ＡＧＶ结合ＭＥＳ在精细化工生产中的应用

赵　晨　王家宝　马健斌

摘要：AGV与MEs系统整合后，能更大程度地发挥MES系统的效力，从而提高用户企业的生产自动化程度，提高生产效率。

关键词：AGV、MES、精细化工

自动导引车(AGV)具有自动化程度高、准确快捷、柔性好、现场污染少、能有效避免人为错误并且节省人力资源等诸多优点，已广泛应用于航空、汽车、烟草、柴油机等生产、制造行业，AGV给应用企业带来的优势与效益也是有目共睹的。在实际应用中，由于企业的类型、产品的特点以及生产流程各不相同，AGV的使用必须与之适应，才能发挥出最大的功效。本文以沈阳新松机器人自动化股份有限公司承建的某精细化工(日用品)公司原料柔性自动输送系统为例，介绍全球内AGV首次应用于精细化工产品生产的经验。

使用AGV前的物料输送方式及流程

某国际知名精细化工产品(日用品)生产销售商在全球十多个国家拥有生产厂。2007年销售额近百亿美元。该公司在中国设立的唯一生产企业成功实施了AGV项目。

在使用AGV之前。该公司为了确保生产的准确性和生产过程的可追溯性，从2004年开始自行开发生产执行系统(MES)进行生产过程实时控制。其中，在原料称料模块中，通过使用安装有MES称料模块称料手推车进行称取物料，见图1，手推车实时与上位ERP系统连接，来自ERP系统的称料指令由无线网络发送到小车的电脑上，操作人员推着小车在系统指定的物料工位进行物料称取，系统检测和控制称料人员所称量物料的类型和重量，以确保符合当前工单的配方要求。然而由于每个产品的配方组成比较复杂。再加上丰富的产品系列，称料人员要在一个存储有几千种物料的称料区内进行操作。为了方便人工操作，称料车必须尽可能减小体积和重量，但同时由于空间的限制，称料车不能搭载大量的物料和任何容器，加上出于保护称料工具的需要，也就不可能在车体移动时在秤面上放置任何物品。于是，所有称取出来的物料都必须经过汇总后才送到生产区。

根据生产批量，大部分物料汇总后都是上百公斤，甚至上千公斤，只有使用叉车才能把物料送到生产区，因此，汇料人员需要根据生产安排和进度，一车车地把物料按时准确地送到生产工单指定的生产区。当生产进度和计划发生改变时，还必须通过有效的手段通知汇料人员及时做出相应的正确反应。如果反应不及时，会造成生产延误，浪费工时。

为了克服这个生产供应过程中的缺陷，该公司决定利用AGV的特性把现有的MES系统升级，并与之整合成为MES-AGV系统来提高自身的生产能力。

AGV车体结构

AGV车体结构包括AGV自身设备和外部设备，自身设备包括车载控制器、磁导引系统、无线局域网通讯系统、驱动系统、在线自动充电系统、安全系统、人机界面、辊道输送机、顶升装置等，外部设备包括原人工称料车上的所有设备，以及一些辅助用品等，都安装在AGV上。

新松公司在为该公司进行AGV车体设计时，根据其要求进行了多次改善。最终满足了该公司严格的要求；在制造AGV实物前，先向该公司提供了AGV车体效果图(见图2)，得到确认后再进行AGV车体制造(见图3)。

使用AGV后的物料输送方式及流程

利用AGV带有举升移载机构和承重的特性，称料容器可以直接放置在AGV车体上，加上AGV和MES整合后，从而使AGV同时具备了称量和运输的功能。

MES获取ERP的称料工单并进行相关预先处理，根据当前MES生产模块的实际生产进度确定生产需求后，及时把相关的称料需求发给AGV调度中心。AGV调度中心只需负责AGV的安排和停车位置，停车具体位置来自MES系统，其称料过程的控制和之前的MES称料模块控制基本相同。

当指定AGV获取称料任务并自动行走到指定位置后，开始称料过程。称料完成后，直接把物料送到对应生产区的移载机构上进行自动投料。

基于MES-AGV系统的应用，该公司顺利地简化了称料过程，实现了配制生产过程中JIT称取、输送和投料的一体化，为公司进一步提高生产力打下坚实的基础。

希望达到的目标

1近期目标：减少人为干扰

从使用人工小车的生产流程来看，虽然指令均由MES发出，但无论是将小车推到指定接料站点，还是接料后将接料桶送到生产区的反应锅旁，或是最后将接料桶内的物料倒入反应锅内，相关工作均由人工完成，一方面工人的劳动强度较大，另一方面也无法完全避免人工操作引起的失误，尤其是将物料倒入反应锅时。工人的精神必须高度紧张，否则很容易将物料洒在地上。

使用AGV后。上述问题均得到妥善解决，一方面所有需要操作的工位，均是AGV自动到达。无需人工确认位置，另一方面接完料后，AGV即自动运行到生产区，并自动将接料桶移载到反应锅旁，既避免了工人需要从接料区走到生产区，也降低了人工倒料的危险性。

2远期目标：实现生产过程全自动

该公司计划日后在原料桶上安装自动阀门，并计划在生产区的反应锅旁安装自动导流系统。当AGV运行到指定的接料位时，指定的原料桶的阀门自动打开，原料自动流到AGV上的接料桶内，AGV上的150kg电子秤实时将称重数据反馈给MES，当达到指定重量时，MES命令原料桶的阀门自动关闭。当AGV送料时，反应锅旁的物料自动导流系统自动连接到AGV上的接料桶上，自动将接料桶内的原料抽到反应锅内。

系统实施过程中克服的困难

1地面结构干扰AGV磁导引系统

在该公司已有的生产车间内，AGV需要运行在钢架平台上。钢架平台下面由钢架支撑，在钢架上铺设5mm厚铝合金板，在铝合金板上铺有8mm厚金刚砂，金刚砂上涂有油漆。

本系统中AGV采用磁导引技术，一般情况下，导引磁条应埋在AGV运行平面以下，深度为15mm，且AGV运行平面以下30mm以内不应有其他金属物体。而在本系统中现场并不具备条件，导引磁条只能铺在钢架平台表面，且钢架平台的钢架因为磁化效应会对AGV的磁导引系统造成一定程度的干扰。

经过详细计算、实验室模拟和现场实测，新松公司的技术人员调整了AGV磁导引系统的相关技术参数，解决了磁导引系统受到干扰的问题。

2AGV释放静电

AGV在运行过程中需要随时释放静电，要求地面电阻应不大于10⁸Ω，而该公司生产车间的地面电阻经测量为10⁹Ω，高于允许值10倍以上。

经过多轮磋商，新松公司决

定将AGV的释放静电设备由拖链结构改为轮式结构。同时该公司决定对生产车间内AGV导静电轮经过的地面进行重新处理，打磨掉原来的油漆，铺设导电铜条并有效接地，上面用导电油漆覆盖。经过现场实测，释放静电问题得到解决。

3150kg电子秤的固定

150kg电子秤采用梅特勒一托利多的产品，要求在称量时AGV必须保持静止，而在不称量时电子秤不应负重，否则电子秤有可能损坏，也就是要求AGV在运行时接料桶必须与电子秤脱离。

考虑到电子秤这一特点，在AGV车体设计时，新松公司在辊道输送机下方增加了顶升装置。在接料站点时，顶升装置降下，辊道输送机低于电子秤，接料桶即落到电子秤上，电子秤开始称量。称量结束后，顶升装置升起，辊道输送机高于电子秤，将接料桶顶离电子秤，AGV即可以运行。采用这种方式不仅能够保证电子秤的安全使用，也保证了电子秤的称量精度不受影响。

4采用RFID技术校验停车站点

本系统中接送料站点总计超过200个，尤其是在接料区，接料站点非常密集，两个接料站点之间只间隔450mm，若采用普通的磁条地标方式来标定接料站点，因为不同站点的区分只是依靠AGV的位置编码器根据行走轮运行距离来判定，站点之间距离过近有可能产生误判。

本系统中在每个AGV停车站点均放置了RFID芯片，在每台AGV上均安装RFID扫描头，当AGV运行到指定的停车站点时，AGV根据位置编码器来判定所在的位置，同时通过RFID芯片来校验当前站点是否为指定站点。

此外，每天上班时AGV需要进行上线操作，操作人员需要在每台AGV车载电脑上输入当前上线站点编号。本系统目前共有12台AGV(日后随着生产能力的提升，AGV的数量可能增加)，分别在不同的站点上线，如果不能自动识别当前站点的信息则比较麻烦，而采用RFID技术之后，系统能够自动识别AGV所在位置，任意一台AGV均可以在任意站点上线，极大地减轻了操作人员的工作量，缩短了系统准备时间。

本系统正式投入使用以后，与MES系统相结合，能更大程度地发挥MES系统的效力，从而提高该公司的生产自动化程度，提高生产效率。