| 标题 | 基于多智能体的空调外机柔性生产系统研究 |
| 范文 | 高志成 文晨锐 杨歆豪 倪俊芳 周东风 杨波 摘 要：传统空调外机的生产需经多部分组装，生产效率不高。考虑到提高生产效率，提出了基于多智能体的柔性生产系统，配合物流小车RGV的输送功能，提高了各工位对不同型号大小的元器件的适应性。经现场测试验证，生产良品率可提高60%，精度达到±0.02mm一下，并且能实现不同机型的生产操作。 关键词：多智能体；柔性；生产系统 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.001 0 引言 现如今，空调已成为生活中不可或缺的电器。一方面，需求的增加导致空调的生产要求越来越高。另一方面，空调制造工序复杂、生产效率低、人力成本高和生产不良率高。这两方面的问题都需要得到迫切解决。 柔性生产系统能够适应加工对象变换以及满足对产品多品种、小批量的加工要求[1]。目前国内空调生产线大多针对单一机型进行生产，且自动化程度一般。本文提出的基于多智能体的空调柔性生产系统，具有较高自动化程度的空调精密组装和性能检作业。刘文浩、包亚萍等人设计了一套空调生产信息系统，但自动化程度并没有明显提高[2]。应小昆、李济龙等人设计了一条柔性生产线，并协同AGV动作[3]。这种设计只适合小批量以及小型加工对象的装配生产。针对压缩机，张洋洋设计了基于多智能体的诊断系统，这套系统已经投入使用，现场运行结果较好[4]。因此，将多智能体运用到大型生产中，必能提高生产效率。 目前市场上的空调产品种类繁多，但结构近似，尤其从装配工艺上看存在大量的重复性，其在结构、尺寸上变化对产品族装配工艺规划影响很小，这些特点为柔性生产线的设计提供了前提条件，再者，早期的空调生产线自动化程度不高。本文提出将柔性生产以及多智能体运用到大型空调外机生产系统中，配合RGV小车的输送能力，提高生产自动化程度，提高效率。 1 多智能体空调柔性生产系统的工艺流程 该空调柔性生产系统结合智能化物流小车RGV和工业机器人[5]，提高了空调制造产线的自适应性，大幅度提高工序间的效率。其生产工艺流程图如图1所示。该生产系统分为两部分：冷凝器部装生产线和总装生产线。冷凝器部装生产线由自动折弯机、冷凝器自动上下料装置、冷凝器上线工装板升降台，部装焊接输送线体、工装板回板升降机、工装板返板自动90度旋转台，冷凝器AGV输送车，冷凝器旋转翻转台、工装板、真空箱系统、返修进出口（无动力）和返修小车等组成。总装生产线由输送自动RGV电气小车、环形导向轨道及地下滑触线、玻璃围房（性能检测房、检漏房、绕膜打包暂存区线体）、自动化半自动化非标设备（含辅助工作站台、顶升平移机构、液压升降台）等组成。 利用RGV有轨电气小车承载产品实现环形流转，各自动化设备和操作站点设立停车装置实现小车停留，小车具备升降功能，便于操作高度调节舒适性。装配、抽空、绕膜、打包等所有工序均在 RGV 车上完成，检测和返修采用进出站作业。生产小机型可将产品物料车挂靠RGV小车随动装配。 2 多智能体空调柔性生产系统的设计框架 引入多Agent技术[6]的空调外机生产制造系统，其设计结构如图2所示。整个系统包括四个主要的Agent，分别是主线Agent、分装线Agent、监控Agent以及生产任务Agent。使得系统的兼容性大幅提升，可同时适应多种型号的空调外机频繁切换生产，在提高企业生产效率的同时，大幅节约不同型号切换带来的不便捷，省时省力。 主线Agent采用集中控制方式，遵循预先设计的方案。主线Agent主要包括底盘上线Agent、压缩机装配Agent和冷凝器装配Agent。该单元根据具体的产品型号明确工艺流程、生产节拍和产量要求，从而确定下辖装配工作单元Agent是否启用，启用数量以及启动的先后次序。整个生产流程中，主线Agent不参与对分装线Agent决策，只收集分装线Agent的任务完成度情报并加以整合，提供给中央控制室进行实时监控与决策[7]。 分装线Agent需要满足主线工位对装配任务的到达时间和到达地点的具体要求，而对于分装线Agent内部的任务分配、调度方式完全由分装线Agent自主决策完成。以整个任务批量为单位，辅以一定的调度优化算法并且合理安排生产任务，可以提高生产效率和设备利用率。分装线Agent主要包括：冷凝器装配Agent，检测Agent（漏检、氦检、性能检、卤检）、配件Agent（装侧板、叶轮、电机、抽真空、装电控）、包装Agent以及下线Agent。 监控Agent主要负责采集各工位关键部件处的状态信号，并对信号进行数据处理和分析，监测采集到的信号是否发生异常，若监测Agent监测到某一信号异常，则会发送一个异常信息报告，以便信号的后续处理。同时还要将实时信号存入数据库的相应表中，以提供给其它Agent。 由于不同型号的空调外机在外形尺寸、部件个数及截面形状、重量等方面各有不同，所以在主线Agent、分装线Agent和监控Agent的工作过程中需要针对不同型号进行调整。生产任务Agent基于机器视觉扫码技术，在生产任务开始阶段及时将相关型号信息发送给各Agent，各Agent通过搜索相关数据库明确其在整个生产任务中的需要达成功能和扮演的角色。 3 多智能体空调柔性生产系统通信设置 整条线配置 1 台总服务器，19 台工位数据录入查询计算机（线体配置 11 台、氦检、加油专机设备配置8台）。实现所有产品在线状况，各产品在各工序参数、设备状况、员工操作许可、开班时间、效率统计等记录和计算，物料配套及时配送系统与 RGV 系統实现互联，所有信息可在大屏幕上显示和公布（配3台55寸显示屏），异常报警发送至公司管理网络。其中1台大屏幕显示线体动态图，另外2台显示生产看板数据。生产线信息化系统如图3所示，以压缩机上线装配为例，具体可分为初始化、上料、影像定位、拾取、二次定位这五部分。 （1）初始化—上位机、下位机信息流及监视数据如各工站运行状况，工艺制程完成情况等初始化，具体有机器人程序的复位、RGV小车直线伺服电机原点的回归、无线通讯存活信号的测试、通讯模块的联机准备、真空及压缩空气等气缸的复位以及影像坐标原点的校正。通过CCD拍摄工作台面，采用Vision Pro图像软件和VB.net数据软件开发，进行初始位置对准。 （2）上料——压缩机散置于工作区域，均匀分布且不重叠，无位置要求。 （3）影像定位——CCD拍摄固定区域压缩机图像，经CCD系统处理器处理图像，采用Vision Pro图像软件和VB.net数据软件的算法研究，获取压机中心点坐标值与其轮廓角度位置。 （4）拾取——PLC 获得具体图像数据（坐标值），通过以太网通讯将数据传送给机器人固定接收端，机器人通过判断确认数据是否丢失或错误，在正确的情况下，结合当前位置，进行坐标偏移。PLC自动或手动采集的关键装配物料信息、品质信息、设备状态传送到MES实现追溯。通过扩展RF120C模块，PLC S7-1200 通过集成射频识别（RFID，Radio Frequency Identification），采集空调的条码信息传送给MES实现追踪。 （5）二次定位——由于抓取作业时，气缸收缩导致夹爪与压机间产生微小坐标值与角度的偏移，所以在放料移动过程中，机器人先将压缩机放置在扫码平台，在进行信息录入的同时，利用气缸进行二次定位，满足后续精确放置的需要。 线体各自动化设备预留以太网口，开放修改方法，便于修改参数和条码系统对接。每台 RGV 小车均安装一台 RFID 电子标签卡，相应工位安装识别仪器可自动读出小车编号和承载产品信息，并发送给总控便于整条线自动信息采集。其中1台大屏幕显示线体动态图，另外2台显示生产看板数据填盘——经二次定位后，机器人定点抓取压机，移动至压机与底盘结合部，利用CCD进行视觉定位，完成整个作业。 基于MES的智能化生产管理系统[8]，解决了数据格式兼容性、通信协议统一化等难题，具有生产计划安排、信息分析统计、设备状态实时监测等功能，全面记录操作、配件更换、维修等信息，实现整个车间的统一管理和数字化生产。 4 系统测试运行 冷凝器部装线上，性能良好的冷凝器经AGV输送进入翻转工位，并实时定位，手动触发控制，由机器人自动抓取送至总装输送线小车上，见图4。 总装线上，操作人员利用助力机械手将底盘取上线，如图5所示，随后人工固定底盘螺钉，贴条码确定产品型号。 整个空调柔性生产系统利用RGV有轨电气小车承载产品实现环形流转，RGV小车沿轨迹行进或停止，定位误差<20mm，小车线速 5-20m/min 可调。轨道及滑触线采用埋入式潜伏于地面以下，保证供电安全、滑触可靠，滑触线采用多级刷式胶条半密封。小车车体可升降，小车设计高度 350mm-700mm 可调，车辆上平面设置平移链保证产品移出移入，车架及车轮可承重 700KG，运行平稳无噪音[9]。每台车架设计可安装加长支架，制作大机型时可快速插入，随之相关防保护等移位安装，见图6所示。 5 总结 本文运用多智能体技术提高空调外机柔性生产系统的生产效率，通过对智能体模型的建立、智能判断决策模块和机械控制执行模块的设计，使柔性生产系统的重构性与鲁棒性得以提高。经测试，单压机产能可达120 台/10h（节拍 270 秒/台），双压机产能50 台/10h（节拍 600 秒/台），精度达到±0.02mm以下，生产的良品率提高60%。 参考文献： [1]葛捷.柔性自动化生产线中的轮毂型号自动识别系统的开发[D].西华大学，2013. [2]刘文浩，包亚萍，童国道.空调生产线信息化系统设计与应用[J].组合机床与自动化加工技术，2016（09）：78-81. [3]应小昆，李济龙，曲强，鄢泳，苗洋，刘美娟.基于AGV动态调度的柔性生产线的協同生产[J].新技术新工艺，2019（01）：21-24. [4]张洋洋.基于多Agent技术的往复式压缩机在线智能诊断系统研究[D].大连理工大学，2012. [5]朱玉坤.PLC技术在工业机器人中的应用[J].山东工业技术，2019（05）：174. [6]张宇.基于多Agent的石膏砌块粉料调度系统研究[D].重庆大学，2012. [7]朱福喜，杜友福，夏定纯.人工智能引论[M].武汉：武汉大学出版社，2006. [8] 王伟达.动态的车间环境下自适应调度器及其关键技术研究[D].哈尔滨工业大学，2008. [9]朱涛，刘辉，李严，闵广东.有轨制导车辆（RGV小车）的设计[J].衡器，2018，47（10）：36-37+40. 作者简介：高志成（1998-），男，江苏盐城人，本科在读，研究方向：工业自动化。 |
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