AGV 智能運輸小車在制筆行業智能化改造中的探索

文/朱煉

特約作者簡介：朱煉，男，上海心誠工具有限公司總經理，對刀具設計制造以及工業自動化的發展頗有心得，特別是在鉛筆制造這一行業有著豐富的應用經驗。為全球27個國家300多家企業，設計制造過各種非標桿形的鉛筆，深度參與了AI質檢、鉛筆制造設備的自動化連線、設備智能化升級改造等項目，為整個行業的未來發展作出了非常重要的貢獻。

一、什么是AGV 智能運輸小車？

AGV 是Automated Guided Vehicle的縮寫，意思就是“自動引導的運輸車”。一般是指在自動領航的條件下或者沿著預定路線自動行駛，可以將貨物或者生產物料自起始點運輸到指定目的地的智能運輸小車。

二、AGV 小車的發展歷程

（一）在歐美的起源

最早AGV的出現要追溯到1913年的美國福特公司，當時的福特汽車公司開發出了世界上第一條組裝生產線，用于批量生產整車。福特的創新把制造生產一輛汽車所需要的時間從12個多小時直接縮短至1小時33分鐘。在當時，福特先生被尊稱為“為世界裝上輪子”的人。組裝車間里工人把生產需要的零部件搬運到一輛輛有軌道引導的運輸車輛上，也就是AGV的最初原型，只不過當時還不能達到自動引導，需要在車間的A到B點鋪上對應的傳輸軌道。但正是這一創舉，為今后AGV的發展奠定了堅實的基礎。

直到1953年的英國，第一輛真正意義上的AGV誕生了。它由一輛牽引式拖拉機改造而成，采用的是電磁導引的方式，真正地符合了自動引導運輸。不過，當時的AGV相對還是比較昂貴的，每生產一臺AGV小車就需要犧牲一臺牽引式拖拉機，且因局限于當時的技術，AGV并不能得到廣泛的應用，只是停留在實驗室階段。一直到20世紀60年代末，隨著歐洲計算機技術的廣泛應用，AGV的控制和管理提升了一個大臺階，這才讓它得以進入很多工業生產場景。

（二）AGV 在我國的發展

AGV在我國的發展相對比較晚一些，1979年，北京起重機械研究所研制出了我國的第一臺AGV智能運輸車，當時還是為了作為起重機中滾珠加工的演示，并未真正地應用在實際的工業生產中。經過了20多年的研發，在1997年1月，我國昆明船舶設備集團有限公司根據國家“三線”調整搬遷政策，出山進城，整體搬遷到昆明國家經濟技術開發區，建成了國家重點物流實驗室，并且研制出了第一套AGV驗證系統，以及中國第一臺由激光導引的AGV小車。自此之后，國內的AGV發展開始步入一個平穩的發展階段。在這期間，AGV的運用已經進入國民生產的各個領域，如制造業、食品、輕工業、物流（快遞）等。

AGV在我國的發展爆發期要從2012年亞馬遜收購KIVA開始說起。在這之前，很多民營企業主對此還是懵懵懂懂，很多人只是有個大致的概念。當亞馬遜的宣傳視頻第一次進入人們的視線中時，大多數人的第一反應都是“什么！運輸還能這么玩？”這種新型的倉儲分揀方式帶動了一大批創業公司，市場活力不斷增強。眾多龍頭企業非?？春眠@塊新業務，開始對工業機器人、倉儲機器人、運輸機器人投注巨資，帶動了一大批做AGV本體的公司。據統計，我國在2012年的時候，做AGV本體的公司有20多家；而到了2017年，這個數據基本上增長了10倍。其中的監控行業龍頭?？低曉?016年正式成立杭州?？禉C器人技術有限公司，僅用了短短5年時間，就做到了AGV行業的 "行業領跑者"。

根據2022年中國工業移動機器人市場統計，產值過億的企業數量達到了42家，其中有4家企業都已經突破了10億元大關，?？禉C器人更是以超20億元的銷售額穩居榜首，遠超其他國際品牌。從AGV智能小車的發展史來看，我國屬于起步晚、發展迅速，在瞬息萬變的市場中站穩了腳步。

三、AGV 在制筆行業智能化改造中起到的作用

AGV是如何解決制筆行業痛點的呢？

制筆行業包括了鉛筆、鋼筆、圓珠筆、馬克筆等。雖然在制造的過程中有很多工藝是不一樣的，但是相似的地方也有很多，其集中的主要痛點如下：

痛點1：工藝路線復雜。從原材料至成品需經過幾十道工序，部分產品生產工序存在二次加工。就拿鉛筆的生產來舉例，一支標準的鉛筆生產過程從原材料到成品至少要經過30多道工序。先是原材料木板的處理，原木加工要經過切段、蒸煮、刨分、規面、規邊、碼垛晾曬、篩選分級等；然后到了制桿車間，分級后的板片再通過刨槽、膠芯、夾板、烘干、拆夾、刨桿、選筆、拋光等多道工藝后，把做好的半成品鉛筆輸送到成品車間；又會根據不同的客戶定制化要求經過油漆、打字、上皮頭、沾頂等數十道不同的步驟；最終經過包裝才能成為一支合格的鉛筆。其中成品的工藝最為復雜，工序也最為繁瑣。

痛點2：生產設備種類多樣，工藝工序較多，產線上下料對接方式較多。依然以鉛筆的生產來舉例，在鉛筆生產的過程中，每一道生產的工序都有相對應的設備，因局限于技術以及板材品質等各種因素，目前還不能把整條生產線完整地鏈接起來，只有極少數的企業做到了鏈接部分的工藝，把多道生產設備的上下料進行對接，實現了部分生產工藝的局部自動化。即使如此，設備與設備之間的物料流轉還得依靠人工搬運為主。

痛點3：用工成本持續走高。國內人口老齡化加劇，新一代人工作意識轉變、最低工資提高等因素都增加了制筆行業的用工成本。另一個原因是制筆行業的產能快速擴張，人工作業強度大，造成了招工難，筆廠只能被迫提高勞動薪酬來解決這一難題。

那么如何才能徹底地一次性解決以上三個痛點呢？個人認為在智能化改造過程中，僅僅依靠AGV是不夠的，必須要多方面相互結合，AGV智能運輸只能作為輔助，當然這個輔助在使用上還是很方便、很靈活的。

如果公司現在已經有了自己的ERP系統（圖1），那么一切就變得水到渠成起來。

圖1 ERP分支樹

AGV智能運輸小車打通了各個系統之間的鏈接，并非只是物料之間的流轉，對于制筆行業最大的提升應該是源于管理中的數字化生產。在智能化生產改造前，我們制筆行業信息化管理相對薄弱，主要體現在生產工藝的流程復雜、工序間物料轉運易出錯、信息流無法追溯等一系列問題。而AGV智能運輸小車可以在日常生產過程中，讓各個生產環節的數據得以以最直觀的數字化呈現。每日的產量、訂單的進度、生產過程中的異常，都可以以數據的形式呈現給企業管理員，從而提高部門之間的協同性，信息互聯互通。

在這樣強有力的幫手下，企業的智能化、數字化轉型才能更加易于推動。

簡單來說，工廠的生產智能化管理分為三個層級。第一個層級我們稱之為“業務層”，其中會涉及庫存的管理，包括運輸管理、生產訂單、采購訂單以及銷售訂單的管理。第二個層級是“調度層”，調度層級一般是整個管理體系的核心部分，主要作用便是把業務層的信息消化掉，更加細化。在傳統的企業管理中，這一部分往往是由人工通過經驗以及慣性思維去完成。而隨著時代的變遷，我們更加應該利用軟件去輔助我們完成。比如A公司收到一張訂單，那么MES系統會根據訂單內容再結合本公司的庫存管理系統，生成原材料采購訂單，然后根據錄入的采購品的不同交貨期，配置任務策略，通過算法提高效率，編排不同工位、物料的生產流程等。而這一切，管理員只需要通過軟件看板，動動手指就能輕松排產，隨時根據最新的信息來調整生產的整個進度，整體效率相較于傳統的管理模式會有極大的提升。第三個層級我們稱之為“執行層”，說得通俗一點就是，誰來干？誰負責？怎么干？傳統模式中，找貨難、找貨時間長、貨物盤點復雜，甚至很多一線的操作工都需要自己去找物料相關負責人領料，領完后還可能存在上報不及時、數據無法互通、無法及時反饋等問題。而數據化、智能化的管理核心便是數據，如何達到數據的互通、及時性，才是智能化改造的目的，AGV智能運輸小車在這一層級就能發揮很大的作用：縮短配料時間，將傳統“人到貨”改為“貨到人”，數據及時且準確。執行層亦是銜接層，不光光是物料的流轉，更重要的是數據化的銜接。AGV智能運輸小車在原材料倉庫自動存儲、揀配、轉運，在生產車間和成品車間進行物料配送的同時更是把最及時的數據信息直接傳送到了工廠管理系統中。管理員在任務看板上可以及時了解到每一張訂單的生產進度，滿足了工廠智能化物料搬運與精益化生產管理的需求。

四、實際案例分享

（一）得力集團中央倉物流倉儲項目案例(寧海倉)

提起得力，人們第一個聯想到的就是文具。很多人說得力是中國文具品牌的代表，精工制作的典范。但是很少有人知道：就是這么一支小小的筆，也同樣需要集頂尖的研發技術、設計創新，才能為消費者提供最美好的書寫體驗。接下來就和大家分享一下得力集團如何在智慧物流創新的案例。

那么得力為什么要建立中央倉儲物流？得力集團的業務覆蓋面很廣，有自主品牌經營OBM、代加工生產OEM、獨立設計生產ODM。產品品類包含數碼打印、收銀支付、安防監控、辦公用品、益智早教、體育用品、會議設備等24大門類，每年的新品上市數量超過5000種。這幾年，得力的產品在國內外市場的流通加快，在以往的租庫模式下，得力物流倉庫由第三方提供，每年消耗大量人力與場地租金成本，管理成本巨大。有些一、二線城市物流倉位緊張，經常存在到期了無法續租的情況，所以得力集團投資建立了中央物流倉儲項目，一并解決了成本以及租不到倉庫的問題。該項目位于寧海，目前是得力集團最大的一個物流倉庫，所有工廠生產的產品都需要在中央倉庫周轉分揀后，再發往各地的中轉倉、經銷商或門店等。該項目現階段共計投入使用潛伏式AGV智能小車108臺，叉取式AGV 5臺，可以滿足每日12萬箱不同貨物的發貨量。該項目在未使用AGV之前，問題點很多：其一，倉庫內出庫流程較為復雜，有立庫出來的整托直接出庫，有經過流水分揀線后的人工碼垛出庫，也有部分其他區域倉庫調撥的大型物料出庫。運輸的工具大小不一，有電動叉車、人工液壓車，而且尺寸品牌都不一致。其二，就是倉庫現場是早晚兩班制，勞動強度大，人員招工困難，特別是倉庫內的搬運工，流動量極大，對于企業管理來說增加了很多難度以及成本。其三，整個中央倉庫除去立庫部分外，占地面積達到1.4萬m2，并且有一半以上的集貨區作為發貨前的暫存，操作工單次作業搬運距離非常長，最長的單次運輸達到了280 m。集貨區沒有上層系統的指引，人工需要到倉庫內找貨，浪費較多時間，并且貨物擺放較雜亂，人工理貨也非常不便，對于倉庫管理造成了很大難度。

而隨著AGV的引入，第一個需要解決的就是用單一的運輸車型號適配不同的貨架以及托盤規格。這樣的好處就是整個工廠的運輸車標準化，出庫和入庫業務的車型完全一致，那么AGV小車就可以不分區跑，全廠均可混用。把原先的運輸工具多、亂、雜等問題一下子解決了。用AGV代替人工搬運，大大減少了人員勞動強度，幫助企業減少了70%的叉車作業人員，增加效率的同時節省了成本。此外，作業準確性大幅提高，跳過無效的找貨環節，幫助倉庫更好地實現了無人化出入庫，夜班已經可以實現集貨區完全黑燈作業。

（二）AGV 小車在鉛筆行業應用實例

縱觀整個鉛筆行業，目前大部分的運輸還是依靠人工來進行。先說制桿車間，其中需要運輸的物料種類有很多。包括預處理的毛坯板片、膠芯后的三明治板片、刨桿完以后的半成品筆，以及加工所需要的工裝、刀具、膠水、鉛芯等。而運輸這些原材料的載具國內工廠和國外工廠有很大的區別：國外基本都是用統一制式的塑料周轉箱；國內工廠會用到不同的載具，膠水一般都是生產廠商附帶的塑料桶，鉛芯則是紙箱包裝，如果量大的話會在下面增加一個木制托盤。膠芯后的三明治板片和半成品鉛筆的運輸一般用自制的料架來運輸，各家略有不同，但基本都是由角鐵焊接，下方增加四個輪子方便人工推行。

個人認為最優方案還是料架統一化。也就是和國外鉛筆企業一樣，用統一化的塑料周轉箱進行物料運輸。這樣一來后期不管自動化程度到達哪一步，那么在運輸流轉、智能配送這一環節就不再需要進行更多的資金投入。但是，目前很多工廠在這一環節想要一下子轉變思維還是比較困難的。其一，人們習慣了傳統的工藝，一旦在生產過程中稍微有點改變，那么對一線工作員工的工作效率、節拍都是一種破壞。他們會在工作中有一種不舒服的感覺，從而影響了整個生產的進度。其二，目前很多工廠的廠房由于建造的時候沒有考慮到后期的一個增容擴產，導致現在很多企業的內部布局都是非常緊湊的，把能利用的空間已經全都利用上了，就連改造所需的周轉空間都沒有，如此改變運輸載具就變得非常困難，只能從現有的載具來改造，一臺一臺地逐步進行，才能在不影響生產的同時，達到智能化改造的目標。解決方案是把半成品鉛筆運輸的小車和束夾板小車增高25 cm，下部足夠容納一輛潛伏式AGV即可(見圖2、圖3、圖4)。

圖3 AGV小車工作實際場景

圖4 束夾板常規載具

其余的刨桿車間的配件，如膠水、鉛芯、刀具、工裝日常配套部件只需要做一個配套托盤（見圖5），尺寸約為 860 mm×840 mm×315 mm，底部高度空間尺寸為275 mm。這樣幾乎所有的刨桿車間日常物流運輸都可以用AGV來解決。

圖5 AGV叉車和潛伏車轉換托盤

再說說物料倉庫和成品倉庫，這個是最容易解決同樣也是AGV能帶來收益最大的地方。先是物料倉庫，其中最讓鉛筆工廠頭疼的是油漆的管理，特別是每當工廠接到多色鉛筆的訂單，復雜的油漆編號、每次用不完剩下的油漆，管理起來繁瑣。那么可以選用專門針對油漆桶類的料箱AGV（見圖6）。

圖6 用于油漆桶的多工位AGV

每次從貨架上抓取4～6桶，再由潛伏式AGV運送到產線上，關鍵的是每當有沒用完的油漆桶，可以由線邊人員用PDA掃碼槍錄入到緩存庫。這樣AGV小車又會自動到線邊拾取半桶的油漆桶存放在指定緩存庫。整個運輸出庫入庫以及管理過程沒有人工犯錯的機會，線邊人員PDA掃碼器和MCS系統指派任務的數據可以交互防錯，這樣就算是最復雜的500色彩筆，又有何難。

再聊一下成品倉，目前由于得力公司的寧海中央倉的完美運行，得力在下單給其下供貨商的同時，會把包裝外箱上的識別二維碼同步發送給客戶。這樣得力在收到客戶交貨的時候，可以直接經過RFID通道門直接讀取來料從而辨別物料的生產商、批次、貨號等數據，然后直接由AGV運送到指定的貨架。全程收貨無需人工干預，只需要提前布置好周轉的貨架即可。這樣一來，得力就大大縮小了自己倉庫的容量，轉而讓供應商來承擔這部分置物成本。

現在有很多的企業也開始了這個模式。比如大名鼎鼎的特斯拉上海工廠，在車間或者說廠區內并沒有建設倉庫，而是由卡車直接運載到車間，卡車直接將集裝箱卸貨到外部的DOCK上，再繼續去運送下一趟物料。而在卡車去拉下一趟貨物的這個過程中，車間內的AGV小車必須將剛剛卸下來的物料運送到車間每一個需要它的角落，特斯拉整個過程用流動倉庫來代替固定倉庫，而特斯拉的供應商則必須要在指定時間交貨到特斯拉工廠的物流區，不能早更不能晚。

說回咱們鉛筆制造工廠，最為上游的我們如何才能在這樣的機制下最少地浪費儲物空間呢？答案是用魔法打敗魔法。舉個例子，在收到XX客戶二維碼的同時，我們自身生產排產系統啟動，直接把最終成品倉庫的庫位劃分預留設置好。例：9月10—12日這三天，庫位號A1-3、A1-5、A1-7這三個區域預留給客戶XX。那么，每當包裝完畢外箱貼好二維碼的同時，PDA掃碼會告知系統這單已經完成，那么整張訂單的實時進度就可以同步給客戶。

數字化管理也可以輔助生產達到交貨期臨近的時候入倉，這樣能最大限度利用產能的同時節省儲物周轉區。鉛筆行業的成品倉庫平地倉和高位倉都有，不管存儲的方式如何，基本上都是托盤+紙箱的包裝方式為主，只需要叉取式AGV就能解決問題，簡單而高效。倉庫和車間不同，倉庫的AGV運輸可以采用24小時制，只要提前安排好任務機器人，預先利用夜晚時間來提前準備第二天所需要的物料就能不停地進行一個搬運工作，或者將發貨的托盤運輸到指定的周轉區域。

這樣，第二天工作人員一上班就可以把夜間AGV運送到周轉區的貨物，該拆分的拆分，該拼托的拼托。處理完后PDA掃碼通知AGV把處理完的托盤再次返還貨架，解決以往成品倉庫工作人員上午比較空閑，下午發貨卻非常忙碌的一個狀態。如此可以在降低人員工作強度的同時又提高了工作效率。人員只需要在周轉區域工作，整個倉庫內部都可以采取熄燈作業(一般只要用AGV進行搬運的工廠，倉庫大多是熄燈作業)。所以說，倉庫是最容易實現工業4.0的地方，智能倉儲同樣也是工業4.0的必備要素—被稱為企業的“第三利潤源”。

其實，當企業做到了物料倉、車間、成品倉的智能運輸后就會發現，整個工廠的物流已經完全打通，數據的互通也形成了，自然而然就變成了智能化工廠?？偟膩碚f，ERP、MAS是一個企業的核心大腦，而AGV智能運輸就是聽從大腦指揮的手和腳，兩者相輔相成，缺一不可。

五、總結

很多企業主認為，能實現智能化、數字化工廠的只有那些擁有自主品牌，或者有穩定代工品牌的企業。因為這類企業流程相對固定，品類數據化已經有了一定的基礎。但是我個人認為，每個工廠都可以開始自己的數字化改造，這一改造并非一蹴而就，而是需要在不斷改進和優化中慢慢成長。

目前我們制筆行業各個廠商之間使用的生產設備基本在同一水平線上，那么如何可以從一眾生產廠商中脫穎而出，比拼的將會是企業的管理能力和精益化生產的程度。我們從得力集團在智能化改造的路上所取得的成果不難看出，制筆行業的數字化、智能化改造正在助力企業的精益生產。