那業(yè)丹 孔祥震 袁駿 張勝 焦健 杜泳輝 應(yīng)廣寧

（1機科發(fā)展科技股份有限公司，北京，100044；2中國機械科學(xué)研究總院集團有限公司，北京，100044）

0 引言

汽車行業(yè)和高速公路飛速發(fā)展，子午線輪胎作為伴生物出現(xiàn)并同時得到發(fā)展，鋼簾線則是跟隨子午線輪胎的發(fā)展而發(fā)展的，因此鋼簾線的需求量隨著汽車行業(yè)及高速公路的發(fā)展日益增加。據(jù)統(tǒng)計，在產(chǎn)量和消費量方面， 2019年中國鋼簾線產(chǎn)量為274.3萬噸，同比增長6.1%；消費量為230.8萬噸，同比增長7.1%。

鋼簾線由于擁有尺寸穩(wěn)定、強度高、耐疲勞和散熱性好等特點，目前被廣泛用于汽車子午線輪胎中。近年來，隨著環(huán)保、節(jié)能、安全意識的增加，人們對輪胎輕量化要求強烈，這對鋼絲的用量產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

國內(nèi)鋼簾線行業(yè)近年發(fā)展良好，隨著鋼簾線需求的不斷增加，傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式已經(jīng)無法滿足鋼簾線企業(yè)的發(fā)展需求，更換生產(chǎn)設(shè)備、提高生產(chǎn)效率、擴大產(chǎn)能勢在必行。移動搬運機器人（AGV）系統(tǒng)在“中國制造2025”智能化戰(zhàn)略的深入推進下，在許多企業(yè)試點示范成功應(yīng)用，這給鋼簾線行業(yè)帶來了豐富的可借鑒的經(jīng)驗，移動搬運機器人系統(tǒng)的應(yīng)用可以為企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展提供充分的保障。

1 移動搬運機器人在鋼簾線企業(yè)的應(yīng)用流程

1.1 在水箱工序的應(yīng)用流程

水箱工序的主要任務(wù)是多品種單絲的輸送和存儲，移動搬運機器人在其應(yīng)用過程中，可以將下線的單絲貼條碼后放置在臨時存放線上，待存放一定數(shù)量后，系統(tǒng)自動觸發(fā)移動機器人取貨入庫任務(wù)：利用移動搬運機器人上位WMS管理系統(tǒng)分配的作業(yè)任務(wù)，移動機器人自動將指定工位的單絲工字輪搬運輸送至指定入庫站臺，再由龍門機器人對單絲工字輪進行識別、分揀、抓取入庫。

此工序充分利用上位WMS管理系統(tǒng)、移動搬運機器人、龍門抓取機器人等設(shè)備實現(xiàn)單絲的自動化轉(zhuǎn)運及存儲，利用信息流的管控保證單絲產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)的可追溯性，從而實現(xiàn)由移動搬運機器人代替原有的人工搬運方式，為企業(yè)自動化升級改造提供有力的支撐。

圖1 單絲入庫流程圖

1.2 在捻股工序的應(yīng)用流程

在捻股工序中，移動搬運機器人主要負責(zé)單絲到捻股機組的配送、空單絲工字輪至導(dǎo)絲區(qū)及空工字輪回庫的轉(zhuǎn)運工作。

利用移動搬運機器人上位WMS管理系統(tǒng)分配的需求作業(yè)任務(wù)，龍門庫對多品種單絲進行分揀輸送；移動搬運機器人自動運行到指定地點接取對應(yīng)的單絲，組盤輸送至指定捻股機臺，完成多品種單絲出庫到捻股機臺的配送。同時，空單絲工字輪在裝載完成后，由移動搬運機器人根據(jù)上位WMS管理系統(tǒng)分配的作業(yè)要求輸送至指定導(dǎo)絲工藝暫存站臺；導(dǎo)絲后，移動搬運機器人再根據(jù)上位WMS管理系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)要求將空單絲工字輪配送至龍門庫分揀線對接工位，再由龍門庫分揀線分揀入庫。

整個轉(zhuǎn)運過程由設(shè)備自動完成，無需人工干預(yù)。

圖2 捻股工序物流流程圖

1.3 在線成品轉(zhuǎn)運工序的應(yīng)用流程

在成品轉(zhuǎn)運工序中，移動搬運機器人主要負責(zé)對鋼簾線成品工字輪的入庫配送、空成品工字輪由暫存庫到收線機臺的配送任務(wù)。

成品收線貼碼完成后，移動搬運機器人上位WMS管理系統(tǒng)自動下發(fā)成品入庫作業(yè)任務(wù)；移動搬運機器人自動運行到需求工位，自動抓取成品工字輪，并將收集后的成品配送至成品庫指定對接站臺，完成鋼簾線的成品入庫配送。待捻股機臺需要空成品工字輪時，移動搬運機器人自動根據(jù)上位WMS管理系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)要求，將空成品工字輪配送至對應(yīng)需求工位。

在成品鋼簾線收取入庫及空成品工字輪供應(yīng)的過程中，移動搬運機器人等設(shè)備自動完成任務(wù)，無需人工干預(yù)。

在所設(shè)所選磁鋼性能、漆包線規(guī)格、氣隙長度等其他相關(guān)參數(shù)相同的情況下，分別將理想梯形槽參數(shù)與傳統(tǒng)作圓求交點法所制梯形槽參數(shù)代入Maxwell建模計算電樞齒部、電樞軛部磁密及電機負載效率圖，如圖14(a)、(b)。

圖3 成品入庫流程圖

2 移動搬運機器人系統(tǒng)組成

移動搬運機器人系統(tǒng)由多臺移動搬運機器人、管理監(jiān)控系統(tǒng)、智能充電系統(tǒng)以及任務(wù)調(diào)度系統(tǒng)組成。

圖4 移動搬運機器人系統(tǒng)架構(gòu)圖

移動搬運機器人是搬運任務(wù)執(zhí)行單元，其采用激光導(dǎo)航方式，結(jié)合上位WMS管理系統(tǒng)的管理和監(jiān)控及多層次的安全保護措施，實現(xiàn)對物料的自動轉(zhuǎn)運。

根據(jù)鋼簾線生產(chǎn)過程中不同的物料形式，可采用不同形式的移動搬運機器人完成各個工序的物料轉(zhuǎn)運任務(wù)。

圖5 移動搬運機器人車型圖

管理監(jiān)控系統(tǒng)是移動搬運機器人系統(tǒng)的核心，主要完成對移動搬運機器人的管理調(diào)度、實時監(jiān)控、行走路徑規(guī)劃、車輛管理、任務(wù)管理、交通管理、通信管理、故障管理、充電管理調(diào)度等。

另外，管理監(jiān)控系統(tǒng)還承擔(dān)著與MES、WMS、ERP等企業(yè)級信息管理系統(tǒng)對接的任務(wù)。通過移動機器人管理和監(jiān)控系統(tǒng)與MES、WMS、ERP等企業(yè)級信息管理系統(tǒng)對接，移動搬運機器人自動接收作業(yè)任務(wù)，完成搬運工作；同時，移動機器人管理和監(jiān)控系統(tǒng)對作業(yè)任務(wù)進行記錄存檔，為企業(yè)生產(chǎn)信息追溯提供幫助。

智能充電系統(tǒng)可以實時監(jiān)測移動搬運機器人電池電量情況，并對需要充電的移動搬運機器人進行在線自動充電。整個過程自動完成，無需人工干預(yù)。

3 移動搬運機器人應(yīng)用優(yōu)勢

1）提高生產(chǎn)效率。

在原始的生產(chǎn)模式中，生產(chǎn)過程中的物料轉(zhuǎn)運全部由人工作業(yè)，人工作業(yè)勞動強度大、作業(yè)效率低，移動搬運機器人的應(yīng)用實現(xiàn)了機器換人，可以有效提高生產(chǎn)效率。

2）解決生產(chǎn)過程中人員勞動強度大、重復(fù)工作多的問題。

勞動強度大、重復(fù)作業(yè)多是目前鋼簾線生產(chǎn)的顯著特點與問題，移動搬運機器人的應(yīng)用可以實現(xiàn)物料自動轉(zhuǎn)運，無需人工干預(yù)，避免這些問題。

3）提高產(chǎn)品質(zhì)量。

移動搬運機器人系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)半成品及原料在整個生產(chǎn)過程中的管控和準確的存儲與輸送，從而減少人工作業(yè)存在的人為失誤或錯誤類問題，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4）降低生產(chǎn)成本。

企業(yè)在三班生產(chǎn)的情況下，需要安排三個班次的作業(yè)人員，才能滿足生產(chǎn)要求，人員成本高且需要長期源源不斷的大資金投入。移動搬運機器人系統(tǒng)應(yīng)用具備一次性投入、長期收益的特點，投入生產(chǎn)后只需每年花費一定維護成本即可長期收益。

5）解決招工難問題。

招工難一直是勞動密集型企業(yè)的一個大難題，移動搬運機器人系統(tǒng)應(yīng)用可以實現(xiàn)機器換人，保證企業(yè)正常有序的生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

移動搬運機器人系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)外很多行業(yè)得到充分的應(yīng)用驗證，憑借定制化、高柔性、自動化程度高等特點得到制造業(yè)內(nèi)很多企業(yè)的認可，且在國內(nèi)很多行業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用。

目前鋼簾線行業(yè)在生產(chǎn)制造過程中仍然以人工作業(yè)為主，大量的人員需求和人工成本為企業(yè)的管理、生產(chǎn)和發(fā)展帶來了阻礙。生產(chǎn)力是企業(yè)發(fā)展的根本，移動搬運機器人的成功應(yīng)用可以為鋼簾線行業(yè)的企業(yè)提供有力的生產(chǎn)力，為企業(yè)發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)，應(yīng)用前景十分廣闊。