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数字化工厂物流核心技术—AGV调度系统

2020-11-25 16:13:05 admin_mm

 AGV,即Automated Guided Vehicle的缩写,翻译成中文就是自动导引运输车,它是一种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。

 

       在工厂生产线中,我们也经常用AGV作为自动搬运车来输送物料,这样小车既行动快捷、工作效率高,又可控性强、安全性好。与物料输送中常用的其他设备相比,AGV的活动区域可不需要铺设轨道、支座架等固定装置,不受场地、道路和空间的限制。因此,在自动化物流系统中,最能充分地体现其自动性和柔性,实现高效、经济、灵活的无人化生产。

              

设备优势

       与传统的叉车相比,AGV的优势将完美展现。AGV小车和传统叉车的区别之处就是AGV小车无需手动人工驾驶,它是一款无线自动导向车。如果您仍然在使用人工叉车,您的物料搬运效率就会受到限制。而使用AGV不仅提高了搬运效率,且在车中内置的安全协议和传感器也能减少现场意外伤害的发生,同时还不会影响到其他交通。AGV结合了条形码技术以及数据采集技术,使用电磁感应来作为导航的要领,辅助RFID进行辨识,也让无人驾驶的搬运作业变得唾手可得。


       AGV小车相比传统叉车更加智能化且使用成本较低,它能够解决传统叉车在恶劣或凶险的天气或环境下难操控的问题,并且没有噪音,环保还能消减废气。所有这些因素都有助于为工人营造更好的工作环境,并且减少能源消耗、降低成本。AGV小车还凭借着其独特且富有科技感的造型满足了企业个性化的需要,提升企业形象。

                     

  参数指标

       AGV的动力系统来源于小车本身的电源,最常见的是使用电池作为电源,电池一般是采用锂电池或者镍铬电池进行供电,电压的规格一般也有DC 24V和DC 48V的区分。当AGV小车电量不足时,它会自动前往指定的充电区域进行充电。AGV小车的充电过程也可以由员工手动实现,步骤如下:连接电器后进行充电功能,在小车充电功能实现后,再从连接的电路中手动移除。也有些不是用电池进行供电而是采用交流电来供电,常用的设备有滑触线或者拖链,电压规格一般是AC 380V。不过滑触线的使用也只是在RGV系统中用的比较多,AGV只有少数支持。

系统概述


       然而,单一的AGV小车可能能够解决搬运效率的问题,但是解决不了网络通信的问题。这里,我们就提出了AGV调度系统的概念。AGV调度系统指的是针对工厂自动物流系统,通过控制现有的AGV模块完成工厂自动物流任务,在这个过程中,AGV调度系统可以通过局域网或者DTU控制现场AGV,同时系统也能够提供接口(OPC等)上传数据至ERP或MES。

AGV调度系统是工厂自动化系统的一个重要组成部分,它主要执行原材料的供送、 成品的转移输送、仓储货物柔性配送等功能。在整个工厂生产制造过程中,AGV系统需要与MES(制造执行系统)、ERP内部管理系统、WMS(仓储管理系统)、LCS(生产线控制系统)、RFID(托盘管理系统)等进行数据交换实现无缝对接。

 

① AGV任务调度

 

       AGV任务调度,就是与AGV进行通信,从空闲AGV中选择一台,并指导AGV按照一定的路线完成运输的功能。

 

②实时路径规划

 

       实时路径规划,就是根据选中的AGV所在的位置,以及目标站点位置,对AGV的行进路线进行最优规划,并指导AGV按照规划该路线行进,以完成运输功能。

 

③交通管制

 

       在某些特定区域,由于空间原因或工艺要求,同时只能有一辆AGV通过,或者两辆AGV不能对头行驶,则需要调度系统对AGV进行管理,指导某一AGV优先通过,其它AGV再按照一定的次序依次通过,这个过程就叫交通管制。

 

④现场设备信号采集与动作控制

 

       客户现场有些设备需要与AGV进行物理对接,实现物料的自动装卸车,在此情况下,必须通过调度系统采集现场设备的运行状态信息,并且在某些时候需要发送信号控制现场设备的动作。

 

⑤ MES或ERP接口

 

       调度系统任务信息可能来自于MES或ERP系统,同时也有义务向MES或ERP汇报任务执行结果。具体实现步骤如下:

 

5.1状态查询

       MES或ERP查询系统中所有AGV状态信息,包括:


        AGV当前站点

 

运行状态(待命、启动、停车、急停、电压不足等);

传感器状态(因障碍物减速等);

 当前运行速度;

 当前运行方向;

 挂接机构状态;

 扩展输入输出端口状态

当前电池电压。

5.2任务查询

MES或ERP查询调度系统中当前正在执行或排队等待执行的任务信息,包括:

 

Ø 任务标识;

 

Ø 任务类型(特定AGV任务、随机任务、长时间任务、充电任务等);

 

Ø 任务详情(起始工位、目标工位、产品类型、产品数量等);

 

Ø 任务优先级;

 

Ø 任务执行状态(正在执行、已经执行完毕、正在等待执行、取消执行等);

 

Ø 任务起止时间。

 

5.3任务下达

MES或ERP向调度系统下达任务信息,调度系统向MES或ERP返回任务标识。任务信息包括:

 

Ø 任务类型(特定AGV任务、随机任务、长时间任务、充电任务等);

 

Ø 任务详情(起始工位、目标工位、产品类型、产品数量等);

 

Ø 任务优先级;

 

Ø 其它信息。

 

5.4修改或取消任务

只要一个任务尚未开始执行,MES或ERP就可以通过修改或取消任务接口对任务进行操作。

 

5.5汇报任务执行情况

当AGV成功完成一项任务或者由于某些特殊原因导致AGV无法完成某项任务时,调度系统向MES或ERP报告任务执行结果。

 

⑥现场呼叫接口

 

响应现场某些设备信号作为呼叫信息,或者响应现场人工按钮动作作为呼叫信息。调度系统与现场呼叫信息均通过MODBUS协议进行通信。

 

⑦设备工况监控

 

使用组态软件,可以对AGV的运行状态及任务信息等进行监控,以图形化的界面对AGV行进路线与位置信息进行显示。

 

 

那么怎样设置AGV的路线与调度方法呢?以下介绍几种常用方法:

 

① 数学规划方法

 

为AGV选择最佳的任务及最佳路径,可以归纳为一个任务调度问题。数学规划方法是求解调度问题最优解的传统方法,该方法的求解过程实际上是一个资源限制下的寻优过程。实用中的方法主要有整数规划、动态规划、petri方法等。在小规模调度情况下,这类方法可以得到较好的结果,但是随着调度规模的增加,求解问题耗费的时间呈指数增长,限制了该方法在负责、大规模实时路线优化和调度中应用。

 

② 仿真方法

 

仿真方法通过对实际的调度环境建模,从而对AGV的一种调度方案的实施进行计算机的模拟仿真。用户和研究人员可以使用仿真手段对某些调度方案进行测试、比较、监控,从而改变和挑选调度策略。实用中采用的方法有离散事件仿真方法、面向对象的仿真方法和三维仿真技术,有许多软件可以用于AGV的调度仿真,其中,西门子集团的Plant Simulation仿真软件可以快速建立仿真模型,实现仿真过程三维演示和结果的分析处理。

③ 人工智能方法

 

人工智能方法把AGV的调度过程描述成一个在满足约束的解集搜索最优解的过程。它利用知识表示技术将人的知识包括进去,同时使用各种搜索技术力求给出一个令人满意的解。具体的方法有专家系统方法、遗传算法、启发式算法、神经网络算法。其中,专家系统方法在实用中较多采用,它将调度专家的经验抽象成系统可以理解和执行的调度规则,并且采用冲突消解技术来解决大规模AGV调度中的规则膨胀和冲突问题。

 

④神经网络方法

 

由于神经网络具有并行运算、知识分布存储、自适应性强等优点,因此,它成为求解大规模AGV调度问题是一个很有希望的方法。目前,用神经网络方法成功的求解了TSP-NP问题,求解中,神经网络能把组合优化问题的解转换成一种离散动力学系统的能量函数,通过使能量函数达到最小而求得优化问题的解。

⑤遗传算法方法

 

遗传算法是模拟自然界生物进化过程中的遗传和变异而形成的一种优化求解方法。遗传算法在求解AGV的优化调度问题时,首先通过编码将一定数量的可能调度方案表示成适当的染色体,并计算每个染色体的适应度(如运行路径最短),通过重复进行复制、交叉、变异寻找适应度大的染色体,即AGV调度问题的最优解。

 

 

工厂企业要从自动化转向数字化,我们确实还有很长的一段路要走,风里雨里,创智科技陪您到底!


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