车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划探究

朱瑞丹，韦华南



车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划探究

朱瑞丹，韦华南

（柳州职业技术学院机电工程学院，广西 柳州 545006）

AGV物料搬运系统在实际应用中具有较好的适用性，且柔性程度高、可靠性显著，能够实现集成化与自动化生产和搬运等，在柔性制造系统中应用较为广泛，且非常受欢迎。文章通过对AGV物料搬运系统的特点及其结构组成进行分析，以汽车制造企业车身车间AGV物料搬运系统为例，对其小车数量的配置规划进行研究，以为相关实践及研究提供参考。

AGV物料搬运系统；小车数量；配置规划；研究

前言

随着AGV技术的发展及其在生产制造领域的广泛应用，受人工成本不断增加因素影响，汽车制造企业生产物流体系构建中通过AGV技术运用以实现AGV物料搬运自动化系统建立，在实现企业生产的物料成本控制的同时，以确保企业生产的经济效益，同时促进其生产物流技术水平提升。需要注意的是，结合汽车制造企业AGV物料搬运系统的设计运用情况，由于整个自动化搬运系统建立中AGV小车的配置规划成本在整个系统构建成本中占比较大，有研究显示约为70%，因此，针对汽车制造企业车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划的有关问题进行研究，以确保其小车数量合理配置规划下的系统建设成本最优化，成为整个行业领域研究和关注的重要问题，其研究价值与意义十分显著。下文将在对AGV物料搬运系统及其结构组成分析基础上，以汽车制造企业车身车间AGV物料搬运系统为例，对其小车数量配置规划进行研究，以供参考。

1 AGV物料搬运系统的特点与结构组成分析

结合AGV物料搬运系统的建设应用实际情况，它不仅能够与各种工业机器设备与数控加工中心联合设置以实现配合作业，确保生产加工效率提升，同时能够实现物流的一体化控制，提高生产线设备的灵活性，以便于结合生产实际进行重新布置与调整；此外，AGV物料搬运系统还能够实现故障工位跨越或者是满足离线待命需求，以确保整个生产线的连续性运转，对企业生产与加工效率进行保障，同时针对企业生产的固定物料运输线，AGV系统还能够在占用空间最小的情况下，发挥其系统最大交叉能力，实现灵活、及时的物料运输，以促进设备利用率提升。

图1 常见AGV物料搬运系统结构组成示意图

一般情况下，AGV物料搬运系统主要包括AGV小车与工业机器人、视觉系统、物料抓取夹具等不同结构部分，如下图1所示，为常见的AGV物料搬运系统结构组成示意图。AGV物料搬运系统中，AGV小车的车身一般采用钢结构构件制成，且车身重量较大，以确保其系统运行中具有足够的抓地力和坚固的车体支撑，小车车身的关键部件都需要采用橡胶隔垫进行保护设置，以避免引起受损。AGV物料搬运系统中的导航定位系统用于AGV系统运行的定位支持，主要以电磁导航和激光导航为主，不同导航模式的特征优势也各不相同。而AGV物料搬运系统的运动系统结构主要包含车轮、减速器与电机、调速器、伺服控制器等装置设备，对AGV搬运系统的前进、后退以及原地转向等进行控制支持。AGV物料搬运系统中还设置有相应的防碰撞机构，以对系统运行的安全性进行保障，一般情况下，其系统的防碰撞机构多采用非接触式红外探测传感技术或者是接触式碰撞传感技术在系统运行遭遇障碍物过程中通过自动声光报警来控制其停止运动，以避免AGV自身与生产、人员安全等。最后，AGV物料搬运系统的控制与通讯系统则以车载控制器和中央控制器两个结构部分为主，之间采用通讯系统进行连接，以无线通信方式满足其不同结构的通讯需求，其中，中央控制器以任务调度为主，对AGV小车的运行路径与交通进行规划控制，而车载控制器则以AGV任务执行控制为主，对AGV小车的运行与导航、传感器、安全等进行控制，以确保整个系统的自动化可靠运行。

2 汽车制造企业车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划研究

汽车制造企业所建立应用AGV物料搬运系统中，AGV小车主要用于原有的人工上线作业模式替代，以物料搬运指令等候以及根据指令进行物料装载、由AGV小车拖运物料至指定的生产工位处并进行物料箱切换、返回物料运输等候区等作业步骤为主，其中，AGV小车根据物料运输指令进行装载作业过程是由人工铲车将满箱物料铲运至小车牵引的台车上，并由AGV小车自动与台车进行对接完成，然后再进行物料的拖运执行。根据上述对AGV物料搬运系统中小车进行物料运输的作业过程，对其负载状态可以分为空车等待、空车行驶与满箱负载行驶、空箱负载行驶等四种不同状态，因此，在AGV物料搬运系统小车数量配置规划中可以根据其作业负载情况建立静态调度与动态调度两种不同分析模型。其中，静态调度模式下，AGV系统中生产工位与所对应小车之间形成相对固定的客户和服务组合模式，其行驶路径也相对固定，这一模式下小车根据预先规划路径，按照生产工位产生物料的呼叫需求进行物料搬运需求响应，其控制系统的逻辑设置也相对简单；而动态调度模式下需要通过由多台小车组成的AGV系统上位机根据不同工位的物料呼叫系统通过调度系统根据相应的控制逻辑在工作区域路网中进行任务分解与分配，然后由一台或多台小车组合进行物料搬运相应，其控制系统的逻辑相对复杂，并且小车行驶的路径为动态规划实现，由AGV系统的上位机或者是小车随车控制系统对行驶路径进行实时规划选择。如下图2所示，即为不同调度模式下的AGV系统小车任务分配情况示意图。

图2 不同调度模式下的AGV系统小车任务分配情况示意图

根据上图所示的不同调度模式下AGV系统小车任务分配情况，以静态调度模式为例，在设定其物料需求时间为T，AGV小车完成一次物料搬运的总时间为T的情况下，就可以根据其作业流程，在定义AGV小车的通行效率系数为，充电修正系数为时，对其小车数量配置规划计算可通过如下（1）公式进行计算分析。

此外，对动态调度模式下AGV系统中小车数量的配置规划，根据上述对应调度模式下的小车任务分配情况，可以通过数学模型对AGV系统的性能指标以及其系统所含AGV数量关系进行分析，并将小车数量配置看作AGV最佳系统性能的求解问题进行分析，对AGV最佳性能下随机服务系统的服务数量进行求解计算。如下（2）所示，即为以1为小车单位使用成本、W为系统平均等待时间、为总物料的需求数、2为单位时间损失的成本、为等待导致的产量损失率所建立的AGV系统最佳性能下的服务数量计算数学模型。

根据上述所建立的计算分析模型通过简化分析可得如下（3）所示公式，该公式中，由于1、2和、是和AGV小车数量无关的变量，因此，即可在设定小车数量为1、2、3……情况下，对其值与相邻值的差值进行计算进行AGV系统对应区间的小车数量确定，从而获取相应的小车数量最优配置规划结果。

根据上述AGV小车数量配置规划分析模型，经代入实例验证分析后显示具有一定可靠性，能够在实践中应用。

3 结束语

总之，对车身车间AGV物料搬运系统小车数量配置规划进行研究，有利于确保汽车制造企业车身车间AGV物料搬运系统设计建立AGV小车数量配置规划合理性，进而促进汽车制造物流技术水平提升，具有十分积极的作用和意义。

[1] 张帮荣,卫津民,李娇等.自动搬运车系统在玻纤行业的设计应用[J].物流技术与应用,2017,22(11):110-112.

[2] 李文.基于自动控制系统的机械手与AGV的设计探讨[J].机械与电子,2017,35(10):76-80.

[3] 任云星,马世杰.AGV+工业机器人在精密搬运中的应用[J].山西电子技术,2016(03):51-52.

Research on the Number Configuration Planning of AGV Material Handling System in Body Workshop

Zhu Ruidan, Wei Huanan

( College of Mechanical and Electrical Engineering, Liuzhou Vocational and Technical College, Guangxi Liuzhou 545006 )

AGV material handling system has good applicability in practical application, high flexibility, remarkable reliability, can realize integrated and automatic production and handling, etc. It is widely used in flexible manufacturing system, and is very popular. Based on the analysis of the characteristics and structure of AGV material handling system, this paper takes the AGV material handling system of automobile body workshop as an example to study the allocation planning of the number of cars in order to provide reference for relevant practice and research.

AGV material handling system; trolley quantity; allocation planning; research

B

1671-7988(2018)22-203-03

U467

B

1671-7988(2018)22-203-03

U467

朱瑞丹（1982-），男，广西柳州人，讲师，机电一体化系统设计、机电设备管理。韦华南（1972-），男，广西罗城人，工程师，机械设计制造、机电设备维修与管理。

2015广西教育厅高校科研项目“适应准时生产的自动导引运输车设计”，（KY2015LX655）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.072