摘要：受疫情COVID-19的影响，2020年春节过后，不少企业在建项目停滞不前，复工复产困难，订单交付难度加大，经营成本负担加重，许多企业尤其是中小企业的生存和发展面临严峻挑战，即使复工后，很多企业也因为人员需要隔离等问题不能马力全开，人员短缺问题尤为突出，能准时到岗按时开工的只有机器人和自动化设备，降低运营成本，向自动化，智能化发展成了很多制造型工厂发展的首选方向。本文以工厂的实际状况为事例，讲述如何用AGV小车替代工人送料。
关键词：AGV小车（Automated Guided Vehicle，简称AGV），转弯半径，投资回报率（Return on Investment ，简称ROI），WIP (Work in process, 半成品)。
1.引言
早在2011年，代工巨头富士康就提出“百万机器人”的宏伟计划，在未来5-10年内替代昂贵的劳动力，对于很多复杂的工序仍需人工操作，未能如期完成目标。公司属于传统的制造业，加工工艺众多，冲压，机械加工，激光切割，折弯，焊接，打磨，喷涂，装配，工艺链很长，自动化程度不高，大部分还是手工作业，要全部实施自动化显然不太现实，况且我们公司产品复杂，大小不一，订单不稳定，生命周期短，属于典型的“小批量，多品种”的类型。我们立足实际情况，因地制宜，精准分析发现，工序间流转的WIP半成品占据了大量的物料人员，忙于“制造加工-生产入库-发料出库-再加工”的多次循环，金属类货物很重，劳动强度大造成了物料人员的不稳定，矛盾非常突出。
因此，如何用AGV去替代这些众多的物料人员成为了解决问题的关键。
2. 前期调研与可行性分析
2.1 AGV的介绍
目前AGV已经是世面上比较成熟的自动化运送装置，早在1954年就被美国的一家公司投入使用，京东物流仓库的无人配送小车就是AGV的一种，经过多年的发展，已经开发出多种的型号和功能，但是如何选择一款适合自己的至关重要。
根据牵引方式的不同可分为：背驮式和牵引式;
根据牵引方向的不同可分为：单向和双向;
根据导航方式不同可分为：磁条导航，激光导航和视觉导航。
2.2 转弯半径的核算
AGV有点类似汽车，正常行走时，道路宽度稍微比车身宽些，两侧各保留100mm的空间即可，但是在转弯时又不同于汽车，连接杆只是牵引作用，不能辅助后面托盘定向转弯，转弯太陡容易卡死，因此需要的转弯半径更大。
图1 AGV 转弯半径示意图
通常托盘（1200 x 1000 mm）是长度方向进叉，也就是说长度方向与通道的两边平行，因此AGV行走的宽度至少为100+1000+100=1200mm,再加上800mm的人行通道，正常的通道宽度应该在2000mm以上。
例如，AGV 长度 ：1020mm ，连接杆长度： 300mm。
根据以上AGV转弯半径的算法，可以算出转弯处拐角长度L1+L2=1020+300+1200=2520mm,
宽度L1+L2-L3/2=1020+300+1200-(100+1000+100)/2=2520-600=1920mm.
2.3 AGV的选型
根据对公司每个车间实际状况的考察，车间设备较多，形状不规则，不适合安装反光板的激光导航AGV，且视觉导航的AGV成本较高，因此统一采用性价比更高的磁条导航；
通过对转弯半径的核算以及各车间道路宽度的评估，装配车间只有体积较小的Haeger铆合机和PEM铆合机，之前预留的通道宽度有限，AGV转弯处需要做出适当避让，对于其他车间均有大型的加工设备，为了方便设备进出，道路都已经预留了足够的宽度，因此可采用可单向牵引磁条导航AGV。
3.物料信息收集及AGV线路的规划
3.1 物料运送量信息的收集
我们要求每一个物料人员，包括生产和仓库的，把自己每天所负责运送的物料数量，流向，时间段，及相关的辅助工作全部列出来，做成一个物料流向矩阵表，收集了一个月的物料信息，以备后续数据分析时使用。以下是各车间名称的缩写，为了方便物料进行登记：
WD (Welding, 焊接车间) ，MMC（Machining, 机加工车间），ST（Stamping, 冲压车间）,
SF (Soft tool柔性加工车间，激光切割， 折弯等) ， SP (Spraying, 喷涂车间 ) ，
AS（Assembly, 装配车间），PUR (Purchase, 采购件) ，
Warehouse(仓库)，Production(生产)，NCM（Non-conforming 不良品）
表1 物料流向矩阵表
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3.2 AGV 线路规划
通过表1可以清晰的看出每条物料流向的运送量，可以根据此信息进行规划AGV的线路，厂区内各车间面积庞大，机器众多，不能保证AGV能够覆盖所有的物料，到达所有的区域，因此我们对每个车间，仓库都设立一个单独的物料区，AGV路线规划刚好经过这些区域。这些物料区就好比社区的快递收发点，AGV就好比是物流车，替代了物料人员长距离车间之间的搬运。
对于一些特殊工艺的产品，例如打磨是在一个单独的房间，AGV无法到达，对于SF车间产品，总量占比较小5%，AGV 路线太长，且无法与其他车间共线，因此暂不考虑使用AGV，对于其他占比较小车间，紧挨AGV主线路的，仍然可以考虑使用。
因整个厂区面积较大，部分区域物料流向比较集中，单一路线距离太长，AGV需求量大，物料周转周期长，我们开辟了3条线路，1#主线路，2#，3#局部线路。
表2 AGV 1# 主线路(全长497m)
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1#线路是一条主线路，全长497m ,与2#和3#部分线路重合，经过大部分的物料区，承担车间之间的物料周转和传递。因部分路段AGV无法到达，特殊工艺的房间，电梯内（单向开门），仍需要使用液压车进行短驳运送。
例如，
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代表使用AGV 1# 线路,从装配车间AS1的物料区7 入库24托的货物到半成品仓库的物料区3.
表3 AGV 2# 线路(全长220m)
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2#线路是一条局部物料量较大的线路，全长220m, 总线路比1#较短,货物运送量比1#线路还大，可实现局部货物快速周转的目的。
表4 AGV 3# 线路(全长186m)
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3#线路是一条局部物料量较小的线路， 线路总长最短,仅有186m，用于ST/WD/MMC车间内部货物的周转。
AGV线路的区分，使得整个物料的流转显得更为合理，整体物料覆盖率高达85.4%（AGV运送量561托/货物总量657托 x 100%），提高了车辆的利用率，减少了物料运送过程中的碰伤，极大的提高了货物的运送效率,降低了货物的周转时间。
表5 AGV线路货物承担比（%）
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3.3 AGV 需求量的核算
表6 AGV需求核算表
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备注：
1)秒/米/托盘：AGV的 速度范围0~50m/min,在此是按照30m/min进行计算，也就是AGV带托盘行进1m需要2秒；
2)总距离（米）/线路，每条AGV线路的总长度；
3） 托盘数/线路/班次，每条线路每个班次所运送的货物量；
4）总时间（秒），按照每行进1m需要2秒，运送每条线路上的所有货物，跑完线路上所有的距离所需时间；
5）可用时间（秒）/辆/班次，正常一个班次是12h,除去开班会时间0.5h,午餐0.5h,晚餐0.5h,休息0.5h,每天有效的工时时间是10h x 3600s=36000s ;
6) 宽放余量（%）,考虑到每天的物流量的波动和小车的正常维修保养等异常情况，放15%宽放余量，因每辆小车都有一块备用电池，因此电池因素未考虑；
7）AGV 需求/线路，总时间/可用时间x (1+15%)，例如，1#线路总时间=2 x 497 x 233 =231,602s,
231602/36000 x (1+15%)≈7.4,为了保证整条线路的正常运行，减少等待时间，按照8辆运行；
8）总需求（辆），3条线路的总需求是13 辆。
3.4 物料人员工作量的细化分解
通过对前期每个物料人员统计的物料信息与AGV路线所覆盖物料的分析，与AGV路线重复的搬运即可被AGV所替代，并整合物料人员的其他工作量，进行重新的归类安排，使得每个物料人员都有了相对固定的工作区域，减少了跨区域的走动，在提高了效率的同时也方便了管理。本次共节省了5个物料人员，生产白班2个，晚班1个（晚班产线部分开工），共3个；仓库白班1个，晚班1个，共2个，合计5个。
4. 投资回报率（ROI）的核算
根据财务成本核算，每人每月平均人工成本约1000美金，汇率约为7，节约7000元/月/人，5个人一年的总的金额节约为：5人x 12月 x 7000 元= 420,000元。
总投资：AGV 均价约 38000元/辆，13辆的总价为494,000元。
投资回报率（ROI）= 年利润/投资总额×100%
ROI = 420,000/494,000 x 100%= 85%
5、总结
通过AGV无人运送物料系统的实施，为公司节约了5个物料人员，降低了企业的运营成本，减少了工厂对人工的依赖，降低了工人的劳动强度，减少了工伤事故的发生率，提高了运送的效率和准时性，为后期智能化设备更广泛的推广积累了经验，奠定了基础，使公司向“工业4.0”智能工厂又迈进了一步。
参考文献：
[1]张惠煜,陈庆新,毛宁.随机批量物料搬运的制造系统AGV配置优化[J/OL].计算机工程与应用.
作者简介：董会礼，男，1984.11- ，河南周口，本科,研究方向：机械设计制造及自动化.