知識貼：AGV機器人全攻略

AGV小車一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道來設立其行進路線，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車則依靠電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。

來源/智能製造IM（ID：IM-ZNZZ）

一、AGV簡介

Automated Guided Vehicle簡稱AGV，通常也稱為AGV小車，指裝備有電磁或光學等自動導引裝置，能夠沿規定的導引路徑行駛，具有安全保護以及各種移載功能的運輸車，工業應用中不需駕駛員的搬運車，以可充電之蓄電池為其動力來源。

一般可通過電腦來控制其行進路線以及行為，或利用電磁軌道來設立其行進路線，電磁軌道黏貼於地板上，無人搬運車則依靠電磁軌道所帶來的訊息進行移動與動作。

二、AGV的種類

1.潛伏式：潛入料車底部，自動掛接和分離實現物料投遞、回收作業。

2.牽引式：通過尾部自動掛接和脫扣機構實現料車牽引。

3.自卸式：背負式平台，使用滾筒、皮帶或其他方式實現物料對接。

4.舉升式：背負平台可自動舉升物料，可與流水線同步運行作業。

5.叉車式：使用開放式叉車進行物料搬運。

優點介紹

1.自動化程度高；由電腦，電控設備，磁氣感應SENSOR,雷射反射板等控制。當車間某一環節需要輔料時，由工作人員向電腦終端輸入相關資訊，電腦終端再將資訊發送到中央控制室，由專業的技術人員向電腦發出指令，在電控設備的合作下，這一指令最終被AGV接受並執行——將輔料送至相應地點。

2.充電自動化；當AGV小車的電量即將耗盡時，它會向系統發出請求指令，請求充電（一般技術人員會事先設定好一個值），在系統允許後自動到充電的地方“排隊”充電。 另外，AGV小車的電池壽命很長（2年以上），並且每充電15分鐘可工作4h左右。

3.美觀，提高觀賞度，從而提高企業的形象。

4.方便，減少佔地面積；生產車間的AGV小車可以在各個車間穿梭往複。

三、AGV的引導方式

1.折疊磁鐵陀螺引導

該種AGV上安裝有特製磁性位置傳感器，在運行路徑沿途的地面上安裝有的小磁鐵，AGV依靠位置傳感器，感應小磁鐵位置，再利用陀螺儀技術連續控制無人搬運車的運行方向，從而實現自動搬運。

2.折疊電磁感應引導

電磁感應式引導一般是在地面上，沿預先設定的行駛路徑埋設電線，當高頻電流流經導線時，導線周圍產生電磁場，AGV上左右對稱安裝有兩個電磁感應器，它們所接收的電磁信號的強度差異可以反映AGV偏離路徑的程度。

AGV的自動控制系統根據這種偏差來控制車輛的轉向，連續的動態閉環控制能夠保證AGV對設定路徑的穩定自動跟蹤。這種電磁感應引導式導航方法目前在絕大多數商業化的AGVS上使用，尤其是適用於大中型的AGV。

3.折疊雷射引導

該種AGV上安裝有可旋轉的雷射掃描器，在運行路徑沿途的牆壁或支柱上安裝有高反光性反射板的雷射定位標誌，AGV依靠雷射掃描器發射雷射束，然後接受由四周定位標誌反射回的雷射束，車載電腦計算出車輛當前的位置以及運動的方向，通過和內置的數字地圖進行對比來校正方位，從而實現自動搬運。

目前，該種AGV的應用越來越普遍。並且依據同樣的引導原理，若將雷射掃描器更換為紅外發射器、或超聲波發射器，則雷射引導式AGV可以變為紅外引導式AGV和超聲波引導式AGV。

四、AGV的基本應用

1.倉儲業

倉儲業是AGV最早應用的場所。1954年世界上首台AGV在美國的South Carolina州的Mercury Motor Freight公司的倉庫內投入運營，用於實現出入庫貨物的自動搬運。

目前世界上約有2萬台各種各樣AGV運行在2100座大大小小倉庫中。海爾集團於2000年投產運行的開發區立體倉庫中，9台AGV組成了一個柔性的庫內自動搬運系統，成功地完成了每天23400的出入庫貨物和零組件的搬運任務。

2.製造業

AGV在製造業的生產線中大顯身手，高效、準確、靈活地完成物料的搬運任務。並且可由多台AGV組成柔性的物流搬運系統，搬運路線可以隨著生產工藝流程的調整而及時調整，使一條生產線上能夠製造出十幾種產品，大大提高了生產的柔性和企業的競爭力。

1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠為了提高運輸系統的靈活性，採用基於AGVS為載運工具的自動轎車裝配線，該裝配線由多台可裝載轎車車體的AGVS組成，採用該裝配線後，裝配時間減少了20%，裝配故障減小39%，投資回收時間減小57%，勞動力減小了5%。目前，AGV在世界的主要汽車廠，如通用、豐田、克萊斯勒、大眾等汽車廠的製造和裝配線上得到了普遍應用。

近年來，作為CIMS的基礎搬運工具，AGV的應用深入到機械加工、家電生產、微電子製造、卷煙等多個行業，生產加工領域成為AGV應用最廣泛的領域。

3.郵局、圖書館、港口碼頭和機場

在郵局、圖書館、碼頭和機場等場合，物品的運送存在著作業量變化大，動態性強，作業流程經常調整，以及搬運作業過程單一等特點，AGV的並行作業、自動化、智能化和柔性化的特性能夠很好的滿足上式場合的搬運要求。

瑞典於1983年在大斯得哥爾摩郵局、日本於1988年在東京多摩郵局、中國在1990年於上海郵政樞紐開始使用AGV，完成郵品的搬運工作。在荷蘭鹿特丹港口，50輛稱為“yard tractors”的AGV完成貨櫃從船邊運送到幾百碼以外的倉庫這一重複性工作。

4.煙草、醫藥、食品、化工

對於搬運作業有清潔、安全、無排放汙染等特殊要求的煙草、醫藥、食品、化工等行業中，AGV的應用也受到重視。在國內的許多卷煙企業，如青島頤中集團、玉溪紅塔集團、紅河卷煙廠、淮陰卷煙廠，應用雷射引導式AGV完成托盤貨物的搬運工作。

5.危險場所和特種行業

在軍事上，以AGV的自動駕駛為基礎集成其他探測和拆卸設備，可用於戰場排雷和陣地偵察，英國軍方正在研製的MINDER Recce是一輛偵察車，具有地雷探測、銷毀及航路驗證能力的自動型偵察車。

在鋼鐵廠，AGV用於爐料運送，減輕了工人的勞動強度。在核電站和利用核異塵餘生進行保鮮儲存的場所，AGV用於物品的運送，避免了危險的異塵餘生。在膠卷和膠片倉庫，AGV可以在黑暗的環境中，準確可靠的運送物料和半成品。

五、德國AGV+RFID的全自動化無人工廠

下面要分享的是08年為瑞士做過的一個全自動無人工廠項目。當時還沒有工業4.0這個提法，但該系統當時已經大大超前！

從這個影片裡我們可以得到一些啟示：

（一）工業4.0應用技術

1.柔性生產

該生產系統所要實現的目標是使生產實現最大的柔性化。自動化和資訊化是實現柔性定製個性化生產的手段。

從影片中可以看到，AGV小車將毛坯推入代加工區域，而這些毛坯木料的尺寸大小都是不同的，按照頂點順序進行排列，符合JIO理念。

而JIO（Just In Order）是繼JIT（Just In Time）準時製生產的基礎上提出的，要求供應商不僅應按時將零組件送抵生產現場，還要求不同規格零組件的順序按照要求排列，以便滿足混線生產的要求。

這樣不同型號的產品在裝配時，不會因為零件順序錯落而發生裝配錯誤的問題。豐田的JIT隻適合單一產品的大批量生產，而JIO則是混線生產，柔性製造模式所必需的供應鏈運作機制，是生產模式的變革。

目前國內的自動化項目都號稱4.0，但絕大部分無法實現柔性製造。所以在筆者看來，中國企業談4.0只是按照自動化集成去理解，並沒有真正領會生產模式變革的意義。

2.數據追蹤

在產品的整個生命周期中會產生很多數據，即所謂的大數據。製造商需要能夠利用這些數據對產品進行跟蹤，以了解產品的狀態。

比如某個客戶購買的某產品中的某個零件出了問題拿到售後服務部門去維修，這時生產廠應該能夠知道這個零件的供應商是誰，哪個生產環節中的哪個人應該對此負責，並計算出損失。

相關的技術和軟體產品（PLM/PDM，ERP, CRM, SCM等）早在幾乎20年前就已經非常成熟，相對欠缺的是生產環節的大數據處理。儘管也有相對成熟的解決方案，如MES（製造執行系統），SCADA（現場數據采集系統），APS（先進生產計劃系統）等，但是由於缺乏強大的車間級管理系統去協調各生產設備，生產車間的自動化和資訊化層始終存在著難以打破的屏障，原因很多此處不展開討論。而影片中的生產系統則採用相對簡單和獨立的軟體系統，在設備層實現了對生產數據的集成和管理。

首先機器人通過專用的檢測設備對入庫毛坯進行全檢，再掃描條碼，根據讀取的產品資訊自動調用加工程式（NC代碼由產品設計數模自動生成），並自動調整支撐夾具的位置，以適合零件的尺寸。加工完畢後，由於條碼在加工過程中被破壞掉，所以再次貼敷條碼，並更新產品生產數據，記錄設備運行數據，將這些數據通過現場總線傳入上位機的生產管理/監控系統。

由於每個零件上都有條碼，每個條碼對於正確的程式，所以不論來料按何種順序排列，加工過程是不會出現問題的。也就是說生產管理調度軟體和生產設備之間是相互獨立運行的，就算生產調度出了問題，也不會造成生產程式調用錯誤。

而即便產品資訊和加工數據在對應上出現問題，機器人的入庫檢測資訊也會與程式資訊進行比對，不會出現加工廢品（即可能用較大尺寸的毛坯加工出小尺寸產品，而不會出現小尺寸毛坯調用大尺寸產品加工程式的問題）。

所以說，當我們評價工業4.0或工業互聯網，物聯網方案先進性的時候，不應只看技術實現的手段，不要去較真條碼，二維碼，RFID哪個技術更先進，而更應該關注這些生產數據所支持的智能生產的運作機制。

3.工序集中

整套生產系統集中了每一個產品從入庫到出庫的全部工序，與以往生產單元的概念有所突破，除了機械加工和上下料以外，該系統集成了自動檢測，工裝夾具調整（柔性工裝），生產訂單管理等功能。機加工序之後基本上直接進噴漆車間後就可以出廠了。

在生產戰略規劃上，該企業並沒有搞垂直整合，而是把附加值最高的定製化加工留給了自己，利潤薄，汙染環境的上下遊工序統統外購或外協。

4.優化設計

從產品開發邏輯上講，產品設計決定了生產工藝，而生產工藝決定生產設備。當我們談論工業4.0或智能製造的時候，通常隻關注到設備或軟體，而往往忽視了方法（工藝），更不會去在意設計（概念）。

產品設計從一開始不但決定了產品本身的價值，也決定了大部分的生產成本。以該瑞士製造商為例，由於產品為定製化設計，所以在安裝時需要服務人員在客戶現場進行安裝，而由於瑞士的人工成本極高，所以在設計時就必須充分考慮到組裝的便捷性，即DFA（Design For Assembly）。

說得更通俗些，這種木門的最終安裝實際上和組裝宜家家具是一樣的，但是安裝的複雜程度和精度要求要更高，安裝時也需要更專業的工具。然而如果按照中國木匠打家具的方法，實地測量尺寸再鋸斷合適長度的木料，再釘釘子等等，那麽瑞士的這套木門成本會極高。

所以就要求在設計之初就要求便於快速組裝，而且具有一定的通用性，小型功能零件盡量採用標準件，只是在門板樣式和規格上體現個性化差異。

這種產品設計既要保證便於個性化定製生產，也要合理降低製造成本，便於安裝維護。所以說，一套體系化的產品設計理念和產品開發平台才是成功實現工業4.0轉型最基本的前提。

（二）產業變革的趨勢

1.沒有夕陽產業只有夕陽觀念

在中國人眼裡，木門生產絕對是落後的傳統製造業，沒有利潤，沒有科技含量，沒有發展前途。但是這個工業4.0項目卻落地在全世界工業技術水準最高，人工成本最貴的瑞士。可見先進的智能化製造系統是完全可以彌補人力成本的劣勢，而傳統製造業向發達工業國回流也確實正在發生。中國的製造企業必須有所作為才能避免在這次工業革命中被淘汰。

2.柔性智能生產系統增大利潤空間

製造成本是相對概念，當產品價值足夠高時，那麽製造成本就可以忽略不計了。影片裡的瑞士公司通過投資智能製造設備，首先在戰略上實現了定製化生產，使得產品本身的價值大幅提高，而全自動製造系統免去了人工成本，並且整個設備佔地非常小卻可以實現以往一個工廠的全部工序，使得土地成本構成的比重大幅下降。

通常我們認為中國的土地和人力成本很低，因此製造業優勢明顯。但是一旦發達的工業國紛紛採用柔性智能無人/少人生產系統來實現工業4.0革命，那麽未來製造業的利潤-成本構成將發生極大的變化：土地，人力，能源等資源相關的因素在生產成本中所構成的比利將大為降低，智能設備的技術折舊以及雇用高端技術和谘詢人員的將成為未來主要的成本。所以，如果不增加在知識和技術上的投入，中國製造業將面臨毀滅性的打擊。

企業看工業4.0往往只看到了相關技術的先進，看到了不足，但是缺乏合理的方法論去實現轉型更新。中國企業要轉型更新，首先要看懂製造業的發展趨勢，在整理出合適自己的新的運營模式，再根據這個模式有所取捨地規劃企業轉型更新的途徑和戰略。只要中國的製造企業多一些理性，少一些浮躁，以中國人的聰明才智總可以找到合適自己的轉型更新之路。

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