包装线自动转运系统（AGV）的开发及应用

包装线自动转运系统（AGV）的开发及应用

刘啸  ,鲁恺

江苏海岸药业有限公司

江苏海岸药业有限公司成立于2012年，是扬子江药业集团旗下的全资子公司，是一家集药物研发、药品生产、产品推广于一体的大型综合性制药企业。冻干粉针剂1号车间建立于2016年，2018年9月通过国家GMP认证，目前主要生产有7个品种，13个规格。冻干粉针剂1号车间现有一条生产线，日产量高达8.4万支。包装工段由理贝贴标机、贴签后手工装盒，装盒后梅特勒检重称、爱创监管码扫码，人工装箱、打包。2022年04月冻干粉针剂1号车间一楼计划启动全自动包装线由：前道达尔嘉贴标机、马克西尼泡罩机与装盒机（2021年10月新增）、梅特勒检重称、爱创监管码、2020年10月新增龙延开装封箱一体机（装箱采用雅马哈机器人）、拐角贴标机、大箱喷码及检测和库卡码垛机器人组成。因公司发展需要及“2222”项目的实施，车间包装线生产过程中需要转移的物料和产品。现车间采用人工方式搬运、转移物料和成品。生产效率低、且人工转移存在诸多安全隐患。因此车间对增加自动引导搬运类工具产生了强烈需求。

产品A的生产批量为84000瓶/批。每次生产前需要至少两人用液压车将物料：纸箱、纸盒、PVC硬片、说明书等材料从仓库转运至生产现场。灯检岗位完成后用液压车拉至贴标岗位进行手动上料，生产过程中码垛机器人将纸箱在托盘上码垛完成后，需暂停生产，人工将装满药品的托盘拉出，放置在暂存处。并将新的空托盘放置到原来位置，继续生产。生产结束后需将成品转移至成品存放间。并将剩余物料拉回物料暂存间。为此小组成员提出设想：能否增加新的自动引导搬运类工具，以提高生产效率，减少生产工时。

QC小组人员积极探索，通过国家科技图书文献中心、国家科技成果网、维普资讯、万方数据、中国学术期刊网、中国知网进行相关文献检索。其中《AGV调度控制系统在汽车总装车间的应用》论文参考意义较大，QC论文小组成员通过进一步查阅相关文献资料所知，AGV小车利用磁导线、激光扫描等方式进行定位导航，通过机械升降系统完成货物的搬运。参考集团有限公司AGV小车实际应用经验，开发出适合车间自身的AGV小车。因此，我们将本次课题设定为“包装线自动转运系统（AGV）的开发与应用”  。

本课题旨在研究如何在包装线增加自动引导搬运小车，实现物料、成品转移过程的全自动化。避免人工搬运的劳累；降低生产工时，提高生产效率。目前自动化转运已在各行各业使用，QC小组成员邀请有成功经验的小车转运厂家人员，对车间场地进行实际测量，并初步设计路线。进行数据推导，目标可实现。

小组成员对比市面上常见的AGV小车的参数，发现国内类似的转运小车在载重更大的情况下速度仍可以达到50m/min。但是同行转运的物品多为大型金属器件等不易碎物品，且场地多位高架位仓库，场地较为宽阔。但是本车间转移物品为冻干粉针剂，使用中硼硅玻璃西林瓶，为易碎品。使用场景为车间生产线，过道宽度比较窄，需要比较高的稳定性和精准性。经过类比分析，小组成员认为将目标值设定为AGV小车载重1t的情况下，速度达到30m/min是可行的。小组提出两个方案并进行分析，方案一负重能力高、行进速度快，但是转运物品为金属类不易碎的物品，我们需转运西林瓶等易碎物品，不满足我们实际现场要求；方案二负重能力较低、行进速度较慢，但满足我们需求条件，转运物品可以是易碎品。所以从设备性能综合考虑，方案二最佳。

小组成员对后续方案实施过程中需达到的目标进行分析，将总体设计进行分解，分别识别出总体方案的分级方案。

网络选择有两种方案：第一种架设局域网，设备与设备之间利用局域网进行链接。第二种方式是设备直接链接扬子江内网，通过内网进行操控。考虑到车间后续生产AGV小车使用频次较高，更低的延迟能让小车的各项功能更好地发挥，而且冻干粉针剂1号车间，内部资料信息较多、较为重要，网络安全也至关重要。最终小组选定架设车间内部局域网。

对于导航方式的选择，第一种是利用地面磁导线进行导航。第二种方案是在地面设立反光柱，小车利用激光扫描，激光反射，确定自身位置，进行导航、定位。第三种方案是提前对场地张贴AGV小车路线二维码，确定包装间结构及AGV小车路线，张贴二维码。AGV小车识别地面二维码，实现机器人的自主定位和导航。方案一导航实验准确率较高，但是需要对地面施工，不利于厂房完整性的维持，且磁导线铺设在地面上，存在清洁死角，不易清洁。方案二建造成本较低，而且场地上物品摆放位置改变，只要反光柱位置不变，便不会影响导航定位。但是仍需要对地面进行施工。方案三建造成本较低，而且不需要额外的地面施工。但是二维码会掉落或磨损，需经常更换。人员小组成员对比三个分级方案，综合考虑清洁与维护成本，决定采用方案三，二维码导航。

小组成员针对选定的最佳方案，将选定准备实施的方案具体化，然后根据5W1H的原则实施。首先建立内部局域网

，措施一：铺设局域网线路，建立局域网。为确保小车的正常稳定运行，车间决定建立专用局域网。并且通过局域网将码垛机等诸多设备接入局域网中。实现各个设备间的信号传递。措施二：对接电动门物料、成品转移过程中需要穿过数道电动安全门。调研了市面上常见的AGV小车，对其行动方式进行借鉴分析，决定在在电动门内部安装接近开关，实现电动门的自动控制。当AGV小车按照既定路线搬运物品时，接近安全门时，小车发出开启信号，电动门自动开启，接近开关确认电动门处于完全开启状态后，小车才可继续前进通过安全门。措施三：建立自动手动切换模式，为满足后续生产的灵活变动，应对不同环境下的搬运要求，小车不仅可以执行已设定好的生产既定转运任务，而且可以通过控制端设定路线，下达指令任务。然后制定包装线现场规划AGV小车路线，措施一：对包装线进行全线区域制定小车路线 为确保生产过程中AGV小车的顺利使用，对包装间、暂存间AGV小车运动路线进行制定，并张贴二维码。措施二：建立码垛区缓冲机制目前生产过程中，如果码垛机器人将药品堆叠到指定层数，需要停下生产线，人工将成品拉出，再将空托盘放入。才可继续生产，借鉴轧盖生产区域的双边收料方式进行借鉴，增加另一块码垛区域。生产前A、B区域均放上空托盘，通过局域网将信号发送给小车，下达既定任务，小车将A区域的成品转移至指定区域，并将下一个空托盘摆放至A区域。通过码垛缓冲的设立，小组成员实现在不停止生产线的情况下完成成品转移，保障了生产效率。措施三：选择拐弯方式，普通的AGV小车采用和普通汽车相同的拐弯方式，通过前轮转向，在地面划出一个弧形进行转弯。在很简单的结构下就可以实现转弯。但是车间过道宽度不利于小车进行弧形拐弯，易发生剐蹭现象。成品间货物摆放较满时，同样无法让小车进行弧形拐弯。所以小组成员借鉴了坦克的拐弯原理。通过内外轮速度差的控制。实现原地90°拐弯，极大缩小了拐弯时所需要的空间。方便小车在较为狭窄的地方作业。措施四：冷库AGV爬坡方式选择，由于冷库与地面存在15cm高度差，为了实现冷库的AGV自动转运，小组成员设计了两套爬坡方式。第一套方案是在冷库门前施工斜坡，AGV小车载货重量约1吨，未防止出现货物滑落问题，故对斜坡坡度进行探讨。小组成员查阅相关资料后，得出货运坡度不宜大于10度。所以斜坡角度在8度-10度时，斜坡长度为86cm-107cm。冷库属于成品暂存库，需设置门禁权限，自动门不可常开，只能将斜坡建在冷库房间内。该方案占用冷库面积大，故不选择。第二套方案是使用提升机，将提升机安装在地下，提升机与地面齐平。进入冷库时，AGV小车行驶至提升机上，提升机上升至台阶齐平后AGV小车驶出。离开冷库时，AGV小车行驶至提升机上，提升机下降至地面齐平后AGV小车驶出。综合考虑后选择方案二。

在上述对策实施结束后，小组成员AGV小车开展设备验证工作，以连续三批产品为设备性能的确认对象，对小车行进过程中的速度进行监测，并记录验证结果表明：AGV小车在30m/min速度下，定位准确。故目标课题实现。通过AGV小车的使用员工上班工时明显减少，平均每班每人减少2h的工作时间。生产直接成本减少2000元/批。按一年100批计算，每年节约20万元。

通过本次活动，我们小组成功引用和设计了AGV小车，QC活动的有效开展，小组成员最大限度地发挥了自己的优势和智慧，团队协作，拓展了思维方式，借鉴意识与创新思维有一定突破。活动中也存在诸多不足：比如前期未能考虑到小车通过电动安全门的剐蹭问题，一度遇到瓶颈，小组成员借鉴类似的小车结构，新增接近器的方案。今后QC课题活动中遇到瓶颈时要发散思维，联想、借鉴、查新，尽可能提出更多解决方案的思路。