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聚焦无人驾驶工业搬运车辆——AGV

2007-06-19 00:00 性质:转载 作者:现代制造 来源:现代制造
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自动导引小车系统(AGVS),是当今柔性制造系统(FMS)和自动化仓储系统中物流运输的主要手段。作为一种无人驾驶工业搬运车辆,AGV在20世纪...

  自动导引小车系统(AGVS),是当今柔性制造系统(FMS)和自动化仓储系统中物流运输的主要手段。作为一种无人驾驶工业搬运车辆,AGV在20世纪50年代即得到了应用,90年代,AGV进入高智能化、数字化、网络化、信息化时代。那么,AGV在中国的应用情况及前景如何?又有哪些成功的案例?领先厂家及专家纷纷阐述前沿观点,供读者借鉴。
  AGV在中国应用的新趋势

王慧先生

丹纳赫传动(中国)AGV销售经理

  AGV全称自动导引小车(Automatic Guided Vehicle),它实现的主要功能是在计算机和无线局域网络的控制下,经磁、激光等导向装置引导并沿程序设定路径运行完成作业的无人驾驶自动小车,电池驱动(交、直流),本质上它为现代制造业物流提供了一种高度柔性化和自动化的运输方式。
  目前,AGV在我国烟草、印钞、汽车、新闻纸等行业已有大规模应用,呈日益上升的势头,并出现了一些新的技术和行业应用趋势。
  目前的案例是AGV在室内的应用较多。但随着需求的发展,户外或半户外AGV技术将逐步完善和进入应用阶段。户外AGV技术一直是应用的难点,主要受制于相对恶劣的自然条件,如:温度、湿度、阳光、雾、雨、雪等天气。作为世界领先的AGV技术提供商,DANAHER MOTION公司每年投入巨额的研发费用到产品升级上,户外技术正是方向之一,如防雨的激光导航装置,交流驱动器,特殊经验的系统设计等,欧洲合作伙伴户外技术的测试工作也取得相对理想的实效。
  国内AGV应用需求正突破传统行业,医药、港口等行业的需求日益扩大。目前我国港口集装箱采用的码头运输方式为起重机将集装箱卸载到人工驾驶的运载工具上,再运输到储存地点。如果采用AGV作为运载工具,目前在欧洲运行的案例表明将提高港口卸载效率约70%。DANAHER MOTION和合作伙伴进一步改进系统设计,采用激光导航方式,提供缓冲区设计以提高起重机和AGV协调性能,加大AGV的运载能力(单车运载双层集装箱82t),提高运行速度(平地最大20km/h,坡度为5°时5km/h)。据估计综合效率提高100%以上。
  这对我国港口行业的发展意义重大,我国港口吞吐量世界第一,装卸货物总量巨大,运载效率的极大提高直接意味着集装箱货轮停泊时间的缩短,减少货轮巨额的停泊费用,同时装卸周期的缩短将极大提升单口岸的利用效率,对于国民经济进出口效益的意义是不言而喻的。
  随着世界经济的发展,欧洲港口的吞吐能力日饱趋和,欧盟启动了相关计划并投资提升码头周转效率,在此情况下,DANAHER MOTION欧洲合作伙伴TTS公司承接了该项目的一部分,目前在瑞典哥德堡的测试项目正是使用了AGV自动导引小车。该计划是港口运输方式的一次革命,代表着港口运载全面自动化的开始。同时使海关集装箱100%X射线检测成为可能。
  根据Danaher Motion的测算,单个码头AGV小车的需求量约70台,中国主要的大型码头的总需求量保守估计在1500台,市场产值在5~10亿元人民币。该市场需求将在较短时间内呈直线上升趋势,5年后逐步趋向稳定。可以预测,未来的几年,正因为巨大的经济和社会效益,港口应用将是AGV在中国最富前景的行业。
  规划AGV系统的合理性策略
  近年来,国内AGV系统的使用也成为物流方案中的一个亮点之一。但是通过对AGV分布行业的特点分析以及本人多年来接触客户端的经验来看,第一,国内AGV实施的项目之中,有30%以上的部分多属于行业或者区域的形象样板工程,代表企业技术进步的示范性功能往往超过了其实际需求。第二,应用领域狭窄,基本局限于高利润行业。如_烟草行业中的AGV数量约占市场统计台数的50%左右,紧随其后的是印钞等金融行业。而更应该发挥其优势的重型制造业,印刷造纸业,食品医药业以及无尘制造业等却难以见到AGV的身影。大福公司在中国的AGV业绩中也有近60%的系统是出现在烟草行业中。第三,多数规划系统的厂商设计集成能力不足。国内的物流界发展迅猛,但短时间的爆发性成长并没能掩饰住国内公司系统设计经验不足,集成分析能力不足的现状。而由此产生的设备单价恶性竞争,刻意强调单机性能的现象往往会使设计的初衷进入误区,事倍功半。加上部分客户追求最新、最先进和惟我独有的心态,两者的节拍运作常常会导致一个投资大,浪费大的系统出现,同时使许多人对AGV的作用也产生了怀疑。

朱力博士 

大福自动化物流设备(上海)有限公司技术部规划经理

  物流系统的设计目标是以整体流程的效率化,简洁化为基础,以有效的解决方案促使客户实现利益最大化为目的。在此就AGV系统的合理性设计策略提出几点建议。
  1.从AGV的性能特点考虑系统构成。AGV具有前进、反向、转弯等走行功能,但由于其适合运用的场合多为跨区域设计,且人机交叉,所以走行速度基本控制在60m/min以下。以一个具有简单搬运路径的约有150m的工作环境来看,其搬运能力也只有15次/h左右,与有轨搬运小车STV(大福公司的产品可达到250m/min的速度)等相比,根本称不上高效率。尽管蓄电池的技术水平已有突破性的发展,比如大福公司的专利产品具有1:10的放电率,但是其智能充电方式和电池寿命又是降低效率,提高成本的一大要素。因此相邻生产工艺间的搬运形式并不是AGV的优势。
  2.从AGV的性价比考虑系统。在汽车、钢铁制造业,印刷造纸业等行业,产品多属于超大超重类型,物流量并不大而且物料保管区域及加工区域有一定的距离。在既不影响人流走向及其他物流动线,又能简便安全地搬运物料的前提下,相比投入大吨位特殊叉车和必须对应的操作人员来讲,AGV的使用会成为一个高性价比的解决方案。同样在食品、制药包括烟草行业,将大量分散的制造设备有机地结合起来,而且对应于设备布置变化的灵活性也是AGV发挥其优势的一个领域。在液晶生产等电子洁净化环境,危险作业环境等特殊需要行业,AGV更是最适合的搬运手段。目前国内的AGV应用仅限于少数有经济实力的行业,但这只是发展变化中的一个中间点,当上述相关行业的产业规模和物流整合到达一定的水平之后,AGV的应用范围和形式会进一步拓宽扩大。

  AGV技术将日臻完美
  AGV是自动导引运输车(Automated Guided Vehicle)的英文缩写,我们可以简单地把它看成是无人驾驶的运输车,是个不知疲倦,只知默默苦干的机器。 

杨文华先生
昆明船舶设备集团有限公司技术中心副总工程师兼AGV事业部主任
  客观地说,AGV系统的应用领域相当广阔,几乎只要有货物需要连续或重复运输的工厂、车间、仓库等都可以使用AGV系统。而目前国内AGV系统应用与发达国家(欧美、日本)相比还存在着巨大的差距,其应用的局限性主要在于:国内相当多的潜在用户对AGV系统不了解,不知道AGV是什么,能做什么,以及使用AGV有什么好处等。就目前来说,进口AGV系统的价格比较昂贵,虽然现在国产AGV系统的价格比进口产品降低了很多,但在劳动力非常廉价的中国市场,很多中小企业仍然难以接受。
  AGV扮演物料运输的角色已经50多年了。第一辆AGV诞生于1953年,它是由一辆牵引式拖拉机改造而成的,带有车兜,在一间杂货仓库中沿着布置在空中的导线运输货物。到20世纪50年代末到60年代初期时,已有多种类型的牵引式AGV用于工厂和仓库。随着电子技术和微处理器技术的不断发展,AGV的应用也越发广泛。AGV变得更加智能化,导引方式和驱动方式变得更加多样化。
  目前一些发达国家对AGV的研究趋于单机智能化,即AGV系统无固定的行驶路径。在导引技术上,结合了地理信息系统(GIS)及全球卫星定位系统(GPS)技术,AGV能够对自己行驶区域的周围环境进行图像识别,实现智能行驶。这是一种具有巨大潜力的导引技术,但将其应用到AGV上还只停留在研究中,目前还未出现采用此类技术的实用型AGV。但可以想象,图像识别技术与激光导引技术相结合将会为自动化工程提供意想不到的可能,如导引的精确性和可靠性,行驶的安全性,智能化的记忆识别等都将更加完美。
  在控制技术上,AGV将更加智能化,柔性化,数字化,网络化和信息化。AGV的控制模式将不再是单一的集中控制管理,而是将大多数管理功能直接下放到AGV车载控制系统,单机之间实现相互通信交流,其优越性具体表现在路径选择及交通管理方面,将现代控制理论(模糊控制)与古典理论(图论、拓扑)有机地结合起来,可确保AGV系统的高效运行。
  从简单的搬运车到智能机器人
  最早的自动搬运车,1913年被福特汽车公司用于底盘装配上,体现了采用当时叫做无人搬运车的优越性。但当时是有轨道引导的。到了20世纪50年代中期,1955年英国人首先去掉了地面上的导引轨道采用地板下埋线,组成了以电磁感应引导的简易AGVS,1959年AGV用到仓库自动化和工厂作业上。

金亚萍女士
机科发展科技股份有限公司智能输送事业部副总经理
  60年代开始把计算机技术应用到AGV系统的管理和控制上,AGV系统从自动化仓库进入到柔性加工系统(FMS)及生产系统中,从而使AGV得到了迅速的发展。虽然AGV首先出现于美国,但却是在欧洲迅速得到发展和推广应用,并成为制造和装配过程中一种流行的物料搬运设备。欧洲各公司统一了托盘的结构和尺寸,使得AGV制造厂不需要频繁地根据用户的要求改变自己的产品形式。由于AGV的高效和灵活性,使得AGV系统在工业先进国家获得了广泛的应用。瑞典于1969年首次在物流系统中采用了AGV,1973年瑞典VOLVO公司在KALMAR轿车厂的装配线上大量采用AGV进行计算机控制装配作业,70年代中期引入了单元化载荷搬运用于AGV,扩大了AGV的使用范围,随机装置增加了许多功能,如附加工作台、移载装置、物流信息接收和转换以及控制部件等。1983年全欧洲有360个AGV系统共3900台AGV在工作,而1985年所生产的AGV总台数超过了10000台;1985年美国拥有2100个AGV系统共有8199台AGV,共有30多家AGV生产厂家;日本在1963年首次引进一台AGV,1976年以后每年增加数十个AGV系统,目前已有神钢电机、平田电机、住友重机等27个主要生产厂商,1981年销售额达到了60亿日元,1984年增加到150亿日元,1985年上升到200亿日元。
  当今移动机器人的发展趋势是逐步向智能化方向发展,也就是说当移动机器人要在复杂的未知环境中从事不可预料的行动时,就要求AGV不仅具有感知功能,而且还要具有一定的决策和规划能力。这种具有视觉和触觉的感知功能、并能自主地决定运动的移动机器人,即第三代智能移动机器人。一般地说,智能机器人具有以下三个基本功能:任务理解功能、环境理解功能和行动规划功能。智能机器人通过任务理解功能得到作业任务和行动目标,并且根据环境理解功能获得关于环境初始条件及环境变化的信息,通过行动规划功能自主地决策出达到目标的最优行动方案。为了建立高智能系统,综合各种方法是必须的,如传统的人工智能技术、模糊系统、神经网络、遗传算法等。

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