中国自动导引车系统技术与应用十年回顾与展望

   自动导引车系统的英文全文是Automatic Guided Vehicle System，缩写是AGVS。AGV是集光、机、电技术于一体的高科技产品，随着电子器件和控制技术的发展，AGV的技术也不断的提高，而且许多新技术都应用到AGV或AGVS上。激光技术的应用使AGV实现虚拟路径的导航和安全保护；无线局域网的应用使AGV的调度实时性更强，是AGV调度技术的一场革命；现场总线的应用使AGV的可靠性和可维护性得到提高；RFID的应用使AGV与地面系统的信息交互量更大，自适应性更强。 

    国外AGV的发展源于20世纪50年代，最早是英国人首先开发出电磁导航的简易AGVS。60-70年代，AGV开始用于柔性生产线和汽车的装配线上，同时瑞典NDC公司开发了AGV的第一代控制器。到80年代中期，欧洲的AGV保有量达到了4000台左右。到了90年代初，瑞典NDC公司开发出了第四代的激光导引AGV系统，同时荷兰的FROG推出了网格导航技术。2000年比利时的EGEMIN开发了复合导航技术，2004年美国DANAHER MOTION（收购了NDC公式）推出了基于总线开放结构的AGVS控制系统NDC8。 

    中国AGV的发展起步比较晚，1976年，北京起重运输机械研究所研制出了第一台AGV样机。1988年邮电部北京邮政规划院开发了邮政分拣用的AGV系统，当时在国内引起很大的轰动。中科院沈阳自动化所从1985年开始一直从事AGV的基础研究，获得了大量的基础数据和研究成果。在1991年前该所做了两轮的AGV样机，为以后的产品化奠定了基础。1991年中科院沈阳自动化所/沈阳新松机器人自动化股份有限公司开发了用于汽车动态装配的AGV系统，并获得了中科院科技进步二等奖和国家科技进步三等奖。国内的部分高校也对AGV的相关技术问题进行了研究，并取得了一定的成果。从1991年到1996年，这5年时间应该是中国AGV发展的最困难的时期。由于技术条件的限制，首先是国内用户对AGV缺乏认识，项目几乎没有；另外一些项目做失败了，一些项目被拆除，这些对中国的AGV行业是一个沉重的打击。这段时间好多单位从事AGV项目的技术人员纷纷改行，相当于AGV行业的黎明前的黑暗。 

    黑暗过去了，必将是黎明的到来。 


    1． AGV的十年发展历程 

    经过了1991年到1996年的所谓黑暗阶段，从1996年开始，中国的AGV行业又开始活跃起来。讲到AGV发展的十年历史，必然从两个层面来叙述：自主研发和引进技术。这两个层面代表着AGV发展的两股势力，它们相辅相成，都得到了很大的发展，未来也将是这两股力量协调发展，共同提高。 

    概括起来，自1996~2006年，这十年的发展历程可以分为三个阶段： 

    █ 技术研发和引进消化阶段（1996-2000） 

    █ 大面积的工程实施和现场经验的积累阶段（2001-2003） 

    █ 新行业的拓展阶段（2004-2006） 


    （1）技术研发和引进消化阶段（1996~2000） 

    自主研发 

    经过了所谓的1991~1996年的黑暗阶段，好多研究单位放弃了AGV的研发工作，比如当时的北京起重所、大连组合机床研究所和北京邮政规划院等。像中科院沈阳自动化所和一些高校在“863”计划和其他渠道的支持下，从移动机器人的角度接着对AGV相关技术进行研究。 

    由于工程项目比较少，在这段时间里，中科院沈阳自动化所对AGV的基础理论进行了更深层次的研究和试验验证，对导航方法、轮系结构、控制算法等进行研究和验证，取得了许多关键的数据，为下一步的工程化奠定了坚实的基础。 

    1996年，中科院沈阳自动化所完成了出口韩国三星航空的AGV项目，当时的AGV控制器还是8088系列的CPU，也是最后一批应用8088系列CPU的项目。从1996年中期开始，AGV控制器都升级到了80486档次的CPU。 

    1996年，中科院沈阳自动化所首先将无线局域网应用到了AGVS的通讯系统，在世界上也是最早应用无线局域网的公司之一。无线局域网的应用是AGVS调度系统的一场革命，大大提高了AGVS系统调度的实时性，提高了AGVS系统的效率。 

    1996年，中科院沈阳自动化所完成了磁导航AGV的开发，并将磁导航技术应用到柳微的AGVS项目中。 

    1998年，中科院沈阳自动化开发出了基于磁导航技术的全方位的AGV装配系统，并将该系统用于一汽轿车厂的总装车间。 

    1996~2000年，长春吉大易飞智能车辆有限责任公司先后开发了基于视觉导航的AGV原型车和用于柔性生产的AGV系统。 

    技术引进 

    1996年，玉溪卷烟厂引进了52台韩国三星电磁导引的AGV，算得上国内采用最多的AGV系统。由于受到技术条件的限制，如电池技术、通讯技术等，才需要这么多的AGV。如果采用现有的技术，绝对不需要那么多台AGV，后来的技术改造也证明了这一点。 

    同年，昆明船舶设备集团成为NDC的合作伙伴，全面引进了AGV技术，并将该技术用于红河卷烟厂的技术改造。昆明船舶设备集团的技术人员经过不到三年的艰苦努力，完全掌握和消化了引进的AGV技术，顺利完成了工程项目，得到用户的好评，同时开发了几个型号的AGV产品。 

    这段时间，国内的几家烟厂引进了国外全套的物流自动化系统，在系统中同时引进了AGV系统，主要是SWISSLOG公司集成的ROCLA的AGV产品和日本大福的AGV系统。 

    （2）大面积的工程实施和现场经验的积累阶段（2001~2003） 

    自主研发 

    AGV 毕竟是一个比较新的产品，人们对它的认识需要时间。经过一段时间的运行和深入的研发，AGV的作用与可靠性得到用户的认可。沈阳新松机器人自动化股份有限公司（2000年注册，前身是中科院沈阳自动化所）开始在汽车行业大规模推广使用AGV。因为AGVS是一个工程项目，在工程中积累了丰富的经验，再将这些经验应用到AGV技术的研发上，使AGV的性能更贴近用户的需求，系统的可靠性更高。沈阳新松机器人自动化股份有限公司在汽车总装和零部件行业取得了骄人的业绩。 

2001~2003年，在自主研发方面又出现了上海富洋科技发展有限公司。该公司依托高校的技术和自身在报纸印刷行业的影响，开发了应用于报业的、低成本的自动上纸AGV输送系统。这主要是以电磁导引技术为主，结合纸库管理的AGV自动输送系统。 

    技术引进 

    经过红河项目的洗礼，昆明船舶设备集团公司在烟草行业大力推广激光导引的AGVS，同时也进行了大力度的宣传工作，使烟草行业由开始认识到逐步认可了AGV产品，开始大量使用AGV，尤其是用于辅料的输送；同时昆明船舶设备集团公司通过诸多项目的实施，积累了丰富的经验，对产品不断优化，使AGV产品无论是外观还是可靠性方面都得到了相当程度的提高。在烟草行业，昆明船舶设备集团公司的业绩遥遥领先。2003年，昆明船舶设备集团公司生产的AGV数量已经超过了100台，并举行了第100台AGV 的下线仪式。 

    2003年，北京机科发展公司为了提高企业的综合竞争力，引进了NDC的AGV系统技术，成为NDC的合作伙伴。目前，北京机科发展公司的AGV主要应用在金融行业。 

    （3）新行业的拓展阶段（2004~2006） 

    自主研发 

    2004年，沈阳新松机器人自动化股份有限公司开发出了自主知识产权的激光导引AGV系统，填补了国内激光导引AGV的空白。同年，该公司完成的AGV项目的订单中，AGV的数量达到了104台，主要应用在汽车总装和零部件的装配行业。 截止到2006年8月，沈阳新松机器人自动化股份有限公司的AGV市场保有量已经超过了300台。在这段时间里，上海富洋科技发展有限公司也完成了近10个AGV工程项目，销售AGV的数量也在50~60台之间，在印刷行业处于领先地位。昆明船舶设备集团公司也在研发具有自主产权的AGV系统，虽然应用的系统不是很多，但是也迈出了自主研发的脚步。 

    技术引进 

    2004年底，沈阳新松机器人自动化股份有限公司为了覆盖全AGV的产品面，依靠自己在汽车行业的业绩和研发能力，成为NDC的全球战略合作伙伴。北京的中邮科技也引进了NDC的技术，成为了NDC的合作伙伴。2005年，太原刚玉物流工程有限公司引进EGEMIN的AGV技术，成为EGEMIN的国内合作伙伴。 

    综上所述，国内无论是自主研发还是引进技术，AGV的供应商已经有5~6家。对于中国的客户来讲，AGV还是一个奢侈品，能够采购AGV的企业都是高端客户，AGV的供应商要想在AGV市场占有一席之地，避免价格战，就必须拓展新的行业领域，引导消费者。 

    2004年，ROCLA为了拓展中国的市场和为以前的用户提供更好的服务，在上海设立了分支机构。ROCLA是NDC的合作伙伴，在欧洲是最大的AGV供应商，该公司在重载AGV方面具有相当的优势和业绩。韩国的SMC也是NDC的合作伙伴，在韩国也是最大的AGV和自动化物流系统的供应商，为了在中国市场占有一席之地，该公司在深圳成立了办事机构。SMC的业务目前主要是面对韩资企业，最早引进的玉溪卷烟厂的自动化物流系统项目SMC也参与了其中的工作。 


    2． AGV的市场需求分析 

    AGV的市场目前主要是高端市场，主要有应用在烟草、汽车制造、汽车零部件、制药和报纸印刷行业。 

    AGV每年的需求量变化很大，2004年大约有150台左右的需求量；2005年大概只有50台左右；2006年预计不超过100台。市场需求变化的幅度比较大，使AGV供应商很难适应市场的波动，所以任何一家供应商都不能只做AGV单一产品，为了生存必须开展其他业务。 

    总体来看，AGV的市场空间还是有的，但是需要AGV供应商去开拓和引导。在国外，AGV的使用非常普遍，主要原因是国外的人员成本太高，使用AGV后可以很快收回成本。目前在国内，由于劳动力成本还比较低，所以AGV的需求不是很强烈，但是随着劳动力成本的提高，需求量会逐渐增加。这就需要AGV供应商做更深一步的工作，将市场细分，并引导消费者采用AGV产品。同时，我国的AGV也可以进入国际市场，毕竟我国的人员成本比欧洲和美洲便宜得多，面临的主要问题是售后服务网络的建设问题。 


    3． AGV的技术发展 

    AGV是技术含量比较高的产品，AGV技术是集光、机、电、计算机和通讯等技术为一体的综合性技术。AGV技术随着相关技术的发展而发展，不断采用新技术使AGV系统的性能不断提高，满足了人们对AGV的更高期望。 

    AGV的技术发展表现在以下几个方面： 

    █ 导航技术的发展 

    导航技术是AGV的关键技术之一，导航方法从最初的固定路径的电磁导航发展到半固定路径的磁导航和光带导航，又发展到无路径的激光导航和陀螺导航，将来的发展趋势是无路径的视觉导航技术。 

    █ 通讯技术的发展 

    通讯技术最早是伴随电磁导航的磁感应通讯方式，接着就是定点光通讯和全局的光通讯，再有就是无线的调制解调器，现在应用的是无线局域网。无线局域网的带宽也从3M到54M，从802.11到802.11b和802.11g。 

    █ 供电技术的发展 

    最早在AGV上使用的电池都是铅酸电池，这种电池由于充电时间比较长，只能是单班生产，要实现双班或三班生产需要交换电池，用起来比较麻烦。后来出现了镍铬电池，这种电池可以大电流充放电，充放电时间比可以达到1：8~10。这样AGV可以实现24小时连续运行。由于在镍铬电池的生产过程中对环境的污染比较严重，所以人们开始研究无污染的镍氢电池和锂电池，目前已经有产品在AGV系统上试用。由于国外对环保的要求较高，目前中国成了AGV镍镉电池的最大的生产商之一。 

    █ 驱动技术的发展 

    从电机的角度来讲，从直流伺服电机发展到交流伺服电机。直流伺服电机启动力矩大，需要保养；而交流伺服电机噪音低，不需要保养。两种电机各有优缺点，发展趋势还是交流电机要取代直流电机。 

    █ 控制模式的发展 

    最早的AGV基本都是速度环控制，控制的精度不是很高，安全性也不能完全满足要求。随着AGV技术的发展，AGV的控制模式都是位置环控制，完全解决了速度环控制的不足问题。 

    █ 控制系统结构的发展 

    从控制器的结构看，早期的AGV控制器基本都是集中式的结构，以控制器为中心向其他组件辐射的结构，布线比较多，I/O设备的冗余度比较大。新的控制器结构采用总线式的结构，布线比较简单，系统很容易裁减，维护方便。 

另外需要提及的是AGV的标准化建设。由于AGV的市场形成比较晚，我国还没有AGV的正式标准。各个AGV供应商分别参考日本标准或欧洲标准，形成自己的企业标准。比如新松的标准是Q/ZDH.J02.01-2003，目前新松正在起草和申报国家标准。 


    4．未来几年AGV的发展趋势 

    AGV供应商的发展状况： 

    目前，国内已有5~6家AGV供应商，各个AGV供应商都有自己的行业优势。比如，昆船在烟草行业优势比较明显，新松在汽车和零部件行业的优势比较大，机科发展在印钞行业比较领先，上海富洋在报业行业有较多的业绩。因为国内的AGV市场容量还比较小，所以AGV供应商增加的可能性不会很大。每个供应商在自己的优势行业继续保持现有的优势，同时必须开辟一些新的应用行业领域。为了避免价格战的发生，各个AGV供应商必须寻找自己的差异化设计，突出自己的特点和经验。此外，要想在AGV市场站住脚，只有AGV产品是不够的，必须具有物流自动化系统的集成能力，才能在项目中将AGV集成到系统中，作为系统的一个重要组成部分。 

    市场需求分析： 

    AGV的市场目前看是一个不稳定的市场，每年的需求量变化很大，但是总体趋势还是增长的，增幅应该在20%左右。在国外，AGV主要用在物流自动化系统中，而且比较普遍。由于国内劳动力成本的低下，用人比用设备要便宜得多，所以采用AGV的用户基本都是高端用户，而且好多用户还有形象工程的考虑。今后随着中国劳动力成本的提高和生产自动化的需要，AGV的需求量会逐渐扩大，应用的行业面也会越来越广。但是这需要一定的时间，我个人认为大约需要3~5年。 

    国内的AGV供应商可以考虑一部分产品的出口，AGV毕竟技术含量比较高，短时间内可以利用国内较低的劳动力成本，在国际市场占有一席之地。 

    技术发展趋势： 

    AGV的技术发展同其他相关技术的发展紧密联系。从导航方式上看，逐渐朝着无路径的导航方式发展；从通讯方式看，朝着更快捷、更准确的通讯方式发展；从驱动的角度，交流驱动方式会逐渐代替直流驱动方式；从控制系统结构角度，总线结构的控制系统将代替传统的AGV的控制器结构；AGVS从原来的封闭式结构逐渐朝着开放式的结构发展。 

    总之，随着AGV应用范围的不断扩大，低成本的AGV的需求量会越来越大，AGV的技术也将朝着简洁的、低成本的方向发展。