前言

汽車行業現正經歷著巨大的變革，產品生命周期不斷縮短，更快的更新換代速度，更個性化的訂單定制化生產，多種車型、配置的共線混產己成為現今汽車行業大趨勢。與之配套的汽車主要零部件生產，如發動機、變速箱、懸架系統等裝配生產也隨之產生了與傳統裝配生產工藝截然不同的變革。
傳統汽車后橋裝配線多以動力輥道線作為輸送后橋部件在各個裝配工位按工序流轉的輸送設備。動力輥道組成的裝配生產線主要缺點是設計施工安裝完畢后工位工藝不能輕易更改。

1.背景分析

1.1 BEV新能源車后橋特點

新能源車的后橋照比燃油車型的后橋照比傳統車型后橋結構會多出電池逆變器、控制器等器件，裝配工藝比傳統燃油車型復雜。工位工序也會多。裝配后的測試環節也會更加嚴格。
1.2 隨著國內CAFC企業平均燃料消耗量法則的推廣實施，車企需要生產更多的新能源純電、混動車型來平衡企業燃油消耗指標。各國也先后公布了燃油車禁售的時間表。在這個大背景下，某國外一線品牌也著手發布其中型SUV的純電動(BEV)車型，將其引入國內生產。本文介紹的AGV后橋裝配線就是為其配套而建設的。

2.AGV裝配線設計

該款純電動車型后橋重約 350Kg，夾具約400Kg。生產采用一臺AGV配置一套夾具，一套夾具裝持一個后橋工件，按工藝順序依次走行各個裝配工位。
環線布置有19個工位，見圖1，其中1個 Bypass 支路工位，1個備用工位，1個WA(Wheel Alignment)station工位。在環線東側布置維修區域及維修支路路線。操作工位長度：4.5M 生產節拍：18U/h 既每小時完成 18 個工件的裝配。

圖 1 AGV 環線布局圖

2.1 AGV 車型設計

根據產品尺寸、重量確定 AGV 的負載參數，選取驅動輪驅動電機功率、隨動輪，確定輪系。設計車體結構，排布電氣布局。業主是歐洲一線品牌客戶，設計標準參考 CE 和 TUV認證標準，出具TUV認證報告。

2.2 AGV 動力系統設計

AGV 設計中最重要的就是動力系統設計，其流程見圖 2.,其又細分為輪系設計、驅動功率計算、電機選取。

2.3 輪系設計

根據后橋工件的最終裝配重量及其夾具的重量，選取設計負載為1噸的背馱型（Deck）AGV。后橋裝配工藝編排路線是環形路線，無側移、自旋運動方式，無需采用全方位（OMNi-Moving）輪系結構。裝配工藝中 WA 工位與Wheel Alignment設備對接，有對AGV停車精度有±3mm的要求，在AGV主流驅動輪方式單舵輪和差動舵輪兩種方式中橫向比較，單舵輪方式可以保證更高的走行和停車精度，所以AGV輪系選定單舵輪驅動+2定向隨動輪方式。

2.4 驅動功率計算

現今 AGV 系統主流的電氣系統電壓有 24V、48V 和 96V幾種，對于中低負載一般選擇24V系統電壓。選擇驅動電機，計算電機功率。
根據：

計算電機功率 P=600W。
統計 AGV 車體電氣系統其它電氣用電量，在停車待機狀態電流約5A，在全速運行狀態電流約20A。根據環線工位工作時長，排布充電站布局，初步選定4個充電站布置在停車工作時長較長的工位。結合節拍計算，計算電池電量損耗及補充，按照充電效率和近充滿時充電效率降低等因素，取電量補充余量 20%，選取60AH 鋰離子動力電池。驗算4個充電站可以滿足充放使用要求。

2.5 AGV 車數計算

根據工位長度，生產節拍，每工位操作工藝時長。計算AGV 單車行走全流程時長，根據產量節拍，綜合設備效率，即可計算出所需AGV車數量。

2.6 AGV 車體布局設計

外形結構：AGV車體一般分為三大主要功能艙，驅動輪艙、電池艙和電器艙（見圖2）。AGV底盤布局分為驅動輪、隨動輪和其它功能模塊，驅動輪艙功能是安裝 AGV驅動輪及其附件，為AGV行走提供驅動力及控制行走方向，內部結構有驅動輪輪體、行走電機、舵電機、減速器和行走碼盤，舵碼盤及限位傳感器、動力線纜、控制線纜。電池艙功能是安裝AGV動力電池、充電接觸器等，為AGV行走提供電力供應，并與地面充電機構動作對動力電池進行充電。

圖 2 AGV 車體布局

2.7 AGV 車體結構力學仿真

車體設計應用 SolidWorks(SW)軟件建立三維實體模型，可有效的確定車體的質量、體積、重心等參數，便于后續的模型分析和制造，并可提供精確的參數化實體造型和工程設計圖。

2.8 AGV 控制系統

AGV車主控采用西門子Simatic S7-1200系列PLC。其通過AGV車載無線路由器與AGV控制臺無線連接，接收控制臺指令，上報車體狀態。AGV 車體主控制器通過 CAN 總線與下級運動控制器 MCU（Motion Control Unit）相連，MCU控制AGV車體上各個運動軸，如行走電機，舵電機等。AGV車體主控制器通過CAN 總線與AGV車體上各傳感器、控制器相連，如通過安全繼電器與激光防碰傳感器PLS相連，與導航傳感器、RFID和電池供電系統相連。

2.9 上層控制架構

AGV 上層汽車廠控制系統IPS-X進行數據交換，接收生產指令，上報AGV系統狀態及生產過程數據。

3.AGV裝配線實施效果

圖 3 AGV 后橋裝配線現場

通過對BEV車型后橋裝配工藝的理解和設計，實施了以AGV替代傳統輸送輥道線的新裝配線模式，徹底改變了輥道線占用場地，不易改變工位工藝的弊端。更好的適應了未來該車型的升級換代需求，使裝配線具備柔性生產能力。符合業主集團未來幾年生產裝備的智能化發展方向。為后續工程規劃樹立了樣板項目。更切合了國家智能制造大發展戰略，引領了國內行業發展方向。其應用非常具有該領域先進代表性，實施后現場生產使用效果也很理想，見圖3。值得在同行業中應用推廣。
參考文獻
[1] 王軍建,尚小輝.AGV 小車技術及其在汽車制造行業的應用[J].汽車實用技術,2016,(5):187-189,199.doi: 10.16638/j.issn. 1671-7988.2016.05.061.
[2] 程建偉,張長勇,褚海波,王興財.基于 S7-200 的AGV控制系統設計 [J]. 機電工程技術 ,2016,45(6):80-84.doi:10.3969/j.issn.1009-9492. 2016.06.021.

文章來源于AGV吧