车身焊装车间智能物料配送模式的工艺开发与设计

赵祖铉　韦乐乐　李冬艳

摘 要：近年来随着人员工资及人力管理成本的逐年增长及用工荒越来越严重，劳动密集型制造企业都在研究规划设计提升生产线自动化率，用自动化设备替代人工作业，以此来减轻企业生产经营成本压力。整车工厂的白车身焊装车间有两大人员用工项：白车身焊接，以及物料配送。焊接通常采用柔性高，可连续性作业的机器人取代人工工作，而焊装车间物料配送也亟待运用自动化智能化以达到降本增效效果。本文介紹物料配送基于AGV模式的工艺开发设计过程及工作内容。

关键词：焊装车间 智能 物料配送 AGV

1 引言

主机厂焊装车间一般由前车体分拼线，侧围分拼线，顶盖分拼线，主线（含下车体线和总拼线），门盖线（尾门，发动机罩，左右前侧们，左右后侧门），调整线等生产线构成。如下表1是某车型的厂内物料配送的零件数量：00级零件及厂内总成件154个，及紧固件160个。

如此多数量和种类零件，配送物料采用AGV方式需要充分考虑方案的经济性，实用性。

2 配送物料的选择

物料选择需要考虑的物料属性：厂内自制件/厂外（供应商供件），物料的配送路线及距离，物料的分布区域及集中性，物料的重量，物料的装框数量，物料料框尺寸。为达到配送效率及成本最优，本次AGV应用选择门盖线的内外板为配送目标，内外板零件属性如表2。

3 物料配送区域Layout

车身车间设备繁多且复杂，物流，人员交叉运行，再加上AGV小车是自动配送物料，务必在设计的同时要充分考虑AGV运行安全。AGV自动配送区域尽量选择车间布置比较偏僻、独立的区域，见下图1。

4 AGV小车工作流程规划

以上选定给五门一盖区域配送门盖内外板零件，配送方案规划：在生产线上需求物料的12个工位上设置物料呼叫按钮盒，当前工位物料将用完时，按动按钮将信息投送到仓库配送区的显示屏上，并根据按钮按动的时间先后顺序排序。配送区的叉车操作员根据显示屏的物料信息从仓库堆垛的，装满零件的料框提取到AGV等待区。等待区的最后一个工位布置有零件载码扫描枪，用来扫描零件料框上的载码体信息，通讯给AGV此刻料框配到指定的工位，并将此工位的零件空框带回到AGV配送区域的卸框工位；空框由叉车提取回仓库存放。至此完成一个AGV配送工作循环。

5 AGV选型

不同类型AGV适用不同场合，如潜入型一般用于定点自动脱/挂料框；举升装配型一般用于总装线装配较重零件如底盘、发动机等；如在空间狭小且没有回转空间处布置AGV，可采用双向AGV及横移等类型。常见AGV如图2。

本方案中车间地面空间有限，规划设计中也是本着尽量降低投资、运营成本，运行故障，设计伊始就考虑避免必须使用双向AGV来回避受限工位的特殊工艺。而单向AGV兼容低投资、低运营成本，低运行故障等优点。

6 AGV小车数量分析

AGV需求数量计算：需结合产线节拍，零件种类数量，零件包装数量，AGV运行运行长度和AGV产品属性等结合。通过以下表格形式初步计算满足节拍需求的AGV数量[1]，如表3。

7 物流分析

7.1 AGV装载零件载体形式确认

AGV输送零件有多种形式：1.AGV直接拖挂料框，此结构应用较多；2.AGV通过拖挂中介结构（如托盘）拉动料框，此结构是受限于所拉动的零件料框除需要输送零件外，还有其他的转运需求，如厂内冲压件先堆垛，生产时再转运到产线；3.AGV与输送载体集成为一体来定位零件，此结构一般是一带一，如总装底盘、发动机安装。

7.2 料框分析

结合AGV尺寸，输送零件/料框尺寸，料框开口方向，区域其他零件输送所占空间，以及零件装配作业方式和布局分析。要能保证既满足物料能正确输送到指定工位，还有确保物料料框状态（如取料距离，料框开口，料框切换）能满足现场作业习惯。

7.3 物流繁忙程度分析[2]

统计AGV输送线路各路段物流车辆通过次数，分析各路段繁忙程度，减少发生交通堵塞风险。区域内通过车辆次越多，发生堵塞风险越大。物流提供的经验，1分钟内通过一台此车辆还可以接受。为减少堵塞，可通过如下方案解决：（1）增宽物流通道；（2）减少AGV数量（靠增加料框装载零件数量来实现）；（3）物料停靠点分布在分叉线路上且能避让主通道上的物流车辆；（4）非AGV物料与AGV物料分布在产线的不同侧摆放；（5）降低节拍。

如下图3是路段物流频次分析。

8 AGV路径规划及交通管制

（1）AGV输送路线尽量采用单向循环线方式：物料通道宽度基本约3-4米，而零件或料框宽度也有1.2-2米不等，局部通道如双向行走，容易发生交通堵塞。且需结合考虑其他零件（如外协件，冲压件，厂内总成件）输送路线及方向，避免出现物流线逆行。

（2）零件工位尽量采用分支靠近线旁工位，既减少因物料停靠影响通道物流，也可减少工位取料距离。分支交叉点距离尽量拉大，避免AGV感应出错。

（3）AGV转弯半径影响AGV的转向通过性，路径规划时需结合产线尺寸布局综合考虑。普通潜入型AGV最小转弯半径约800mm；平板承载型需要2000m。

（4）分段交通管制：AGV需采用多运行速度运行，最好能实现“无级变速”的多种速度切换，交叉点及交叉点多的区域需要设置低速度通过（转弯速度约15米/分），保证顺利转弯及不发生碰撞；直线且空旷区域提升速度（厂内速度建议在35米/分以内），以提升输送效率。

（5）安全防护：AGV导引/停止精度为±10mm；行走警告：声光提示；障碍物探测：AGV专用障碍探测器；防撞装置：前方设有防撞保险杠，左右设有安全触须；其他防护：脱线保护、紧急停车、超工位停线、权限钥匙。

9 其他辅助功能/设备开发

9.1 在线充电系统

目前几家供应商主要有2种常规的自动充电方式。

（1）地面充电刷充电，优点：布局灵活，缺点：需要挖地沟预埋管线。

（2）侧面伸缩式充电，优点：不用挖地沟，缺点：伸缩机构占用空间。

（3）预留充电方式。除以上2种常规充电方式，还需预留人工充电设备，以应对生产故障的多样化。

9.2 AGV自动识别零件

采用扫描枪扫描零件料框上得载码体而实现识别零件的功能。达到AGV利用率的最大化，使每台AGV能给每个工位配送正确对应的物料，且也能第一时间智能响应紧急的非计划内的任何物料需求，如发生整框物料缺陷，需加急送料。

9.3 信号增强

车身车间较其他车间设备多，环境复杂，特别是焊接辐射会削弱AGV控制信号。AGV会因此而发生脱离轨道，走错路线（送错料），报错，停顿等故障。项目开发时需考虑根据输送线长度和区域大小增设信号发射点。

9.4 物料需求状态交互界面

目前我司基本是采用安灯系统，人工对讲叫料，很难做到工位操作工与配料人员的实时和直接的沟通。通过在操作工位设置物料需求按钮连通配料区域的显示器，工位物料需求就可以一目了然地通过显示器传达到配料处。

9.5 配料区空托盘位置切换推杆结构

AGV在将空料框拖挂到指定区域后就会与托盘及空框脱离，独自行走到指定的待发物料位置等待指令输送零件。而待空框被叉车卸载后，空托盘依靠推杆机构提供动力前行2米到达AGV等待拖挂位置点。

9.6 AGV系统网络化

运行状态通过网络联入维修工段视频监控系统，以保证AGV故障可以第一时间反馈到维修。

9.7 地面要求

平整度2%以下，地面不得有明显的裂缝，AGV运行区域内必须保持洁净，不得有小石子，灰尘，纤维状物体等。

9.8 防滑

AGV驱动及从动轮尽量采用防滑轮胎，防止地面潮濕后容易打滑偏离轨道；驱动轮还有压力预紧，加大驱动轮与地面的摩擦，防止发生空转导致AGV失控。

10 结语

随着人力成本逐年提高的同时，自动化智能化设备成本及运营成本却在递减。未来的汽车生产线将向着高柔性，无人化的黑灯工厂方向发展，AGV在无人物流方面有着得天独厚的优势。工艺规划和设计需要加深、拓宽AGV的应用场景，为汽车白车身生产变革打好应用的基石。本案例的开发与应用，为降本增效，厂内物流规划，物料配送，人机交界等场景提供了很好的模板与示范。

参考文献：

[1]黄一钧.车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划.上海交通大学，2015.

[2]李雪.基于排队论的AGV利用率控制优化[J]．兰州交通大学学报，2012.