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[摘要]由于卷烟辅料库自动导引车（AGV）系统存在小车空跑、多跑及系统参数设置不合理等问题，导致自动导引车（AGV）系统运行效率偏低，已不能满足精益生产的要求。为保证生产所需的辅料高效、安全送达到卷包机组，消除断料停产隐患，需对自动导引车（AGV）系统的调度策略和相关参数进行优化。通过优化调度策略和根据实际情况调整相关参数后，卷烟辅料库自动导引车（AGV）系统效率得到了提升，降低了维修、备件更换费及电能消耗。
[关键词]卷烟辅料库；自动导引车；调度策略；效率
1引言
AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引车）指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路线行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，具有灵活性、智能化的显著特点，便于生产过程中的柔性化运输。作为自动化物流系统中物料自动搬运的理想解决手段，广泛应用于卷烟工业主辅材料、成品、废料的自动运输工作。但在实际运行过程中，AGV系统传统调度策略不能满足精益生产的要求、优先级不可控、行走路线优化不到位及相关参数设置与实际运行情况匹配欠佳等问题，导致AGV系统实际运行效率有限。近年来基于排队论对AGV配置最优数量进行了研究，获得了不同生产规模下AGV小车最优配置数量，并對卷烟生产线废料回收物流系统进行了建模分析；国外在这方面的研究主要集中在AGV小车行走问题和AGV小车的运输能力对车间调度问题的影响，但上述研究未能彻底解决AGV系统实际运行效率低的问题。AGV系统效率主要取决于调度、路径、规划及小车配置四个因素。因此，优化AGV系统的调度策略、改善AGV小车行走路线及调整相关参数，是提高AGV系统运行效率的有效手段。
2自动导引车（AGV）系统组成
AGV系统主要由管理监控系统、车载控制系统、自主定位及导航系统、运动控制系统、电源系统、无线通讯系统和自动导引运输车组成，AGV系统结构如图1。
3自动导引车（AGV）系统改进
3.1调度策略优化
3.1.1传统调度策略。辅料库AGV系统传统的调度策略是“任务找空车”模式：AGV管理系统按照任务下达的顺序依次将任务分配给空闲AGV小车，该方式以任务为主。但是在实际生产运行过程中，各机组运作各有不同，请求随机产生，导致AGV小车存在空跑、多跑的问题，降低了AGV系统整体运行效率，越来越不能满足精益生产、精益管理的要求。
3.1.2优化调度策略。最优的AGV系统调度策略，应是在给定的一组搬运任务下，AGV系统按照某种调度顺序进行工作，使任务完成的传送损失最小，一般可认为完成任务时AGV系统行走路径最短。优化后AGV系统调度策略为“空车找任务”模式，AGV系统执行任务时，不按照任务下达的顺序依次将任务分配给空闲AGV小车，AGV系统首先将当前所有空闲AGV小车与所有任务进行“车-任务”搭配组合，计算当前所有空闲AGV小车从所在地开始执行任务后的行走距离，按照行走距离进行排队，优先将行走距离最短的任务分配给相应空闲AGV小车；同时在AGV小车与任务未捆绑前，AGV系统对比计算发现有其他空闲AGV小车执行该任务行走的距离更短情况时，AGV管理系统发出命令，由行走距离更短的AGV小车执行该任务，原有分配到该任务的AGV小车放弃该任务，参与其他未分配任务的计算、对比、分配过程或回到休息点。“空车找任务”模式是反复计算、对比“车-任务”搭配时的行走距离，以最短行走距离作为任务分配给空闲AGV小车的依据，减少AGV小车行走距离，提高AGV系统运行效率。例如：AGV小车先在工位卸料后，可直接回收旁边及附近工位的空托盘；AGV将空托盘卸到回收链机上后，可直接运输旁边辅料输送链机上的辅料。
如果生产厂房面积较大或某些运输流程距离较长，将存在一些任务执行偏后的问题。可在“空车找任务”模式中增加等待时间参数，在每次计算“车-任务”搭配的行走距离时，行走距离可按照等待时间的多少减少相应比例的行走距离，以提高行走距离较长、需长时间等待任务的执行几率。如果在生产过程中存在高频次发生的任务，可在“空车找任务”模式中设定任务优先等级，保证该任务最优先执行，从而避免生产等待问题，例如：烟箱空托盘回收流程优先等级最高、生产退料流程优先等级最低。
3.2行走路线改善
行走路线改善前，AGV小车运输辅料及回收空托盘时，需从卷包机组的一端驶入、从卷包机组另一端驶出，AGV小车行走路线几乎绕行卷包机组的四周，行走路线较长，改善前AGV小车行走路线如图2。随着新进高速卷包机组的就位及老旧卷包机组的淘汰，该厂逐步对卷包机组的位置进行调整，以便于AGV小车行走路线的改善；行走路线改善后，辅料送到卷包机组及接到空托盘后，AGV小车直接倒车返回到主通道，不需要绕行卷包机组，减少AGV小车行走路线长度，提高AGV系统运行效率，改善后AGV小车行走路线如图3。建议在卷包机组定位时，物流技术人员应积极参与其中，科学、合理的提出技术要求，保证在卷包机组四周预留合理的AGV小车行走路线位置，减少AGV小车行走路线长度，只有当AGV小车行走路线设计合理，才能发挥AGV系统运行流畅和高效的优势。
3.3AGV单机参数优化
3.3.1AGV小车速度参数优化。AGV小车行走路线是由多个线段组成，每个线段的速度不尽相同，可根据现场实际情况，优化AGV小车行走速度参数，在保证安全的前提条件下，在某些线段上适当增加AGV小车的行走速度，优化前、后AGV小车速度对比见表1。
3.3.2AGV小车起始位置优化。优化前无任务时AGV小车在休息点集中停靠，休息点如图2，优化后除原有集中休息点外，在辅料卸货链机附近及车间卷包机组中间位置再设置两个休息点，优化后休息点如图3，让两台AGV小车在两处地点休息，当出现辅料出库及空托盘回收请求后，两台AGV小车可直接就近接送辅料或回收空托盘，减少AGV小车行走距离，提高AGV系统运行效率。 3.3.3AGV小车充电参数优化。由于卷包车间为三班倒运行，各班独立核算辅料消耗，所以交接班后各卷包机组会大量呼叫辅料，造成大量AGV任务缓存排队，如果在这个高峰阶段出现AGV电池电量降低，会导致AGV小车充电流程发生，AGV小车充电频繁，将减少在用AGV小车数量，导致AGV系统运行效率大幅度下降。可在AGV電源系统中增加固定时间充电参数，在卷包车间工段交接班前30min时，AGV电源系统设定所有AGV小车按顺序进行充电，保证交接班高峰时期AGV小车不会发生充电情况，提高AGV运行效率；同时每季度对AGV电池进行活化处理，延长电池使用寿命，降低电池使用和维护成本。
4结果与分析
4.1辅料运送时间对比
2016年1月至5月我厂对辅料库自动导引车（AGV）系统进行改进，2016年6月至2017年5月对改进后自动导引车（AGV）系统的实际运行情况进行统计，并与2015年自动导引车（AGV）系统的运行数据进行对比，改进前、后辅料运送时间见表2、表3。
从表2、表3中可以看到自动导引车（AGV）系统改进后，卷烟辅料平均运送时间由传统系统的22.6min下降到改进后的15.7min，自动导引车（AGV）系统运行效率提升30%。
4.2维修及备件更换费用对比
由于自动导引车（AGV）系统运行效率的提升、行走路线及参数的优化，4台AGV小车累计行走距离的大幅度缩短，导致AGV小车故障及维修频次减少，AGV小车维修及备件更换费用降低，AGV小车维修及备件更换费用见表4。
从表4中可以看到4台AGV小车维修及备件更换费用从36.2万元下降到29.3万元，每年节约维修及备件更换费用6.9万元，维修及备件更换费用下降19%。
4.3AGV小车耗电量对比
由于行走路线及参数的优化，4台AGV小车累计行走距离的大幅度缩短，导致AGV小车充电频次减少，AGV小车耗电量降低，AGV小车耗电量见表5。
从表5中可以看到4台AGV小车耗电量从23 040KWH下降到17 280KWH，每年电耗减少5 760KWH，节约电费约3 000元。
5结论
随着时代的发展和精益管理要求的不断提高，传统辅料库自动导引车（AGV）系统运行效率低的问题越来越突出。采用新的科技进步成果，吸取长期运行积累的经验来改进系统很有必要。实践证明，通过优化AGV系统的调度策略、改善AGV小车行走路线及调整相关参数，能够显著提升辅料库自动导引车（AGV）系统的运行效率，降低维修、备件更换费用，减少电耗及用电费用，保证辅料运输到卷包机台的高效、安全。
[关键词]卷烟辅料库；自动导引车；调度策略；效率
1引言
AGV（Automated Guided Vehicle，自动导引车）指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路线行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，具有灵活性、智能化的显著特点，便于生产过程中的柔性化运输。作为自动化物流系统中物料自动搬运的理想解决手段，广泛应用于卷烟工业主辅材料、成品、废料的自动运输工作。但在实际运行过程中，AGV系统传统调度策略不能满足精益生产的要求、优先级不可控、行走路线优化不到位及相关参数设置与实际运行情况匹配欠佳等问题，导致AGV系统实际运行效率有限。近年来基于排队论对AGV配置最优数量进行了研究，获得了不同生产规模下AGV小车最优配置数量，并對卷烟生产线废料回收物流系统进行了建模分析；国外在这方面的研究主要集中在AGV小车行走问题和AGV小车的运输能力对车间调度问题的影响，但上述研究未能彻底解决AGV系统实际运行效率低的问题。AGV系统效率主要取决于调度、路径、规划及小车配置四个因素。因此，优化AGV系统的调度策略、改善AGV小车行走路线及调整相关参数，是提高AGV系统运行效率的有效手段。
2自动导引车（AGV）系统组成
AGV系统主要由管理监控系统、车载控制系统、自主定位及导航系统、运动控制系统、电源系统、无线通讯系统和自动导引运输车组成，AGV系统结构如图1。
3自动导引车（AGV）系统改进
3.1调度策略优化
3.1.1传统调度策略。辅料库AGV系统传统的调度策略是“任务找空车”模式：AGV管理系统按照任务下达的顺序依次将任务分配给空闲AGV小车，该方式以任务为主。但是在实际生产运行过程中，各机组运作各有不同，请求随机产生，导致AGV小车存在空跑、多跑的问题，降低了AGV系统整体运行效率，越来越不能满足精益生产、精益管理的要求。
3.1.2优化调度策略。最优的AGV系统调度策略，应是在给定的一组搬运任务下，AGV系统按照某种调度顺序进行工作，使任务完成的传送损失最小，一般可认为完成任务时AGV系统行走路径最短。优化后AGV系统调度策略为“空车找任务”模式，AGV系统执行任务时，不按照任务下达的顺序依次将任务分配给空闲AGV小车，AGV系统首先将当前所有空闲AGV小车与所有任务进行“车-任务”搭配组合，计算当前所有空闲AGV小车从所在地开始执行任务后的行走距离，按照行走距离进行排队，优先将行走距离最短的任务分配给相应空闲AGV小车；同时在AGV小车与任务未捆绑前，AGV系统对比计算发现有其他空闲AGV小车执行该任务行走的距离更短情况时，AGV管理系统发出命令，由行走距离更短的AGV小车执行该任务，原有分配到该任务的AGV小车放弃该任务，参与其他未分配任务的计算、对比、分配过程或回到休息点。“空车找任务”模式是反复计算、对比“车-任务”搭配时的行走距离，以最短行走距离作为任务分配给空闲AGV小车的依据，减少AGV小车行走距离，提高AGV系统运行效率。例如：AGV小车先在工位卸料后，可直接回收旁边及附近工位的空托盘；AGV将空托盘卸到回收链机上后，可直接运输旁边辅料输送链机上的辅料。
如果生产厂房面积较大或某些运输流程距离较长，将存在一些任务执行偏后的问题。可在“空车找任务”模式中增加等待时间参数，在每次计算“车-任务”搭配的行走距离时，行走距离可按照等待时间的多少减少相应比例的行走距离，以提高行走距离较长、需长时间等待任务的执行几率。如果在生产过程中存在高频次发生的任务，可在“空车找任务”模式中设定任务优先等级，保证该任务最优先执行，从而避免生产等待问题，例如：烟箱空托盘回收流程优先等级最高、生产退料流程优先等级最低。
3.2行走路线改善
行走路线改善前，AGV小车运输辅料及回收空托盘时，需从卷包机组的一端驶入、从卷包机组另一端驶出，AGV小车行走路线几乎绕行卷包机组的四周，行走路线较长，改善前AGV小车行走路线如图2。随着新进高速卷包机组的就位及老旧卷包机组的淘汰，该厂逐步对卷包机组的位置进行调整，以便于AGV小车行走路线的改善；行走路线改善后，辅料送到卷包机组及接到空托盘后，AGV小车直接倒车返回到主通道，不需要绕行卷包机组，减少AGV小车行走路线长度，提高AGV系统运行效率，改善后AGV小车行走路线如图3。建议在卷包机组定位时，物流技术人员应积极参与其中，科学、合理的提出技术要求，保证在卷包机组四周预留合理的AGV小车行走路线位置，减少AGV小车行走路线长度，只有当AGV小车行走路线设计合理，才能发挥AGV系统运行流畅和高效的优势。
3.3AGV单机参数优化
3.3.1AGV小车速度参数优化。AGV小车行走路线是由多个线段组成，每个线段的速度不尽相同，可根据现场实际情况，优化AGV小车行走速度参数，在保证安全的前提条件下，在某些线段上适当增加AGV小车的行走速度，优化前、后AGV小车速度对比见表1。
3.3.2AGV小车起始位置优化。优化前无任务时AGV小车在休息点集中停靠，休息点如图2，优化后除原有集中休息点外，在辅料卸货链机附近及车间卷包机组中间位置再设置两个休息点，优化后休息点如图3，让两台AGV小车在两处地点休息，当出现辅料出库及空托盘回收请求后，两台AGV小车可直接就近接送辅料或回收空托盘，减少AGV小车行走距离，提高AGV系统运行效率。 3.3.3AGV小车充电参数优化。由于卷包车间为三班倒运行，各班独立核算辅料消耗，所以交接班后各卷包机组会大量呼叫辅料，造成大量AGV任务缓存排队，如果在这个高峰阶段出现AGV电池电量降低，会导致AGV小车充电流程发生，AGV小车充电频繁，将减少在用AGV小车数量，导致AGV系统运行效率大幅度下降。可在AGV電源系统中增加固定时间充电参数，在卷包车间工段交接班前30min时，AGV电源系统设定所有AGV小车按顺序进行充电，保证交接班高峰时期AGV小车不会发生充电情况，提高AGV运行效率；同时每季度对AGV电池进行活化处理，延长电池使用寿命，降低电池使用和维护成本。
4结果与分析
4.1辅料运送时间对比
2016年1月至5月我厂对辅料库自动导引车（AGV）系统进行改进，2016年6月至2017年5月对改进后自动导引车（AGV）系统的实际运行情况进行统计，并与2015年自动导引车（AGV）系统的运行数据进行对比，改进前、后辅料运送时间见表2、表3。
从表2、表3中可以看到自动导引车（AGV）系统改进后，卷烟辅料平均运送时间由传统系统的22.6min下降到改进后的15.7min，自动导引车（AGV）系统运行效率提升30%。
4.2维修及备件更换费用对比
由于自动导引车（AGV）系统运行效率的提升、行走路线及参数的优化，4台AGV小车累计行走距离的大幅度缩短，导致AGV小车故障及维修频次减少，AGV小车维修及备件更换费用降低，AGV小车维修及备件更换费用见表4。
从表4中可以看到4台AGV小车维修及备件更换费用从36.2万元下降到29.3万元，每年节约维修及备件更换费用6.9万元，维修及备件更换费用下降19%。
4.3AGV小车耗电量对比
由于行走路线及参数的优化，4台AGV小车累计行走距离的大幅度缩短，导致AGV小车充电频次减少，AGV小车耗电量降低，AGV小车耗电量见表5。
从表5中可以看到4台AGV小车耗电量从23 040KWH下降到17 280KWH，每年电耗减少5 760KWH，节约电费约3 000元。
5结论
随着时代的发展和精益管理要求的不断提高，传统辅料库自动导引车（AGV）系统运行效率低的问题越来越突出。采用新的科技进步成果，吸取长期运行积累的经验来改进系统很有必要。实践证明，通过优化AGV系统的调度策略、改善AGV小车行走路线及调整相关参数，能够显著提升辅料库自动导引车（AGV）系统的运行效率，降低维修、备件更换费用，减少电耗及用电费用，保证辅料运输到卷包机台的高效、安全。