移动搬运机器人在钢帘线生产过程中的应用实践

那业丹 孔祥震 袁骏 张胜 焦健 杜泳辉 应广宁

（1机科发展科技股份有限公司，北京，100044；2中国机械科学研究总院集团有限公司，北京，100044）

0 引言

汽车行业和高速公路飞速发展，子午线轮胎作为伴生物出现并同时得到发展，钢帘线则是跟随子午线轮胎的发展而发展的，因此钢帘线的需求量随着汽车行业及高速公路的发展日益增加。据统计，在产量和消费量方面， 2019年中国钢帘线产量为274.3万吨，同比增长6.1%；消费量为230.8万吨，同比增长7.1%。

钢帘线由于拥有尺寸稳定、强度高、耐疲劳和散热性好等特点，目前被广泛用于汽车子午线轮胎中。近年来，随着环保、节能、安全意识的增加，人们对轮胎轻量化要求强烈，这对钢丝的用量产生相应的影响。

国内钢帘线行业近年发展良好，随着钢帘线需求的不断增加，传统的生产模式已经无法满足钢帘线企业的发展需求，更换生产设备、提高生产效率、扩大产能势在必行。移动搬运机器人（AGV）系统在“中国制造2025”智能化战略的深入推进下，在许多企业试点示范成功应用，这给钢帘线行业带来了丰富的可借鉴的经验，移动搬运机器人系统的应用可以为企业生产及发展提供充分的保障。

1 移动搬运机器人在钢帘线企业的应用流程

1.1 在水箱工序的应用流程

水箱工序的主要任务是多品种单丝的输送和存储，移动搬运机器人在其应用过程中，可以将下线的单丝贴条码后放置在临时存放线上，待存放一定数量后，系统自动触发移动机器人取货入库任务：利用移动搬运机器人上位WMS管理系统分配的作业任务，移动机器人自动将指定工位的单丝工字轮搬运输送至指定入库站台，再由龙门机器人对单丝工字轮进行识别、分拣、抓取入库。

此工序充分利用上位WMS管理系统、移动搬运机器人、龙门抓取机器人等设备实现单丝的自动化转运及存储，利用信息流的管控保证单丝产品各个环节的可追溯性，从而实现由移动搬运机器人代替原有的人工搬运方式，为企业自动化升级改造提供有力的支撑。

图1 单丝入库流程图

1.2 在捻股工序的应用流程

在捻股工序中，移动搬运机器人主要负责单丝到捻股机组的配送、空单丝工字轮至导丝区及空工字轮回库的转运工作。

利用移动搬运机器人上位WMS管理系统分配的需求作业任务，龙门库对多品种单丝进行分拣输送；移动搬运机器人自动运行到指定地点接取对应的单丝，组盘输送至指定捻股机台，完成多品种单丝出库到捻股机台的配送。同时，空单丝工字轮在装载完成后，由移动搬运机器人根据上位WMS管理系统分配的作业要求输送至指定导丝工艺暂存站台；导丝后，移动搬运机器人再根据上位WMS管理系统的作业任务要求将空单丝工字轮配送至龙门库分拣线对接工位，再由龙门库分拣线分拣入库。

整个转运过程由设备自动完成，无需人工干预。

图2 捻股工序物流流程图

1.3 在线成品转运工序的应用流程

在成品转运工序中，移动搬运机器人主要负责对钢帘线成品工字轮的入库配送、空成品工字轮由暂存库到收线机台的配送任务。

成品收线贴码完成后，移动搬运机器人上位WMS管理系统自动下发成品入库作业任务；移动搬运机器人自动运行到需求工位，自动抓取成品工字轮，并将收集后的成品配送至成品库指定对接站台，完成钢帘线的成品入库配送。待捻股机台需要空成品工字轮时，移动搬运机器人自动根据上位WMS管理系统的作业任务要求，将空成品工字轮配送至对应需求工位。

在成品钢帘线收取入库及空成品工字轮供应的过程中，移动搬运机器人等设备自动完成任务，无需人工干预。

在所设所选磁钢性能、漆包线规格、气隙长度等其他相关参数相同的情况下，分别将理想梯形槽参数与传统作圆求交点法所制梯形槽参数代入Maxwell建模计算电枢齿部、电枢轭部磁密及电机负载效率图，如图14(a)、(b)。

图3 成品入库流程图

2 移动搬运机器人系统组成

移动搬运机器人系统由多台移动搬运机器人、管理监控系统、智能充电系统以及任务调度系统组成。

图4 移动搬运机器人系统架构图

移动搬运机器人是搬运任务执行单元，其采用激光导航方式，结合上位WMS管理系统的管理和监控及多层次的安全保护措施，实现对物料的自动转运。

根据钢帘线生产过程中不同的物料形式，可采用不同形式的移动搬运机器人完成各个工序的物料转运任务。

图5 移动搬运机器人车型图

管理监控系统是移动搬运机器人系统的核心，主要完成对移动搬运机器人的管理调度、实时监控、行走路径规划、车辆管理、任务管理、交通管理、通信管理、故障管理、充电管理调度等。

另外，管理监控系统还承担着与MES、WMS、ERP等企业级信息管理系统对接的任务。通过移动机器人管理和监控系统与MES、WMS、ERP等企业级信息管理系统对接，移动搬运机器人自动接收作业任务，完成搬运工作；同时，移动机器人管理和监控系统对作业任务进行记录存档，为企业生产信息追溯提供帮助。

智能充电系统可以实时监测移动搬运机器人电池电量情况，并对需要充电的移动搬运机器人进行在线自动充电。整个过程自动完成，无需人工干预。

3 移动搬运机器人应用优势

1）提高生产效率。

在原始的生产模式中，生产过程中的物料转运全部由人工作业，人工作业劳动强度大、作业效率低，移动搬运机器人的应用实现了机器换人，可以有效提高生产效率。

2）解决生产过程中人员劳动强度大、重复工作多的问题。

劳动强度大、重复作业多是目前钢帘线生产的显著特点与问题，移动搬运机器人的应用可以实现物料自动转运，无需人工干预，避免这些问题。

3）提高产品质量。

移动搬运机器人系统的应用，可以实现半成品及原料在整个生产过程中的管控和准确的存储与输送，从而减少人工作业存在的人为失误或错误类问题，有效提高产品质量。

4）降低生产成本。

企业在三班生产的情况下，需要安排三个班次的作业人员，才能满足生产要求，人员成本高且需要长期源源不断的大资金投入。移动搬运机器人系统应用具备一次性投入、长期收益的特点，投入生产后只需每年花费一定维护成本即可长期收益。

5）解决招工难问题。

招工难一直是劳动密集型企业的一个大难题，移动搬运机器人系统应用可以实现机器换人，保证企业正常有序的生产。

4 结束语

移动搬运机器人系统已经在国内外很多行业得到充分的应用验证，凭借定制化、高柔性、自动化程度高等特点得到制造业内很多企业的认可，且在国内很多行业已经成功应用。

目前钢帘线行业在生产制造过程中仍然以人工作业为主，大量的人员需求和人工成本为企业的管理、生产和发展带来了阻碍。生产力是企业发展的根本，移动搬运机器人的成功应用可以为钢帘线行业的企业提供有力的生产力，为企业发展提供坚实基础，应用前景十分广阔。