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，Vecow 的 ECS-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。