PROJEKTOWANIE PLANU PRZEPŁYWU ŁADUNKÓW W SYSTEMIE AGV

Transkrypt

1 Technologia i Automatyzacja ontażu 1/2013 PROJEKTOWAIE PLAU PRZEPŁYWU ŁADUKÓW W SYSTEIE AGV Alesander IEOCZY Streszczenie Artyuł zawiera opis podstawowych problemów projetowania systemu AGV oraz stosowanego aparatu matematycznego. Ze względu na złożoność systemów AGV, często załada się rozwiązanie co najmniej dwóch problemów decyzyjnych jednocześnie. Elementem dodatowym jest opracowanie metodyi projetowania systemów analitycznych i symulacyjnych jednocześnie uwzględniających westie związane z projetowaniem i sterowaniem w systemach AGV. Przeprowadzono wstępną analizę pracy pojazdu AGV. Zamieszczono wynii badań symulacyjnych pojazdu poruszającego się po zamniętej pętli. Zilustrowano czas atywności pojazdu, liczbę stanowis zgłaszających zapotrzebowanie na obsługę oraz czas pracy i przestoju. S ł owa luczowe AGV, sieć transportowa, harmonizowanie pracy pojazdów, loowanie pojazdów, plan przepływu ładunów 1. Projetowanie sieci transportowej AGV (automated guided vehicle) to bezzałogowy ierowany automatycznie pojazd transportowy, tóry porusza się po wyznaczonych trasach. Trasy mogą być wytyczone szynami lub ablami umieszczonymi pod podłogą hali. Istnieją taże zaawansowane pojazdy AGV wyposażone w uład sensorów umożliwiających im samodzielny, swobodny wybór trasy przejazdu. Jednym z głównych obszarów zastosowań automatycznie ierowanych pojazdów AGV jest realizacja transportu części pomiędzy stanowisami, np. współpraca pojazdu z systemem producyjnym i magazynowym. Często jest to taże złożony system producyjny sładający się z systemu AGV, automatycznego magazynowania, systemu sortowania i wyszuiwania części oraz systemu technologicznych maszyn producyjnych [7]. Pojazdy AGV poruszają się po sieci dróg transportowych (połączeń) pomiędzy poszczególnymi puntami dostaw/odbioru PDO (P&D, Pic and Deliver). Istnieje tu problem ustalenia ierunów ruchu pojazdów w ten sposób, aby minimalizować czasy realizacji zadań. Projetowane drogi to najczęściej trasy jedno- i dwuierunowe. Jeżeli istnieje możliwość poszerzenia dróg na tyle, aby pojazdy mogły mijać się ze sobą, wtedy projetuje się drogi wielotorowe W problemie jednoierunowych tras przejazdu [1, 2] reguły sterowania zostały sformułowane w postaci algorytmu całowitoliczbowego. Celem była minimalizacja długości tras poonywanych przez pojazdy. Kolejne rozwiązanie zostało zaprezentowane w [3], gdzie zastosowano algorytm działający według metody podziału i ograniczeń, tzw. B&B. Algorytm pierwotny został udosonalony przez włączenie do modelu: osztów stałych budowy, sterowania i utrzymania systemu AGV. Kolejnym udosonaleniem była metoda, w tórej zamiast optymalizacji długości trasy przejazdu zastosowano optymalizację czasu przejazdu [2, 6]. Wymienione wyżej metody uwzględniają jedynie przejazdy załadowanych pojazdów transportowych, pomijając sytuacje, iedy środi transportu poruszają się bez ładunu. W sieciach transportowych dwuierunowych ruch pomiędzy parą węzłów odbywa się w obu ierunach. Jedna jeśli drogi są jednotorowe (a ta jest najczęściej), to ruch odbywa się pojedynczo. Oznacza to, że pojazdy transportowe nie mogą się mijać ani wyprzedzać. ależy więc rozwiązać problemy związane z rozmieszczeniem stref parowania: projetowanie pętli (loop design), gdzie planuje się rozmieszczenie dodatowych jednoierunowych pętli na obu ońcach ażdej trasy przejazdu, projetowanie bocznic (siding design) polegające na umieszczeniu po jednej, jednoierunowej bocznicy na obu ońcach ażdej drogi transportowej, projetowanie bocznych dróg (spur design), gdzie umieszcza się dwuierunowe ślepe uliczi na obu ońcach ażdej z dróg transportowych. 47

2 1/2013 Technologia i Automatyzacja ontażu Inne metody projetowania sieci transportowej to: 1 Pojedyncze pętle przejazdów środów transportowych (single loos). 2 Konfiguracje tandemowe, czyli onfiguracje z iloma równoległymi nieolizyjnymi pojazdami. 3 Podział powierzchni systemu AGV na osobne strefy zawierające oreślone segmenty trasy (segmented flow configurations). W przypadu pojedynczych pętli jednoierunowych pojazdy poruszają się po stałym, zamniętym jednoierunowym pierścieniu. Wszystie pojazdy AGV poruszają się w jednym ierunu, co pratycznie wylucza olizje. Jedyny przypade zatoru może wystąpić, gdy dany pojazd musi się zatrzymać na czas obsługi transportowej. Dodatową zaletą pojedynczej pętli jest stosunowo proste projetowanie ze względu na bra alternatywnych tras przejazdu. Wadą taiego rozwiązania jest mała odporność systemu na awarie. W przypadu awarii jednego pojazdu, wszystie pozostałe nie mogą go ominąć. Poza tym gdy pojazd AGV minie dany PDO, musi on przejechać całą pętlę, by dotrzeć do niego ponownie, wpływa to negatywnie na przepustowość systemu transportowego [10]. 2. Wysyłanie pojazdów do zadań transportowych Problem wysyłania pojazdów do wyonania oreślonych zadań transportowych można rozważyć na dwa sposoby. W pierwszym przypadu, ładune przeznaczony do transportu można przypisywać do wolnego pojazdu AGV. W drugim przypadu, wolny w danym momencie środe transportu może być sierowany do oreślonego puntu dostawy/odbioru, wymagającego w danej chwili obsługi transportowej. W statycznych (off-line) systemach sterowania wszystie informacje o zadaniach transportowych są dostępne w chwili rozpoczęcia zadania transportowego. W rezultacie pojazdy mogą być przypisywane do ładunów w sposób optymalny, dzięi sformułowaniu problemu wysyłe jao problemu przypisania. W dynamicznych uładach sterowania (on-line) stosuje się proste heurystyi, funcjonujące według reguły first come, first served (pierwsze przyszło, pierwsze zostało obsłużone). W myśl tej zasady pierwszy wolny pojazd AGV zostaje wysłany do ładunu, tóry pierwszy zażądał obsługi transportowej. Proces sterowania można realizować taże według zasady pierwszy napotany, pierwszy obsłużony (first encountered, first served). Reguła ta znajduje zastosowanie w rozproszonych dynamicznych systemach sterowania, w tórych pojazdy AGV poruszają się w pojedynczej pętli. Duża ilość zmiennych decyzyjnych powstających we wstępie zadania projetowego powoduje, że wyorzystywane są metody symulacyjne lub ich ombinacje z metodami analitycznymi. Dzięi temu można uzysać odpowiedzi na pytania o liczbę pojazdów AGV, rozplanowanie puntów PDO oraz metody sterowania pojazdami. Danymi wejściowymi podczas projetowania są: rozmieszczenie omóre organizacyjnych, rozmieszczenie puntów PDO oraz ieruni poruszania się pojazdów. Dodatowym elementem jest optymalizacja czasu pracy stanowisa i transportera. 3. Analityczne wsaźnii prawidłowości projetowanego systemu W procesie projetowania często zachodzi onieczność sprawdzenia założeń wstępnych projetu, doonania zmiany danych wejściowych, oreślenia liczby stanowis obsługiwanych przez jeden pojazd oraz doonania stochastycznego opisu działania systemu transportowego. Przyjęto, że linia technologiczna słada się z pojedynczych stanowis powiązanych strumieniem transportowym, a stanowisa te obsługiwane są przez pojazd AGV. Obliczenia liczby stanowis obsługiwanych przez jeden pojazd. Im więsza liczba stanowis obsługiwanych, tym mniejsze są oszty ogólne, jedna obniża się wydajność, ponieważ pojawiają się przestoje stanowis spowodowane oczeiwaniem na obsługę, a sam pojazd jest przeciążony. W obliczeniach wstępnych przyjmuje się założenie, że stanowisa współpracujące posiadają jednaowe parametry niezawodnościowe, tj. intensywność uszodzeń i intensywność przywrócenia do pracy, a ponadto pomija się problem niezawodności pojazdu AGV [5, 8 ]. Rzeczywista wydajność stanowisa: R 0 ), nom ( (1), prawdopodobieństwo obsługi stanowis w chwili czasu t, liczba zadań do wyonania, liczba stanowis obsługiwanych. Współczynni wydajności stanowisa obliczamy: R, η c ( ) (2) nom 0 R rzeczywista wydajność stanowisa po uwzględnieniu uszodzeń i bloowań, nom nominalna wydajność stanowisa. Współczynni czasu pracy pojazdu przeznaczonego na obsługę stanowisa: η t K 1, 1 (3) 48

3 Technologia i Automatyzacja ontażu 1/2013 prawdopodobieństwo, że w danej chwili t pojazdy nie mają żadnego zadania do wyonania. W rzeczywistych warunach producyjnych następuje często zmiana prac i wyniają stąd różne liczby zadań wypełnianych przez pojazd. W oparciu o teorię masowej obsługi [5, 7, 9] możemy zapisać równania, tóre uwzględniają taie zmiany: średnia liczba stanowis oczeujących na obsługę: ocze + 1 ( )!!( )! stanowis i jednego środa transportowego [8]. Przyjęto schemat poruszania się pojazdów AGV po pętli pojedynczej. Dzięi taiemu rozwiązaniu [5], można uninąć potrzeby rozważań dotyczących olizji i zatorów. (4) liczba pojazdów AGV prawdopodobieństwo tego, że w chwili czasu t pojazdy nie mają żadnego zadania do wyonania ( 0) [ !!( )!! ]!( )! + 1 średnia liczba stanowis będących w stanie obsługi: obsl (! 1)!( 1 )! (5) 1 (6) obsl Badania symulacyjne!!( )! Przedmiotem badań był model transportu wewnątrzzaładowego. Badania zostały przeprowadzone przy wyorzystaniu symulatora systemu producyjnego zawierającego podsystem transportu wewnątrzzaładowego, stanowis roboczych, środów transportu. Do opracowania modelu symulacyjnego wyorzystano oprogramowanie atlab wraz z modułem Simulin. Wyonano esperyment na systemie producyjnym sładającym się z 20 (7) Rys. 1. Topologia badanej strefy systemu producyjnego a rys. 1 przedstawiono rozmieszczenie puntów dostawy/odbioru w badanej strefie systemu producyjnego. Rozdzielnia znajduje się w puncie o współrzędnych (0, 0). Wszystie stanowisa są od siebie oddzielone na tyle daleo, aby zapewnić swobodny dojazd do ażdego stanowisa ze wszystich czterech stron. Środe transportu o następujących parametrach: prędość v 2 m/s, średni czas wyładunu partii transportowej t w 40 s. Funcjonowanie modelu środa transportu bazuje na wsazaniu stanów pracy. Postój i Praca są to poszczególne stany, w jaich może znajdować się pojazd. W tracie ażdego przejścia system sprawdza, czy środe transportu w danej seundzie porusza się między stanowisami czy też jest w stanie spoczynu. Jeżeli pojazd pracuje i jest w drodze z jednego stanowisa na drugie, to funcja up_czasu( dodaje olejną seundę do czasu pracy pojazdu. Jeżeli w danej seundzie pojazd nie pracuje, to system przechodzi do stanu Postój i zaczyna naliczać olejne seundy do czasu postoju. Jeżeli środe transportu znajduje się w chwili, w tórej powinien nastąpić załadune lub rozładune, system wysyła odpowiednią informację na wyjściu podsystemu AGV, a czas pracy środa transportu zaczyna odmierzać olejne zadanie transportowe. Aby umożliwić podział trasy środa transportu na poszczególne zadania transportowe, wprowadzono dwie zmienne. Zmienna czas_pracy jest zerowana po zaończeniu obsługi ażdego puntu dostawy/odbioru na trasie pętli pojazdu, natomiast zmienna czas_pracy_agv nalicza czas pracy środa narastająco przez cały czas trwania symulacji. Załadune i rozładune można uznać za zaończony nie wcześniej ja w ostatniej seundzie czasu trwania tego procesu, w związu z tym czas potrzebny na załadune/rozładune można doliczyć do czasu potrzebnego na poonanie trasy między n-1 i n-tym puntem dostawy/ odbioru. W ten sposób czas ten jest uwzględniany w systemie symulacyjnym. Przyjęto, że czas ten trwa średnio 40 seund. 49

4 1/2013 Technologia i Automatyzacja ontażu Rys. 2 przedstawia wszystie przejazdy środa transportu między n-1 a n-tymi puntami dostawy/odbioru, wyres ten dotyczy więc środa transportu obsługującego cały system producyjny. Wysoość słupów wsazuje czasy poszczególnych przejazdów wraz z czasami przeładunu. Rys. 2. Wyres atywności pojazdu w tracie symulacji a) b) Części wyresu, w tórych zagęszczenie linii wzrasta, odpowiadają poszczególnym pętlom przejazdu, przy czym im dłuższa jest trasa przejazdu, tym więsze zagęszczenie piów na wyresie. Przerwy między słupami piów odpowiadają czasom przerw w pracy środa transportu. Rys. 3 przedstawia pracę i postój środa transportowego. W pratyce wyresy sładają się z odcinów poziomych (postój) i linii pod ątem 45 praca. Rys. 5b jest analogiczny, jedna odcini wzrostowe oznaczają czas przerw w pracy, a linie poziome są odpowiedniami pracy. Z analizy tych wyresów wynia, że środe transportu przez 66% czasu był zajęty pracą, a przez 34% czasu oczeiwał w rozdzielni na olejne zadanie transportowe. Rys. 4 przedstawia liczbę stanowis roboczych wymagających obsługi transportowej w tracie symulacji. asymalnie liczba ta osiągnęła poziom 13 stanowis (bez rozdzielni), jedna zdarzały się też wyjazdy do obsługi pojedynczego stanowisa. Pojedyncze pii na wyresie nie są odzwierciedleniem poszczególnych pętli przejazdu środa transportu. W tracie wyonywania pojedynczej pętli przejazdu liczba zadań transportowych przydzielonych do środa transportu nie zmienia się, ale bezwzględna liczba stanowis zgłaszających żądanie obsługi transportowej może zmieniać się z seundy na seundę. Dlatego na podstawie tego wyresu trudno jest stwierdzić ile razy środe transportu wyjeżdżał z rozdzielni. 5. Wniosi Rys. 3. Czas pracy (a) i postoju (b) środa transportu w tracie symulacji Artyuł zawiera podsumowanie podstawowych problemów projetowania systemu AGV oraz stosowany aparat matematyczny. ie są to westie do ońca wyjaśnione, wiele z nich podlega ciągłym analizom i badaniom. ależą do nich zagadnienia: opracowanie metodyi projetowania systemów analitycznych i symulacyjnych jednocześnie uwzględniających westie związane z projetowaniem i sterowaniem w systemach AGV, Rys. 4. Liczba stanowis zgłaszających żądanie obsługi transportowej badania na temat rozmieszczenia puntów dostaw/odbioru w dużych systemach AGV, z dużą liczbą pojazdów transportowych w celu uninięcia olizji i zatorów oraz srócenia czasu trwania zadań transportowych. 50

5 Technologia i Automatyzacja ontażu 1/2013 Zaprezentowany przyład badań symulacyjnych miał na celu uazanie narzędzia programowego i metody: wspomaganie projetowania nowych systemów producyjnych z systemem transportu wewnątrzzaładowego, udosonalenie istniejących systemów producyjnych z systemami transportu wewnętrznego, dobór optymalnej liczby pojazdów AGV dla danego systemu producyjnego, ustalenie minimalnej liczby zadań transportowych dla jednej pętli przejazdu pojazdu transportowego. LITERATURA 1. Fanti.: Event-based controller to avoid deadloc and collision in zone control AGV. International Journal of Production Research, no. 48, Ghasemzadeh H., Behrangi E.: Conflict-free scheduling and routing of automated guided vehicles in mesh topologies. Robotics and Autonomous Systems, no. 57, Kapsi., Tanchoco J.: Optimal flow path design of unidirectional AGV system. International Journal of Production research, vol. 28, Kłosowsi G.: Sterowanie transportem wewnętrznym z zastosowaniem metod sztucznej inteligencji. Rozprawa dotorsa, Politechnia Lubelsa, Lublin Kom K., Jea.: An object orientated simulation and extension for tandem AGV system. The International Journal of Advanced anufacturing Technology, no. 22, pp , Lim J., Yoshimoto K.: A construction algorithm for designing guide paths of automated guided vehicle system. International Journal of Production Research, no. 40, ieoczym A.: Zagadnienia projetowania hierarchicznie zorganizowanych systemów montażowych. Lublin, Wydawnictwo LT ieoczym A.: The modelling of the assembly line with a technological automated guided vehicle (AGV). LogForum, vol 7, no. 5, ieoczym. A., Gajewsi J.: Wyorzystanie modelu matematycznego do oceny funcjonowania linii producyjnej. Rozdział w monografii Technologiczne systemy informacyjne w inżynierii producji i ształceniu technicznym,. Wyd. LT, Lublin Tanchoco J., Egbelu P.: Determination of the total number of vehicles in an AGV based material transport system. aterial Flow, no. 4, Dr inż. Alesander ieoczym jest pracowniiem Wydziału echanicznego Politechnii Lubelsiej, ul. adbystrzyca 36, Lublin, a.nieoczym@pollub.pl. FLOW OF CHARGE DESIG I THE AGV SYSTE Abstract The article describes basic problems of an AVG system design and an applied mathematical apparatus. On the account of the complexity of the AGV systems, there is always an assumption of at least two decision-maing problems being solved. The additional analytical elements associated with the design, steering, and guidance in AGV are: a drawing and a simulation of the methodology of the system design. The initial analysis of the AGV was made on the assembly line, and the article presents a final result of a simulation of one vehicle moving on a closed-loop. There are illustrated following points: a vehicle activity, an amount of positions reporting the demand for the service, woring hours, and a standstill. Keywords AGV, transport networ, harmonizing vehicle functions, depositing vehicles, flow of charge 51