CN115562303A - 突破精益瓶颈管理的多台agv自主协同作业方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，包括：AGV小车群，突破精益生产流程瓶颈管理模块（TLS模块），无线通讯模块，人车交互模块，执行模块，运动控制模块，智能决策模块，作业对象模块；TLS模块是以现代管理方法构建的包含AGV在内的最小生产系统，定义了与AGV相关联的完整连续流和排程；AGV小车通过集成的TLS模块融入产品的全生命周期制造管理流程，通过人车交互模块方便企业员工对AGV小车的管控。本申请实施例创新性将现代化生产管理流程植入AGV小车，赋予AGV小车更高自主权，促使现代企业管理系统中人为因素的影响降到最低，突破产品精益生产流程的瓶颈限制。
Description
技术领域
本申请涉及AGV技术领域，具体为一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统。
背景技术
自动引导运输车（AutomatedGuidedVehicle，简称AGV）是指装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。在智能制造应用场景中，AGV小车已深度融入工厂自动化智能管理系统。但是，在自动仓库与生产场所，各工位之间，各输送工段之间，AGV的运行主要由上位机控制系统调度，包括任务管理、车辆管理、交通管理、路径搜索等。在这些应用场景中，AGV一般是被动接受上位机指令，缺乏自主性。此外，在多台AGV的协同作业中，任务规划也基本上是由中央调度系统进行指挥。在AGV数量较多的情况下，中央调度系统需要处理的信息量大，所需计算资源较高，处理效率有时较低。
申请号为202111438028.X的专利公开一种基于多智能体的AGV群系统，包括至少一个中央智能体和多个具有推理决策层、控制层和网络交互层的AGV智能体，赋予AGV智能体自主的推理、运算和决策能力，提高AGV智能体的自主性。然而，该系统中，仍然需要中央智能体向AGV智能体指派任务，AGV智能体需要接受中央智能体的管理，AGV的自主性依然受限。
在现代企业管理中，代表性的管理方法有瓶颈理论（TOC）、精益生产（LEAN）和6SIGMA，以及这些方法的组合。当前，AGV的功能仅限于被动式的参与到智能工厂的物流管理中，缺乏必要的智能化和自主性。在AGV的应用场合中，由于需要上层中央调度或管理系统的指挥，使用AGV的难度较大，AGV的效率优势没有被充分挖掘出来。
本申请提出一种赋予AGV更高自主权的面向突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，可以有效解决或缓解现有技术的不足。
发明内容
本申请实施例提供一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。
作为本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业系统，包括：AGV小车群，突破精益生产流程瓶颈管理模块（TLS模块），无线通讯模块，人车交互模块，执行模块，运动控制模块，智能决策模块，作业对象模块；所述AGV群包含多台可执行不同功能的AGV小车；所述TLS模块、所述无线通讯模块、所述执行模块、所述运动控制模块、所述智能决策模块均布置在所述AGV小车上，所述AGV小车通过这些模块与所述作业对象模块进行交互；所述人车交互模块包括但不限于：按钮、旋钮、开关、随车PDA扫描仪、触控屏和声音警报器中的一种或一种以上的组合，用于方便用户对AGV功能的调整和控制。
所述TLS模块是以现代管理方法构建的包含AGV在内的最小生产系统，定义了与AGV相关联的完整连续流和排程；所述现代管理方法包括但不限于：TOC（瓶颈理论）、LEAN（精益管理）和6SIGMA（六西格玛管理）中的一种或一种以上的组合；所述完整连续流是指在生产和运输产品的时候，把工序连成一个持续的不间断的生产流程；所述排程为SDBR排程，即简易之鼓-缓冲-绳排程法。
所述无线通讯模块包含：AGV群内通讯模块，AGV小车与作业对象模块的群外通讯模块；所述AGV群内通讯模块包含：蓝牙无线通讯模块和LORA无线通讯模块；所述群外通讯模块包含：Wifi无线通讯模块、4G无线通讯模块或5G无线通讯模块；所述无线通讯模块的作用是向作业对象发送查询和应答信息。
所述AGV小车通过所述执行模块执行不同功能，包括但不限于：转运、输运、领料、上架、下架、出库、采播和产出中的一种或一种以上的组合。
所述运动控制模块的作用是控制AGV小车执行循迹导航和定位，包括但不限于：前进、后退、拐弯、停止、启动、避障、循环和定位中的一种或一种以上的组合；所述循迹导航和定位采用的传感器包括但不限于：磁条导航传感器、色条导航传感器、二维码导航传感器、激光导航传感器、雷达和颜色传感器中的一种或一种以上组合。
所述作业对象模块是指AGV小车与之发生交互的对象，包括但不限于：导航路径对象、查询和应答的通讯对象和操作对象中的一种或一种以上的组合；所述导航路径对象包括但不限于：磁条、色条、色标标签、二维码、磁钉、RFID和场地地面的一种或一种以上的组合；所述查询和应答的通讯对象包括但不限于： AGV小车，货架，流水线工位，企业员工，看板和企业管理系统中的一种或一种以上的组合；所述操作对象包括：货箱和物料。
所述智能决策模块的作用是基于无线通讯模块获得的查询回复和应答信息，根据TLS模块的完整连续流，为AGV小车的下一步任务做出智能决策，并将决策指令下发给所述执行模块和所述运动控制模块并与操作对象模块进行交互；所述智能决策模块包括但不限于：单板机、PLC、嵌入式系统和工控机的一种或一种的组合，还包括智能决策算法和软件系统，智能决策算法和软件系统为模块化程序的组合。
所述人机交互模块与所述智能决策模块的智能决策算法和软件系统的模块化程序相对应，每个交互操作对应一个模块化程序完成一个动作和功能。
所述一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法，包括下列步骤。
步骤1：根据TLS模块的完整连续流和排程设置和分派AGV群中各个AGV小车的恰当功能，使得AGV小车在完整连续流中扮演独立的角色尽可能减少产品生产流程中的断点，实现提升瓶颈的产能。
步骤2：根据AGV小车的功能设定，其智能决策模块和人机交互模块联合下达指令控制AGV小车执行与其角色对应的预设任务，与其作业对象模块产生交互。
步骤3：在AGV小车执行预设任务期间，其智能决策模块自主控制其通讯模块与AGV群内其他AGV小车进行通讯，通过查询和应答获取与完整连续流相关的信息，并据此对AGV小车下达后续动作或行为指令，实现在生产流程的瓶颈节点处，与其他AGV小车协同，通过TOC“鼓、缓存、绳”的方法拉动上游工序的生产节拍，突破瓶颈限制。
本申请实施例与现有技术相比所带来的有益效果是：本申请实施例通过赋予AGV小车更高的自主权，设置TLS模块和智能决策模块，将AGV小车与现代企业管理生产流程紧密结合，强化AGV小车在完整连续流中的作用；人机交互模块通过按钮、旋钮以及多种设备的组合，利用模块化程序方便人工操作，提高用户体验和操作友好性。本申请将彻底改变AGV小车在智能制造领域的角色定位，促使现代企业管理系统中人为因素的影响降到最低，突破产品精益生产流程的瓶颈限制。
附图说明
图1所示为本申请所使用的多台AGV自主协同作业系统组成示意图。
图2所示为本申请所使用的TLB模块中产品的完整连续流。
图3所示为本申请所使用的多台AGV自主协同作业流程。
图4所示为本申请所使用的单面PCB的一个生产流程。
图5所示为本申请所使用的TLS模块中SDBR排程。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“连续流”为LEAN中的一个非常重要的概念，特指把生产工序依次连成一个持续的不间断的生产流程，减少直至消除过程中的等待状态，使生产效率最大化；术语“上”、“下”、“中”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下结合说明书附图和具体实施例对本申请实施例做进一步详细说明。
本申请提供了一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统的一个实施例，如图1所示，多台AGV小车上均布置有无线通讯模块、TLS模块、运动控制模块、人车交互模块、智能决策模块、执行模块；AGV小车分别被设置为不同功能类型，如AGV小车1为领料车、AGV小车2为下架车，AGV小车的功能类型包括但不限于：转运、输运、领料、上架、下架、出库、采播和产出中的一种或一种以上的组合；多台AGV小车之间通过Wifi/4G/5G无线通讯模块进行通讯， AGV小车与作业对象模块之间通过蓝牙和LORA无线通讯模块进行通讯，AGV小车通过人机交互模块与人工进行交互，所述无线通讯模块的作用是向作业对象发送查询和应答信息；所述人车交互模块包括但不限于：按钮、旋钮、开关、随车PDA扫描仪、触控屏和声音警报器中的一种或一种以上的组合，用于方便用户对AGV功能的调整和控制；所述运动控制模块的作用是控制AGV小车执行循迹导航和定位，包括但不限于：前进、后退、拐弯、停止、启动、避障、循环和定位中的一种或一种以上的组合；所述循迹导航和定位采用的传感器包括但不限于：磁条导航传感器、色条导航传感器、二维码导航传感器、激光导航传感器、雷达和颜色传感器中的一种或一种以上组合；所述智能决策模块的作用是基于无线通讯模块获得的查询回复和应答信息，根据TLS模块的完整连续流，为AGV小车的下一步任务做出智能决策，并将决策指令下发给所述执行模块和所述运动控制模块并与操作对象模块进行交互；所述智能决策模块包括但不限于：单板机、PLC、嵌入式系统和工控机的一种或一种的组合，还包括智能决策算法和软件系统，智能决策算法和软件系统为模块化程序的组合；所述人机交互模块与所述智能决策模块的智能决策算法和软件系统的模块化程序相对应，每个交互操作对应一个模块化程序完成一个动作和功能。
情况一：当AGV小车1为领料车时，其作业对象为货箱和物料；其通讯对象为磁条、色条、色标标签、二维码、磁钉、RFID和地面等导航路径对象，以及企业管理系统、看板和其他AGV小车等；AGV小车1为领料车时，根据TLS模块的排程，在生产车间内执行领料任务；当AGV领料车负载为空时，AGV领料车根据预设的导航路径，自主导航前往货架，通过蓝牙和LORA无线通讯模块，向从属货架的AGV下架车请求领料；从属货架的AGV下架车接收到AGV领料车的领料任务时，AGV下架车自发前往物料所在货架的地址，执行取料任务，并返回将物料转移到AGV领料车；AGV领料车监测到领取物料后，根据预设的导航路径，自主导航前往生产工位，并通过人机交互模块的触控屏或声音警报器提醒工人注意观看并提取AGV领料车上的物料。工人在完成取料后，通过人机交互模块的按钮，触发相应指令，指派AGV领料车执行下一个任务。
情况二：当AGV2为下架车时，其作业对象为货架和物料；其通讯对象为为磁条、色条、色标标签、二维码、磁钉、RFID和地面等导航路径对象，以及企业管理系统、看板和其他AGV小车等；当AGV下架车接收到AGV领料车的领料任务指令时，AGV下架车向企业仓储管理系统自主查询物料所在货架地址，AGV下架车的执行模块执行取货任务和转移货物到AGV领料车的转移任务，并通过蓝牙和LORA无线通讯模块发送信息给AGV领料车，随后返回预设默认起始位置，任务结束。
如图2所示，所述TLS模块中产品从原料下料到入库需要10道连续的工序，在产品生产流程中，AGV群为生产工序提供物流服务；在产品生产流程中，物料的加工和转运畅通无阻，使得产品的生产可以实现生产成本最低，前置期最短，然而，现实制造车间内完整连续流往往难以实现，流程中会存在断点，所述断点为物料在某个工序出现积压，例如物料在工序4出现积压，导致工序5需要等待工序4而出现设备空转或空闲，生产流程在工序4和工序5之间出现断点；所述断点即为TOC生产管理中的瓶颈。
如图2和图3所示：当AGV群处于产品完整连续流中时，AGV小车的角色为输运类型、转运类型、上架类型或下架类型，AGV小车通过与工序工位员工交互以及与工位上的企业管理系统进行通讯，获取工位物流状态，当检测到工序4有物料积压时，AGV的智能决策模块启动基于TOC的生产管理策略SDBR排程，即简易之鼓-缓冲-绳排程法；例如，图2的工序可以生产多种产品，且每种产品的交货期不同；当工序4出现某种产品的物料堆积时，AGV群则通过群内无线通讯自主协同放缓对该品种产品的物料的输运、转运、下架和上架，而转而集中服务于其他品种的产品，即根据TLS模块的生产管理策略，实现以产品拉动生产，突破瓶颈约束，缩减前置期，降低生产成本。
如图4和图5所示，以单面PCB的一个生产流程为例，单面PCB的生产需要经历12道工序：下料、印刷、蚀刻、防焊、裁板、冲裁成型、V-CUT、水洗、电测、表面处理、品检和入库；在某个生产车间内，假如存在多条单面PCB的生产线，每条生产线需要多台AGV小车进行物料输送服务；对于每条生产线，每道工序的生产设备数量不一致，每道工序的加工时间不一致；当根据订单生产某种单面PCB时，以订单确定下料数量，逐个工序完成对物料的加工；当在某个生产线的裁板工位出现产量不足时，即该裁板工位单位时间处理的物料小于前几道工序的单位时间处理的物料，则物料将在裁板工位处堆积，影响后续工序在单位时间内加工的物料数量，进而影响产品的入库数量，裁板工位出现生产瓶颈；此时，以AGV小车1为例，AGV小车1通过通讯模块获取作业对象——裁板工位处的管理系统的看板数据，通过智能决策模块的数据分析确定需要放缓对该工位物料的输送，并根据AGV小车1车载TLS模块的生产管理策略，该小车需转而执行其他订单的本条生产线其他工位或其他生产线的物流服务，例如转到本条生产线的防焊工位，协助其他AGV小车（例如AGV小车2）进行物料的分流，即将防焊工位的物料转运至其他生产线的裁板工位或其他工位；此时，AGV1小车自主导航至本条生产线的防焊工位，若在导航路线上与其他AGV小车相遇时，则需要进行避障，为此，AGV小车1与其他AGV小车通过通讯模块、智能决策模块、运动控制模块和执行模块，完成两辆小车的交会避让，进而继续完成预设的其他任务。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本申请进行实例性描述，显然本申请实施例具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本申请的方法构思和技术方案进行的各种非实质性改进，或未经改进将本申请的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，包括：
AGV小车群，突破精益生产流程瓶颈管理模块（TLS模块），无线通讯模块，人车交互模块，执行模块，运动控制模块，智能决策模块，作业对象模块；所述AGV群包含多台可执行不同功能的AGV小车；所述TLS模块、所述无线通讯模块、所述执行模块、所述运动控制模块、所述智能决策模块均布置在所述AGV小车上，所述AGV小车通过这些模块与所述作业对象模块进行交互；所述人车交互模块包括但不限于：按钮、旋钮、开关、随车PDA扫描仪、触控屏和声音警报器中的一种或一种以上的组合，用于方便用户对AGV功能的调整和控制。
2.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述TLS模块是以现代管理方法构建的包含AGV在内的最小生产系统，定义了与AGV相关联的完整连续流和排程；所述现代管理方法包括但不限于：TOC（瓶颈理论）、LEAN（精益管理）和6SIGMA（六西格玛管理）中的一种或一种以上的组合；所述完整连续流是指在生产和运输产品的时候，把工序连成一个持续的不间断的生产流程；所述排程为SDBR排程，即简易之鼓-缓冲-绳排程法。
3.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述无线通讯模块包含：AGV群内通讯模块，AGV小车与作业对象模块的群外通讯模块；所述AGV群内通讯模块包含：蓝牙无线通讯模块和LORA无线通讯模块；所述群外通讯模块包含：Wifi无线通讯模块、4G无线通讯模块或5G无线通讯模块；所述无线通讯模块的作用是向作业对象发送查询和应答信息。
4.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述AGV小车通过所述执行模块执行不同功能，包括但不限于：转运、输运、领料、上架、下架、出库、采播和产出中的一种或一种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述运动控制模块的作用是控制AGV小车执行循迹导航和定位，包括但不限于：前进、后退、拐弯、停止、启动、避障、循环和定位中的一种或一种以上的组合；所述循迹导航和定位采用的传感器包括但不限于：磁条导航传感器、色条导航传感器、二维码导航传感器、激光导航传感器、雷达和颜色传感器中的一种或一种以上组合。
6.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述作业对象模块是指AGV小车与之发生交互的对象，包括但不限于：导航路径对象、查询和应答的通讯对象和操作对象中的一种或一种以上的组合；所述导航路径对象包括但不限于：磁条、色条、色标标签、二维码、磁钉、RFID和场地地面的一种或一种以上的组合；所述查询和应答的通讯对象包括但不限于： AGV小车，货架，流水线工位，企业员工，看板和企业管理系统中的一种或一种以上的组合；所述操作对象包括：货箱和物料。
7.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述智能决策模块的作用是基于无线通讯模块获得的查询回复和应答信息，根据TLS模块的完整连续流，为AGV小车的下一步任务做出智能决策，并将决策指令下发给所述执行模块和所述运动控制模块并与操作对象模块进行交互；所述智能决策模块包括但不限于：单板机、PLC、嵌入式系统和工控机的一种或一种的组合，还包括智能决策算法和软件系统，智能决策算法和软件系统为模块化程序的组合。
8.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述智能决策模块的作用是基于无线通讯模块获得的查询回复和应答信息，根据TLS模块的完整连续流，为AGV小车的下一步任务做出智能决策，并将决策指令下发给所述执行模块和所述运动控制模块并与操作对象模块进行交互；所述智能决策模块包括但不限于：单板机、PLC、嵌入式系统和工控机的一种或一种的组合，还包括智能决策算法和软件系统，智能决策算法和软件系统为模块化程序的组合；所述人机交互模块与所述智能决策模块的智能决策算法和软件系统的模块化程序相对应，每个交互操作对应一个模块化程序完成一个动作和功能。
9.根据权利要求1所述的一种突破精益瓶颈管理的多台AGV自主协同作业方法和系统，其特征在于，所述协同作业方法，包括下列步骤：
步骤1：根据TLS模块的完整连续流和排程设置和分派AGV群中各个AGV小车的恰当功能，使得AGV小车在完整连续流中扮演独立的角色尽可能减少产品生产流程中的断点，实现提升瓶颈的产能；
步骤2：根据AGV小车的功能设定，其智能决策模块和人机交互模块联合下达指令控制AGV小车执行与其角色对应的预设任务，与其作业对象模块产生交互；
步骤3：在AGV小车执行预设任务期间，其智能决策模块自主控制其通讯模块与AGV群内其他AGV小车进行通讯，通过查询和应答获取与完整连续流相关的信息，并据此对AGV小车下达后续动作或行为指令，实现在生产流程的瓶颈节点处，与其他AGV小车协同，通过TOC“鼓、缓存、绳”的方法拉动上游工序的生产节拍，突破瓶颈限制。
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| CN118463980A (zh) * | 2024-07-08 | 2024-08-09 | 北京市农林科学院智能装备技术研究中心 | 导航巡检装置、方法、电子设备及存储介质 |
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2022
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