AGV派車系統之交通管理概論

前言
工業4.0已是全球發展趨勢，製造業無不積極佈局數位轉型。無人車搬運系統(AGV System)的導入為首要工作，能有效減輕人員勞動並提升生產效率。過去幾十年間，無人車搬運系統已普遍運用於汽車、半導體、3C電子、鋼鐵、食品加工、醫務與自動倉儲系統等各相關產業。依據GIA(Global Industry Analysts)研究報告指出：全球無人搬運車系統市場規模在2021年將達到39.5億美元，其中自動倉儲系統應用產業創造了最大收益，約佔總體的42%左右[1]。
無人搬運車因應各種場合之運載模式，可分為拖曳式(Tow Vehicle)、堆高機式(Forklift Truck)、乘載式(Unit Load Carrier)、拖板車式(Pallet Truck)以及複合動力式(Hybrid Vehicle)等形式。圖1為2017年至2028年各種無人搬運車形式之市場規模趨勢圖[2]。其中以拖曳式與拖板車式之AGV市場規模最大。無人車搬運系統在設計上大致可分為四個重點，分別為車型結構、導引方式、物料管理(Material Control System, MCS)與派車系統(Dispatching System, DS)。車型結構設計與運載需求息息相關，包含物料載重、生產設備接合方式、環境條件與潔淨度要求等；而導引方式之選擇則著眼於環境條件、定位精度與建置成本等考量，一般來說，無軌式導引之建置成本會高於有軌式導引，且無軌式導引若使用雷射定位之技術手段，還需考量現場環境條件是否可配置反光片，但在環境變動之使用彈性上，無軌式導引優於有軌式導引[3][4]。物料管理之導入有助於無人搬運車系統與製造執行系統( Manufacturing Execution System, MES )或企業資源規劃系統( Enterprise Resource Planning, ERP)進行溝通整合，進而控管生產流程或倉儲物流。派車系統是多台無人搬運車運行的控制核心，能依現場站點呼叫或系統派車需求進行多車路徑規劃，適宜的交通管理能降低系統會車次數與會車等待時間，進而提高無人車搬運系統運載效率。

圖1 2017年至2028年AGV市場規模趨勢圖[2]
由左而右之各形式AGV依序於趨勢長條圖中由下而上呈現

在無人車搬運系統市場規模持續增長的同時，如何提高其運載效能一直是相關業者努力的目標。實務操作上，通常是以優化派車系統的交管邏輯為主要技術手段。著眼於此，本文將先探討派車系統架構，逐步說明開發過程需建立的關鍵技術，接續分析當前交通管理常用的各種方法，最後提出優化改善建議。
AGV派車系統
AGV派車系統架構如圖2所示。有三個技術開發重點，分為主控統合管理(Dispatching System Master)、僕端車載管理(Dispatching System Slave)與多車通訊機制(Multi-agent Communication)。分述如下：

圖2 AGV派車系統架構

1.派車系統之主控統合管理
主控統合管理系統將接收物料管理系統(Material Control System, MCS)傳送過來的物料搬運指令，指令通常包含物料種類、搬運起點與搬運終點等訊息。系統會據此進行AGV任務配對的工作，搬運起點、搬運終點與多車動態路徑等資訊會同步傳輸到所有AGV，所謂多車動態路徑是指所有AGV即時行走的路徑資訊。接著AGV裝配之僕端車載管理系統會進行代價函數(Cost Function)[5]計算，並將計算結果回傳給主控統合管理系統，當得出之代價函數數值越高，代表此AGV較適合進行此搬運任務。一般來說，當廠區通訊品質良好，AGV數量不多的情況下，多車路徑規劃會由主控統合管理系統處理。但實務上，廠區因有電機傳送設備或其它訊號阻隔因素影響，通訊品質通常不佳。若先在主控統合管理系統中執行所有AGV路徑規劃，再將運行路徑發送給對應之AGV執行任務，將會發生系統延遲問題。故主控統合管理系統僅負責發佈多車動態路徑，由每台AGV自行下載後各自演算運行路徑。多車行進間若發生路徑衝突，將會透過交通管理機制進行排除，交通管理的運作方法將於下章節進行說明。基本上主控統合管理系統都會配備資料庫，用以儲存AGV回報之狀態(Status)與警示(Alarm)資料、系統地圖資訊與多車動態路徑等。