1. 引言
气缸套是一种在内燃机中使用的重要零部件，铸造工程的重要性在于它直接影响着发动机的性能和寿命，提高气缸套铸造效率可以降低生产成本、提高生产效率、提高产品质量和稳定性，促进技术创新，从而增强企业的竞争力和市场地位 [1] 。但在绝大多数企业中是“多品种、小批量”生产 [2] ，以传统手工铸造为主，物流运输多以行车搬运为主，物流问题一直是影响车间生产效率的安全隐患，也是影响车间工人作业的安全隐患，对于传统铸造业来说，物流问题的发生，也是将自动导引运输车引入汽缸套铸造厂，并与控制系统整合，在减少人员参与运输的同时，通过系统部件对小车的自动搬运砂、砂箱、板件等进行控制，从而达到提高物流运输节奏的目的，避免了行车转移带来的安全隐患。这一智能解决方案将为汽缸套的铸造工艺带来巨大的好处与便利 [3] 。
2. AGV机器人概念
AGV (Automated Guided Vehicle)是自动导引小型车系统的缩写，也称为AGC (Automated Guided Cart)或自动导引车。AGV小车是一种用于自动化物流和内部运输的无人驾驶车辆。AGV小车通常配备了多种传感器和导航系统，以感知周围环境并避免障碍物。这些传感器可以包括激光传感器、摄像头、超声波传感器和接近传感器等。导航系统可以使用地图、编码器或其他定位技术来确定位置和导航路径 [4] 。AGV小车通常采用导引方式进行操作，它们遵循预先设定的路径或导引线路进行移动，导引方式可以通过多种方式实现，包括磁性导引、激光导引、视觉导引和惯性导引等。AGV小车的控制系统通常由中央计算机或控制中心进行监控和管理。通过预先编程或实时指令，控制系统可以指导AGV小车执行特定的任务，例如从指定位置搬运物料到目的地，或者在仓库中按照特定的路线进行存储和分拣。
AGV运输系统已经发展成为物流系统中主导的专业之一，并逐渐向产业化发展，成为企业智能化装备不可缺少的组成部分。AGV小车的优点包括提高生产效率、降低劳动力成本、减少人为错误、提高安全性和灵活性等。它们可以在24小时不间断运行，减少了人力搬运的繁重劳动，同时提高了物流操作的精确度和速度。
3. 系统设计
3.1. 工艺布局设计
根据智能工厂工艺布局根据布局规划编制AGV行车路径，并与对接设备/工位建立AGV调度系统和连接。当AGV接收到指令时，调度系统会迅速做出反应，将货物的起止点信息及时传输给AGV，使其能够按照预先规划的路线精准地完成搬运任务 [5] 。此外，通过遥控器等物理按钮或智能指令，AGV也可以进行远程操作，从而大大提升搬运效率。
3.2. 信息流流转
为了提升AGV的效率和精准度，我们在其上安装了扫码枪，并在其搬运的物品(如砂箱、模板和托盘)上标记出可识别的条码，以便在搬运过程中，AGV能够快速识别出物品的信息，并将其传输至调度系统，以便它能够根据需要及时发送给上位机或接收机 [6] ，从而实现信息的快速传输。
3.3. 对接控制
在气缸套铸造中，AGV可用于自动运输和对接。对于输入和输出，都应有当具体的对接策略，下面将叙述在对设备的输出工作时的对接控制流程，输入工作与输出工作的要点一致。
铸造设备完成铸造任务后，发送“铸造完成”指令，并通过专用编码规则生成标记，用于记录铸造产品的相关信息。达到规定的时间后，与AGV自动对接。首先确定铸造设备是否处于异常或突然停止状态。如果设备异常，则通过适当的提示消息通知操作员检查恢复设备的状态。如果设备状态良好，执行相关指示，将相应的铸造设备零件放置到特定的安全位置，并锁好铸造设备安全门锁等相关零件，以防止在正常对接过程中的人为干预 [7] 。
铸造设备在完成一系列基础准备工作后，向调度系统发出“输出请求”指令，它汇集了铸造设备的详细参数，以及产品的相关信息，并且可以及时传达给操作人员，使其能够更加清晰地掌握整个对接过程。当调度系统收到对应设备的“输出请求”指令后，它可以根据AGV自动运输车的实时状况，将任务分配给AGV自动运输车，从而更加高效地完成任务。AGV可以通过接收“输出请求”指令，并对相关设备进行精确的调整，从而达到“输出请求”所需的最优性能。
AGV自动运输车到达指定位置后，AGV必须由专门的对接感应装置进行“握手”确认，若“握手”未成功，则会出现一系列的等间隔的循环握手，以此来确保AGV自动运输车的安全性。若“握手”仍未成功，则会终止AGV自动运输车的对接，并转入手动对接模式，由操作员进行处理。如果初次握手成功或者在有限的等间隔周期内握手成功，自动对接将继续。
“握手”成功后，解锁铸造设备的相关安全部件，AGV自动运输车的传输通道开始运行，向铸造设备发出“输出”指令。当铸造设备接到“输出”指令时，铸造设备辊道装置将立即运行，将铸造产品工作平台运至AGV。当工作平台被发送到AGV时，AGV将向铸造设备发送“交付完成”指令。此时，辊筒两侧将停止运转，AGV将装载的工作平台上的铸件将移到特定的清理位置。此时，调度系统将铸造设备空闲标记，铸造设备等待空闲工作平台输入，工作平台输出完成。
3.4. 调度系统
AGV调度最重要的目标是最小化任务完成时间，其受到多项决策的影响 [8] ：
(1) 任务定序分配。决定分配给每个AGV的任务及执行这些任务的顺序。
(2) 路径规划。选择最优路径为AGV执行所分配的任务，一般以耗时最短或以总长度最短的路径为最优路径。
(3) 冲突管理。解决各AGV之间可能发生的碰撞冲突。
以上3个问题是相互依存的，确定AGV的任务分配是计算路径规划的先决条件，在选择AGV的执行路径后才能判断碰撞冲突是否会发生。AGV调度问题的数学模型可以表示为 [9] ：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
模型中，公式(1)为最小化的目标函数，其中
为分目标函数，共有k个对应分目标的权重，将它们设定为最终获得多目标综合最优解的成本、时间、距离等等。(2) (6)是一种常见的调度模型约束形式，通常是非负整数 [10] 。其中(2)和(3)为不等式限制，(4)为等式限制，(5)和(6)为0~1变量限制。(1)到(6)中的约束条件限定了任务路径，限定了任务顺序，限定了作业的连续性，限定了时间窗口，限定了电量。
4. 对比分析
将AGV应用于气缸套铸造中，可以带来许多优势。
(1) 通过使用AGV自动运输车来自动化运输和对接工作，可以大大减少人力操作，提高生产效率。据统计，在降低人为干预的同时，减少生产过程中的人为错误率，提高产品的一致性和质量。根据自动化工厂实践，从设备效率统计图 [11] 中可以看出，使用AGV自动运输车可以提高20%以上的生产效率。
(2) AGV自动运输车具有更高的运输效率和准确性，能够快速、精准地将铸造产品输送到目标位置。AGV自动档运输车的使用，可以使生产周期大大缩短，生产速度得到提高。将AGV自动运输车应用于气缸套铸造中，可以将生产周期缩短至30%以下，同时降低了生产成本。
(3) AGV自动档运输车在生产线上还可以增加灵活性和伸缩性。在生产线上，通过与其它自动化设备的联动，AGV自动运输车可以实现自动化、智能化的生产工艺。
(4) 物流设备无停机时间，24小时运行，能够实现生产线的全天候自动化运作，提高生产效率和生产能力。
(5) 信息化程度提高。有效解决了在各生产环节依赖人工传递信息的难题。方便信息的管理，使生产链更加可靠。
(6) 安全风险消除。自动化生产减少了人员参与，规避了吊车等大型运输装置带来的安全隐患，避免了运输等过程中人员的安全风险。
与传统的铸造生产线相比，应用AGV自动运输车可以带来显著的差异。同时，传统生产线往往缺乏灵活性和可扩展性，难以应对需求变化，容易出现人为错误、生产效率低下。而应用AGV自动运输车后，生产过程实现了自动化和智能化，生产效率大大提高，同时灵活性和可扩展性也得到了提升。随着技术的不断发展，AGV自动运输车的未来应用前景将更为广阔，可能通过更深度的智能化和自主化实现更多创新，进一步推动工业生产的现代化。
基金项目
【2022年河南省职业院校省级骨干教师培育计划】教职成【2023】14号。