5G技術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，正廣泛運用于工業互聯網等領域。5G與AGV技術相結合，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。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技術運用于叉車，構建起全流程的物流管理體系，完成對倉儲貨物的動態監控，實現效率最大化，為倉儲工業物聯網發展奠定堅實的基礎。

關鍵詞：5G;AGV;智能倉儲

中圖分類號：TH242? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

目前，國內外現代信息技術快速發展，基于5G的工業物聯網的應用，開啟了倉儲物流發展的新時代，加快了倉儲物流的自動化、智能化發展。雖然物流倉儲等工業互聯網的發展受到國家及企業的重視，但工業基礎設施卻限制了物流倉儲自動化的發展。物聯網基礎設施設備薄弱、貨物運輸效率較低、物流信息技術落后等問題導致工作效率較低，管理成本較高，而物流倉儲在物聯網技術的支持下，迎來了機遇和挑戰[1]。必須大力建設基于5G、AGV等物聯網技術的倉儲自動化監控體系，利用國際領先的物聯網、移動互聯網、云計算、機器學習等信息技術，打造WMS倉儲管理系統、AMS（自動化管理系統）、AGV等設備一體化智能物流系統。在滿足正常工作節拍的前提下，實現庫存區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技術簡介

1.1 5G定義及特點

5G是最新一代蜂窩移動通信技術，特點是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高了系統容量和可以進行大規模設備連接。

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

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的無人駕駛自動化搬運車輛。其系統技術和產品已經成為柔性生產線、柔性裝配線、倉儲物流自動化系統的重要設備和技術[2]。

AGV技術目前正廣泛地應用于無人物流、倉儲以及工業生產過程中。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、高效的優點，因此正逐漸成為主流的導航方式。

2 基于5G+AGV技術的智能倉庫項目設計

2.1 項目概述

廈門港務物流公司系上市企業港務發展（000905）全資子公司，致力于現代綜合物流業務的經營和發展，經營范圍涵蓋集裝箱裝拆箱、進出口集拼、物流分撥配送、內外貿倉儲、國際貨運代理、項目物流策劃等物流業務。公司具體負責廈門象嶼綜合保稅區的經營管理工作，廈門象嶼綜合保稅區是中國首批“國家示范物流園區”，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24 h工作，倉庫內部要考慮試驗人員的行走情況，必須規范人員的行為守則，遵守交通規則，注意避讓AGV行駛。

2.2 項目設計方案

該自動化物流倉儲的設計方案是利用5G技術完成信息的實時傳輸，實現大規模車輛聯網控制，保證網絡安全穩定。使用AMS技術來對倉庫進行自動化管理，查看任務管理情況、庫位狀態、車輛控制充電等信息。利用AGV對運輸車進行實時定位監控，引導車輛自動裝填貨物，實現倉儲物流的全程監控，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、倉位等監控信息，通過5G通信技術發送到系統管理平臺，操作人員從監控系統得到相關數據，并根據監控平臺的指令工作，如果監控信息數據超過監控中心所設定的安全范圍，監控系統就會發出警戒，以便監控人員作出相應的調節。整個項目設計體系如圖1所示。

2.3 貨物自動存放自動化設計流程

自動化設計流程如圖2所示。

布局說明

人庫緩存位：設有機械限位，用于人工擺貨位置，為AGV入庫的起始點。

庫存區：設有橫梁式貨架，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實現直角堆垛的需求，提高調度效率。

人工通道：保證現場工人的日常行走，盡量減少人工和AGV之間的交互。

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

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），下發信息給WMS系統。WMS對接現場系統，生成搬運需求，選擇對應的貨物庫位，生成任務號、起始點、終止點和優先級。WMS通過AMS對接軟件下發搬運指令給AGV調度系統，AGV調度系統調度AGV進行搬運工作。AGV搬運貨物到庫存區后將信息反饋至AGV調度系統。AGV調度系統通過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）：現場人工通過PC端，在WMS或現有系統上編制出庫訂單（含托盤號），下發給庫位管理系統。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、終止點以及任務優先級。WMS通過AMS對接軟件下發搬運指令給AGV調度系統。AGV調度系統調度AGV進行搬運工作。AGV搬運貨物到庫位區后，將信息反饋至AGV調度系統。AGV調度系統通過AMS反饋至WMS。WMS更新庫位信息。

注：如果出庫點未設置光電檢測裝置，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架構

2.6.1 AMS自動化管理系統

AMS自動化管理系統主要具有任務查詢、異常統計、定時充電、庫位狀態監控等功能。倉庫管理和調度人員通過認證進入平臺，獲得相應并且有限的權限，這樣既能了解動態信息，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。更改任務狀態，支持任務新增、刪除、手動完成、更改優先級等工作。異常統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。庫位狀態監控通過對接光電檢測裝置，實時反饋所有庫位的空滿狀態。

2.6.2 AGV硬件設備

AGV選用前移式AGV貨運車輛，采用NDC8系統中的LS2000傳感器，安裝在AGV頂端，探測區域內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，發出旋轉的激光束。發出的激光束沿多組反光板直接反射回來，觸發控制器記錄旋轉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備的安全進行防護。安全防護主要包括遠程監控對設備故障的遠程報警、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導航地圖缺損或導航標志物丟失時，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：電量低于設定值時，AGV報警。

2.6.4 AGV管理系統（NDC）

AGV管理系統是車輛自動化控制的核心，包括操作界面、布局設計軟件、車輛程序編輯軟件，主要通過固定接口接收上層系統的指令。可以調度系統內的所有車輛完成搬運任務，并反饋車輛運行狀態及任務結果。可以為不同的任務分配最佳車輛，自動計算最佳路線，形成交通管制，控制AGV系統中的運輸流量。可以處理和AGV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 實現局域網絡連接的大帶寬、高可靠性

在自動化倉庫建設中，管理系統與各設備、傳感器之間的網絡連接至關重要，5G主要是作為倉庫物聯網的網絡連接計算，可以使管理系統與運輸車輛、倉位、貨物定位等進行實時連接并進行信息傳輸。倉庫內100多輛“云叉車”24 h實時運行，需要傳輸大量的數據信息，因此必須保證網絡數據傳輸的可靠性和效率，不能出現離線、延時等情況，一旦網絡連接不暢或掉線，就會造成車輛停運，影響倉庫的正常運轉。

3.2 實現貨物可視化、可追溯化管理

為監控貨物的情況，在叉車及入庫緩存位、貨架等位置均安裝相關的傳感器，通過5G網絡相互連接，可實時定位貨運位置，通過看板實時監控貨物的運輸情況，避免缺乏安全監控出現貨物丟失的情況，一旦發生故障或丟失，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聯網技術可實現物流運輸的可追溯化、可視化管理的目的。購買者也可根據智能終端及時更新的信息，了解貨物的最新物流狀態，這樣可以提高管理效率。基于管理系統的可追溯性、可視化特性，可以完成物流運作過程的實時監控，保證信息及時傳遞，正確反饋，保證物流安全。

3.3 實現整個物流的信息化、智能化

5G可以實現系統、終端、設備的實時聯網，形成倉庫區域內的物聯網，在物流運作環節，有利于動態信息的獲取，有利于物流的全程監控，而信息的獲取和全程監控又離不開物聯網技術[4]。通過5G技術可以隨時了解倉位情況，貨物及車輛自動化運轉，提高運作效率、減少庫存，實現整個物流的信息化、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 結語

我國工業互聯網的應用還處于初級發展階段，整個5G技術在工業領域應用環節的各個節點都還不成熟，物聯網的信息化、智能化特性，必定會成為當前物流市場上最有發展前景的技術，利用5G物聯網技術這一平臺建立物流監控體系，從而保證物流信息能夠及時傳遞給監控中心或監控員，使物流保持在設定的安全范圍之內，從而提升經濟效益。

參考文獻

[1]楊威.淺談5G時代下智能物流倉儲的信息化發展[J].數碼設計（上），2019（9）：152-153.

[2]王渭，李琰.淺談5G時代的物聯網發展與技術[J].科學與信息化，2018（33）：66-66.

[3]史彥軍，韓俏梅，沈衛明，等.智能制造場景的5G應用展望[J].中國機械工程，2020（2）：227-236.

[4]成志平.物聯網技術在冷鏈物流中的應用[J].市場營銷，2014（7）：4.