8月10日,由苏宁物流、中国物流与采购联合会及江苏移动、中兴通讯、极智嘉、未来机器人、真机智能等合作伙伴联合推出的《5G智慧物流创新示范白皮书》正式发布。该白皮书旨在通过5G技术对物流仓运配全链路的升级改造,为物流基础设施智慧化发展、供应链服务提供决策依据。
白皮书分为五章,包括:物流行业关于 5G 应用的初步探索,5G 助力仓储智能化发展,5G 助力无人配送智慧升级,5G 赋能物流园区智能安防,5G 引领物流产业变革。本文摘取了第二章《5G 助力仓储智能化发展》的主要内容,进行了编辑整理。
截至目前,苏宁物流全国仓储及相关配套面积1200万平方米,业务覆盖供应链、快递、冷链、即时配送、物流地产、售后等六大板块,建立了“区域中心仓群+前行仓群+前置仓群”三级仓网布局,末端网点超过 26000个,在全国95%以上的区域可以实现24小时达。
其中,苏宁超级云仓(图1)位于南京雨花物流基地,是亚洲第一、世界前三的智慧物流基地,部署有包含AS/RS、miniload、SCS、无人叉车和AGV等自动化系统,建筑面积达20万平方米,可存储2000万件商品,日处理包裹181万件。
苏宁着力推动5G+物流产业落地探索实践,并进行了创新示范项目实施。2019年至2020年,苏宁在南京雨花区物流云仓完成了5G终端模组——园区物流MEC——核心网——业务全链路打通,完成物流仓储AGV、无人叉车、智能安防方案在5G网络环境中的部署实施,旨在降低物流产业中机器人设备成本,释放物流作业端、设备端、管理端的自动化、智能化能力,实现物流产业的降本增效实际示范。
一、AGV实现5G云化升级
从1913年美国福特汽车公司开始使用有轨道的导引车辆算起,到目前为止AGV已经经历了3代,第三代AGV(AMR)从2016年开始,AMR主要基于WIFI网络方案,实现AMR、附属设备(拣货站、扫描枪、电子标签等)与服务器之间的相互通信。
目前,AMR主要有以下几个棘手的问题:
一是WIFI网络自身问题。由于WIFI使用的是非授权频段,非常容易受干扰,再加上仓库和工厂中有大量的金属货架,导致信号衰减严重,会加剧现场无线网络的可靠性,造成延时大,丢包率高甚至AMR掉线。
二是算力制约AMR进一步智能化。在视觉和激光导航场景下,为了提高安全性,需要360°激光雷达以及多个摄像头,这对AMR本体的算力提出很大挑战,尤其是AMR智能化和小型化是后继发展的趋势,在有限空间内提升算力已经比较困难,已经成为制约AMR智能化的瓶颈。
1.设计思路及建设目标
(1)设计思路
相比较于WIFI的各种棘手问题,5G的高速率、大带宽和低时延特性,能够带来更宽广的网络覆盖、更稳定的网络连接和更高效的数据传送。再结合MEC边缘计算、云计算、大数据和人工智能等技术,会进一步提高AMR的智能,使其能够胜任更多的应用场景。
AMR通过5G和Cloud互联,结合物联网、大数据、人工智能等关键技术,实现了从订单—生产—物流—运输—配送—门店/个人的智慧物流全流程贯通。
苏宁联合江苏移动、中兴通讯、极智嘉在苏宁云仓完成了5G赋能苏宁云仓柔性化生产创新示范方案。
(2) 建设目标
通过该创新示范项目,主要达到以下目标:
AMR、拣货站、电子标签等终端设备能够通过5G稳定地连接到网络;
MEC实现AMR小车与RMS服务器之间网络数据转发;
订单信息能够通过公网传递到RMS服务器,RMS服务器根据订单信息生成调度指令,下发给AMR。
RMS的app能够部署到MEC容器内,降低硬件成本。
2.实施方案
(1)激光导航与视觉导航
AMR采用极智嘉最新的P系列机器人,标配支持二维码导航,最大负载800kg。得益于5G的大带宽传输性能,AMR可以搭配激光导航和视觉导航模块,并通过5G将大量数据上传到MEC,实现云化AMR。
激光导航方案在AMR前端会增加一个激光雷达,点云数据通过5G上传到MEC完成加速计算,并完成地图绘制、更新、导航算法以及路径规划等功能;
视觉导航会在AMR前端增加一个或多个摄像头,通过5G上传到 MEC,利用 MEC的视频加速处理模块以及神经网络加速模块,完成目标识别、导航、路径规划等功能。
(2) 功能设计
整体框图如图4所示,根据功能需求主要分为3部分功能:
硬件:实现激光/视觉数据的采集与上传。
软件:根据激光/视觉数据完成SLAM、导航与控制。
网络:实现5G网络可靠连接。
(3) 总控平台改造
AMR部分:
AMR主控盒进行改造,通过USB连接ZM9000模组,实现5G网络传输;
充电站、拣货站、电子标签采用5G CPE(MC801),实现以太网转5G,连接5G网络。
网络部分:
RMS服务器采用HPE DL388 Gen10,第一期目标调度系统还是在RMS上实现,MEC只做网络数据透传;第二期目标,期望把RMS的APP部署到MEC上,利用MEC实现AMR的调度与管理。
二、无人叉车5G创新应用
1.5G助力无人叉车云化升级
早在2019年4月,“5G无人叉车”的概念就已经被提出,但仅限于使用5G网络实现无人叉车与中央控制系统的网络互联;同年10月,基于5G的远程控制叉车陆续出现,该类系统利用5G网络将车载行车记录仪的视频数据传回,为远端的工作人员提供控制辅助,实现了叉车的“远程控制”。然而,截至目前,无人工业车辆与5G的结合仍然处于功能性验证阶段,并没有深度结合。
5G与无人驾驶工业车辆的结合应该突出以下几个方面:
(1)与视觉结合,充分利用边缘计算
视觉技术具有信息量大、成本低等优点,但也面临大量数据计算的需求。在无人驾驶工业车辆的应用中,5G与边缘计算与视觉技术形成互补:视觉相机采集的信息通过5G网络传送至云端,利用边缘计算提取和处理图像信息,辅助工业车辆的无人驾驶。视觉与5G的结合降低了无人工业车辆的实施成本,在保证技术稳定性的同时,提升了车辆的智能化程度。
(2)云化无人工业车辆
5G技术具备大连接、低时延的特性,实现了异地设备间的通讯。通过将车载设备的信息、运算单元移动至远端,极大地降低了单车成本、最小化改造模块,使“云车辆”成为可能。
(3)远程人机协同达成人员配置优化
基于5G技术万物互联技术,人工可远程接管无人工业车辆,使各个物流节点共享同一套人工班底成为可能。随着物流自动化程度的加深,大量重复性的工作和数据传输移交到工业机器人,人工将更加专注于临时性的、非标准的盘点、巡检、查找、核对等复杂工作环节,人员的培训和调度将更加专业化、标准化,实现最优配置。
(4)基于移动网络的大尺度大规模调度
物流节拍的强健性和时效性是衡量物流效率的重要指标,区间内短波运输、主干网络之间物料迁移以及仓到端的配送环节无人化变得至关重要。如何对网络内各核心要素进行有效组织,对运输线路、仓储节点、配送支线上的各类无人设备集中调度,将是大尺度大规模物流网络面临的巨大挑战。搭建一个通讯时延相对较低和运动不确定性相对较少的场景,集群化的工业无人车辆协作将成为可能。移动通讯技术是针对设备大范围移动的专用技术,特别适用于大尺度物流网络下的移动车辆信息上传和调度信息下载,而5G技术将使得网络内信息的实时性和透明度得到较大保证。