5G技術(shù)在物流智能倉儲中的應用

黃強

摘? 要：目前國家正在推行新基建計劃，5G作為新基建的重要組成部分，正廣泛運用于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。5G與AGV技術(shù)相結(jié)合，在倉儲貨運自動化中得到有效應用，大大提高了貨物管理效率，推動了物流倉儲自動化、智能化建設(shè)。為解決倉庫貨物運輸和管理的自動化問題，提出在5G支持下，將AGV技術(shù)運用于叉車，構(gòu)建起全流程的物流管理體系，完成對倉儲貨物的動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)效率最大化，為倉儲工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：5G;AGV;智能倉儲

中圖分類號：TH242? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

目前，國內(nèi)外現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展，基于5G的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用，開啟了倉儲物流發(fā)展的新時代，加快了倉儲物流的自動化、智能化發(fā)展。雖然物流倉儲等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展受到國家及企業(yè)的重視，但工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施卻限制了物流倉儲自動化的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備薄弱、貨物運輸效率較低、物流信息技術(shù)落后等問題導致工作效率較低，管理成本較高，而物流倉儲在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，迎來了機遇和挑戰(zhàn)[1]。必須大力建設(shè)基于5G、AGV等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲自動化監(jiān)控體系，利用國際領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、機器學習等信息技術(shù)，打造WMS倉儲管理系統(tǒng)、AMS（自動化管理系統(tǒng)）、AGV等設(shè)備一體化智能物流系統(tǒng)。在滿足正常工作節(jié)拍的前提下，實現(xiàn)庫存區(qū)日常入庫任務的無人化，減少人工錯誤，降低人工成本。

1 5G+AGV技術(shù)簡介

1.1 5G定義及特點

5G是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)，特點是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高了系統(tǒng)容量和可以進行大規(guī)模設(shè)備連接。

5G技術(shù)具有大帶寬、低時延、高可靠和廣連接等優(yōu)勢。5G網(wǎng)絡無線側(cè)的多天線技術(shù)、更大帶寬頻譜、新空口技術(shù)等支持更高帶寬和更低時延。5G網(wǎng)絡邊緣計算使內(nèi)容與應用下沉，實現(xiàn)超低時延。5G網(wǎng)絡切片則根據(jù)不同的網(wǎng)絡服務需求，如時延、帶寬、安全和可靠性等進行網(wǎng)絡資源組合，以此來保證網(wǎng)絡服務品質(zhì)。

1.2 AGV定義及特點

AGV即自動導引小車，是一種以電池為動力，裝有非接觸導向裝置和獨立尋址系統(tǒng)的無人駕駛自動化搬運車輛。其系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)成為柔性生產(chǎn)線、柔性裝配線、倉儲物流自動化系統(tǒng)的重要設(shè)備和技術(shù)[2]。

AGV技術(shù)目前正廣泛地應用于無人物流、倉儲以及工業(yè)生產(chǎn)過程中。目前，AGV一般采用分布式控制方式，主要采用的導航方式磁條導航、電磁導航、視覺標記導航、激光導航4種。這4種導航方式適用于不同場景，前3種導航方式均需要花費較高的成本對AGV的工作環(huán)境進行改造，并且靈活性較差，適用于場景固定、流程不變的場合。由于激光導航方式具有靈活、準確、高效的優(yōu)點，因此正逐漸成為主流的導航方式。

2 基于5G+AGV技術(shù)的智能倉庫項目設(shè)計

2.1 項目概述

廈門港務物流公司系上市企業(yè)港務發(fā)展（000905）全資子公司，致力于現(xiàn)代綜合物流業(yè)務的經(jīng)營和發(fā)展，經(jīng)營范圍涵蓋集裝箱裝拆箱、進出口集拼、物流分撥配送、內(nèi)外貿(mào)倉儲、國際貨運代理、項目物流策劃等物流業(yè)務。公司具體負責廈門象嶼綜合保稅區(qū)的經(jīng)營管理工作，廈門象嶼綜合保稅區(qū)是中國首批“國家示范物流園區(qū)”，該次智能倉儲項目主要用于保稅倉庫場景，選取的物料主要是標準貨物，貨物不超出托盤，托盤標準為1 200 mm×1 000 mm×120 mm，（鏟孔高度≥100 mm），托盤和貨物總重量要<1 000 kg（在400 kg左右），貨物總高度<1 400 mm，可連續(xù)24 h工作，倉庫內(nèi)部要考慮試驗人員的行走情況，必須規(guī)范人員的行為守則，遵守交通規(guī)則，注意避讓AGV行駛。

2.2 項目設(shè)計方案

該自動化物流倉儲的設(shè)計方案是利用5G技術(shù)完成信息的實時傳輸，實現(xiàn)大規(guī)模車輛聯(lián)網(wǎng)控制，保證網(wǎng)絡安全穩(wěn)定。使用AMS技術(shù)來對倉庫進行自動化管理，查看任務管理情況、庫位狀態(tài)、車輛控制充電等信息。利用AGV對運輸車進行實時定位監(jiān)控，引導車輛自動裝填貨物，實現(xiàn)倉儲物流的全程監(jiān)控，以此來保證貨物的安全。

在工作過程中，將車輛位置、貨物運輸、倉位等監(jiān)控信息，通過5G通信技術(shù)發(fā)送到系統(tǒng)管理平臺，操作人員從監(jiān)控系統(tǒng)得到相關(guān)數(shù)據(jù)，并根據(jù)監(jiān)控平臺的指令工作，如果監(jiān)控信息數(shù)據(jù)超過監(jiān)控中心所設(shè)定的安全范圍，監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)出警戒，以便監(jiān)控人員作出相應的調(diào)節(jié)。整個項目設(shè)計體系如圖1所示。

2.3 貨物自動存放自動化設(shè)計流程

自動化設(shè)計流程如圖2所示。

布局說明

人庫緩存位：設(shè)有機械限位，用于人工擺貨位置，為AGV入庫的起始點。

庫存區(qū)：設(shè)有橫梁式貨架，貨架最高點8.1 m，用于貨物的大量儲存，為AGV入庫的終止點。

AGV主通道：可滿足兩車交匯4.5 m～5 m的運行要求，便于取貨出入庫。

AGV單通道：可滿足小車在倉庫內(nèi)實現(xiàn)直角堆垛的需求，提高調(diào)度效率。

人工通道：保證現(xiàn)場工人的日常行走，盡量減少人工和AGV之間的交互。

充電區(qū)（休息點）：AGV自主充電位置，小車無任務或低電量時，回到該區(qū)域充電或等待。

2.4 貨物入庫

貨物入庫流程（如圖3所示）：包裝下線位置，由人工將貨物放置到入庫緩存位機械限位的托盤上，并在CMS系統(tǒng)上將信息錄入對應的托盤號中，選定入庫緩存位（起始點位置），下發(fā)信息給WMS系統(tǒng)。WMS對接現(xiàn)場系統(tǒng)，生成搬運需求，選擇對應的貨物庫位，生成任務號、起始點、終止點和優(yōu)先級。WMS通過AMS對接軟件下發(fā)搬運指令給AGV調(diào)度系統(tǒng)，AGV調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度AGV進行搬運工作。AGV搬運貨物到庫存區(qū)后將信息反饋至AGV調(diào)度系統(tǒng)。AGV調(diào)度系統(tǒng)通過AMS反饋至WMS。WMS更新庫位信息。

2.5 AGV貨物出庫

AGV貨物出庫涉及人工二次搬運出庫貨物的，對應出庫緩存位都可選配光電檢測，自動解綁庫位。

貨物出庫流程（如圖5所示）：現(xiàn)場人工通過PC端，在WMS或現(xiàn)有系統(tǒng)上編制出庫訂單（含托盤號），下發(fā)給庫位管理系統(tǒng)。WMS接收搬運需求，選擇對應的貨物庫位，也可人工指定起始點、終止點以及任務優(yōu)先級。WMS通過AMS對接軟件下發(fā)搬運指令給AGV調(diào)度系統(tǒng)。AGV調(diào)度系統(tǒng)調(diào)度AGV進行搬運工作。AGV搬運貨物到庫位區(qū)后，將信息反饋至AGV調(diào)度系統(tǒng)。AGV調(diào)度系統(tǒng)通過AMS反饋至WMS。WMS更新庫位信息。

注：如果出庫點未設(shè)置光電檢測裝置，需要人工通過手持PDA反饋出庫庫位空滿信息（如圖4所示）。

2.6 倉庫自動化管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.6.1 AMS自動化管理系統(tǒng)

AMS自動化管理系統(tǒng)主要具有任務查詢、異常統(tǒng)計、定時充電、庫位狀態(tài)監(jiān)控等功能。倉庫管理和調(diào)度人員通過認證進入平臺，獲得相應并且有限的權(quán)限，這樣既能了解動態(tài)信息，又能保證信息不被泄露。

任務查詢可按要求查詢到具體任務。追溯每天的任務清單，查看任務狀態(tài)。更改任務狀態(tài)，支持任務新增、刪除、手動完成、更改優(yōu)先級等工作。異常統(tǒng)計主要是匯總所有異常情況，并以圖形化界面的形式進行直觀顯示，支持以表格形式導出到電腦。定時充電，可自定義定時充電：選擇AGV、充電開始時間、充電時長等，在空余時間進行定時充電。庫位狀態(tài)監(jiān)控通過對接光電檢測裝置，實時反饋所有庫位的空滿狀態(tài)。

2.6.2 AGV硬件設(shè)備

AGV選用前移式AGV貨運車輛，采用NDC8系統(tǒng)中的LS2000傳感器，安裝在AGV頂端，探測區(qū)域內(nèi)放置在特定位置的激光反射板，以便對AGV進行正確引導。導航激光隨AGV的行走，發(fā)出旋轉(zhuǎn)的激光束。發(fā)出的激光束沿多組反光板直接反射回來，觸發(fā)控制器記錄旋轉(zhuǎn)激光頭遇到反光板時的角度、時間。計算出AGV的實時坐標，基于這個原理就可以實現(xiàn)非常精確的激光導引。

2.6.3 安全防護

倉庫自動化的主要功能之一就是對貨物及設(shè)備的安全進行防護。安全防護主要包括遠程監(jiān)控對設(shè)備故障的遠程報警、非接觸式安全激光硬件防護、接觸式防撞觸邊、車載警示裝置。離線保護、通信故障保護：AGV與上位機失去聯(lián)系時，則停止行駛。超差保護、失速保護、部件故障保護：AGV檢測到安全傳感器故障時，則停止行駛。導航帶缺損保護：AGV導航地圖缺損或?qū)Ш綐酥疚飦G失時，則停止行駛。偏離保護：AGV超出預定行駛通道一定范圍時，則停止行駛。電池保護：電量低于設(shè)定值時，AGV報警。

2.6.4 AGV管理系統(tǒng)（NDC）

AGV管理系統(tǒng)是車輛自動化控制的核心，包括操作界面、布局設(shè)計軟件、車輛程序編輯軟件，主要通過固定接口接收上層系統(tǒng)的指令?？梢哉{(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的所有車輛完成搬運任務，并反饋車輛運行狀態(tài)及任務結(jié)果?？梢詾椴煌娜蝿辗峙渥罴衍囕v，自動計算最佳路線，形成交通管制，控制AGV系統(tǒng)中的運輸流量?？梢蕴幚砗虯GV之間的通信問題，并作為AGV模擬器。

3 5G在智能倉庫中的作用分析

3.1 實現(xiàn)局域網(wǎng)絡連接的大帶寬、高可靠性

在自動化倉庫建設(shè)中，管理系統(tǒng)與各設(shè)備、傳感器之間的網(wǎng)絡連接至關(guān)重要，5G主要是作為倉庫物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡連接計算，可以使管理系統(tǒng)與運輸車輛、倉位、貨物定位等進行實時連接并進行信息傳輸。倉庫內(nèi)100多輛“云叉車”24 h實時運行，需要傳輸大量的數(shù)據(jù)信息，因此必須保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托剩荒艹霈F(xiàn)離線、延時等情況，一旦網(wǎng)絡連接不暢或掉線，就會造成車輛停運，影響倉庫的正常運轉(zhuǎn)。

3.2 實現(xiàn)貨物可視化、可追溯化管理

為監(jiān)控貨物的情況，在叉車及入庫緩存位、貨架等位置均安裝相關(guān)的傳感器，通過5G網(wǎng)絡相互連接，可實時定位貨運位置，通過看板實時監(jiān)控貨物的運輸情況，避免缺乏安全監(jiān)控出現(xiàn)貨物丟失的情況，一旦發(fā)生故障或丟失，可及時查看并追蹤貨物位置，避免造成不必要的浪費[3]。采用5G聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)物流運輸?shù)目勺匪莼?、可視化管理的目的。購買者也可根據(jù)智能終端及時更新的信息，了解貨物的最新物流狀態(tài)，這樣可以提高管理效率?；诠芾硐到y(tǒng)的可追溯性、可視化特性，可以完成物流運作過程的實時監(jiān)控，保證信息及時傳遞，正確反饋，保證物流安全。

3.3 實現(xiàn)整個物流的信息化、智能化

5G可以實現(xiàn)系統(tǒng)、終端、設(shè)備的實時聯(lián)網(wǎng)，形成倉庫區(qū)域內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)，在物流運作環(huán)節(jié)，有利于動態(tài)信息的獲取，有利于物流的全程監(jiān)控，而信息的獲取和全程監(jiān)控又離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[4]。通過5G技術(shù)可以隨時了解倉位情況，貨物及車輛自動化運轉(zhuǎn)，提高運作效率、減少庫存，實現(xiàn)整個物流的信息化、透明化、智能化，減少了不必要的運作成本，從而提升了效益。

4 結(jié)語

我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用還處于初級發(fā)展階段，整個5G技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應用環(huán)節(jié)的各個節(jié)點都還不成熟，物聯(lián)網(wǎng)的信息化、智能化特性，必定會成為當前物流市場上最有發(fā)展前景的技術(shù)，利用5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這一平臺建立物流監(jiān)控體系，從而保證物流信息能夠及時傳遞給監(jiān)控中心或監(jiān)控員，使物流保持在設(shè)定的安全范圍之內(nèi)，從而提升經(jīng)濟效益。

參考文獻

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