，保证不影响生产节拍。

6）AGV是利用电池驱动设备，在储存时注意库房温度（18～30℃），延长电池寿命。

在充分考虑并满足了上述前提后，可以看到AGV托夹具进自动站的方案是可以实施的，尤其适合应用在小批量、多产品的生产模式下。这种方案只是AGV作为焊装线中输送的一种，可以推断其他方案在经过充分的考虑和规划后，也都可以在实际生产中应用。

5 AGV的特点

（1）节省人力 AGV作为一种智能化的运载工具，运行过程中无需人员操作，节省人工成本，在人工成本日益增加的现状下，此优势会越来越明显。提高自动化率，降低错误率，提高生产效率。

（2）设备本身故障处理迅速 当某台AGV出现问题时，可以通过替换备用小车，迅速恢复生产。替换过程仅为夹具的转移过程，方便快捷。

（3）柔性强 其行走路径可以根据需要随意调整，具有很强的灵活性，适应柔性生产线，减少后期因工艺更新而产生的投资。只需在主机处重新设置路径，无需对AGV小车本体进行任何改造，就可以完成全部的改造工作

（4）更为智能 AGV可以通过调度管理中心进行最优路径规划、交通自行管制，调度主机利用网络与MES/ADON系统相连，使本班次生产计划与整个生产计划相协调，并根据需要备份所需历史数据。若因为生产计划临时改变或某个工序间工件出现质量问题需要离线处理时，则其他系统内AGV均不受影响。只需要调度主机重新计算路径，便可以得到新的合理路径方案。

（5）产品易升级 在对A G V系统进行升级时，通常情况下仅需要对主机进行升级即可，升级过程时间短、花费的人力少、便捷。

（6）可塑性较高 可以对AGV进行并不复杂的机械改造，使其可以完成一些附带的功能，例如：带举升功能，从而使工艺流程完成得更为顺畅。

（7）展示性强 目前，AGV作为制造业热门的输送设备，安全性又是AGV的突出优势，因此很合适在可参观车间应用。参观人员可以近距离观察AGV的行进过程，增加被参观车间的可参观性。

（8）投资高 AGV在中国发展较晚，配套厂家有限，应用时成本高。但伴随这种设备应用的进一步普及，由需求带动市场，配套厂家必然会不断增多，产品价格会逐步降低。

（9）设备故障率高 由于技术尚不成熟，所以目前国产AGV故障率较高，且维修时间相对较长。这样迫使为了保证生产线节拍，尽量采用下线维修方式。若用备用AGV直接替换故障设备，则需要考虑更多的备用AGV，从而增加了投资。

（10）定位精度低 AGV定位精度低，在与自动线配合使用时，需要通过二次定位或配套自动线增加视觉设备才能实现工件的转接，但此过程必然增加操作时间并增加了相应设备的投资。

6 结束语

综上所述，可以看到AGV作为焊装线输送设备的方案是切实可行的，在利用其特点且注重其应用的前提下，利用其优点，规避其不足，结合焊装车间实际情况进一步开发和优化AGV，会使其在焊装车间会有更大的发展。