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AMR在服装缝制车间生产线中的辅料运输应用

时间:2024-05-08   访问量:204

摘要随着我国劳动力成本不断上涨,目前很多服装工厂面临着人工成本压力,缝制车间生产线的少人化或无人化物料运输需求日益增长。对此,本文针对服装缝制车间的不同辅料需求,提出AMR区域运输和点位运输两种方案,通过AMR的自主导航,实现在复杂环境下的无人化辅料运输,从而帮助服装车间降本增效,实现机器换人的目标,为服装缝制车间从传统劳动密集型工厂到智能化工厂的升级改造提供参照和思路。

关键词:AMR、智能化、缝制车间生产线、无人化辅料运输

引言

目前,我国服装行业正处于智能制造产业升级的重要阶段,越来越多的智能物流设备在服装车间得到广泛应用,传统的服装工厂由劳动密集型向智能化工厂转型成为重要发展趋势。以此为契机,本文通过AMR在服装缝制车间生产线中的辅料运输应用,为服装车间提供更柔性化、智能化的物流解决方案,致力于打造服装行业“未来工厂”的探索应用场景,以自动化、智能化、数字化为核心,秉承“智能创新”的发展理念,助力推进服装制造行业的改革和发展。

移动机器人在服装厂内的应用及导航方式

1.应用分类

在数智化的浪潮下,移动机器人(AGV/AMR)在服装行业逐渐得到广泛应用,在服装行业的物流各工序之间发挥着重要作用。RGV、自动叉车、AGV、AMR四者的迭代关系代表着移动机器人的技术更新路径,然而产品的升级并不受“优胜劣汰”的自然法则所影响,这些技术都在服装行业得到广泛应用,并因其功能不同,受众亦不同。

1)RGV有轨制导车辆

服装缝制车间的物料搬运,通常需要员工利用货物高车进行搬运,由于生产环节具有小批量、需求多、多订单的特点,人员在货物高车选取物料方面较为麻烦。在引入RGV(Rail Guided Vehicle)后(如图1),RGV在高密度存储的立体仓库内,进行环形运输,通过固定的两个出/入站台,按照车间生产计划通过WMS(仓库管理系统)、MES(生产管理系统)进行缝制物料和缝制辅料的运输,打通裁片仓储到预拼合区域的自动化物流。

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图1 RGV有轨制导车辆

2)自动导引叉车

服装缝制车间的布匹每天都需要一名拉布工人进行搬运,人工方式的运输存在着劳动成本较高、托盘放置不精准等现象。在引入自动导引叉车(Automated Guided forklift)之后(如图2),叉车调度系统与车间MES系统进行对接,按照上游WMS系统下发任务,实现智能化物料搬运,可打通缝制整卷布料到松布的自动化物流。

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图2 自动导引叉车

3)AGV滚筒式引导运输车

服装缝制车间的物料周转货箱,通常需要员工进行人工搬运。引入滚筒式AGV(Automated Guided Vehicle)后(如图3),员工通过WMS系统下发任务,AGV到达固定的物料接收站点进行缝制物料的运输,形成“立体仓库-AGV-收获货台”的一整套标准化物料运输流程,打通裁片仓储到预拼合区域的自动化物流。

AGV的优势在于运输过程更为柔性化,行驶中无需固定标记物,依靠本身的导航技术来调试路径,可以根据相应生产需求,搭载不同的功能模块。利用AGV在一定程度上实现了工厂整体物流智能化与无人化,并为AMR的应用发展做出铺垫与参考。

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图3 AGV滚筒式引导运输车

4)AMR自主移动机器人

在服装缝制车间的生产中,辅料往往需要人工拿取,产生不必要的等待浪费、人工浪费、生产浪费的问题。AMR(Automated Mobile Robot)依托于编程来实现自主移动,很大程度上解决了机器运输成本高、故障周期长、运输任务复杂等问题。可以说,AMR是目前移动机器人行业最新的发展技术,更加符合服装行业未来的智能化发展需求。

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图4 AMR自主移动机器人

本文通过AMR来实现生产线中的辅料运输(如图4),AMR调度系统与MES系统对接,车间员工通过平板进行辅料任务的呼叫,打通车间辅料到生产线的无人化辅料运输,形成一个完善、快捷、有序的辅料运输流程。

总体来看,各类移动机器人在服装行业的广泛应用,可极大提升物流效率、降低劳动强度、节约人工成本,但是RGV、自动叉车、AGV三者的运输模式都较为固定,对车间的环境布局和运行路径有着较高要求,车间通常需要增加固定的工作站点,通过收货台或者立体仓库作为媒介,运输种类单一的物料。笔者认为,像缝制人员所需要的吊牌、包装袋、辅料拉链和辅料帽绳等需要灵活运输的物料,RGV、自动叉车、AGV则往往无法胜任,从而导致其在服装行业的使用中存在一定局限性。

针对服装缝制车间的辅料运输需求,从实施难度、定位、避障、路径规划、工位变更等方面对比分析RGV、自动叉车、AGV与AMR技术,分析结果如表1所示。从表1中可知,AMR最为适合服装缝制车间的辅料运输。

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表1在缝制车间环境下的应用对比

2.导航方式

导航导引技术是移动机器人的关键核心技术。本节通过分析多种导航技术,选择最为适合缝制车间的导航方式。

1)磁条导航

磁条导航优点在于路径的铺设相对容易,磁条成本较低;缺点在于容易破损,需要定期维护。磁条导航在导引过程中无法实现智能避让,在缝制车间较为复杂的工作环境中,此导航方式并不适用。

2)二维码导航

二维码导航与磁条对比,实施方便,二维码标签成本低;路径规划较为灵活,运行轨迹可根据调度系统进行变化。与激光SLAM导航对比,传感器成本低,下镜头视野范围较为稳定。然而,二维码导航抗干扰能力较差,并不适合在人员走动频繁的缝制车间进行铺设。

3)激光SLAM导航

激光SLAM导航优点在于安装成本低,行走路径灵活。缺点在于传感器成本高,缝制车间毛絮较多容易降低导航精度。

针对缝制车间运输场景,从多种角度对比分析以上三种导航方式,如表2所示。从表2中可知,激光SLAM导航最为适合缝制车间的运行条件。图片 6.png

表2在缝制车间环境下的导航方式对比

缝制车间辅料运输存在的问题

随着服装缝制车间智能化建设的日益发展,目前可实现缝前、缝制、缝后等制造全过程的智能物流运输(如图5)。由于缝制辅料具有种类繁多、大小不一、运输地点灵活多变等问题,往往需要多名员工进行人工搬运。虽然一些服装工厂可以采用智能吊挂利用衣架或篮子,实现缝制车间复杂环境下的物料运输(如图6),但服装智能吊挂空间占用面积大,运输辅料效率低,且成本较高,往往一些中小型服装企业很难承受其成本支出,因此辅料的自动化运输一直是困扰缝制生产的一道难题。近些年,我国的服装工厂都面临不同程度的用工紧张,传统人工物流模式逐渐显现出以下问题:

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图5服装车间生产物流

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图6服装缝制生产线智能吊挂

1.生产劳动力浪费

目前大多数缝制车间的辅料都是通过辅料小推车或铝型材简易桌架进行搬运和存放,传统的人工运输存在较多问题,例如,在后整辅料运输的过程中,后整员工到达辅料地点,在货框中进行二次分拣,造成不必要的等待浪费。又如,在前道辅料运输的过程中,生产小组通常是由一名员工作为代表,去往辅料间进行辅料选取,长时间工作时,会造成员工的疲惫感和枯燥感,以及生产劳动力的浪费。

2.运输效率低下

辅料种类繁多,包括吊牌、包装袋、拉链、帽绳等,车间的辅料运输会导致互相交叉作业。并且,员工在装卸过程中,会产生非必要的装卸劳动,导致装卸次数增加,不仅增加成本,也使物流的速度减慢,进而影响整个车间辅料运输的效率。在员工选取辅料后,有时也会出现拿错或拿少情况,这时员工的纠偏错误行为也会导致多余的工作产出,影响整个车间的生产。

3.孤岛式操作流程

缝制车间辅料运输的对象关系为一对一拿取,辅料运输的每个环节相对独立,无法形成一个有序、快捷、完善的运输流程。例如,后整员工仅能通过平板进行辅料数量的统计,但辅料的拿取还需前往相应地点,流程之间缺少有效串联,因此如何做到流程之间不停顿、不间断的紧密衔接,是车间智能化运输的一道难题。又如,缝制辅料虽然可以井然有序地存放在辅料间内,但无法根据生产线的需求、数量、任务进行灵活的变更管理,缝制员工需前往辅料间根据辅料类型进行拿取,导致车间后期的工作绩效、统计报表、信息回溯较为麻烦。

长期以来,作为劳动密集型产业,服装行业的生产环节具有工序流程多、流水线布局广、工位灵活多变的特点,各个缝制工序之间涉及大量的物料转运,属于典型的离散型制造业,并且缝制车间的生产环境具有复杂性高、人员流动量大,路径灵活多变的特点,因此很难利用自动化设备进行物料的灵活搬运,如生产所需的缝制辅料目前依旧需要人工搬运。针对服装行业的这一痛点,本文提出基于AMR的无人化辅料运输方案,对比智能吊挂(如表3),具有直达工作地点、占地面积小、辅料运输效率高、运行工位灵活多变、成本低等优点,能够较好地解决目前我国服装车间用人成本的问题,帮助服装行业实现质量、物流、生产效率的提升,以应对人工成本不断攀升,完成服装车间智能化的改造升级。

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表3辅料运输方式对比

AMR在缝制车间的辅料运输应用

AMR在服装车间生产线的应用,可代替传统人工使用辅料小推车或铝型材简易桌架(如图7),实现辅料无人化的运输(如图8),并且可以在不影响车间的整体布局下,建立一套标准、快捷、准确的辅料运输流程(如图9)。

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图7 人工搬运辅料工具

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图8AMR机器人辅料运输

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图9AMR机器人运输方案

1.系统架构

AMR运输系统遵循三层关系结构,分为信息层、控制层、执行层(如图10)。

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图10系统架构图

1)信息层

上游系统包括WMS(仓库管理系统)、MES(生产管理系统)、ERP(企业资源计划系统)、WCS(设备管理系统)等,对接工厂仓库实际的搬运需求等。以服装车间MES为例,系统主要负责车间生产管理和信息传输,可详细显示辅料的单编号、合约号、尺码、PO号等信息内容,方便员工根据生产需求进行相对应的任务选择,并把员工下发的辅料任务传输至调度系统。

2)控制层

调度系统作为AMR的神经中枢,管理AMR实际运输流程,帮助AMR进行合理的路径规划、自动充电、规避障碍物等。调度系统将MES传输的物料任务分配到AMR,任务按照全局时间顺序执行,确保任务能够准确、快捷、有效地运输,并且后期车间可以根据生产规模的扩张增加相应AMR数量。

3)执行层

AMR将缝制车间内的物理模型转换成能够识别的模型数据可视化地图,通过MES与调度系统对接,员工使用平板选取相对应的辅料任务,发送至调度系统,AMR接受调度系统的任务分配,完成货到员工的无人化辅料运输。

2.任务分布

AMR在服装缝制车间生产线的应用,可以分为区域运输和点位运输两种模式,区域运输有9个挂片站装货区,对应9个包装位卸货区;1个辅料间装货区对应9个缝制组卸货区。点位运输有1个辅料间装货区,对应的有拉链台、整烫台、标签台、螺纹台、临时点位等卸货区(如图11)。

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图11 车间平面布局

缝制车间无论采取区域运输还是点位运输模式,AMR运输地点都可精确到各个员工的工位,并且运行模式可以根据车间的需求进行灵活变动。

1)区域运输

当车间的辅料需求具有生产量大、运行频率高、工作点位多等特点时,可以采用区域运输。在区域运输的模式下,缝制车间包装位及缝制组员工发出任务,MES推送搬运任务至调度系统,调度系统将任务指派给空闲机器人,机器人接收任务后运行至挂片站及辅料间,挂片站以及辅料间员工通过任务看板将对应物料放置机器人货框内,机器人运行至包装位以及缝制组产线完成辅料运输。并且,根据是否存在任务,进行循环运输或停止。辅料运输流程如图12所示,AMR机器人主要运输的是后整辅料的吊牌包装袋和缝制辅料的橡圈线绳等。

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图12 AMR物料运输流程图

在运输过程中,AMR通过A*路径算法,利用激光SLAM导航,搭配红外线避障模块,计算出缝制车间生产环境中的最优路径。AMR通过红外线避障检测方式,根据特定数量的脉冲发射和接收量,检测缝制车间行走的员工以及缝纫机等特征,实时判断生产线的情况,在复杂环境中有效地进行物料运输,提高辅料运输的灵活性及车间的柔性生产水平。

2)点位运输

当车间的辅料种类更多,工作点位根据产线员工位置而变动的时候,可以采用点位运输。得益于机器人强大的灵活性,不仅可以运输缝制辅料和后整辅料,还可以精细到每个员工工位的物料运输,例如水洗标、拉链、帽绳、袖口螺纹等。

在点位运输模式下,车间员工安装物料搬运APP,根据相应的任务需求进行扫码呼叫,调度系统将任务指派给空闲机器人,机器人接受任务到达辅料间进行装货,装货完成后运输到相应的员工工位,员工确认收货后,机器人返回停车点等待下一个任务。此运输方式能够更加灵活地运输辅料,可以安全有效地到达车间各个点位。

作为一种全新技术,AMR在服装行业的应用未来将不仅限于辅料运输。通过服装行业的数字化转型、智能化探索,还需发掘其在行业内的其他应用场景,因此AMR在服装行业具有广阔的创新空间及发展前景。

AMR在缝制车间的应用成效

AMR机器人协同服装领域的缝制车间生产,经投入使用,效果显著。辅料运输对象从车间各工位“一对一”,变为AMR机器人“一对多”,单次运输时间从原来的人工3~4min/次提升至机器人1.5~2min/次,并且运输人员减少100%,达到机器换人和降本增效的目的,生产线改造前后对比如表4所示。

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表4服装车间生产线改造前后对比

1.无人化辅料运输

AMR可全天24小时不间断工作,代替传统人工完成辅料运输,能够满足车间的生产需求。AMR的投入使用,可解决以往低水平的重复工作,提升服装车间生产线的柔性化、智能化生产水平,减少不必要的人工浪费、等待浪费、生产浪费,将纺织服装行业的智能制造向更加智慧化的方向拓展。

2.完善辅料运输流程

运输对象由原来“一对一”转变为AMR“一对多”,避免原来的辅料交叉运输,形成一个完善、快捷、有序的运输流程,减少不必要的人工流程及操作失误。将原本各个孤岛式的辅料流程通过AMR串联起来,扩展辅料运输流程的空间,也为车间智能化的交互、协同与共融提供了手段。

3.数据信息统一管理

管理人员可以在机器人系统页面统一管理辅料任务,后台系统显示通信日志、任务接收日志、指令发送日志、调度日志、用户操作日志等,帮助车间完善缝制辅料的工作绩效、统计报表、信息回溯。

4.项目部署周期短

AMR采用激光导航,场地无需布置二维码、磁条,运行路线灵活,场地要求低。AMR在服装车间任何规模的生产环境中均具有很强的适应性与灵活性,能够在运行区域大、作业点位多、业务多变、机器数量多、动态环境复杂的严苛场景下运输,并且后续产线能够快速、便捷地进行升级改造及搬迁。

总结

随着我国服装行业智能化日益发展,少人化、无人化的物流运输将成为必然趋势,AMR技术正是符合这一趋势的典型代表。AMR的应用具有智能化运输、信息化管理、柔性化生产的优势,能够解决服装缝制车间人工运输的痛点。本文通过智能化技术与传统制造业相互碰撞结合,发掘AMR在服装行业内的应用潜力,进一步体现AMR在生产过程中的应用价值,完成机器换人和降本增效的目标,希望可为业内的AMR技术应用提供借鉴经验,助力服装行业转型升级。

 


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