柔性制造系统及AGV调度概述

柔性制造系统及AGV调度概述

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(机电工程学院 14S0XXX班 14S10XXX73)

摘要：随着中国经济的飞速发展，制造业也步入了智能化的时代，柔性制造技术集自动化技术、信息技术和制作加工技术于一体，把以往工厂企业中相互孤立的各过程，在计算机及其软件和数据库的支持下，构成一个有机系统。自动导航小车(AGV)作为柔性制造系统中运输系统的主要部分，为柔性制造系统的灵活运作和准确控制提供了快捷、效率的方式，在柔性制造系统中应用得越来越广泛。如何灵活的调度自动导航小车，使得柔性制造系统的整体性能提升、节省工件的完工时间和成本，成为现代学者研究的热点问题。本论文主要研究了柔性制造系统中输入/输出缓存区容量有限的约束下，单台自动导航小车在完成各个加工单元的搬运任务的调度问题。本文还通过分析柔性制造系统的关键技术和发展，展望了现代柔性制造系统的发展趋势，进而阐述了柔性制造系统的重要作用及其发展的深远意义。

关键词：柔性制造系统；自动导航小车；调度

随着世界经济的飞速发展，市场竞争日趋激烈，市场需求日趋多样化，越来越多的企业选择更为适合企业生存的柔性生产方式，这种生产方式在保证产品质量的前提下具备适应力强、效率高、不易被市场淘汰、自动化程度高的生产特质。同时计算机技术的迅猛发展，数控机床的普及，使得生产加工方式具有更大的灵活性，更适合中、小批量和多品种的生产加工，也为柔性生产技术的发展奠定良好的基础，所以柔性生产方式逐渐成为企业在激烈变化的大环境下实现改革和创新的重要部分。调度作为管理的核心内容和关键技术，主要用来在企业有限资源的约束下，使得最大化资源利用率，达到生产目标。所以科学制定调度方案有利于大幅度缩短产品生产周期、提高产品交货期满足率以及增大企业生产率[1]。

1.柔性制造系统的定义

柔性制造系统是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。一般情况下，FMS应具备以下特点[2]：

1)硬件组成：两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备；一套能自动装卸的运输系统。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；一套计算机控制系统及信息通信网络。

2)软件组成：包含FMS的运行控制系统，FMS的质量保证系统， FMS的数据管理和通信网络系统。

3)FMS必须具备的功能：能自动管理零件的生产过程，自动控制制造质量，自动进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；简单地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的多种零件；物料的运输和存储必须为自动。

2.柔性制造系统的类型

柔性自动化制造按其加工设备的规模、投资强度和用途划分为以下五个级别：

1)柔性制造模块FMM：FMM是一台扩展了许多自动化功能（如托盘交换器、托盘库或料库、刀库、上下料机械手等）的数控加工设备。

2)柔性制造单元FMC：FMC由单台带多托盘系统的加工中心或3台以下的CNC机床组成，即FMC包括2-3台数控加工设备或FMM。

3)柔性制造系统FMS：是一个在中央计算机控制下由两台以上配有自动换刀及自动换工件托盘的数控机床与为之供应刀具和工件托盘的物料运送装置组成的制造系统。

4)柔性制造生产线FML：由多台柔性加工设备及一套自动工件传送装置和控制管理计算

机组成。

5)柔性制造工厂FMF：FMF以FMS为子系统构成，柔性制造由FMS扩大到全厂范围，并通过计算机系统的有机联系。

3.柔性制造的优势特点

3 . 1 设备利用率高

在很多情况下，利用柔性制造系统中机组的生产效率是单机作业车间情况下同等机组的生产效率的三倍，因为生产的整个工序基本都是在计算机的操控下进行，如果有机床停止工作，计算机将会立即对该机床进行工作任务的分配，所以将设备的利用率达到了最大化，机组的零件在物料存储系统中的一大与相关程序传导给机床二者是同时工作的。明显，这种高利用的设备也有效地降低的了设备的成本，只是在初步投入工作之前一次性购买设备费用较高，之后所支付的各项设备维修费用等都比较低，所以柔性制造方案在生产成本费用方面具有无可比拟的优越性。

3 . 2 生产能力较为稳定

因为自动加工系统都是由一台或者是多台机床构成，一旦有机器故障发生，设备将会降级运转，物料传送系统也具备越过故障机床的能力，具有加工工艺的工件也可以以多种方式进行加工，在机器发生故障的同时实现对其动态的调度。

3 . 3 直接降低了劳工成本

因为汽车生产机床是由计算机全程操控的，对系统操控的管理员数量要求并不多，只需一两个人，即可对整个工序进行计算机数控，当然前提是管理人员必须具备熟练的操控技术，所以相对于传统大规模人力作业，专业技术人员操控的在很大程度上降低了整个汽车生产的劳工成本。同时，设备运行的灵活性也使得柔性制造的装卡，检验及维护工作皆能在首班完成，其他的工序基本可以再无人看管的情况下进行正常的生产。

3 .

4 可以响应生产变化的需求

由于人们的物质生活和精神生活日益变化，对产品的需求变化也很大，汽车加工的工序也在变化，而柔性制造就具有这种生产不同产品的柔性能力，这种能力的实现是通过剩余加工能力和物料运储系统能够躲避发生故障的机床来达到的。

3 . 5 生产产品的质量高

FMS将卡具与机床的数量降到最低，而且卡具与机床二者搭配得当，这样一来便充分保障了零件的一致性和生产产品的质量，另外，自动检测设备以及自动补偿设备还可以将质量问题及时有效的反应出来，操控人员则可以透过设备所反应的信息及时采取相应措施进行解决，从而确保了产品的生产质量。

4.柔性制造中的AGV调度

自动导航小车(Automatic Guidance Vehicle，AGV)又叫无人搬运车，最早出现在20世纪的50年代，属于自动无人化驾驶的智能搬运设备，是一种移动式机器人系统，能沿着预设的路径行驶，是现代化工业中物流系统例如计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)的关键设备之一[3]。柔性制造系统是一个先进生产系统，能够大量生产不同类型的工件。运输系统作为FMS中重要的组成部分，在FMS调度中充当重要的角色，大部分的柔性制造系统选择AGV作为运输系统的主要部分，因为AGV具有以下优点[4]：

1)十分方便与其他系统例如缓冲区、输送机、机器人等实现自动连接；

2)AGV替代人工捡取和堆置工件或材料，减少劳动力，提高劳动生产率，减低成本；

3)AGV的运行路线预先设定，不易于加工设备或工作环境的其他障碍物产生碰撞，可减少设备损坏的情况；

4)AGV使用不受工作环境的影响，可使用在人工不易参与的环境中；

5)AGV的充电和驱动系统耗能少，能源利用率高，噪音低，能够节约能源和保护环境。

总而言之，AGV具有柔性好、适应性强、可靠性高，并且能够实现搬运和生产功能的集成化和自动化，在运输系统中占据越来越重要的地位。越来越多的FMS的运输系统使用AGV作为运输工具，用于运输物料、工件等。在FMS 中如何有效实现AGV的有效调度成为了生产领域的一个重大难题，因为AGV主要用于物料、工件等的搬运装卸部分，所以国内外的研究大都集中在提高AGV系统的技术研究方面和AGV