基于MES与AGV互联的智能仓储系统设计

高净净

（长沙长泰智能装备有限公司，长沙 410010）

0 引言

当今，由于人工成本和原材料成本的不断上涨，企业面临着越来越大的经营压力。如何进行数字化转型，科学引导减少浪费，是需要迫切解决的现实问题。物流车间的配送方式主要是通过人工报备产线缺料信息，由叉车或牛奶输送车进行运送。如何解决人工沟通误差以及补料的实时性，自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）的出现，对企业层面关于解决安全、质量和成本之间的平衡关系等问题具有重要意义。

在当今生产面临巨大的人力成本当中，物流系统显得格外重要，智能数字化物流系统发挥的作用日益增大，车间内各种自动生产线上的原材料配送通过智能自动化装备，代替人完成繁重的作业任务，对多样的原材料型号、数量和类型进行精确管理。在技术的角度来看，该过程的智能生产透明化程度取决于各环节的自组织水平，也就是说，原材料配送与产线的工作效率取决于整个工厂各环节高度的系统集成整合能力[1]。

本文在原料产品的储运环节进行基于制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）与AGV互联的智能仓储设计，提高该环节的自动化以及数字化程度，向智能工厂更进一步。

1 企业MES系统和AGV

AGV 无人搬运车，一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为，具有很强的自调整性，且自动化程度高、准确便捷，能有效避免人为错误且节省人力资源。在自动化物流系统中，以可充电的蓄电池为其动力来源，可实现其柔性，实现高效、经济、灵活的无人化工作以及管理。

MES 制造执行系统是一套面向车间的生产信息管理系统，从工厂的数据流来看，一般处于中间层级，主要将工厂的生产数据采集、存储和分析。要实现个性化的柔性生产，MES 在未来的智能化工有着举足轻重的作用，从目前来看，可以提供的主要功能包括计划排程、生产管理调度、数据追溯、工具管理、质量控制、设备/任务中心管理、过程控制、安灯看板、报表分析、上层系统数据集成等。从企业运营方面来看，业务升级不仅仅是产业链的不断扩充，更可以进一步实现个性化与定制化的自主追求[2]；从行业上来看，还可以按照不同的需求，为企业设计一个高效、全面并且可靠的生产管理系统，以满足未来智能化的需求。目前，MES 系统已经快速应用到大部分制造企业，帮助工厂进行高效和快速的信息化管理[3]。

在当前大部分的生产企业里，车间的计划和生产都配有企业级MES，利用MES 的生产数据来解决物流系统价值流角度的痛点，比如多系统差异造成额外的确认工作，操作流程只基于员工的经验等等。充分利用MES 与AGV 调度数据互联，整合部署在不同服务器的系统数据，这样不仅降低了企业的运维成本，也给现场的操作人员带来了极大的便利，所以在MES系统下进行AGV系统的研究有很强的现实意义[4－5]。

2 硬件系统

2.1 工业服务器与AGV

服务器端采用了惠普DL388G9，CPU2.1G 至 强E5－2620v4/8 核，内存512GB，硬盘HP 146 GB 10K SAS 2.5，OS 操作系统为Window Server2012，数据库选择Oracle 2012企业版关系型数据库系统，可移植性好、可靠性高、稳定性强、具备处理海量数据能力，结合NET 平台使用具有很大的便利性[3]。

AGV 采用海康威视MR－Q3－600－C 型，最大举升高度为60 mm，额定负载能力为600 kg，停止位置精度为±10 mm，额定工作时间为8 h，在电量低于设定值且无工作任务时自动前往充电桩进行充电，这些特性能够满足大部分工厂通用的一日三班的工作要求。从成本优化和项目适用性角度，系统采用了磁条导航的方式。

2.2 智能仓库工作站

智能仓库设备方案如图1 所示，该设备为AGV 应用展示设备。通过MES 将库房端与物料需求端连接起来，实现库房与物料需求端物料输送的自动对接。

图1 智能仓库设备方案

设备控制系统由AGV料车、待料架、物料架、卸料架和MES 组成。设备控制采用西门子1500 系列全自动集成控制，相比于S7－300/400，西门子1500 处理速度更快，联网能力更强，诊断能力和安全性更高，不仅可节省成本，提高生产效率，而且安全可靠，支持的数据类型更为广泛。智能仓库设备由本地局域网连接，设备具有更强的联网能力，有利于提高该设计整体系统的稳定性。

3 软件系统

3.1 MES和仓储工作站的数据互联

当货架缺料时，货架设备向MES 系统发出缺料请求信息，报文中包括缺料的型号。MES 系统通过队列将RCS 创建任务所需的信息传递给RCS系统。当RCS创建AGV小车任务成功，将命令下达给AGV小车，AGV根据规划好的路径向仓库移动。到达指定地点后，AGV 通过透传任务将信息传达给仓库PLC。仓库工作站通过向MES 系统发送信息，确认送达的物料型号准确，并通过报文向MES 系统传达任务已完成的信息。

在MES 系统的工作系统层面，当卸料架发出缺料信息后，将指令发给AGV管理系统RCS，主要内容有目的地＋身份ID、物料类型、物料数量等；AGV管理系统接受好任务后将状态反馈给MES，并驶向待料架PLC1；AGV 到达待料架PLC1，AGV将到位和准备信号告知待料架PLC1，同时将身份ID＋物料类型、物料数量传至待料架PLC1。

AGV收到待料架PLC1反馈的准备信号之后开始接收物料架，待判断接收好物料框并同时收到待料架PLC1的完成信号后，载着物料框开始驶向卸料架PLC2；AGV 到达卸料架PLC2，将到位和准备信号告知卸料架PLC2，收到卸料架PLC2 反馈的准备信号之后开始输送物料框，待收到卸料架PLC2收料的完成信号后，回到充电桩或进行下一个工作周期。

AGV 与线边PLC1&2 的数据交换，数据通讯采用OPC 客户端与服务端的方式，如图2所示。

图2 智能仓库工作流程

3.2 MES和RCS通信

Web Service是一种基于Http和XML技术，并使用网络服务描述语言描述和使用SOAP协议传输的异构系统解决方案。

AGV 任务生成的顺序工作流如图3 所示。MES 端将任务生成所需信息通过消息队列发送给RCS 系统，RCS 系统生成对应的AGV任务。

图3 顺序工作流

AGV 系统主要由机器人控制系统（Robot con⁃trol system，RCS）、平台系统和多台AGV小车本体组成，上层RCS 平台作为小车搬运系统的大脑，主要负责AGV小车的任务分配及调度，而AGV小车则作为任务的执行者，直接和系统中的机台对接，自动完成搬运任务。

当系统需要将机台A 的货物接送到机台B 时，首先由MES 生成相应的任务发送至RCS，RCS 根据智能算法选取最近满足需求的AGV，行进至机台A，到位后，上层执行机构进行动作；执行机构完成动作后，AGV再进行移动至机台B。

为了保证动作的可靠性及AGV整体的安全性，在AGV移动过程中，上层执行机构不进行动作。而当上层执行机构动作时，AGV 底盘保证自身位置固定，通知执行机构完成相应的任务，主要业务流程如图4所示。

图4 主要业务流程

3.3 AGV故障实时监控

AGV 所在位置为充电桩位置，当电量低于设定值时，小车将自动前往充电桩。AGV 小车的电量显示及故障报错信息都会在界面显示，便于工作人员排查，如图5所示。

图5 AGV故障实时监控

3.4 过程行为追溯

唯一识别码由物料型号、日期和计数器组成，方便识别。在取料完成后任务状态变为OK，如果任务没有完成，任务状态会显示为无结果。过程数据记录了任务创建、AGV 到达待料架、AGV 到达物料架和任务完成这4 个时间点、数量和步骤次序，完成了整个运料过程的数据追溯，如图6所示。

图6 AGV数据追溯

4 结束语

近年来，生产和物流的需求急剧增长，车间的数据集成化变得越来越重要，AGV和MES系统整合后，极大地避免了由人工失误造成的产能降低，能更大地发挥MES 系统的效力，从而提高车间物流的智能化程度，提高企业的运营效率。

通过MES与RCS系统互联，在车间的任务调度和管理层面，满足了物料数据和配送的可视化，并保证了数据的准确率和实用性，实现了智能仓储系统动态自动化补料的智能化。本文的智能仓储系统设计从MES 与智能工作站的实时数据交互，AGV 小车供料接口单元改造来满足多元化的输送需求，可以满足更多使用场景，对节能减耗，提高物流工作效率有明显的指导意义。