智能AGV 在冲压车间的应用

随着汽车市场的飞速发展，智能化物流设备成为工业未来的发展方向。对于冲压车间，传统的冲压工艺是冲压线末尾生产出零件后，人工装箱，再通过叉车运输，将冲压零件料箱运输到库房。一汽-大众冲压车间于2017 年采用了冲压AGV 工艺，替代了叉车运输，提升了冲压智能化物流能力，本文介绍了智能AGV 系统及其在冲压车间的应用。

智能AGV 系统的应用对冲压车间来说是一次全新的技术变革。通过智能AGV 的应用，冲压车间可以避免叉车进入生产区域，对车间安全、自动化率提升、能源节省等多方面都有很大帮助，同时，也为企业下一步实现智能仓储体系打下基础。下面就从智能AGV 的结构、不同AGV间的区别等方面详细介绍一下智能AGV 在冲压车间的应用。

智能AGV 结构

如图1 所示，AGV 系统构架可以分为控制单元、壳体、升降销、动力单元、操作面板、安全防护、安全检测、传感器8 个部分。通过磁导航传感器，可以检测到地面磁条位置，从而通过相对位置，经过控制单元计算，控制舵轮，调整AGV 运行姿态。通过RFID 地标传感器，可以得到当前的对位置，并且根据对位置，通过无线网络，得到来自控制系统的任务指令，进行物流运输，AGV 实物如图2 所示。

图1 智能AGV 结构图

图2 智能AGV 实物

图3 AGV 的应用形式

冲压车间不同种类AGV 的区别

物流行业中应用的AGV 有很多种，按AGV 小车的导航方式可分为：电磁导航AGV 小车，磁条导航AGV小车，二维码导航AGV小车，激光导航AGV小车，惯性导航AGV 小车，视觉导航AGV 小车。按AGV小车移载方式(执行机构或用途）又可分为：叉车式AGV 小车，牵引式AGV 小车，背负式AGV 小车，滚筒式AGV 小车，举升式AGV 小车，装配式AGV小车。

根据AGV 结构不同，冲压车间采用的AGV 主要有三种类型：(1）潜伏双向牵引式AGV；(2）潜伏全向牵引式AGV；(3）全向举升背负式AGV。采用这三种类型AGV 的原因是由于冲压车间的料箱尺寸大小不一，而且重量也不相同，其他种类AGV 很难覆盖如此多品种的料箱。并且，冲压料箱数量非常多，如果要标准化冲压料箱，会导致库房面积与料箱成本的提高。而潜伏或背负式AGV，可以通过通用的托盘，在一定程度上减少AGV 对料箱标准化的要求，实现大程度的通用。

由于第三种AGV 是在第二种AGV 上进行的更新，因此，本文着重介绍一种和第三种AGV 在冲压车间应用的区别，如图3 所示。

双向牵引式AGV 是单舵轮AGV，具备前后及转弯运输的能力。由于冲压线尾空间要求，其运行需要与伸缩机构相配合。每次运行过程中，员工在压机线边呼叫AGV；AGV ①牵引着存放料箱的托盘运行至伸缩机构所在位置②处；AGV 与存放料箱的托盘分离，继续向前运行；伸缩机构夹住存放料箱的托盘，拉回压机线边，员工进行摆件。

全向举升式AGV 是双舵轮AGV，并且有举升电机，可以将料箱进行举升。通过双舵轮，全向AGV可以进行横移，所以路线规划更加简单。通过举升，可以减少压机线边固定机构。每个AGV 都是一个独立的运行单元，从而大大提升了AGV 系统的柔性，通过磁条路线的变更及系统程序的更改，就可以对生产线节拍变化等情况进行重新匹配。

AGV 安全系统

对比叉车物流，智能AGV 使冲压车间的物流安全得到了大幅度提升。AGV 的安全装置有。

(1）激光扫描仪。在AGV 小车行驶时，会在AGV 行驶前方形成一定的探测区域，AGV 根据与前方物体距离进行减速和停止动作，如图4 所示。

(2）报警灯及蜂鸣器。主要是通过光闪烁和声音来提醒车间的工作人员注意安全。

图4 AGV 传感器扫描区域

(3）机械防撞边缘。AGV 前方设置接触式机械防撞安全边缘，当安全边缘与障碍物发生碰撞，AGV会停车保护。

(4）紧急停止按钮。特殊情况需要紧急停止AGV，可通过紧急停止按钮实现。

AGV 监控调度系统

如图5 所示，监控调度系统通过无线网，实时监控AGV 运行状态与位置，同时也对自动机构、充电设备等进行监控，确保稳定运行。监控调度系统具备关键通道交叉路段实时交通管制能力，避免AGV 发生碰撞。系统可以与冲压MES 系统进行数据交互，进一步提升冲压车间数字化能力。

AGV 实际应用总结

通过冲压AGV 实际应用，经验总结如下。

(1）节拍与路线规划。

由于冲压车间生产不均衡，高峰值节拍可达到40s 下线一个料箱(冲压侧围零件生产），低谷值在300s 一个料箱(冲压内板零件生产），所以需要对程序及规划路线进行设定，系统需要判断零件的节拍，进行AGV 路线的调节，不同节拍采用不同路线、不同速度，从而优化AGV 的数量。通过不断的路线优化及调试优化，一汽-大众冲压车间仅用29 台AGV，就完成了2 条高速冲压线的物流转运。

(2）减振。

AGV 走轮为刚性走轮，在AGV 实际运行过程中会产生很大振动，所以AGV 结构设计中需要考虑采用弹簧减振，减小振动幅度，从而降低故障率。定位销每次在与托盘车挂靠的过程中，也会产生振动，需要采用缓冲机构，减轻定位销的冲击，同时，多定位销定位，可以提高定位销与托盘车的匹配性，减少匹配过程中的摆动，分担作用力。

(3）配重。

冲压车间地面一般为钢纤维耐磨地面，AGV 在牵引1 吨左右的冲压件在地面行车时，会出现打滑脱离磁条轨道的情况。需要在AGV 前后预留配重空间，进行配重调整。同时，需要选择大功率舵轮，避免后续由于配重调整导致动力不足。

(4）偏载。

由于AGV 搭载的托盘为通用托盘，因此一般按照最尺寸进行设计，为了保证料箱与摆件人员距离最小，料箱会放置在通用托盘的一侧而非正中心，因此运行过程中会出现偏载的情况。需要通过合理布置脚轮、AGV 配重，程序补偿，来抵消偏载造成的行驶角度不正。

(5）转弯半径。

冲压线尾空间有限，为了保证不过多占用空间，一般要求双向牵引式AGV 转弯半径小于1.5m，因此需要在布置托盘脚轮过程中一定程度的向中心布置，减少转弯半径。

(6）舵轮及磁导航传感器布置。

舵轮作为整个AGV 的动力轮，位置十分关键，舵轮如果经过磁条路线区域，会对磁条造成破坏，因此要考虑磁导航传感器偏置，避免舵轮压过磁条路线。

(7）脱轨问题。

AGV 小车运行过程中，经常会出现脱轨问题。情况1：如果是单舵轮AGV 向前运行过程中脱轨，需要考虑舵轮布置过程中尽量靠前布置。情况2：如果是后退过程中脱轨，由于后退主要出现在冲压抽检、返修等工位，这时可考虑增加导向机构进行辅助导正。

(8）速度选择。

AGV 小车速度不是越快越好，行驶太快会增加刹车距离，同时，惯性可能导致货物倾倒，存在较大安全隐患。速度过大，还会导致转弯过程中脱轨，重复加减速，能耗也会增加。根据测试，冲压AGV 直线速度一般不大于1m/s，转弯速度不大于0.4m/s，此速度可以保证AGV 稳定运行。

图5 监控调度系统原理图

(9）运营维护。

前期项目规划时需要综合考虑AGV 生命周期的监管、维护和备件成本，例如：其动力电池一般3 ～5年需要进行更换。

结束语

智能AGV 的使用确实给冲压车间带来了很大益处。

首先，安全性得到了大大提高。冲压零件生产过程中，料箱的转运流量不是一成不变的，比如生产侧围零件时，压机线尾物流转运量非常大，侧围料箱长度尺寸大于3500mm，但转运空间却十分有限，叉车转运时，经常会出现磕碰等情况。采用AGV 后，避免了此种情况的发生，减少了器具的维护成本，同时也减少了可能导致的安全风险。其次，经过估算，采用AGV可节省约20%的能源消耗。此外，AGV的采用，还节约了物流运营成本。最后，智能AGV 系统可以与冲压MES 系统等进行数据交互，同时，为下一步实现智能化无人冲压仓储物流打下基础，提升了冲压车间数字化、智能化的能力。