使工廠 AGV 更安全可靠

July 31, 2017 Alix Paultre, Embedded Computing Design

無人搬運車(Automated Guided Vehicles,AGV)已整合到工廠自動化、倉儲配送與其他處理原料的環境中,因為其能提高效率,兼能協助減少員工傷害,特別是在危險的作業環境中。 雖然是堅固耐用的機器,但是仍然容易遭受到環境危險因素的傷害,諸如灰塵、極端溫度、一般的磨損和破裂,以及機器特有的問題,如電磁干擾 (EMI)。

這使設計師與開發人員有責任設計出能克服嚴格工業環境挑戰的 AGV。 他們必須使 AGV「更聰明」,以成為連線程度日漸提高的工廠中不可或缺的一部分,且與員工並肩作業,而不會發生可能導致傷害的故障事件。

鐵路產業已解決許多安全性與電子系統的可靠性問題,其中某些最佳實務、標準與技術強化措施可以移植到 AGV。

工廠 AGV 的鮮明案例

AGV 以自動化行動平台取代多個步驟的程序,為連線的工廠提供多項安全性與效率優勢。 將原料從甲地搬運到乙地是利用 AGV 的良好範例,因為有時在需要之處無法部署輸送帶和其他運輸技術。 這項過程通常依賴人員操作的堆高機或棧板揀貨起重機,如此不僅延長處理時間,也增加關鍵程序出現人為錯誤的風險。 讓員工現身在工業場所,也會有暴露於惡劣環境、化學品與相關危險的風險。

AGV 也能在特定程序中執行多種任務。 例如,內建庫存管理與物料清單 (BOM) 應用程式的 AGV,不僅能運輸原料,還能掃描與報告所載貨物的相關資訊,以確保貨物搬運到正確位置,而且查詢的原料屬於工廠目前庫存的一部分。 此外,一旦原料處理作業能自動化,就能適當整合到智慧設施管理系統與工作流程中。

雖然 AGV 本質上比血肉之軀的人類同事堅固耐用,但是仍然容易遭受極端灰塵、碎屑、撞擊、濕度、化學品與震動的傷害。 工業環境在根本上就不利於電子系統,因為在其中運轉與發出噪音及電子雜訊的多部馬達和能源系統,能干擾元件的運作。

除此之外,散熱也是一大課題。 在工業環境中高溫並非罕見,這對支援機器視覺與動作控制應用程式的 AGV 而言,會與其需要的大量處理效能發生衝突。 在特定環境下,風扇式強制氣冷散熱解決方案並非選項,因為它們帶來額外的故障點,而且可能因灰塵與碎屑而阻塞。

一併考量所有因素,您可想見自動化車輛的運轉環境如何嚴峻。 能滿足 AGV 應用程式需求的任何運算解決方案,也必須能因應其所在的環境,並配合智慧設施的內部運作方式。

以鐵路標準處理 AGV 在極端環境中的問題

AGV 運算系統採用針對嚴苛環境而最佳化的專屬設計。 這類裝置需要穩定的可靠性、行動運算效能、無線可用性、進階電源防護與管理、高階系統整合、龐大的儲存容量,當然還有所有的適當安全驗證。

在工業條件下運作的 AGV 與鐵路車輛系統的需求之間可以進行很有意義的比較,因為能反映出設施全天候不中斷運作的需求。 鐵路硬體和運輸產業一樣,效能、可靠性與耐用度是其中的關鍵。 這些系統是由國際標準組織 (ISO) 針對鐵路車輛的 EN 50155 與 EN 50121-3-2 標準所規範;這些標準適用於用以控制、調整與防護的所有電子設備,並包括關於電磁放射與免疫力的條款(圖 1)。

圖 1. EN 50155 與 EN 50121-3-2 指定了鐵路車輛應用對於溫度、電壓、電磁相容性,與其他設計參數的最低要求;而這些要求也能套用到無人搬運車 (AGV) 系統的開發工作。 (資料來源:嵌入式運算設計,從各種來源的 EN 50155 與 EN 50121-3-2 資料編譯而成)

幸運的是,適用於 AGV 開發的整合式系統解決方案已經問世,該方案結合工作站等級的效能與經過驗證的 EN 50155 與 EN 50121-3-2 設計原則。 這些延伸溫度、無纜線、無風扇的開發系統能為 AGV 應用程式提供一應俱全的紮實起點,連同充裕的 I/O、進階效能與能源效率,加上適合任何環境的新一代系統管理技術。

舉例而言,VecowECS-9000 系列無風扇電腦是依據 EN 50155 與 EN 50121-3-2 而設計,在開發的過程中通過嚴格的散熱模擬、設計室測試、撞擊與震動測試、EMI 相容性測試,以符合標準。 此系列中的每一型號都能耐受 -40 ºC 至 75 ºC 的延伸作業溫度,並實作無風扇與無纜線的設計,將工廠環境中灰塵與碎屑造成的損害減至最少。 點火控制與突波防護等功能有助於保護系統與員工,避免非預期的故障和停電。

ECS-9000 系列搭載第 7代 Intel® Core™ 與 Intel® Xeon® 處理器,提供 AGV 系統所需的效能與能源效率(圖 2)。 這個系列採用這些處理器搭配工作站等級的 Intel® C236 晶片組;此晶片組能支援多達 8 個 USB 3.0 攝影機,具備即時視訊擷取與機器視覺功能,並能透過 LPC 匯流排上的 RS-232/422/485 介面和多個感測器套組進行通訊。 平台的 Intel® I210 GigE 控制器能實現 AGV 系統的進階動作控制,在缺乏高頻寬伺服器連線的狀況下,最多可達 32 GB 的雙通道 DDR4 2133 MHz ECC 記憶體也能協助 AGV 系統執行複雜的功能。

圖 2:ECS-9000 系列無風扇電腦可因應在工業環境中執行工作的問題,同時提供先進與可靠的技術。 (資料來源:Vecow)

另一個必須考量的因素是這個產品系列擁有絕佳擴充性,設計師能在需要的功能與成本之間,平衡選擇開發平台。

AGV:駕駛自動化

高效率、高效能的 Intel® 處理器結合 Vecow 穩定可靠的無風扇運算解決方案,協助 OEM 設計出能在智慧工廠環境中提高安全性、並增強生產力的 AGV。 Vecow 等開發夥伴提供工程支援人員,協助進行核心與系統選擇、環保合規、模擬與測試,協助開發人員獲得最佳 AGV 系統與應用成果。

一旦以 AGV 升級設施,就能掌控所有元件、裝置與產品的移動,並完全整合到智慧設施中,以提高營運、系統與能源效率,以及安全性和可靠性。 整合式進階管理功能能透過眾多方式,在高度自動化的工廠中充分發揮 AGV 等智慧資產的功能,唯一的限制是開發團隊的想像力。

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