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军工航天企业基于“光通信”的厂内智能物流系
发布时间：2019-05-30
军工航天企业作为国家制造业的核心，不仅代表了高端制造，更是代表了国家先进的技术能力和装备制造能力，可谓国家的命脉所在。为此，推进其“安全性”进程显得尤为重要。
随着市场环境的快速变化，在内外部因素共同作用下，远平条码为某军工航天企业依托于智能制造与数字化网络技术，通过对生产运输过程进行智能化改造，以达到创新升级、提高安全、降本增效的目标。
为推进某军工航天企业产品、技术与服务的创新升级，降低传统生产、运输、仓储中的不安全因素，远平条码针对该军工航天企业厂内物流系统进行智能升级，引入智能搬运设备AGV，构建基于光通信的厂内智能物流系统，保证了产品制造、物流运输等流程的安全性与高效性，并解决了数据可追溯问题。
一、项目背景及需求
为降低厂内人员的工作强度，增加生产精准度，某军工航天企业引进了厂内AGV智能物流系统。该系统不仅实现了物料缓存区—生产工位加工—成品缓存区之间的智能物料搬运，并根据行业“安全、保密”的特殊需求，定制了专属视觉信息通讯方式。
当前机器人的主流通信方式是通过无线网络进行通信，存在较大的网络安全隐患，较易受到黑客入侵，并不能满足军工企业数据信息的极高保密性要求。为克服AGV在运转调度过程中需要局域网进行通讯这一难题，笔者所在团队提出基于“光通信”的厂内智能物流系统，经过多方向、多维度的研发攻克，研发出一套适用于高保密性要求的全新通讯方式——视觉信息通讯。
二、设计方案
1.数据通信
基于可视化的图形通讯，可以解决军工企业的高保密性通讯要求。这种专属定制的通讯方式，通过可见光方式进行数据交互，使用特定信息编码进行数据收发。具体任务的下发执行如下：
呼叫系统通过有线的方式将任务指令发送至控制台基站，控制台将收到的任务指令转换为图形指令并显示在显示设备上，当机器人移动到预定位置时，识别读取指令图形并转换成任务指令，根据转换的任务指令执行任务，机器人完成单次任务后返回至预定位置，将其工作状态转换为状态图形，并在机器人携带的显示设备上显示，控制台对机器人所显示的状态图形进行读取识别后转换成机器人的状态信息发送到呼叫系统，确认完成本次下发任务。
图形通讯设备主要包括如下部分：AGV携带的高速二维码读取相机，AGV二维码刷新显示器、控制台主控触摸屏、控制台内嵌高速二维码读取相机、控制台内嵌的二维码刷新显示器。
2.AGV运行路径
基于现场不能存在无线介质，AGV之间不能实时通讯，路线的规划要避免执行任务过程中出现AGV对向行驶，结合场地空间及生产节拍情况，拟1号AGV负责上料工位及2.4.6.8号组装台的呼料送料任务，2号AGV完成1.3.5.7号组装台及下料工位的呼料送料任务。同时，物料缓存及成品缓存区在加工流水线上料工位一侧，因此AGV在该区域行驶应设置双向路线。
3.AGV权限模式
AGV在执行任务的过程中，除在特定预设位置响应车载PAD特定的指令，其他情况下不响应外部命令，直到执行完当前任务。每台AGV设有钥匙开关，只有拥有使用权限人员才能启动AGV工作，以防止非权限人员私自开动AGV小车。
三、业务流程
1.呼料送料任务：初始状态下，无任务AGV在停靠区待命。在组装台有物料需求时，点击PC端呼料按钮，控制台接收到组装台发出的物料请求任务指令后，将信息更新到控制台基站生成相应任务二维码，AGV小车通过读取控制台二维码行驶到取货地点，待工作人员放置好货物之后，点击AGV小车PAD上的“确认”按钮，小车到达目的位置放下货架，等待人工取料完成后点击释放按钮，AGV背负料车回到取货点放下料车，行驶回初始位置获取新的任务。
2.成品入库任务：无任务AGV在停靠区待命。在组装台有成品入库需求时，点击PC端送料按钮，控制台接收到组装台发出的送料请求任务指令后，将信息更新到控制台基站生成相应任务二维码，AGV小车通过读取控制台二维码行驶到待检区背负货架到达送料点工位，等待人工放置好成品物料后，点击AGV小车PAD上的“确认”按钮，小车到达待检区，人工完成核检后放置成品缓存位，点击释放小车，AGV行驶回初始位置获取新的任务。
四、运行要点
1.AGV导航原理
AGV采用视觉二维码惯性导航，在运行路线铺设导向二维码，AGV通过电机编码器惯性行走和工业相机识别二维码，完成路径的识别与跟踪，实现AGV行驶及停止偏差精度不大于5mm。
在小车预停位设置停车地标，每个地标都具有自己唯一的地址码信息，AGV设有地标识别系统，当AGV检测到地标信息后，根据控制系统预定的程序执行停车/忽略命令，以实现定点停车或跳点停车。同时，调度系统具备二维码地标异常报警功能，会对偏移较大及破损二维码进行报警修正，确保AGV连续稳定运行。
2.安全保障系统
AGV配备激光避障传感器及机械防撞机构，两侧安装急停按钮，同时支持声光警示及预警功能。激光避障传感器能检测到AGV小车前进方向0～270°范围内0～4m的障碍物，反应时间小于50ms。当检测到障碍物时，AGV会停止并报警提示移开障碍物；当障碍物移开后，AGV 小车继续行驶。机械防撞机构在激光障碍传感器失灵时起到AGV保护作用，当AGV碰到障碍物时，机械防撞装置启动，AGV会立刻停止不动。作为AGV的第二道安全防线，机械保护装置有足够的机械强度，小车防撞触发后不对机构造成任何损伤。
3.AGV充电方式
AGV支持自动充电及手动充电模式，自带电量显示功能。当电池电量低于30%时，充电指示灯点亮并发出声音报警；当电池电量低于10%时，AGV停止运行，并发出缺电报警声。自动充电模式可设定电量值下限，低于该电量时，AGV到达充电位自动充电，同时，AGV小车支持充电锁定功能，人工充电时AGV锁定，运行处于停止状态，充电结束后方可继续运行。
4.AGV作业任务监控
调度系统实现AGV作业任务的统计，实时采集每个工作台的呼料信息，控制台接收任务时间，AGV任务执行起始时间、任务执行结束时间、完成状态等数据。记录单个AGV的作业次数及单次任务执行周期，统计不同时间段每个工作台送料作业的次数分布。
五、项目效果
本项目完成验收已数月，日常运行稳定，有效降低人工成本，提高生产率的同时优化作业流程，主要表现在：
1.满足“保密性”这一特定需求
该方案具备集光、机、电、计算机于一体的高新技术优势，笔者团队基于自研核心零部件（定位模块、运动控制驱动器等）等硬件基础的技术路线，深入掌握定位、控制、驱动等核心技术，扩容性强，并根据客户的安全性、保密性这一需求进行深度化定制。
2.自动化搬运更安全、高效、智能
与传统生产线相比较，使用AGV智能物流搬运系统，可减少50%劳动力，极大降低了人工成本。同时，AGV在调度系统的控制下，路径规划灵活，智能选择合理路线，避开拥堵路段，避免了人工操作的路线随意、混乱，以及体能消耗导致的低效等问题。
3.优化作业流程，精准高效
AGV调度系统可无缝对接MES/WMS/ERP系统，对于物料信息、车辆信息、任务信息等关键信息可进行实时采集，所有物料环节数据均可追溯用于后期分析，便于生产管理。通过系统监控界面，可直观掌握AGV当前状态和任务信息，同时也能看到每个对接环节的信息状态，对厂内产品质量进行跟踪管理，可有效提升质量管理，实现了对大场景、长距离、高速度、高精准智能物流的需要。
