蜂窩無線專網釋放AGV機器人潛能，助力倉儲物流更智能 ——華為倉庫物流自動化項目
華為是全球領先的信息與通信（ICT）解決方案供應商，致力于構建更美好的全聯接世界。華為堅持圍繞客戶需求的持續創新，與合作伙伴開放合作，在電信網絡、企業網絡、終端和云計算等領域構筑了端到端的解決方案優勢。通過全球專注敬業的17萬名華為人，致力于為客戶創造最大的價值，提供有競爭力的ICT解決方案、產品和服務。
杭州?？禉C器人技術有限公司起步于全球安防排名首位的?？低暎?02415）的機器視覺業務部，依托海康威視在視音頻處理、成像采集、硬件設計與核心精密算法等領域的技術積累，海康機器人主攻智能制造，開拓機器視覺、移動機器人以及行業級無人機等業務領域，滿足智能制造需求，智慧領航內物流變革。
華為聯合?？禉C器人努力突破AGV機器人在倉儲物流環節的應用瓶頸，基于華為eLTE-U工業級的無線專網方案承載?？祩}儲AGV機器人的調度控制，在華為東莞松山湖某HUB倉庫內首創使用，以高性能的無線通信承載，助力倉儲AGV在智能化，無人化領域再上新臺階。
一、項目概況
為了建立華為東莞松山湖HUB倉自動化物流網絡，?？禉C器人基于華為創新的eLTE-U無線專網方案，為該倉庫提供倉儲自動化AGV解決方案，大幅提高倉庫運作效率。
1. 項目背景
自動導引運輸車(Automatic Guided Vehicle)，簡稱為AGV，是指裝備有一種或多種光學、慣性或電磁等自動導引裝置，能夠沿預先設定好的路線自動導引自主運行的搬運車。AGV具有高智能化、無人駕駛、行駛路徑靈活、節省空間、可適于危險環境、無污染、無噪聲等特點。把AGV應用在物流生產運輸過程中，可以達到及時、快速、規模優化、成本低、易于管理的目標。AGV小車是物流倉庫自動化、智能化的體現，是自動貨架區和電子標簽揀選區的連接紐帶，是整個立體倉庫自動化的必須工具。
2. 項目簡介
為了實現華為公司 “在三年內建設完成數字化自動物流網絡”的戰略目標，在華為東莞某HUB倉內基于華為eLTE-U無線專網承載?？底詣踊瘋}儲系統的核心裝備—AGV的無線通信，實現物料到達后在倉庫內的自動轉運與管理。
華為eLTE-U工業無線網絡和海康AGV的組網架構如上圖1-1所示：在目標倉庫內部署華為eLTE-U無線基站和天線，基站通過有線傳輸資源連接到中心機柜的eCore核心網，?？礎GV調度系統RCS與eCore核心網連接；集成了華為eLTE-U無線通信模塊的30多臺海康AGV通過參數配置，接入上述eLTE-U無線網絡（實際無線網絡設備部署和AGV應用場景如下圖1-2所示）：
華為eLTE-U無線專網方案采用5.8GHz共享頻譜，兼有LTE的高性能和共享頻譜的便捷性，是解決工廠內網AGV等智能裝備無線連接的理想方案。
由華為eLTE-U工業級蜂窩無線專網、?？抵悄軅}儲AGV機器人、機器人調度系統（RCS）和智能倉儲管理系統（iWMS）四大核心模塊組成的智能倉儲解決方案，以機器換人為核心理念，工人只需在工作臺操作終端進行必要的操作，就可實現倉庫“貨到人”的理念。
3. 項目目標
在華為東莞HUB倉庫約7000平方米的范圍內，從倉儲業務出發，實現采購入庫、生產入庫、生產領料、成品出庫等各項倉儲業務需求；從技術方面出發，運用工業級無線互聯通信控制技術、多視覺與慣性導航協調技術，及激光、立體視覺、紅外、超聲、聲光等多傳感器融合技術，實現AGV精確定位、路徑規劃和集群交通管制，實現智能倉儲物流模式。
二、項目實施概況
項目實施前對需求倉庫進行實地考察，為其定制了針對性的解決方案，項目的總體框架和主要內容如下：
1. 項目總體架構和主要內容
（1）項目整體系統框架
圖2-1 系統框架圖
WMS：倉儲管理系統 (WareHouse Manage System)，劃分為RCS_WEB(含RCS)、WMS（含TPS）、監控客戶端（含AMS）、出入庫客戶端、掃描槍客戶端。指導庫房內的作業流程，其核心的功能是跟蹤庫存變化，負責控制物料在倉庫中流動的整個過程。
ECS: 設備控制系統（Equipment Control System），負責設備的配置和控制，不負責業務相關的邏輯，系統需要和RCS、WMS、TPS、工作臺、監控客戶端進行交互。
RCS：機器人控制服務（Robert Control Server），通過無線網絡承載調度服務器與AGV之間的通信，負責維護AGV活動的世界模型，控制AGV在倉庫中執行任務。
AMS：告警管理服務（Alarm Management Server），負責AGV告警數據信息的收集、處理和匯報工作。
第三方WCS: 主要承接WMS下達的任務，管理并調度AGV、RGV（穿梭車）、無人叉車、升降機、堆垛機、傳送帶等硬件設備完成貨物的搬運工作。
SAP:數據處理應用系統（Systems，Applications and Products in Data Processing）,是一款企業管理解決方案的軟件，可以應用于倉庫物流管理中，幫助公司實現和客戶的交流互動。
（2）運作基本流程
①叉車將整托物料送至入庫交界區→人工生成LPN碼并用叉車運送至入庫接駁點-AGV搬運放有整托物料的單層貨架到系統指點庫位；②系統發起出庫任務→揀選人員根據出庫單任務觸發物料出庫→AGV將相應物料搬運至出庫工作臺→揀選人員進行物料揀選、掃描打印、包裝等工作→叉車在出庫接駁點將出庫物料搬運至出庫交接區→貼裝箱清單嘜頭→裝車。
圖2-2 AGV在倉庫運作示意圖
2. 網絡互聯架構
（1）eLTE-U工業級無線互聯技術
eLTE-U是兼備LTE的空口性能和Wi-Fi易部署特性的新技術，用LTE技術解決了WIFI的頻譜干擾，同時又在共享頻譜下實現。一般干擾等級下，Wi-Fi無線技術吞吐率等性能下降50-70%，eLTE-U僅有略微下降（不超過20%），,強干擾時，Wi-Fi無線技術已基本無法正常使用，eLTE-U網絡的吞吐率性能雖然也有較大幅度的下降（30%），但通過業務優先級QoS管理，可以保障核心關鍵業務的持續正常通信。
（2）倉儲AGV的業務功能模塊和架構
圖2-4 AGV業務功能模塊架構
3. 數據架構和應用
AGV調度系統的數據架構包括AGV本身控制數據、eLTE-U網絡管道數據、RCS機器人控制系統數據、倉儲管理系統WMS數據。
數據應用：通過二維碼信息、位置/狀態信息實現對AGV精確定位、路徑規劃和集群交通管制，AGV與調度系統間的數據信息交互如下：
AGV以100ms級為周期上報心跳數據給調度系統，該數據包含AGV位置、電量等信息，調度系統根據接收到的信息對AGV路徑進行規劃，并將調度指令通過心跳數據確認信息下發給AGV指引其行駛至目的地，并在AGV電量不足時指引其自動充電。為防止故障導致AGV失聯，當AGV超出設定的時間收不到調度指令時會自動停止，同時調度系統將AGV最后一次上報的位置信息一定范圍內的路徑設置為不可用，并重新規劃其余所有AGV行駛路徑，防止一輛AGV故障導致AGV整體調度出現混亂。
4. 安全及可靠性
項目通過華為eLTE-U無線專網實現?？祩}儲AGV設備通信數據的傳輸承載，可能涉及的安全風險包括：
（1）網絡通信安全：數據在網絡通信過程中被修改或截獲，包括感知終端與網關、網關與平臺、平臺與應用、應用與用戶之間等。
（2）數據安全：包括數據篡改、丟失。
（3）系統安全：非法用戶或設備的攻擊、網絡攻擊。針對以上安全風險，項目引入的安全措施如下：
在AGV的安全防護方面，增加了激光避障、急停按鈕和碰撞條等功能。
三、下一步實施計劃
1、倉儲物流領域的擴容和復制
以華為松山湖HUB倉項目為樣板，擴大應用范圍和規模，并擴展倉儲物流無線互聯業務類型，由AGV業務向掃碼槍接入、移動辦公等更廣泛的工業無線互聯擴展。
2、擁抱開放–深耕行業生態
后續將以松山湖HUB倉“?？礎GV系統+華為eLTE-U無線專網”的成功案例為基礎，聯合?？禉C器人開展業務應用創新，并聯合推進AGV的標準化工作。
四、項目創新點和實施效果
本項目關鍵技術實現的依據是前期開發實現的技術成果（擁有自主知識產權的科研成果及技術積累等），主要包括：
創新性一：基于共享頻譜的eLTE-U高性能無線專網承載AGV調度控制通信
共享頻譜組網：承載AGV通信的無線網絡采用華為eLTE-U無線專網方案，將LTE技術構建在5.8GHz共享頻譜上，解決了非運營商企業建設無線物聯網的頻譜問題；
高容量、低時延：單基站最大支持128臺AGV同時在線，通過干擾協調和消除機制保障多臺AGV并發通信平均時延不高于50ms，滿足AGV與調度系統間頻繁的數據通信；
廣覆蓋：基于LTE先進的調制方式，可以為終端提供更高的接收靈敏度，覆蓋范圍可達普通WLAN AP的2~3倍，基站數量相比WLAN AP可節省70%以上，降低網絡部署及運維成本；
端到端適配：提供miniPCIe無線模組嵌入AGV設備本體，通過調用標準的AT指令集保證AGV與eLTE-U網絡的無縫連接，實現AGV調度平臺與AGV之間穩定可靠的通信承載。
創新性二：AGV精準的視覺導航+慣性導航
?？礎GV采用視覺導航及慣性導航融合技術,能夠在保證運行效率的同時彌補定位導航精度的缺失，增加了機器人的適應性及穩定性。與此同時機器人系統能夠根據自身歷史運行過程中的偏差數據反向修正慣導及編碼器誤差，以保證實時測量精度。
創新性三：自主開發的智能能源管理系統
海康AGV使用自主設計的BMS系統，實現了電池電芯的一致性均衡性檢測并在充電過程實現電芯間均衡。整個調度系統對電池的電量進行實時監控，采用最優算法，使整個系統中多臺AGV和充電站樁合理調度，充分利用充電樁，實現AGV 7*24小時的連續穩定運行。在能源管理系統中，還有低功耗模式，當進入低功耗模式時，整車功耗將小于30W，同時支持一鍵自動喚醒功能。使用不需要人工介入。
創新性四：軟硬件結合的高等級安全防護系統
安全防護系統分兩層：1）AGV自身安全避障：根據各種避障傳感器的特點，進行有效融合的安全避障策略，實現了立體式的避障效果。2）系統軟件安全避障：在系統調度上進行了獨特的交通管制算法。當AGV故障時，可以動態畫出封鎖區域，其他的AGV不往封鎖區域通過，工作人員進入封鎖區域，處理故障小車。
創新性五：基于機器學習的智能倉儲管理系統
?？礽WMS倉儲管理系統，引入機器學習技術，從大規模的歷史數據中學習出貨架的冷熱度最優模型，由AGV自動實現將不同冷熱度的貨架動態調整至對應的快慢周轉區，從而極大提高出入庫作業效率。
聲明
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