AGV自动储运系统在陶瓷行业的应用及前景

霍丰源 胡丛林

摘 要：AGV智能储运系统是储运装备的革命与创新，有效改善了车间的环境，使仓库管理水平提升，达到产业全新、行业领先的高度，有效提升了企业的竞争力，向打造无人工厂的目标迈进一大步。本文以AGV的概念、AGV原理及分类、AGV在陶瓷行业中的应用、光华智能AGV机器人、AGV应用前景几个方面来展开介绍。

关键词：AGV；陶瓷行业；智能储运

1 AGV概念

AGV是Automatic Guided Vehicle的缩写，意思是“自动导引运输车”，属于机器人的一个分支，轮式搬运机器人，主要有以下几个特征：

第一是自动引导，也称无人驾驶，装备有电磁或光学等自动导引装置，按预先设定的导引路径、储运规则、避让规则行驶。同时还具有安全保护功能，能够避让行人及其它障碍物。

第二是运输车辆，准确的说是货物运输车辆，用于搬运生产和储存过程中的原料、半成品和成品，能够实现货物分类和码垛功能。

第三是轮式移动，靠与地面接触的转动车轮行驶，区别于其它的移动方式，如流水线（也有轮子，但是轮子不动），这种方式优点是结构简单，易于控制，运行平稳，能量效率高。缺点是一般轮子的直径比较小，对地面要求比较高，轮子寿命比较短。

第四个特征是一般以电池为动力，大吨位AGV一般以铅酸蓄电池为主，成本低，功率密度大，技术成熟，但是需要加水，充电时间长，也有一些免维护的蓄电池，寿命短一些。目前最新的是锂电池，免维护，可以快速充电，但是价格高。锂电池还有一个大问题是充放电过程中容易过热，甚至燃烧。某些手机在使用时就出现过这个问题，AGV使用锂电池的话，其容量更大，所以更危险。

2 AGV原理及分类

AGV以电池为动力，驱动车轮行驶，搬运货物。包括机械、电气和控制软件三大部分。机械部分是执行单元，实现各种动作，如行驶、升高和倾斜等等。电气部分包括感应单元和驱动单元，通过各种传感器采集的信号控制执行机构的各种动作，如各种扫描仪、电眼等等。控制软件是AGV的大脑，接收传感器的信号、模拟量、开关量、高频脉冲等等，通过各种算法，进行滤波、分析，去伪存真，综合成控制信号，发送到驱动器，完成各种动作。AGV具有无线通讯功能，与指挥系统联络，接受任务，执行任务。具有安全防护功能。具有良好的环境适应能力，很强的抗干扰能力和目标识别能力。

AGV主要从外形和应用方式来分类，包含以下几种。

（1）潜伏式AGV，又叫背负式，是目前应用最广的一种AGV，如汽车、电子、烟酒等行业，都是使用这种形式。工作时钻到货物或货架的下面，顶住货物向前行驶，对于较轻的货物，直接顶起来，离开地面。较重的货物，货架本身有万向轮，AGV和货架之间靠机械定位固定，利用货架原有轮子承重，同步行走，这种方式载重可以做到很大，有资料说最大60吨。这种方式的优点是，结构简单，载重量大，运动灵活，可以前进、后退、转弯、横移、甚至斜移，这里所说的横移和斜移是指车身不动，AGV横行和斜移，没有转弯半径，节省空间，这是潜伏式的独特功能。缺点是不能堆垛。

（2）牵引式AGV，采用尾部拉钩牵引物料小车，可同时牵引多辆物料车实现高效搬运。优点是结构简单，效率高。缺点是只能前行，一般需要人工挂钩及卸钩，不能堆垛，只完成一些简单重复的工作。也称为AGC。

（3）搬运式AGV，前面说的两种都是AGV小车，由于结构比较简单，都是由AGV厂商自己设计制造。下面要介绍的两种是叉车式AGV，都是在现有电动叉车的基础上进行自动化改造。搬运式AGV的特点是有两个轮子在叉子尖的下面，没有配重，总重量较轻，比较省电，稳定性较好，载重大，但是由于货叉下面有轮子，对操作空间有一定的要求，装卸货时下面一定要是空的。有一定的局限性。

（4）平衡重堆高式AGV，采用平衡重叉车改造而来，货叉升起以后下面是空的，便于装卸货，有时生产线下面是实心的基座，还有可能是个空的地坑，木托下面也有横衬，这些情况下，平衡重堆高式AGV就能派上用场，还可以码垛。缺点是总重大，有几乎两倍于载重量的配重，载重相对小，耗电较大。

除了潜伏式，其它几种运动起来都不够灵活，转弯半径大，要预留较多的空间，特别是最后一种，预留空间更多，最少4米，最好6米。

3 AGV机器人

3.1 AGV车载控制系统

AGV车载控制系统（Onboard System），即AGV单机电气控制系统，在收到上位系统的指令后，负责AGV单机的导航、导引、路径选择、车辆驱动、装卸操作和通讯等功能。

导航（Navigation）：AGV单机通过自身装备的导航器件测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向。AGV单机根据当前的位置、航向及预先设定的理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值即AGV运动的命令值。AGV单机根据上位系统的指令，通过计算，预先选择即将运行的路径，并将结果报送上位控制系统，能否运行由上位系统根据其它AGV所在的位置统一调配。AGV单机行走的路径是根据实际工作条件设计的，它有若干“段”（Segment）組成。每一“段”都指明了该段的起始点、终止点，以及AGV在该段的行驶速度和转向等信息。

车辆驱动（Driving）：AGV单机根据导引（Guidance）的计算结果和路径选择信息，通过伺服器件控制车辆运行。潜伏式和牵引式AGV都是AGV公司自主研发驱动器，搬运式和堆高式AGV一般都是意大利和美国的驱动器。车辆驱动有200 A的电流，还有各种开关信号，对其它控制系统有较大的干扰，在设计控制电路时要充分考虑这一点。

通讯：采用TCP/IP协议，建立无线局域网实时传送数据，通讯系统至关重要，像避让、存取货等动作都是通过网络发送过来的，如果通讯中断可能会造成撞车等严重事故。

安全：AGV本身自带安全系统，能避让行人等障碍物。

上述是AGV单机，通过预先规定的路径完成一些简单重复的工作，不需要与其它AGV、生产线、库房联系。

3.2 调度、呼叫和管理系统

目前的AGV系统通常是多个AGV一起协同工作，它们要执行的任务穿插进行，有时还要互相帮助，例如工作中有缓存和入库两个任务，可能白天缓存的任务比较重，会多分配一些AGV到缓存区工作；晚上，主要是入库工作，所有AGV都去入库；如果装车任务比较急，临时多调一些AGV去完成装车任务。要做到这些就需要一个指挥中心，这就是中央指挥调度系统。

其次，AGV与生产线或物流出口相连，生产线下砖完成后即刻取走，这就需要呼叫系统。根据实际情况，呼叫方式有自动、手动两种模式。自动呼叫需要从生产线获取相应的信号。手动模式需要在生产线上设置呼叫按钮供需要调用设备时使用。

库房管理WMS系统，现在是通过人工数数，使用AGV后，通过使用WMS系统可以实现自动入库。

综上，AGV应用是一套系统，而不是简单的车辆，它包括AGV单机、调度指挥系统、呼叫系统、库房管理，并通过网络通信将这些联系在一起，实现企业云存储管理。

（1）AGV指挥调度系统

AGV地面控制系统（Stationary System）即AGV上位控制系统，是AGV系统的核心。其主要功能是对AGV系统（AGVS）中的多台AGV单机进行任务分配、车辆管理、交通管理、通讯管理等。

任务管理：任务管理类似计算机操作系统的进程管理，它提供对AGV地面控制程序的解释执行环境；提供根据任务优先级和启动时间的调度运行；提供对任务的各种操作如启动、停止、取消等。

车辆管理：车辆管理是AGV管理的核心模块，它根据物料搬运任务的请求，分配调度AGV执行任务，根据AGV行走时间最短原则，计算AGV的最短行走路径，并控制指挥AGV的行走过程，及时下达装卸货和充电命令。

交通管理：根据AGV的物理尺寸大小、运行状态和路径状况，提供AGV互相自动避让的措施，同时避免车辆互相等待而死锁，提供万一出现死锁时的解除方法；还具有系统运行日志功能。

（2）AGV呼叫和通讯

AGV与上下工序衔接，需要相应的对接信号，这些信号就是AGV的呼叫信号，呼叫信号首先传递到指挥系统，指挥系统选择最优的方式，指挥AGV到呼叫位置。

呼叫过程靠通信系统传递信息，通信管理提供指挥系统与AGV单机、呼叫系统、车辆仿真系统和云存储管理的通信功能。使用无线通信方式，建立一套无线局域网络，指挥系统为中心，AGV、呼叫、云存储、移动终端与指挥中心进行双向通信，各终端不进行横向通信。指挥系统采用轮询方式与各AGV和其它终端通信；通信协议使用TCP/IP，安全可靠。

（3）库房管理

AGV智能储运解决了企业信息化的断链问题，以打包机到缓存区为例，目前使用人工叉车搬运，人工点货，没有实现信息传输的自动化。使用AGV以后，可以进行数据自动对接，把打包机的生产数据，包括品种、花色、等级、生产日期等等，通过打码机→AGV→指挥中心→ERP→库房，真正实现无人管理。

还能实现实时数据统计、数据分析、移动办公等功能。

4 AGV应用领域

（1）仓储业

倉储业是AGV最早应用的场所。1953年世界上首台AGV在美国的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的仓库内投入运营，用于实现出入库货物的自动搬运。目前国内也有部分企业开始使用，例如京东的仓库，从收货、分检到出货，自动化程序相当高。

（2）制造业

AGV在制造业的生产线中大显身手，高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。并且可由多台AGV组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产的柔性和企业的竞争力。

近年来，作为CIMS的基础搬运工具，AGV的应用深入到机械加工、家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为AGV应用最广泛的领域。

（3）邮局、图书馆、港口码头和机场

在邮局、图书馆、码头和机场等场合，物品的运送存在着作业量变化大、动态性强、作业流程经常调整、以及搬运作业过程单一等特点，AGV的并行作业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好地满足上述场合的搬运要求。

（4）烟草、医药、食品、化工

对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊要求的烟草、医药、食品、化工等行业，AGV的应用也受到重视。

（5）危险场所和特种行业

有毒、易燃、易爆、辐射等场所，用AGV最适合。军事上，把叉子改为机关枪就是自动坦克。

5 AGV在陶瓷行业的应用

5.1 陶瓷行业自动化状况

中国早已经是世界最大的陶瓷生产国，产能、产量遥遥领先全球。但是产业的整体工业技术水平仍停留在较低的水平。近年来，虽然有一定规模的陶瓷企业不断加大陶瓷装备自动化的投入，国内陶瓷行业整体自动化水平有了较大幅度的提升，但与意大利、西班牙等国的陶企相比，自动化、智能化水平差距依然较大。以陶瓷生产线为例，国外只需配置50人左右，而国内同样的产能水平则基本需要配置200人左右。

总的来说，国内自动化的整体水平偏低，如果将国内陶瓷行业的现状对照制造业发展阶段来看，国内的陶瓷行业还介于以规模化流水线为代表的电气化与自动化的工业2.0时代与以数控机床为代表的电子信息化工业3.0时代之间，距离以智能制造为主导的工业4.0时代还有漫漫长路。

AGV应用方面也是这个情况，国外陶瓷厂30年以前就比较普遍，而中国目前只有少数几个大厂引进，投入大，维护费用高。光华智能AGV的出现，为陶瓷行业智能储运系统提供了一套实用化的解决方案。

5.2 陶瓷行业为什么要用AGV

（1）设备升级换代的需要

广东佛山、山东淄博地区为国内规模最大的建筑陶瓷产区。出于地方产业政策的调整，原来建筑陶瓷主产区将由广东佛山、山东淄博等区域经济发达的地区逐渐向周边经济发展相对滞后的地区转移。如近几年来，广东省境内的建筑陶瓷新增投资开始向清远、肇庆、河源等区域以及广东省外的四川、山东、湖南、江西等地转移。这些新建工厂不是简单的搬迁，而是有设备升级换代的需要，需要更自动化的设备，因此需要AGV设备。

（2）解决用工荒和日益高涨的用工成本的必经之路

在国内陶瓷生产车间，瓷砖的搬运、装车都是采用人手操作机器的方式来完成，如采用大型叉车进行瓷砖的搬运与叠放时，装车则是人手操作叉车将瓷砖搬运至车上，然后人工去整理排列瓷砖，整个过程完全依赖劳动力，自动化程度十分低。在中国陶瓷行业急速发展的阶段，凭借劳动力红利及巨大的市场，实现了中国陶瓷产业的规模化发展。但这种“消费”劳动力的发展模式不可能一直复制下去。当下，一个不争的事实正摆在所有陶企面前，一方面，陶瓷车间工人逐渐“老化”，另一方面，年轻一代又不愿意从事劳动强度大的工种，已陷于“招工难”的困境。实现瓷砖搬运、储存、装车的无人化、自动化已迫在眉睫，刻不容缓。

面对已经来临的用工荒和日益高涨的用工成本，推出自动化设备是解决陶瓷企业用人成本压力的必经之路。

（3）现代化企业信息化管理的需要

企业通过使用AGV，通过计算机控制系统将记录精确海量的物流信息，云数据的应用将使远程监控更加方便。AGV系统数据可以和公司财务系统有效对接，以方便生产成本的准确快速计算。企业管理者可以通过电脑、手机随时随地掌握物料库存及出入量等信息。

（4）环保节能

从国家到工人，对环保要求越来越高，无烟无尘工厂是必然的发展趋势。AGV正好适应这个潮流，无噪声、无污染，实现洁静工厂。

（5）安全可靠

AGV为轮式移动，可控性高。装有三级安全保护设置，装有警报装置、警示灯、急停装置。

激光传感器对车辆前方3 m距离内地面以上的障碍进行扫描，根据车速確立远距离报警。AGV收到警报瞬间减速，直至接近障碍时停车。前叉使用两个激光测距安全模块，以确保前叉能够准确叉入托盘，前叉的上下各安装一个超声波测距模块，以保证叉取、卸下货物时的可靠性。该系统有故障自检能力。

使用AGV可有效避免由于司机疲劳驾驶或一时疏忽造成的货物撞翻、人员撞伤等损失，降低因发错物料导致的产品不良率，防止企业的工伤、赔款等不良后果。

（6）提升企业形象

AGV的使用会使得整个工作环境更加整洁、卫生，有利于提高企业形象。

6 光华智能AGV机器人

光华公司投入大量的人力、物力和时间，研制适合于陶瓷行业的AGV机器人，目前成功应用多个陶瓷企业。从打包机到暂存区使用AGV，解决了生产线最后100米的自动化问题。设备采用磁条导航，安全性能好，拥有三级安全防护，不同路段使用不同防护类型，保证任何位置都有最佳的安全状态；采用特别设计，可以主动识别障碍物和边墙边柱等不同性质的物体。

采用平衡重式AGV，越野能力强，适用陶瓷厂的环境。且AGV采用光华专利技术使得物料码放整齐、高效。

6.1 光华AGV调度指挥系统

人性化界面设计，操作简单实用，计算机人员经过简单培训就能使用，采用最新的图形引擎，BS结构，稳定可靠，连续长时间运行不出任何故障。占用资源少，运行效率高，不卡顿，不丢帧，运行平滑流畅。

综合多种路径算法，模糊处理，获取最优的行驶路径，同时配对存取货点和空闲AGV，尽量减少运行线路交叉，保证最高运行效率。

首创安全距离概念，借鉴高铁运行时的轨道短路设计，保证多AGV运行时正常交会和避让。

6.2 呼叫和通信

采用TCP/IP有线或无线主从串联形式通讯，中央控制器为主控端，多个AGV叉车加打包点多个PLC从动设备，中央控制器循环检测从动设备，约0.2秒一个周期。中央指挥调度系统根据上一次收到的信息，向从动设备发送下一步动作指令，返回当前位置和状态，包括速度、电量等。点对点无线开关量信号传输器，传送产品型号、批次、等级等。开关量信号无线远传器，无线传输距离方圆1公里。

6.3 光华AGV云存储系统

光华AGV云存储系统，能够在手机、平板、电脑上同步显示库存状态，兼容所有机型、所有操作系统、所有尺寸的显示器和分辨率，不用预装APP和其它任何软件，能连通5G网络和有线网络即可。可按时间和品种查询、显示表格、折线图、直方图、K线图等，生产数据一目了然。

7 发展前景

AGV在陶瓷行业起步较晚，发展空间很大。目前AGV业务扩展可采用的途径有两方面。一是AGV厂家一定要继续开发新的应用领域及应用模式，这是非常重要的。第二就是不断降低AGV在现有应用领域的应用成本，使更多企业能在成本上接受AGV这个产品。

预计在未来几年，AGV小车作为自动化无人搬运设备能够降低工人劳动强度提升工作效率。同时一些“不可能完成的任务”，它也能娴熟快速地完成。其次，现代物流最大的趋势就是网络化与智能化。在制造企业内部，现代仓储配送中心往往与企业生产系统相融合，仓储系统作为生产系统的一部分，在企业生产管理中起着非常重要的作用。因此使用AGV是解决仓储系统的网络化、智能化重要工具。