AGV自动无人配料系统的实施

AGV自动无人配料系统的实施摘要：受疫情COVID-19的影响，2020年春节过后，不少企业在建项目停滞不前，复工复产困难，订单交付难度加大，经营成本负担加重，许多企业尤其是中小企业的生存和发展面临严峻挑战，即使复工后，很多企业也因为人员需要隔离等问题不能马力全开，人员短缺问题尤为突出，能准时到岗按时开工的只有机器人和自动化设备，降低运营成本，向自动化，智能化发展成了很多制造型工厂发展的首选方向。本文以工厂的实际状况为事例，讲述如何用AGV小车替代工人送料。关键词：AGV小车（AutomatedGuidedVehicle，简称AGV），转弯半径，投资回报率（ReturnonInvestment，简称ROI），WIP（Workinprocess,半成品）。引言早在2011年，代工巨头富士康就提出“百万机器人”的宏伟计划，在未来5-10年内替代昂贵的劳动力，对于很多复杂的工序仍需人工操作，未能如期完成目标。公司属于传统的制造业，加工工艺众多，冲压，机械加工，激光切割，折弯，焊接，打磨，喷涂，装配，工艺链很长，自动化程度不高，大部分还是手工作业，要全部实施自动化显然不太现实，况且我们公司产品复杂，大小不一，订单不稳定，生命周期短，属于典型的“小批量，多品种〃的类型。我们立足实际情况，因地制宜，精准分析发现，工序间流转的WIP半成品占据了大量的物料人员，忙于"制造加工-生产入库-发料出库-再加工〃的多次循环，金属类货物很重，劳动强度大造成了物料人员的不稳定，矛盾非常突出。因此，如何用AGV去替代这些众多的物料人员成为了解决问题的关键。前期调研与可行性分析2.1AGV的介绍目前AGV已经是世面上比较成熟的自动化运送装置，早在1954年就被美国的一家公司投入使用，京东物流仓库的无人配送小车就是AGV的一种，经过多年的发展，已经开发出多种的型号和功能，但是如何选择一款适合自己的至关重要。根据牵引方式的不同可分为：背驮式和牵引式；根据牵引方向的不同可分为：单向和双向；根据导航方式不同可分为：磁条导航，激光导航和视觉导航。2.2转弯半径的核算AGV有点类似汽车，正常行走时，道路宽度稍微比车身宽些，两侧各保留100mm的空间即可，但是在转弯时又不同于汽车，连接杆只是牵引作用，不能辅助后面托盘定向转弯，转弯太陡容易卡死，因此需要的转弯半径更大。图1AGV转弯半径示意图通常托盘（1200x1000mm）是长度方向进叉，也就是说长度方向与通道的两边平行，因此AGV行走的宽度至少为100+1000+100=1200mm,再加上800mm的人行通道，正常的通道宽度应该在2000mm以上。例如，AGV长度：1020mm，连接杆长度：300mm。根据以上AGV转弯半径的算法，可以算出转弯处拐角长度L1+L2=1020+300+1200=2520mm,宽度L1+L2-L3/2=1020+300+1200-（100+1000+100）/2=2520-600=1920mm.2.3AGV的选型根据对公司每个车间实际状况的考察，车间设备较多，形状不规则，不适合安装反光板的激光导航AGV，且视觉导航的AGV成本较高，因此统一采用性价比更高的磁条导航；通过对转弯半径的核算以及各车间道路宽度的评估，装配车间只有体积较小的Haeger铆合机和PEM铆合机，之前预留的通道宽度有限，AGV转弯处需要做出适当避让，对于其他车间均有大型的加工设备，为了方便设备进出，道路都已经预留了足够的宽度，因此可采用可单向牵引磁条导航AGV。物料信息收集及AGV线路的规划3.1物料运送量信息的收集我们要求每一个物料人员，包括生产和仓库的，把自己每天所负责运送的物料数量，流向，时间段，及相关的辅助工作全部列出来，做成一个物料流向矩阵表，收集了一个月的物料信息，以备后续数据分析时使用。以下是各车间名称的缩写，为了方便物料进行登记：WD（Welding,焊接车间），MMC（Machining,机加工车间），ST（Stamping,冲压车间）,SF（Softtool柔性加工车间，激光切割，折弯等），SP（Spraying,喷涂车间），AS（Assembly,装配车间），PUR（Purchase,采购件），Warehouse（仓库），Production（生产），NCM（Non-conforming不良品）表1物料流向矩阵表3.2AGV线路规划通过表1可以清晰的看出每条物料流向的运送量，可以根据此信息进行规划AGV的线路，厂区内各车间面积庞大，机器众多，不能保证AGV能够覆盖所有的物料，到达所有的区域，因此我们对每个车间，仓库都设立一个单独的物料区，AGV路线规划刚好经过这些区域。这些物料区就好比社区的快递收发点，AGV就好比是物流车，替代了物料人员长距离车间之间的搬运。对于一些特殊工艺的产品，例如打磨是在一个单独的房间，AGV无法到达，对于SF车间产品，总量占比较小5%，AGV路线太长，且无法与其他车间共线，因此暂不考虑使用AGV，对于其他占比较小车间，紧挨AGV主线路的，仍然可以考虑使用。因整个厂区面积较大，部分区域物料流向比较集中，单一路线距离太长，AGV需求量大，物料周转周期长，我们开辟了3条线路，1#主线路，2#，3#局部线路。表2AGV1#主线路（全长497m）1#线路是一条主线路，全长497m,与2#和3#部分线路重合，经过大部分的物料区，承担车间之间的物料周转和传递。因部分路段AGV无法到达，特殊工艺的房间，电梯内（单向开门），仍需要使用液压车进行短驳运送。例如，代表使用AGV1#线路，从装配车间AS1的物料区7入库24托的货物到半成品仓库的物料区3.表3AGV2#线路（全长220m）2#线路是一条局部物料量较大的线路，全长220m,总线路比1#较短,货物运送量比1#线路还大，可实现局部货物快速周转的目的。表4AGV3#线路（全长186m）3#线路是一条局部物料量较小的线路，线路总长最短，仅有186m，用于ST/WD/MMC车间内部货物的周转。AGV线路的区分，使得整个物料的流转显得更为合理，整体物料覆盖率高达85.4%（AGV运送量561托/货物总量657托x100%），提高了车辆的利用率，减少了物料运送过程中的碰伤，极大的提高了货物的运送效率，降低了货物的周转时间。表5AGV线路货物承担比（％）3.3AGV需求量的核算表6AGV需求核算表备注：1） 秒/米/托盘：AGV的速度范围0~50m/min,在此是按照30m/min进行计算，也就是AGV带托盘行进1m需要2秒；2） 总距离（米）/线路，每条AGV线路的总长度；3） 托盘数/线路/班次，每条线路每个班次所运送的货物量；4） 总时间（秒），按照每行进1m需要2秒，运送每条线路上的所有货物，跑完线路上所有的距离所需时间；5） 可用时间（秒）/辆/班次，正常一个班次是12h,除去开班会时间0.5h,午餐0.5h,晚餐0.5h,休息0.5h,每天有效的工时时间是10hx3600s=36000s;6） 宽放余量（％），考虑到每天的物流量的波动和小车的正常维修保养等异常情况，放15%宽放余量，因每辆小车都有一块备用电池，因此电池因素未考虑；7） AGV需求/线路，总时间/可用时间x（1+15%），例如，1#线路总时间二2x497x233=231,602s,231602/36000x（1+15%片7.4,为了保证整条线路的正常运行，减少等待时间，按照8辆运行；8）总需求（辆），3条线路的总需求是13辆。3.4物料人员工作量的细化分解通过对前期每个物料人员统计的物料信息与AGV路线所覆盖物料的分析，与AGV路线重复的搬运即可被AGV所替代，并整合物料人员的其他工作量，进行重新的归类安排，使得每个物料人员都有了相对固定的工作区域，减少了跨区域的走动，在提高了效率的同时也方便了管理。本次共节省了5个物料人员，生产白班2个，晚班1个（晚班产线部分开工），共3个；仓库白班1个，晚班1个，共2个，合计5个。投资回报率（ROI）的核算根据财务成本核算，每人每月平均人工成本约1000美金，汇率约为7,节约一7000元/月/人，5个人一年的总的金额节约为：5人x12月x7000元=420,000元。总投资：AGV均价约38000元/辆，13辆的总价为494,000元。投资回报率（ROI）=年利润/投资总额X100%ROI=420,000/494,000x100%=85%5、总结通过AGV无人运送物料系统的实施，为公司节约了5个物料人员，降低了企业的运营成本，减少了工厂对人