机械制造型企业刀具智能配送解决方案

机械制造型企业刀具智能配送解决方案

谢荣超

常德烟草机械有限责任公司工程装备部

摘 要：本文对机械制造型企业刀具智能配送工作中面临配送工作量大、日常管理缺失、刀具配送错误、刀具信息孤岛、配送效率低等诸多问题展开全面分析，根据当前企业智能化发展要求，实现了刀具智能配送，提高刀具盘点准确度， 从而大大提高刀具管理的效率，降低了成本。

关键词：刀具智能配送；现状分析；措施； 智能柔性机器人

企业核心竞争力是企业市场竞争成败的关键因素。企业核心竞争力的形成是企业所有资源充分整合的结果。随着数控设备的全面普及及信息化和物联网技术的不断发展，机器人在物流中的成功应用，智能柔性机器人逐渐进入械制造型企业行业视线，智能柔性机器人能够提高刀具配送的及时性，并结合RFID实现库内刀具无人盘点，提高盘点准确度，从而大大提高刀具管理的效率，降低成本，实现精益生产刀具自动化在工厂多个区域实现刀具搬运、输送的全面自动化。

一、刀具配送现状分析

我公司(常德烟草机械有限责任公司)是中国机械有限责任公司直属企业，是国家大二型机械制造型企业。机械制造型企业刀具采购成本增长速度高，刀具消耗巨大，难以控制刀具的多领、错领未还，刀具领用成本远高于实际消耗。以前我公司刀具配送过程均为人工配送，工作量大，人工多次重复工作容易产生思想上的麻痹，有时产生刀具配送错误，轻则耽误生产，重则产生事故，刀具的使用量比较大，领用归还次数太频繁，登记记录不完善，缺乏刀具库存预警，造成刀具库存量大，超量备库存，占用大量流动资金，已经越来越难以满足企业对节本增效的要求。

随着信息化和物联网技术的不断发展，机器人在物流中的成功应用。我们经过对现有刀具配送现状分析、刀具配送课题系统的研究，以及结合国内外先进的刀具配送理念。通过AGV（自动导航小车）， 配合机械臂， 加上RFID（电子标签）、视觉系统等技术配合，能够完成刀具无人化操作， 包含存取刀具，刀具盘点。在满足刀具库建设标准的前提下， 同时实现我公司智能化发展的目的。

二、RFID电子标签的投入及应用

在以往，我公司的刀具都是以人工纸笔来记录、追踪刀具库进出的刀具，操作繁琐，效率低，出错率高，给刀具库带来了极大的麻烦。虽然前期采用扫码枪结合数据库的方式，但在实际使用环境中并不方便，而且条码容易被污染、损坏，加上扫描距离短，并不能很满足日益复杂的刀具库管理。

随着RFID电子标签这一新技术的投入及应用，RFID管理从根本上解决了公司刀具的进出记录复杂、管理效率低下等问题，进一步提高刀具数据读取速度及准确率，降低人为不可控因素的影响。利用RFID技术，可实现真正的动态识别功能，提高刀具管理效率，达到刀具精益化管理。将RFID电子标签贴在每个刀具刀柄前端，通过RFID读写器在标签中写入刀具的具体信息。通过RFID进行盘点，方便快速高效，只需传统条码盘点时间1/20；采集数据实时汇总至后台数据库，无需手工录入盘点数据；盘点信息和系统进行实时比对，有差异报警提示处理。刀具出入库时，RFID固定式读写设备自动读取到刀具信息，自动传入后台数据库核对，核对正确，直接出入库；核对有问题，货物被自动推出交给人工处理。RFID投入及应用，为每一把刀具都赋予了“身份证”，为刀具智能配送提供了可能，实现刀具从中心刀库到机床刀库智能选取、抓刀配送。

三、保证刀具智能配送的措施

2021年我公司联合海康威视公司开发了刀具配送智能柔性机器人，通过AGV小车， 配合协作机械手， 加上RFID码、二维视觉系统等技术配合，能够完成存取刀具，刀具盘点,实现刀具从我公司数控车间调刀室的中心刀库到机床刀库智能选取、抓刀配送。由于我公司车间、通道有人员通过，操作者与AGV小车共处工作空间，AGV 小车需具有遇障自动绕行、安全避障的功能。故AGV小车搭载激光雷达、二维视觉及安全级别超高的协作机械手，能够智能检测识和别障碍物，主动规避。智能划分作业场景，不同场景下自动切换工作模式，智能交通管制。

1、刀具智能配送工艺流程

AGV出库→ 刀具取货架→ 机械臂取件→ AGV转移→ 机械臂放件→ 入库管理。给操作者配备用户终端（可以是PAD，PC 或呼叫器，只要能连接WIFI 即可）。当需要AGV 转运时，操作者通过终端呼叫AGV，多个操作者可同时呼叫AGV。多个呼叫请求依次进入AGV 的任务队列，AGV 顺序执行任务队列中的呼叫，智能AGV 有自己的调度系统，可以与MES 系统进行对接，能够根据现场的生产管理系统下发生产任务，调度系统内部调整给AGV 小车进行任务分配。

2、刀具智能配送的具体措施

刀具智能配送通过多机器人多任务分配算法，结合任务优先级、AMR 状态、任务信息、工作台排队等因素，对任务进行最优分配。支持实时动态切换任务，提高任务执行效率。

（ 1） 刀具外观识别与定位： 刀具采用RFID电子标签，机器人携带双目视觉设备， 进行刀具种类识别与坐标定位；

（ 2） 机器人导航： 机器人根据激光雷达、自动路径规划，对作业场景进行SLAM建模，实现室内自动导航。机器人采用柔性底盘悬挂，在起伏地形能减小货架晃动。支持自动方式、手动方式。手动方式具备移动设备遥控及点动控制功能。AGV 可以按照运动控制系统的轨迹规划和定位导航运动到任意位置，旋转调整到任意角度，支持前进、后退、转弯，原地旋转，弧形转弯等。

（ 3） 机械臂功能： 机器人搭载机械臂，机械臂根据识别出来的坐标进行取放作业；实现自动化上下料。

（4）能源管理：AGV 能自动检测电量， 低于预设的阀值时， AGV 能自动发出充电申请，并能够在平台调度下自动运行到充电桩完成充电。当AGV 在较长时间内任务处于空闲时，机器人可自主入休眠状态；当AGV 处于低功耗模式较长时间，电量下降到需要充电时，AGV 自动唤醒，并自主进行充电。实时监测电池组单体电压、充放电电流、采样点温度等信息，调整充电策略，进行充电均衡；评估计算电池的荷电状态、寿命健康状态等，自动输出电池维护策略；发生异常状态时（单体过压、单体欠压、过温、过流），管理系统立即切断充电/放电，并上传告警信息。

（5）安全防护：多重安全防护，前远距离检测（避障检测距离4 米），前近距离检测，前/后碰撞检测，前/后急停按钮等多级安全防护，实现安全可靠的运动控制。

（6）调度控制系统：负责任务分配、路径规划、交通管制等，将业务信息对应的任务分解成多个子任务提交给RCS 执行，并且监控和维护子任务，确保任务能够完整的执行，优化交通管理及道路流量控制，避免拥堵。结合任务信息以及AMR 实时状态、位置等信息，进行最优路径规划，并支持避让控制、路径重新规划控制等多种处理机制，提高整体作业效率。

（7）可视化大屏方案：设计配送任务、作业情况等统计数据实现管理可视化。机器人电量管理、设备状态管理、故障查询与报警管理，实现设备状态可视化。环境温度、刀具库门禁管理等可扩展设备可视化。

四、实施效果

我公司刀具智能配送实施以来，柔性机器人接受到呼叫指令后，行驶到相应工位，进行取料及信号交互和获取，实现了刀具配送的无人化，刀具供应配送及时可靠，刀具管理安全有效直观，信息共享联通，刀具使用成本较上年同比下降27%。整套系统使用方便、部署灵活且可随意部署到车间其他区域，提高设备利用率。也解决了面临人员夜班无人，人员流动，培训成本增加等人工管理难题。

五、结语

　综上所述，刀具智能配送模式关键是要切合本企业实际才能收到好的效果。我们通过一年多的操作实践，证明上述方法行之有效，刀具智能配送有条不紊，以往那种刀具消耗大，多领未还、配送错误等现象也得以纠正。合理的刀具智能配送可以从安全、效率、智能、降本四个方面出发满足机械制造型企业刀具应用的复杂要求，刀具自动实时配送的实施，可以加强企业智能化水平与降本增效的同时，极大地提高企业核心竞争力。

　　参考文献：

　　[1]吴晓林.企业设备管理改善研究.南京理工大学，2013：11-17.

　　[2] GB/T 12642-2013《工业机器人性能规范及其试验方法》

　　[3] GB/T 12644-2001 《工业机器人特性表示》

　　[4] GB/T 12644-2001 《工业机器人特性表示》

　　[5] GB/T 26154-2010 《装配机器人通用技术条件》