中國自動導引車（AGV）系統技術與應用十年回顧與展望

選自《物流技術與應用》 

 

   自動導引車系統的英文全文是Automatic Guided Vehicle System，縮寫是AGVS。AGV是集光、機、電技術於一體的高科技產品，隨著電子器件和控制技術的發展，AGV的技術也不斷的提高，而且許多新技術都應用到AGV或AGVS上。鐳射技術的應用使AGV實現虛擬路徑的導航和安全保護；無線區域網的應用使AGV的排程實時性更強，是AGV排程技術的一場革命；現場匯流排的應用使AGV的可靠性和可維護性得到提高；RFID的應用使AGV與地面系統的資訊互動量更大，自適應性更強。 

    國外AGV的發展源於20世紀50年代，最早是英國人首先開發出電磁導航的簡易AGVS。60-70年代，AGV開始用於柔性生產線和汽車的裝配線上，同時瑞典NDC公司開發了AGV的第一代控制器。到80年代中期，歐洲的AGV保有量達到了4000臺左右。到了90年代初，瑞典NDC公司開發出了第四代的鐳射導引AGV系統，同時荷蘭的FROG推出了網格導航技術。2000年比利時的EGEMIN開發了複合導航技術，2004年美國DANAHER MOTION（收購了NDC公式）推出了基於匯流排開放結構的AGVS控制系統NDC8。 

    中國AGV的發展起步比較晚，1976年，北京起重運輸機械研究所研製出了第一臺AGV樣機。1988年郵電部北京郵政規劃院開發了郵政分揀用的AGV系統，當時在國內引起很大的轟動。中科院瀋陽自動化所從1985年開始一直從事AGV的基礎研究，獲得了大量的基礎資料和研究成果。在1991年前該所做了兩輪的AGV樣機，為以後的產品化奠定了基礎。1991年中科院瀋陽自動化所/瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司開發了用於汽車動態裝配的AGV系統，並獲得了中科院科技進步二等獎和國家科技進步三等獎。國內的部分高校也對AGV的相關技術問題進行了研究，並取得了一定的成果。從1991年到1996年，這5年時間應該是中國AGV發展的最困難的時期。由於技術條件的限制，首先是國內使用者對AGV缺乏認識，專案幾乎沒有；另外一些專案做失敗了，一些專案被拆除，這些對中國的AGV行業是一個沉重的打擊。這段時間好多單位從事AGV專案的技術人員紛紛改行，相當於AGV行業的黎明前的黑暗。 

    黑暗過去了，必將是黎明的到來。 


    1． AGV的十年發展歷程 

    經過了1991年到1996年的所謂黑暗階段，從1996年開始，中國的AGV行業又開始活躍起來。講到AGV發展的十年曆史，必然從兩個層面來敘述：自主研發和引進技術。這兩個層面代表著AGV發展的兩股勢力，它們相輔相成，都得到了很大的發展，未來也將是這兩股力量協調發展，共同提高。 

    概括起來，自1996~2006年，這十年的發展歷程可以分為三個階段： 

    █ 技術研發和引進消化階段（1996-2000） 

    █ 大面積的工程實施和現場經驗的積累階段（2001-2003） 

    █ 新行業的擴充階段（2004-2006） 


    （1）技術研發和引進消化階段（1996~2000） 

    自主研發 

    經過了所謂的1991~1996年的黑暗階段，好多研究單位放棄了AGV的研發工作，比如當時的北京起重所、大連組合機床研究所和北京郵政規劃院等。像中科院瀋陽自動化所和一些高校在“863”計劃和其他渠道的支援下，從移動機器人的角度接著對AGV相關技術進行研究。 

    由於工程專案比較少，在這段時間裡，中科院瀋陽自動化所對AGV的基礎理論進行了更深層次的研究和試驗驗證，對導航方法、輪系結構、控制演算法等進行研究和驗證，取得了許多關鍵的資料，為下一步的工程化奠定了堅實的基礎。 

    1996年，中科院瀋陽自動化所完成了出口韓國三星航空的AGV專案，當時的AGV控制器還是8088系列的CPU，也是最後一批應用8088系列CPU的專案。從1996年中期開始，AGV控制器都升級到了80486檔次的CPU。 

    1996年，中科院瀋陽自動化所首先將無線區域網應用到了AGVS的通訊系統，在世界上也是最早應用無線區域網的公司之一。無線區域網的應用是AGVS排程系統的一場革命，大大提高了AGVS系統排程的實時性，提高了AGVS系統的效率。 

    1996年，中科院瀋陽自動化所完成了磁導航AGV的開發，並將磁導航技術應用到柳微的AGVS專案中。 

    1998年，中科院瀋陽自動化開發出了基於磁導航技術的全方位的AGV裝配系統，並將該系統用於一汽轎車廠的總裝車間。 

    1996~2000年，長春吉大易飛智慧車輛有限責任公司先後開發了基於視覺導航的AGV原型車和用於柔性生產的AGV系統。 

    技術引進 

    1996年，玉溪捲菸廠引進了52臺韓國三星電磁導引的AGV，算得上國內採用最多的AGV系統。由於受到技術條件的限制，如電池技術、通訊技術等，才需要這麼多的AGV。如果採用現有的技術，絕對不需要那麼多臺AGV，後來的技術改造也證明了這一點。 

    同年，昆明船舶裝置集團成為NDC的合作伙伴，全面引進了AGV技術，並將該技術用於紅河捲菸廠的技術改造。昆明船舶裝置集團的技術人員經過不到三年的艱苦努力，完全掌握和消化了引進的AGV技術，順利完成了工程專案，得到使用者的好評，同時開發了幾個型號的AGV產品。 

    這段時間，國內的幾家菸廠引進了國外全套的物流自動化系統，在系統中同時引進了AGV系統，主要是SWISSLOG公司整合的ROCLA的AGV產品和日本大福的AGV系統。 

    （2）大面積的工程實施和現場經驗的積累階段（2001~2003） 

    自主研發 

    AGV 畢竟是一個比較新的產品，人們對它的認識需要時間。經過一段時間的執行和深入的研發，AGV的作用與可靠性得到使用者的認可。瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司（2000年註冊，前身是中科院瀋陽自動化所）開始在汽車行業大規模推廣使用AGV。因為AGVS是一個工程專案，在工程中積累了豐富的經驗，再將這些經驗應用到AGV技術的研發上，使AGV的效能更貼近使用者的需求，系統的可靠性更高。瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司在汽車總裝和零部件行業取得了驕人的業績。 

2001~2003年，在自主研發方面又出現了上海富洋科技發展有限公司。該公司依託高校的技術和自身在報紙印刷行業的影響，開發了應用於報業的、低成本的自動上紙AGV輸送系統。這主要是以電磁導引技術為主，結合紙庫管理的AGV自動輸送系統。 

    技術引進 

    經過紅河專案的洗禮，昆明船舶裝置集團公司在菸草行業大力推廣鐳射導引的AGVS，同時也進行了大力度的宣傳工作，使菸草行業由開始認識到逐步認可了AGV產品，開始大量使用AGV，尤其是用於輔料的輸送；同時昆明船舶裝置集團公司通過諸多專案的實施，積累了豐富的經驗，對產品不斷優化，使AGV產品無論是外觀還是可靠性方面都得到了相當程度的提高。在菸草行業，昆明船舶裝置集團公司的業績遙遙領先。2003年，昆明船舶裝置集團公司生產的AGV數量已經超過了100臺，並舉行了第100臺AGV 的下線儀式。 

    2003年，北京機科發展公司為了提高企業的綜合競爭力，引進了NDC的AGV系統技術，成為NDC的合作伙伴。目前，北京機科發展公司的AGV主要應用在金融行業。 

    （3）新行業的擴充階段（2004~2006） 

    自主研發 

    2004年，瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司開發出了自主智慧財產權的鐳射導引AGV系統，填補了國內鐳射導引AGV的空白。同年，該公司完成的AGV專案的訂單中，AGV的數量達到了104臺，主要應用在汽車總裝和零部件的裝配行業。 截止到2006年8月，瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司的AGV市場保有量已經超過了300臺。在這段時間裡，上海富洋科技發展有限公司也完成了近10個AGV工程專案，銷售AGV的數量也在50~60臺之間，在印刷行業處於領先地位。昆明船舶裝置集團公司也在研發具有自主產權的AGV系統，雖然應用的系統不是很多，但是也邁出了自主研發的腳步。 

    技術引進 

    2004年底，瀋陽新鬆機器人自動化股份有限公司為了覆蓋全AGV的產品面，依靠自己在汽車行業的業績和研發能力，成為NDC的全球戰略合作伙伴。北京的中郵科技也引進了NDC的技術，成為了NDC的合作伙伴。2005年，太原剛玉物流工程有限公司引進EGEMIN的AGV技術，成為EGEMIN的國內合作伙伴。 

    綜上所述，國內無論是自主研發還是引進技術，AGV的供應商已經有5~6家。對於中國的客戶來講，AGV還是一個奢侈品，能夠採購AGV的企業都是高階客戶，AGV的供應商要想在AGV市場佔有一席之地，避免價格戰，就必須擴充新的行業領域，引導消費者。 

    2004年，ROCLA為了擴充中國的市場和為以前的使用者提供更好的服務，在上海設立了分支機構。ROCLA是NDC的合作伙伴，在歐洲是最大的AGV供應商，該公司在過載AGV方面具有相當的優勢和業績。韓國的SMC也是NDC的合作伙伴，在韓國也是最大的AGV和自動化物流系統的供應商，為了在中國市場佔有一席之地，該公司在深圳成立了辦事機構。SMC的業務目前主要是面對韓資企業，最早引進的玉溪捲菸廠的自動化物流系統專案SMC也參與了其中的工作。 


    2． AGV的市場需求分析 

    AGV的市場目前主要是高階市場，主要有應用在菸草、汽車製造、汽車零部件、製藥和報紙印刷行業。 

    AGV每年的需求量變化很大，2004年大約有150臺左右的需求量；2005年大概只有50臺左右；2006年預計不超過100臺。市場需求變化的幅度比較大，使AGV供應商很難適應市場的波動，所以任何一家供應商都不能只做AGV單一產品，為了生存必須開展其他業務。 

    總體來看，AGV的市場空間還是有的，但是需要AGV供應商去開拓和引導。在國外，AGV的使用非常普遍，主要原因是國外的人員成本太高，使用AGV後可以很快收回成本。目前在國內，由於勞動力成本還比較低，所以AGV的需求不是很強烈，但是隨著勞動力成本的提高，需求量會逐漸增加。這就需要AGV供應商做更深一步的工作，將市場細分，並引導消費者採用AGV產品。同時，我國的AGV也可以進入國際市場，畢竟我國的人員成本比歐洲和美洲便宜得多，面臨的主要問題是售後服務網路的建設問題。 


    3． AGV的技術發展 

    AGV是技術含量比較高的產品，AGV技術是集光、機、電、計算機和通訊等技術為一體的綜合性技術。AGV技術隨著相關技術的發展而發展，不斷採用新技術使AGV系統的效能不斷提高，滿足了人們對AGV的更高期望。 

    AGV的技術發展表現在以下幾個方面： 

    █ 導航技術的發展 

    導航技術是AGV的關鍵技術之一，導航方法從最初的固定路徑的電磁導航發展到半固定路徑的磁導航和光帶導航，又發展到無路徑的鐳射導航和陀螺導航，將來的發展趨勢是無路徑的視覺導航技術。 

    █ 通訊技術的發展 

    通訊技術最早是伴隨電磁導航的磁感應通訊方式，接著就是定點光通訊和全域性的光通訊，再有就是無線的調變解調器，現在應用的是無線區域網。無線區域網的頻寬也從3M到54M，從802.11到802.11b和802.11g。 

    █ 供電技術的發展 

    最早在AGV上使用的電池都是鉛酸電池，這種電池由於充電時間比較長，只能是單班生產，要實現雙班或三班生產需要交換電池，用起來比較麻煩。後來出現了鎳鉻電池，這種電池可以大電流充放電，充放電時間比可以達到1：8~10。這樣AGV可以實現24小時連續執行。由於在鎳鉻電池的生產過程中對環境的汙染比較嚴重，所以人們開始研究無汙染的鎳氫電池和鋰電池，目前已經有產品在AGV系統上試用。由於國外對環保的要求較高，目前中國成了AGV鎳鎘電池的最大的生產商之一。 

    █ 驅動技術的發展 

    從電機的角度來講，從直流伺服電機發展到交流伺服電機。直流伺服電機啟動力矩大，需要保養；而交流伺服電機噪音低，不需要保養。兩種電機各有優缺點，發展趨勢還是交流電機要取代直流電機。 

    █ 控制模式的發展 

    最早的AGV基本都是速度環控制，控制的精度不是很高，安全性也不能完全滿足要求。隨著AGV技術的發展，AGV的控制模式都是位置環控制，完全解決了速度環控制的不足問題。 

    █ 控制系統結構的發展 

    從控制器的結構看，早期的AGV控制器基本都是集中式的結構，以控制器為中心向其他元件輻射的結構，佈線比較多，I/O裝置的冗餘度比較大。新的控制器結構採用匯流排式的結構，佈線比較簡單，系統很容易裁減，維護方便。 

另外需要提及的是AGV的標準化建設。由於AGV的市場形成比較晚，我國還沒有AGV的正式標準。各個AGV供應商分別參考日本標準或歐洲標準，形成自己的企業標準。比如新鬆的標準是Q/ZDH.J02.01-2003，目前新鬆正在起草和申報國家標準。 


    4． 未來幾年AGV的發展趨勢 

    AGV供應商的發展狀況： 

    目前，國內已有5~6家AGV供應商，各個AGV供應商都有自己的行業優勢。比如，昆船在菸草行業優勢比較明顯，新鬆在汽車和零部件行業的優勢比較大，機科發展在印鈔行業比較領先，上海富洋在報業行業有較多的業績。因為國內的AGV市場容量還比較小，所以AGV供應商增加的可能性不會很大。每個供應商在自己的優勢行業繼續保持現有的優勢，同時必須開闢一些新的應用行業領域。為了避免價格戰的發生，各個AGV供應商必須尋找自己的差異化設計，突出自己的特點和經驗。此外，要想在AGV市場站住腳，只有AGV產品是不夠的，必須具有物流自動化系統的整合能力，才能在專案中將AGV整合到系統中，作為系統的一個重要組成部分。 

    市場需求分析： 

    AGV的市場目前看是一個不穩定的市場，每年的需求量變化很大，但是總體趨勢還是增長的，增幅應該在20%左右。在國外，AGV主要用在物流自動化系統中，而且比較普遍。由於國內勞動力成本的低下，用人比用裝置要便宜得多，所以採用AGV的使用者基本都是高階使用者，而且好多使用者還有形象工程的考慮。今後隨著中國勞動力成本的提高和生產自動化的需要，AGV的需求量會逐漸擴大，應用的行業面也會越來越廣。但是這需要一定的時間，我個人認為大約需要3~5年。 

    國內的AGV供應商可以考慮一部分產品的出口，AGV畢竟技術含量比較高，短時間內可以利用國內較低的勞動力成本，在國際市場佔有一席之地。 

    技術發展趨勢： 

    AGV的技術發展同其他相關技術的發展緊密聯絡。從導航方式上看，逐漸朝著無路徑的導航方式發展；從通訊方式看，朝著更快捷、更準確的通訊方式發展；從驅動的角度，交流驅動方式會逐漸代替直流驅動方式；從控制系統結構角度，匯流排結構的控制系統將代替傳統的AGV的控制器結構；AGVS從原來的封閉式結構逐漸朝著開放式的結構發展。 

    總之，隨著AGV應用範圍的不斷擴大，低成本的AGV的需求量會越來越大，AGV的技術也將朝著簡潔的、低成本的方向發展。