洞库物流无人自动搬运系统方案探讨 |
摘要： 本文提出了一种在洞库物流中采用无人自动搬运系统的解决方案；阐述了该系统的基本构成、形式和特点；指出了实际应用可能面临的一些问题及解决途径；这一新的系统方案思路，对解决某些特殊物品的安全存储与搬运具有现实的指导意义，对未来洞库物流规划设计具有特定的参考价值。
关键词：洞库；物流；AGV；自动搬运
Abstract: It brings forward a new logistic solution of automatic handling system adopted in the cave warehouse, specifies the basic structure, form and characteristic of this system, and points out some possible problem may occur during practical application and its solution. This new system solution and thinking has a meaning of practical guidance to the safe storage and conveying of those special goods. It also has a referential value for the layout and design of the future cave warehouse logistic project.
Keywords: Cave Warehouse; Logistic; AGV; Automatic Handling
|
1 概述
洞库设计的出发点是解决重要物资的隐秘、安全储备和快速、准确、可靠响应保障要求。同时，在满足前提条件下实现储藏量最大化也是追求的目标。传统洞库以洞为条件、库为目的，强调安全存储的作用，特别是以防御性为主的设计部署。随着世界形势的发展和变化，军事理论与技术也发生了深刻变化，科学技术的进步使许多传统问题得到逐步解决，为我们的技术设计提供了广阔思路和新的途径。
物流的概念是从国外的军事后勤保障发展演变过来的，在我国的普及应用时间不算长，但发展很快，洞库物流也不例外。目前，洞库物流一般采用人工、半机械化、机械化的作业方式。随着电子技术和计算机技术的发展和普及，特别是条码、RFID、光电探测、自动识别、自动导引、光电扫描、无线传输、网络通讯等相关技术的进步，为洞库物流实现半自动化、自动化创造了技术基础。本文探讨的就是一种采用自动导引小车——AGV技术实现洞库物流过程无人化自动搬运的方法和途径。
AGV是英文Automatic Guided Vehicle的缩写，专指自动导引小车，简称AGV，是一种以电池为动力，装有非接触导向装置的无人驾驶自动化搬运车辆。它的主要特征表现为具备小车编程及系统控制管理功能，能在计算机监控下，按指令无人驾驶，自动沿着规定的路径行驶，到达指定地点，自动完成一系列运输、存取任务。
AGV集光、机、电、计算机为一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。其系统内部包含：导航定位、车载伺服驱动与控制、车辆行驶、安全保护、货物装卸、地面计算机控制与管理、系统仿真、无线电通讯、红外通讯或载波通讯、信息采集与处理、自动充电等。系统能实现对各台AGV的合理分配调度、最佳路径选择、安全交通管理、实时图形监控等。其系统外部，可与自动化物流系统、生产管理系统、仓储物流系统或信息自动化系统有机结合，实现信息的联网互通和控制管理的实时监控。
2 洞库物流无人自动作业系统
2．1 系统基本构成
|
|
系统基本构成见图1。
2．2 系统主要技术指标
（1）系统能力----单位时间系统运输物料量的多少，如 吨/天、车/小时等，由系统AGV数量，运输距离，路径状况，小车速度等因素决定；
（2）系统精度-----系统中所有AGV在同一作业点的定位误差范围；
（3）可靠性-----系统总的工作时间扣除系统各单元累计发生故障停顿时间的加权值，所占系统总的工作时间的百分比；
（4）响应时间----系统自下达工作令起至AGV完成任务止的时间；
2．3 典型布置形式
a) 平库形式
如图2所示。虚拟货位布置在洞库两边，排列编码，地面单层存放，前后左右留出间隔，便于叉式AGV倒车装卸货。AGV行驶通道在中间，便于左右作业和进出分道。每一列货位的入库过程是从内到外依次进行；出库过程则相反，是从外到内依次进行。 |
|
b) 立库形式
如图3所示。固定货位布置在洞库两边，排列分层编码，多层牛腿式货架（见图5）存放，前后上下留出间隔，便于驶入式AGV倒车装卸货。AGV行驶通道在中间，便于左右作业和进出分道。每一列货架的入库过程是从内到外依次进行，并且同一排的多层货位是从低到高依次进行；出库过程则相反，同一列是从外到内依次进行，同一排是从高到低依次进行。
|
 |
c) 批次入出库形式
如图4所示。货位是由一组一组的挂斗车组组成（批次），沿洞库通道纵向排放；每一车组的总编码信息包含各串联的单个挂斗车分编码信息，车组之间左右留出足够间隔，便于牵引式AGV入出库。AGV行驶通道在中间，如果洞库不深，入出库 量不大，则用单线可节约场地增加库存量；如果洞库较深，入出库量大，则应考虑复线便于进出分道。 |
2．3 系统主要特点
 a) 先进性：技术含量高，完全在计算机控制下工作，全自动、带一定智能、快捷高效、准确无误地实现货物自动存储、搬运；整个系统实时动态在掌控之中，库存信息、调度信息、任务信息、作业信息、状态信息、小车信息等可显示或查询；系统兼容性、开放性好，支持远程服务，不仅能独立工作，而且适宜与其它信息系统、调度系统、控制管理系统等紧密结合，很方便地进行重组或扩充。
AGV系统能持续不间断工作，无人驾驶，能有效地减轻劳动强度，缩减人员配备，节约人力、物力、财力；能优化管理结构，改善工作环境，提高工作效率；建立人机一体、和谐友好、科学文明的生产关系。
b) 可靠性：AGV系统的工作过程中，每一步都有一系列数字信息的通讯交换，后台有强大的数据库支持，保证了信息数据的准确性和可追溯性；系统采取的是洞库内外人机隔离方式，整个洞内没有人员进入，消除人为因素，外界干扰少，保证了系统工作的可靠性。 |
|
 c) 安全性：AGV的行驶和作业安全保护是一个严格受控的系统，包含机电PLC逻辑控制、车辆管理、任务管理、交通管理、充电管理等。AGV系统工作精度比人工高，行驶、装卸货操作过程由一系列伺服系统精确控制，较柔和、更安全。AGV可通过装备各种探测、感应、预警系统，以防止小车行驶、转弯、装卸货等过程的超速、过载、碰撞、偏离、走失、误动作，保障其安全性。
d) 灵活性：系统扩张性强，能够很容易地与各类RS/AS入/出口、生产线、装配线、输送线、站台、货架、作业点等有机结合。能够根据不同的需求，以不同的组合，实现各种不同的功能。能最大限度地减少了物流周转周期，降低物料的周转消耗，实现物资仓储、物料加工、物流生产、成品销售等过程的柔性衔接，最大限度地发挥设备有效作业率，提高工作效率
|
|
4 应用中可能存在问题与解决途径
 4．1 应用中可能存在问题
a) 距离问题：目前AGV系统的最佳工作距离一般不超过500米，主要是目前基本采用动力电池供电，安全行驶速度、导引区域、通讯距离、充电位置等有一定限制。对于过长过深的洞库不一定适宜。
b) 通道问题: AGV行驶道路表面有一定要求，主要包括地表粗糙度、路面平整度和地面强度。对于传统洞库分隔区之间可能存在的隔离沟坎、密封门槛等可能受限。AGV小车的行驶、转弯、倒车、调头需要一定空间的宽度和高度，对于过窄、过低或过高的洞库也不适宜。
c) 环境问题: AGV是一种以电池为动力的无人驾驶车辆，与常规在洞库中使用的电瓶叉车的适应能力接近。对极端温度、极端湿度、腐蚀性气体、易燃易爆环境等有特定的要求。
d) 物料与载体: AGV是自动作业车辆，无人驾驶，自动装卸货，这就要求作业对象有严格的标准和规范性。强调外形规矩统一，物料载体、存放器具统一、物料标识、编码、堆放形式、操作方向、识读位置等统一。
e) 技术选择: AGV系统技术性较强，可选的技术方式很多，不同方式得到的结果也大不一样。比如导引方式的选择、库区的布置、路径的规划、小车数量的计算、性能参数的确定等。 |
| |
 4．解决途径
a) 距离：对于过长过深的洞库可考虑在两头分别建立作业区而共用一个控制管理系统的方式，也可采取分段中继接力的方式，如果是多洞口的可采取分散作业形式，集中控制管理。
b) 通道:新规划设计的洞库可预先就考虑好通道的要求，包括空间大小、宽度、高度、地表粗糙度、路面平整度和地面强度。从AGV系统规划设计的角度讲，洞库的库区宽度小于10米时利用率会降低，比较理想的库区空间是宽度在30米左右，长度在100米左右，高度在5米左右，当然这可能会涉及洞库土建结构上的一些其它问题。对原有洞库的改造，则重点是洞库分隔区之间存在的隔离带、密封门等高低不平、有沟槛的部位。
c) 环境: 基本上可参照电瓶叉车的使用环境条件。
d) 物料与载体: 从物资的种类、规格、外形、重量、包装、标识、摆放形式、堆放器具、运输载体、装卸设备等做好标准化、规范化的统一工作，这就要求加强各部门、各供应商、各用户、各中间仓储转运单位等的充分协调和沟通。
e) 技术选择: 如平库和立库的复杂路径场合可选择激光导引或惯性导引方式；快速入出库的简单路径可选择电磁导引、磁带导引、光学导引方式。用标准托盘堆放物品的库可考虑用叉式AGV，如图6；用挂斗车（如图8）存储物品的库可考虑用牵引式AGV，如图7；用专用支架摆放物品的（如鱼雷、导弹）可考虑用背驮式AGV；等等。
5 小结
a) 洞库物流采用无人自动搬运系统是未来发展中值得考虑的选择方式之一。随着AGV技术的不断发展和进步，有望逐步克服洞库存在的难题和瓶颈，发挥其无人驾驶、昼夜值守、有一定智能、及时准确、安全可靠的突出作用，以实现洞库物流全过程的自动化和信息化。
采用AGV系统能减少操作人员和设备配置；改善工作环境；减轻劳动强度；提高工作质量和效率。对于高度有限的洞库环境，与立库结合的AGV系统可以实现库存量的最大化。
b) 通过装备AGV系统，能从根本上实现洞库内外人机隔离，所有人员只在洞口之外，洞口之内完全由AGV系统承担物资自动搬运或存取等一系列任务。系统的一切活动和情况，可实时地掌控在洞外管理者的手中，不仅可视、可控、可查，还能自动预警、报告和盘查库内的信息。消除人的不确定因素，提高安全性和可靠性。
c) AGV系统具备良好的兼容性和开放性，支持多种软件接口，可与其他上位管理系统无缝对接，为未来实现信息化、可视化创造了条件。
d) AGV技术在国外应用很普及，已有在矿洞等多种苛刻场合中使用，我国正在逐步推广应用，总体技术是成熟的，发展前景广阔。为了适应未来发展的需求，建议选点试验。
e) 本技术方案探讨，仅对未来洞库物流的规划设计提供一种思路和途径，在实际应用中可能存在许多需要具体解决的问题和难点。但对于某些特殊物品，需要特殊存储搬运，又特别不适宜用人的场合，本文的方案值得借鉴。
f) 本文介绍的几种方案只是一些典型例子，可以举一反三，根据不同需求设计不同方案。文中许多具体技术细节没有描述，一些专业问题没有考虑周全，某些观点可能存在片面性，之所谓只是探讨。
|
|
