智慧工厂物料调度系统模块化系列的研究

陈庆文， 白广利，2*

(1.黑龙江省科学院自动化研究所，黑龙江 哈尔滨 150090；2. 黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江 哈尔滨 150020)

研究与设计

智慧工厂物料调度系统模块化系列的研究

陈庆文1， 白广利1，2*

(1.黑龙江省科学院自动化研究所，黑龙江 哈尔滨 150090；2. 黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江 哈尔滨 150020)

介绍了AGV(Automated Guided Vehicle，物料配送车体)的主要研究内容、AGV系统的主要功能及实现、存在的主要技术问题及解决方案。物料库房、工厂生产、成品库房三者通过管理系统形成智慧工厂，其可实现生产全过程的自动化。

智慧工厂；物料调度系统；模块化研究

1 主要研究内容

将AGV(物料配送车体，Automated Guided Vehicle)及无线调度系统进行模块化，其中AGV车体分为避障、通讯、定位、识别等功能模块，调度系统分为通讯、识别、路径分配及记录等软件模块，完成AGV小车自动避障、工位识别、精确定位、自由分配AGV路径等功能，再利用二维码、RFID作为定位反馈信息，以满足AGV精确定位、自动导航控制等要求。

2 创新点

(1)可灵活选配模块进行组合，以适应各厂家的不同需求。

(2)主动预判避障方式及通讯模式，将接触停止避障方式改为预判停止，可避免车体转弯过程中的冲撞。

3 关键技术内容

本项目的总体目标是满足智慧工厂生产过程中对原料和半成品、成品的智能调度及执行原料、成品运输过程的自动控制[1]。

(1)AGV上安装有避障、通讯、定位、识别等功能模块，配以相应的软件模块可实现AGV小车的自动避障、工位识别及精确定位。

(2)安装在各个工位上的识别模块和通讯模块，可以满足本工位在生产过程中对原料的需求及预计的时间安排等。

(3)调度管理软件可根据工厂的作业流程及安排，进行工厂的自动化调度与管理，以实现人员、设备、工作过程的实时记录。

4 系统主要功能和实现

(1)各个工位向管理终端发出请求，我是谁，我在哪，我需要什么，数量多少，什么时候要，我现在还有多少等信息[2]。

(2)管理终端接收到信息后，查找库存，发出请求，谁离最近、谁空闲、剩余多少等信息。

(3)AGV接收导航信息，送料到指定位置，等待下一次工作过程。

5 技术需求分析

(1)在一定的室内空间范围内进行多点无线通讯。多个接收单元接收带宽，同时接收发射源的数量，处理数据信息的速度等。

(2)精准定位及导航。对每一个工位固定位置及每一个AGV的移动位置进行精确定位。

(3)调度分配路径计算。根据工位在数量、种类、时间上的需求，并考虑各个路径上的运行情况，分配最佳的路径并作导航。

6 技术问题及解决方案

6.1同频干扰及解决方案

在同一区域内过多的同频发射源导致的最终结果是接收方接收的信息都是乱码，产生这种现象的原因是发射源向空间发出信息时，它们属同一频率(同一波长的波)，它们在空间会重叠排列，因此接收端接收到的信息判断不出包头、数据段、校验段、包尾，这与在室内用多个同样的灯头照明，背对灯源时分辨不出是那盏灯发出的光源情况类似[3-5]，解决方案如下。

(1)分时发送：将各个发射源分成若干个级别，每个级别分配不同的时间段，由于无线的通讯速率较高，每次的通讯时间可在以秒为单位的时间内完成，因此以分钟作为时间等级分配，就可以将整个网络分成最少30个段落，这样可大大降低同时发射源的数量。

(2)分频发送：可以利用程序控制将发射的频率在一定范围加以改变，以达到突出的效果。

(3)监听发送：每个发射源都在不停地接收空间的波段信息，等待没有信息时才发送，空间内发射信息源共存最少。

6.2 根据不同生产及工艺情况进行调度分配

在研发和实际调试过程中不可能将所有的情况都考虑进来并作出相应的程序控制方案，对于每个不同的工厂，其生产的过程及要求都不同，但对于控制目的、过程都大致相同，预制、需求、向应、应答、驱动、完毕、等待，我们可以将程序以模块化的方式进行配置，需要哪一步则接入哪一步。

7 小结

该研究完成调度系统控制软硬件一套，具体参数如下：①车体两轮差速控制，车速不小于1.4 m/s；定位精度小于5 mm，避障范围前行时小于20～50 cm；②避障、通讯、定位、识别等各模块均具有标准接口及通讯协议；③无线精准模块可实现自动定位、自动避障、自动通讯和识别功能。

[1] 杨韶华，柳召辉.智慧工厂安全生产监控与决策管理系统设计[J].物联网技术，2015(3)：103-104.

[2] 张益，冯毅萍，荣冈.智慧工厂的参考模型与关键技术[J].计算机集成制造系统，2016(1)：1-10.

[3] 陈大川，王桂棠，许小东.基于物联网的精密铰链智能制造系统[J].机电工程技术，2015(7)：1-7.

[4] 陈雨佳，刘亚秋，景维鹏.基于物联网的湿地无线监测系统的设计[J].森林工程，2015(4)：77-82.

[5] 王刚刚，杨燕，王正.基于物联网的高校大型仪器设备电源控制系统研究(一)[J].林业机械与木工设备，2016(3)：20-24+28.

(责任编辑 张雅芳)

StudyonModularSeriesofaWisdomFactoryMaterialDispatchingSystem

CHENQing-wen1，BAIGuang-li1，2 *

(1. Institute of Automation of Heilongjiang Academy of Science，Harbin Heilongjiang 150090，China；2. High-tech Institute of Heilongjiang Academy of Sciences，Harbin Heilongjiang 150020，China)

The main research contents of AVG(Automated Guided Vehicle)，the main functions and realization of AGV system and the existing technical problems and solutions are introduced.The material warehouses，factory production and finished product warehouses form a wisdom factory via a management system and it can realize the automation of the whole production process.

wisdom factory；material dispatching system；modular research

TP275

A

2095-2953(2017)12-0036-02

2017-09-18

黑龙江省科学院青年基金项目“智慧工厂物料调度系统模块化系列的研究”(CXJQ2017ZDH01)

陈庆文(1979-)，男，副研究员，硕士，主要从事机电一体化研究工作，E-mail：505800209@qq.com。

*通讯作者：白广利(1972-)，男，高级工程师，长期从事工业、农业及民用领域机电一体化设备的研发工作，Email：505800209@qq.com。