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知识贴:AGV机器人全攻略(附德国AGV+RFID全自动化无人工厂案例)

物流指闻   |   来源: 智能制造IM   |   2019-01-29   |   0 0

AGV小车一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为,或利用电磁轨道来设立其行进路线,电磁轨道黏贴於地板上,无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

一、AGV简介

Automated Guided Vehicle简称AGV,通常也称为AGV小车,指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有安全保护以及各种移载功能的运输车,工业应用中不需驾驶员的搬运车,以可充电之蓄电池为其动力来源。

一般可通过电脑来控制其行进路线以及行为,或利用电磁轨道来设立其行进路线,电磁轨道黏贴於地板上,无人搬运车则依靠电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

二、AGV的种类

1.潜伏式:潜入料车底部,自动挂接和分离实现物料投递、回收作业。

2.牵引式:通过尾部自动挂接和脱扣机构实现料车牵引。

3.自卸式:背负式平台,使用滚筒、皮带或其他方式实现物料对接。

4.举升式:背负平台可自动举升物料,可与流水线同步运行作业。

5.叉车式:使用开放式叉车进行物料搬运。

优点介绍

1.自动化程度高;由计算机,电控设备,磁气感应SENSOR,激光反射板等控制。当车间某一环节需要辅料时,由工作人员向计算机终端输入相关信息,计算机终端再将信息发送到中央控制室,由专业的技术人员向计算机发出指令,在电控设备的合作下,这一指令最终被AGV接受并执行——将辅料送至相应地点。 

2.充电自动化;当AGV小车的电量即将耗尽时,它会向系统发出请求指令,请求充电(一般技术人员会事先设置好一个值),在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。 另外,AGV小车的电池寿命很长(2年以上),并且每充电15分钟可工作4h左右。 

3.美观,提高观赏度,从而提高企业的形象。 

4.方便,减少占地面积;生产车间的AGV小车可以在各个车间穿梭往复。

三、AGV的引导方式

1.折叠磁铁陀螺引导

该种AGV上安装有特制磁性位置传感器,在运行路径沿途的地面上安装有的小磁铁,AGV依靠位置传感器,感应小磁铁位置,再利用陀螺仪技术连续控制无人搬运车的运行方向,从而实现自动搬运。 

2.折叠电磁感应引导

电磁感应式引导一般是在地面上,沿预先设定的行驶路径埋设电线,当高频电流流经导线时,导线周围产生电磁场,AGV上左右对称安装有两个电磁感应器,它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映AGV偏离路径的程度。

AGV的自动控制系统根据这种偏差来控制车辆的转向,连续的动态闭环控制能够保证AGV对设定路径的稳定自动跟踪。这种电磁感应引导式导航方法目前在绝大多数商业化的AGVS上使用,尤其是适用于大中型的AGV。 

3.折叠激光引导

该种AGV上安装有可旋转的激光扫描器,在运行路径沿途的墙壁或支柱上安装有高反光性反射板的激光定位标志,AGV依靠激光扫描器发射激光束,然后接受由四周定位标志反射回的激光束,车载计算机计算出车辆当前的位置以及运动的方向,通过和内置的数字地图进行对比来校正方位,从而实现自动搬运。 

目前,该种AGV的应用越来越普遍。并且依据同样的引导原理,若将激光扫描器更换为红外发射器、或超声波发射器,则激光引导式AGV可以变为红外引导式AGV和超声波引导式AGV。

四、AGV的基本应用

1.仓储业

仓储业是AGV最早应用的场所。1954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。

目前世界上约有2万台各种各样AGV运行在2100座大大小小仓库中。海尔集团于2000年投产运行的开发区立体仓库中,9台AGV组成了一个柔性的库内自动搬运系统,成功地完成了每天23400的出入库货物和零部件的搬运任务。

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。

1974年瑞典的Volvo Kalmar轿车装配厂为了提高运输系统的灵活性,采用基于AGVS为载运工具的自动轿车装配线,该装配线由多台可装载轿车车体的AGVS组成,采用该装配线后,装配时间减少了20%,装配故障减小39%,投资回收时间减小57%,劳动力减小了5%。目前,AGV在世界的主要汽车厂,如通用、丰田、克莱斯勒、大众等汽车厂的制造和装配线上得到了普遍应用。

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的满足上式场合的搬运要求。

瑞典于1983年在大斯得哥尔摩邮局、日本于1988年在东京多摩邮局、中国在1990年于上海邮政枢纽开始使用AGV,完成邮品的搬运工作。在荷兰鹿特丹港口,50辆称为“yard tractors”的AGV完成集装箱从船边运送到几百码以外的仓库这一重复性工作。

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、化工等行业中,AGV的应用也受到重视。在国内的许多卷烟企业,如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂,应用激光引导式AGV完成托盘货物的搬运工作。

5.危险场所和特种行业

在军事上,以AGV的自动驾驶为基础集成其他探测和拆卸设备,可用于战场排雷和阵地侦察,英国军方正在研制的MINDER Recce是一辆侦察车,具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自动型侦察车。

在钢铁厂,AGV用于炉料运送,减轻了工人的劳动强度。在核电站和利用核辐射进行保鲜储存的场所,AGV用于物品的运送,避免了危险的辐射。在胶卷和胶片仓库,AGV可以在黑暗的环境中,准确可靠的运送物料和半成品。

五、德国AGV+RFID的全自动化无人工厂

下面要分享的是08年为瑞士做过的一个全自动无人工厂项目。当时还没有工业4.0这个提法,但该系统当时已经大大超前!

从这个视频里我们可以得到一些启示:

(一)工业4.0应用技术

1.柔性生产

该生产系统所要实现的目标是使生产实现最大的柔性化。自动化和信息化是实现柔性定制个性化生产的手段。

从视频中可以看到,AGV小车将毛坯推入代加工区域,而这些毛坯木料的尺寸大小都是不同的,按照顶点顺序进行排列,符合JIO理念。

而JIO(Just In Order)是继JIT(Just In Time)准时制生产的基础上提出的,要求供应商不仅应按时将零部件送抵生产现场,还要求不同规格零部件的顺序按照要求排列,以便满足混线生产的要求。

这样不同型号的产品在装配时,不会因为零件顺序错落而发生装配错误的问题。丰田的JIT只适合单一产品的大批量生产,而JIO则是混线生产,柔性制造模式所必需的供应链运作机制,是生产模式的变革。

目前国内的自动化项目都号称4.0,但绝大部分无法实现柔性制造。所以在笔者看来,中国企业谈4.0只是按照自动化集成去理解,并没有真正领会生产模式变革的意义。

2.数据追踪

在产品的整个生命周期中会产生很多数据,即所谓的大数据。制造商需要能够利用这些数据对产品进行跟踪,以了解产品的状态。

比如某个客户购买的某产品中的某个零件出了问题拿到售后服务部门去维修,这时生产厂应该能够知道这个零件的供应商是谁,哪个生产环节中的哪个人应该对此负责,并计算出损失。

相关的技术和软件产品(PLM/PDM,ERP, CRM, SCM等)早在几乎20年前就已经非常成熟,相对欠缺的是生产环节的大数据处理。尽管也有相对成熟的解决方案,如MES(制造执行系统),SCADA(现场数据采集系统),APS(先进生产计划系统)等,但是由于缺乏强大的车间级管理系统去协调各生产设备,生产车间的自动化和信息化层始终存在着难以打破的屏障,原因很多此处不展开讨论。而视频中的生产系统则采用相对简单和独立的软件系统,在设备层实现了对生产数据的集成和管理。

首先机器人通过专用的检测设备对入库毛坯进行全检,再扫描条形码,根据读取的产品信息自动调用加工程序(NC代码由产品设计数模自动生成),并自动调整支撑夹具的位置,以适合零件的尺寸。加工完毕后,由于条码在加工过程中被破坏掉,所以再次贴敷条码,并更新产品生产数据,记录设备运行数据,将这些数据通过现场总线传入上位机的生产管理/监控系统。

由于每个零件上都有条码,每个条码对于正确的程序,所以不论来料按何种顺序排列,加工过程是不会出现问题的。也就是说生产管理调度软件和生产设备之间是相互独立运行的,就算生产调度出了问题,也不会造成生产程序调用错误。

而即便产品信息和加工数据在对应上出现问题,机器人的入库检测信息也会与程序信息进行比对,不会出现加工废品(即可能用较大尺寸的毛坯加工出小尺寸产品,而不会出现小尺寸毛坯调用大尺寸产品加工程序的问题)。

所以说,当我们评价工业4.0或工业互联网,物联网方案先进性的时候,不应只看技术实现的手段,不要去较真条形码,二维码,RFID哪个技术更先进,而更应该关注这些生产数据所支持的智能生产的运作机制。

3.工序集中

整套生产系统集中了每一个产品从入库到出库的全部工序,与以往生产单元的概念有所突破,除了机械加工和上下料以外,该系统集成了自动检测,工装夹具调整(柔性工装),生产订单管理等功能。机加工序之后基本上直接进喷漆车间后就可以出厂了。

在生产战略规划上,该企业并没有搞垂直整合,而是把附加值最高的定制化加工留给了自己,利润薄,污染环境的上下游工序统统外购或外协。

4.优化设计

从产品开发逻辑上讲,产品设计决定了生产工艺,而生产工艺决定生产设备。当我们谈论工业4.0或智能制造的时候,通常只关注到设备或软件,而往往忽视了方法(工艺),更不会去在意设计(概念)。

产品设计从一开始不但决定了产品本身的价值,也决定了大部分的生产成本。以该瑞士制造商为例,由于产品为定制化设计,所以在安装时需要服务人员在客户现场进行安装,而由于瑞士的人工成本极高,所以在设计时就必须充分考虑到组装的便捷性,即DFA(Design For Assembly)。

说得更通俗些,这种木门的最终安装实际上和组装宜家家具是一样的,但是安装的复杂程度和精度要求要更高,安装时也需要更专业的工具。然而如果按照中国木匠打家具的方法,实地测量尺寸再锯断合适长度的木料,再钉钉子等等,那么瑞士的这套木门成本会极高。

所以就要求在设计之初就要求便于快速组装,而且具有一定的通用性,小型功能零件尽量采用标准件,只是在门板样式和规格上体现个性化差异。

这种产品设计既要保证便于个性化定制生产,也要合理降低制造成本,便于安装维护。所以说,一套体系化的产品设计理念和产品开发平台才是成功实现工业4.0转型最基本的前提。

(二)产业变革的趋势

1.没有夕阳产业只有夕阳观念

在中国人眼里,木门生产绝对是落后的传统制造业,没有利润,没有科技含量,没有发展前途。但是这个工业4.0项目却落地在全世界工业技术水平最高,人工成本最贵的瑞士。可见先进的智能化制造系统是完全可以弥补人力成本的劣势,而传统制造业向发达工业国回流也确实正在发生。中国的制造企业必须有所作为才能避免在这次工业革命中被淘汰。

2.柔性智能生产系统增大利润空间

制造成本是相对概念,当产品价值足够高时,那么制造成本就可以忽略不计了。视频里的瑞士公司通过投资智能制造设备,首先在战略上实现了定制化生产,使得产品本身的价值大幅提高,而全自动制造系统免去了人工成本,并且整个设备占地非常小却可以实现以往一个工厂的全部工序,使得土地成本构成的比重大幅下降。

通常我们认为中国的土地和人力成本很低,因此制造业优势明显。但是一旦发达的工业国纷纷采用柔性智能无人/少人生产系统来实现工业4.0革命,那么未来制造业的利润-成本构成将发生极大的变化:土地,人力,能源等资源相关的因素在生产成本中所构成的比利将大为降低,智能设备的技术折旧以及雇用高端技术和咨询人员的将成为未来主要的成本。所以,如果不增加在知识和技术上的投入,中国制造业将面临毁灭性的打击。

企业看工业4.0往往只看到了相关技术的先进,看到了不足,但是缺乏合理的方法论去实现转型升级。中国企业要转型升级,首先要看懂制造业的发展趋势,在整理出合适自己的新的运营模式,再根据这个模式有所取舍地规划企业转型升级的途径和战略。只要中国的制造企业多一些理性,少一些浮躁,以中国人的聪明才智总可以找到合适自己的转型升级之路。

来源/智能制造IM

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