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5G技术在物流智能仓储中的应用

范文

黄强

摘? 要：目前国家正在推行新基建计划，5G作为新基建的重要组成部分，正广泛运用于工业互联网等领域。5G与AGV技术相结合，在仓储货运自动化中得到有效应用，大大提高了货物管理效率，推动了物流仓储自动化、智能化建设。为解决仓库货物运输和管理的自动化问题，提出在5G支持下，将AGV技术运用于叉车，构建起全流程的物流管理体系，完成对仓储货物的动态监控，实现效率最大化，为仓储工业物联网发展奠定坚实的基础。

关键词：5G;AGV;智能仓储

中图分类号：TH242? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

0 前言

目前，国内外现代信息技术快速发展，基于5G的工业物联网的应用，开启了仓储物流发展的新时代，加快了仓储物流的自动化、智能化发展。虽然物流仓储等工业互联网的发展受到国家及企业的重视，但工业基础设施却限制了物流仓储自动化的发展。物联网基础设施设备薄弱、货物运输效率较低、物流信息技术落后等问题导致工作效率较低，管理成本较高，而物流仓储在物联网技术的支持下，迎来了机遇和挑战[1]。必须大力建设基于5G、AGV等物联网技术的仓储自动化监控体系，利用国际领先的物联网、移动互联网、云计算、机器学习等信息技术，打造WMS仓储管理系统、AMS（自动化管理系统）、AGV等设备一体化智能物流系统。在满足正常工作节拍的前提下，实现库存区日常入库任务的无人化，减少人工错误，降低人工成本。

1 5G+AGV技术简介

1.1 5G定义及特点

5G是最新一代蜂窝移动通信技术，特点是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高了系统容量和可以进行大规模设备连接。

5G技术具有大带宽、低时延、高可靠和广连接等优势。5G网络无线侧的多天线技术、更大带宽频谱、新空口技术等支持更高带宽和更低时延。5G网络边缘计算使内容与应用下沉，实现超低时延。5G网络切片则根据不同的网络服务需求，如时延、带宽、安全和可靠性等进行网络资源组合，以此来保证网络服务品质。

1.2 AGV定义及特点

AGV即自动导引小车，是一种以电池为动力，装有非接触导向装置和独立寻址系统的无人驾驶自动化搬运车辆。其系统技术和产品已经成为柔性生产线、柔性裝配线、仓储物流自动化系统的重要设备和技术[2]。

AGV技术目前正广泛地应用于无人物流、仓储以及工业生产过程中。目前，AGV一般采用分布式控制方式，主要采用的导航方式磁条导航、电磁导航、视觉标记导航、激光导航4种。这4种导航方式适用于不同场景，前3种导航方式均需要花费较高的成本对AGV的工作环境进行改造，并且灵活性较差，适用于场景固定、流程不变的场合。由于激光导航方式具有灵活、准确、高效的优点，因此正逐渐成为主流的导航方式。

2 基于5G+AGV技术的智能仓库项目设计

2.1 项目概述

厦门港务物流公司系上市企业港务发展（000905）全资子公司，致力于现代综合物流业务的经营和发展，经营范围涵盖集装箱装拆箱、进出口集拼、物流分拨配送、内外贸仓储、国际货运代理、项目物流策划等物流业务。公司具体负责厦门象屿综合保税区的经营管理工作，厦门象屿综合保税区是中国首批“国家示范物流园区”，该次智能仓储项目主要用于保税仓库场景，选取的物料主要是标准货物，货物不超出托盘，托盘标准为1 200 mm×1 000 mm×120 mm，（铲孔高度≥100 mm），托盘和货物总重量要<1 000 kg（在400 kg左右），货物总高度<1 400 mm，可连续24 h工作，仓库内部要考虑试验人员的行走情况，必须规范人员的行为守则，遵守交通规则，注意避让AGV行驶。

2.2 项目设计方案

该自动化物流仓储的设计方案是利用5G技术完成信息的实时传输，实现大规模车辆联网控制，保证网络安全稳定。使用AMS技术来对仓库进行自动化管理，查看任务管理情况、库位状态、车辆控制充电等信息。利用AGV对运输车进行实时定位监控，引导车辆自动装填货物，实现仓储物流的全程监控，以此来保证货物的安全。

在工作过程中，将车辆位置、货物运输、仓位等监控信息，通过5G通信技术发送到系统管理平台，操作人员从监控系统得到相关数据，并根据监控平台的指令工作，如果监控信息数据超过监控中心所设定的安全范围，监控系统就会发出警戒，以便监控人员作出相应的调节。整个项目设计体系如图1所示。

2.3 货物自动存放自动化设计流程

自动化设计流程如图2所示。

布局说明

人库缓存位：设有机械限位，用于人工摆货位置，为AGV入库的起始点。

库存区：设有横梁式货架，货架最高点8.1 m，用于货物的大量储存，为AGV入库的终止点。

AGV主通道：可满足两车交汇4.5 m～5 m的运行要求，便于取货出入库。

AGV单通道：可满足小车在仓库内实现直角堆垛的需求，提高调度效率。

人工通道：保证现场工人的日常行走，尽量减少人工和AGV之间的交互。

充电区（休息点）：AGV自主充电位置，小车无任务或低电量时，回到该区域充电或等待。

2.4 货物入库

货物入库流程（如图3所示）：包装下线位置，由人工将货物放置到入库缓存位机械限位的托盘上，并在CMS系统上将信息录入对应的托盘号中，选定入库缓存位（起始点位置），下发信息给WMS系统。WMS对接现场系统，生成搬运需求，选择对应的货物库位，生成任务号、起始点、终止点和优先级。WMS通过AMS对接软件下发搬运指令给AGV调度系统，AGV调度系统调度AGV进行搬运工作。AGV搬运货物到库存区后将信息反馈至AGV调度系统。AGV调度系统通过AMS反馈至WMS。WMS更新库位信息。

2.5 AGV货物出库

AGV货物出库涉及人工二次搬运出库货物的，对应出库缓存位都可选配光电检测，自动解绑库位。

货物出库流程（如图5所示）：现场人工通过PC端，在WMS或现有系统上编制出库订单（含托盘号），下发给库位管理系统。WMS接收搬运需求，选择对应的货物库位，也可人工指定起始点、终止点以及任务优先级。WMS通过AMS对接软件下发搬运指令给AGV调度系统。AGV调度系统调度AGV进行搬运工作。AGV搬运货物到库位区后，将信息反馈至AGV调度系统。AGV调度系统通过AMS反馈至WMS。WMS更新库位信息。

注：如果出库点未设置光电检测装置，需要人工通过手持PDA反馈出库库位空满信息（如图4所示）。

2.6 仓库自动化管理系统架构

2.6.1 AMS自动化管理系统

AMS自动化管理系统主要具有任务查询、异常统计、定时充电、库位状态监控等功能。仓库管理和调度人员通过认证进入平台，获得相应并且有限的权限，这样既能了解动态信息，又能保证信息不被泄露。

任务查询可按要求查询到具体任务。追溯每天的任务清单，查看任务状态。更改任务状态，支持任务新增、删除、手动完成、更改优先级等工作。异常统计主要是汇总所有异常情况，并以图形化界面的形式进行直观显示，支持以表格形式导出到电脑。定时充电，可自定义定时充电：选择AGV、充电开始时间、充电时长等，在空余时间进行定时充电。库位状态监控通过对接光电检测装置，实时反馈所有库位的空满状态。

2.6.2 AGV硬件设备

AGV选用前移式AGV货运车辆，采用NDC8系统中的LS2000传感器，安装在AGV顶端，探测区域内放置在特定位置的激光反射板，以便对AGV进行正确引导。导航激光随AGV的行走，发出旋转的激光束。发出的激光束沿多组反光板直接反射回来，触发控制器记录旋转激光头遇到反光板时的角度、时间。计算出AGV的实时坐标，基于这个原理就可以实现非常精确的激光导引。

2.6.3 安全防护

仓库自动化的主要功能之一就是对货物及设备的安全进行防护。安全防护主要包括远程监控对设备故障的远程报警、非接触式安全激光硬件防护、接触式防撞触边、车载警示装置。离线保护、通信故障保护：AGV與上位机失去联系时，则停止行驶。超差保护、失速保护、部件故障保护：AGV检测到安全传感器故障时，则停止行驶。导航带缺损保护：AGV导航地图缺损或导航标志物丢失时，则停止行驶。偏离保护：AGV超出预定行驶通道一定范围时，则停止行驶。电池保护：电量低于设定值时，AGV报警。

2.6.4 AGV管理系统（NDC）

AGV管理系统是车辆自动化控制的核心，包括操作界面、布局设计软件、车辆程序编辑软件，主要通过固定接口接收上层系统的指令。可以调度系统内的所有车辆完成搬运任务，并反馈车辆运行状态及任务结果。可以为不同的任务分配最佳车辆，自动计算最佳路线，形成交通管制，控制AGV系统中的运输流量。可以处理和AGV之间的通信问题，并作为AGV模拟器。

3 5G在智能仓库中的作用分析

3.1 实现局域网络连接的大带宽、高可靠性

在自动化仓库建设中，管理系统与各设备、传感器之间的网络连接至关重要，5G主要是作为仓库物联网的网络连接计算，可以使管理系统与运输车辆、仓位、货物定位等进行实时连接并进行信息传输。仓库内100多辆“云叉车”24 h实时运行，需要传输大量的数据信息，因此必须保证网络数据传输的可靠性和效率，不能出现离线、延时等情况，一旦网络连接不畅或掉线，就会造成车辆停运，影响仓库的正常运转。

3.2 实现货物可视化、可追溯化管理

为监控货物的情况，在叉车及入库缓存位、货架等位置均安装相关的传感器，通过5G网络相互连接，可实时定位货运位置，通过看板实时监控货物的运输情况，避免缺乏安全监控出现货物丢失的情况，一旦发生故障或丢失，可及时查看并追踪货物位置，避免造成不必要的浪费[3]。采用5G联网技术可实现物流运输的可追溯化、可视化管理的目的。购买者也可根据智能终端及时更新的信息，了解货物的最新物流状态，这样可以提高管理效率。基于管理系统的可追溯性、可视化特性，可以完成物流运作过程的实时监控，保证信息及时传递，正确反馈，保证物流安全。

3.3 实现整个物流的信息化、智能化

5G可以实现系统、终端、设备的实时联网，形成仓库区域内的物联网，在物流运作环节，有利于动态信息的获取，有利于物流的全程监控，而信息的获取和全程监控又离不开物联网技术[4]。通过5G技术可以随时了解仓位情况，货物及车辆自动化运转，提高运作效率、减少库存，实现整个物流的信息化、透明化、智能化，减少了不必要的运作成本，从而提升了效益。

4 结语

我国工业互联网的应用还处于初级发展阶段，整个5G技术在工业领域应用环节的各个节点都还不成熟，物联网的信息化、智能化特性，必定会成为当前物流市场上最有发展前景的技术，利用5G物联网技术这一平台建立物流监控体系，从而保证物流信息能够及时传递给监控中心或监控员，使物流保持在设定的安全范围之内，从而提升经济效益。

参考文献

[1]杨威.浅谈5G时代下智能物流仓储的信息化发展[J].数码设计（上），2019（9）：152-153.

[2]王渭，李琰.浅谈5G时代的物联网发展与技术[J].科学与信息化，2018（33）：66-66.

[3]史彦军，韩俏梅，沈卫明，等.智能制造场景的5G应用展望[J].中国机械工程，2020（2）：227-236.

[4]成志平.物联网技术在冷链物流中的应用[J].市场营销，2014（7）：4.

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