華為是全球領(lǐng)先的信息與通信（ICT）解決方案供應(yīng)商，致力于構(gòu)建更美好的全聯(lián)接世界。華為堅(jiān)持圍繞客戶需求的持續(xù)創(chuàng)新，與合作伙伴開放合作，在電信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、終端和云計(jì)算等領(lǐng)域構(gòu)筑了端到端的解決方案優(yōu)勢。通過全球?qū)Ｗ⒕礃I(yè)的17萬名華為人，致力于為客戶創(chuàng)造最大的價(jià)值，提供有競爭力的ICT解決方案、產(chǎn)品和服務(wù)。
杭州海康機(jī)器人技術(shù)有限公司起步于全球安防排名首位的海康威視（002415）的機(jī)器視覺業(yè)務(wù)部，依托海康威視在視音頻處理、成像采集、硬件設(shè)計(jì)與核心精密算法等領(lǐng)域的技術(shù)積累，海康機(jī)器人主攻智能制造，開拓機(jī)器視覺、移動(dòng)機(jī)器人以及行業(yè)級無人機(jī)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，滿足智能制造需求，智慧領(lǐng)航內(nèi)物流變革。
華為聯(lián)合海康機(jī)器人努力突破AGV機(jī)器人在倉儲(chǔ)物流環(huán)節(jié)的應(yīng)用瓶頸，基于華為eLTE-U工業(yè)級的無線專網(wǎng)方案承載海康倉儲(chǔ)AGV機(jī)器人的調(diào)度控制，在華為東莞松山湖某HUB倉庫內(nèi)首創(chuàng)使用，以高性能的無線通信承載，助力倉儲(chǔ)AGV在智能化，無人化領(lǐng)域再上新臺(tái)階。
一、項(xiàng)目概況
為了建立華為東莞松山湖HUB倉自動(dòng)化物流網(wǎng)絡(luò)，海康機(jī)器人基于華為創(chuàng)新的eLTE-U無線專網(wǎng)方案，為該倉庫提供倉儲(chǔ)自動(dòng)化AGV解決方案，大幅提高倉庫運(yùn)作效率。
1. 項(xiàng)目背景
自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車(Automatic Guided Vehicle)，簡稱為AGV，是指裝備有一種或多種光學(xué)、慣性或電磁等自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿預(yù)先設(shè)定好的路線自動(dòng)導(dǎo)引自主運(yùn)行的搬運(yùn)車。AGV具有高智能化、無人駕駛、行駛路徑靈活、節(jié)省空間、可適于危險(xiǎn)環(huán)境、無污染、無噪聲等特點(diǎn)。把AGV應(yīng)用在物流生產(chǎn)運(yùn)輸過程中，可以達(dá)到及時(shí)、快速、規(guī)模優(yōu)化、成本低、易于管理的目標(biāo)。AGV小車是物流倉庫自動(dòng)化、智能化的體現(xiàn)，是自動(dòng)貨架區(qū)和電子標(biāo)簽揀選區(qū)的連接紐帶，是整個(gè)立體倉庫自動(dòng)化的必須工具。
2. 項(xiàng)目簡介
為了實(shí)現(xiàn)華為公司 “在三年內(nèi)建設(shè)完成數(shù)字化自動(dòng)物流網(wǎng)絡(luò)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，在華為東莞某HUB倉內(nèi)基于華為eLTE-U無線專網(wǎng)承載海康自動(dòng)化倉儲(chǔ)系統(tǒng)的核心裝備—AGV的無線通信，實(shí)現(xiàn)物料到達(dá)后在倉庫內(nèi)的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與管理。
華為eLTE-U工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)和海康A(chǔ)GV的組網(wǎng)架構(gòu)如上圖1-1所示：在目標(biāo)倉庫內(nèi)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(jī)柜的eCore核心網(wǎng)，海康A(chǔ)GV調(diào)度系統(tǒng)RCS與eCore核心網(wǎng)連接；集成了華為eLTE-U無線通信模塊的30多臺(tái)海康A(chǔ)GV通過參數(shù)配置，接入上述eLTE-U無線網(wǎng)絡(luò)（實(shí)際無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署和AGV應(yīng)用場景如下圖1-2所示）：
華為eLTE-U無線專網(wǎng)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(nèi)網(wǎng)AGV等智能裝備無線連接的理想方案。
由華為eLTE-U工業(yè)級蜂窩無線專網(wǎng)、海康智能倉儲(chǔ)AGV機(jī)器人、機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)（RCS）和智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)（iWMS）四大核心模塊組成的智能倉儲(chǔ)解決方案，以機(jī)器換人為核心理念，工人只需在工作臺(tái)操作終端進(jìn)行必要的操作，就可實(shí)現(xiàn)倉庫“貨到人”的理念。
3. 項(xiàng)目目標(biāo)
在華為東莞HUB倉庫約7000平方米的范圍內(nèi)，從倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)采購入庫、生產(chǎn)入庫、生產(chǎn)領(lǐng)料、成品出庫等各項(xiàng)倉儲(chǔ)業(yè)務(wù)需求；從技術(shù)方面出發(fā)，運(yùn)用工業(yè)級無線互聯(lián)通信控制技術(shù)、多視覺與慣性導(dǎo)航協(xié)調(diào)技術(shù)，及激光、立體視覺、紅外、超聲、聲光等多傳感器融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)AGV精確定位、路徑規(guī)劃和集群交通管制，實(shí)現(xiàn)智能倉儲(chǔ)物流模式。
二、項(xiàng)目實(shí)施概況
項(xiàng)目實(shí)施前對需求倉庫進(jìn)行實(shí)地考察，為其定制了針對性的解決方案，項(xiàng)目的總體框架和主要內(nèi)容如下：
1. 項(xiàng)目總體架構(gòu)和主要內(nèi)容
（1）項(xiàng)目整體系統(tǒng)框架
圖2-1 系統(tǒng)框架圖
WMS：倉儲(chǔ)管理系統(tǒng) (WareHouse Manage System)，劃分為RCS_WEB(含RCS)、WMS（含TPS）、監(jiān)控客戶端（含AMS）、出入庫客戶端、掃描槍客戶端。指導(dǎo)庫房內(nèi)的作業(yè)流程，其核心的功能是跟蹤庫存變化，負(fù)責(zé)控制物料在倉庫中流動(dòng)的整個(gè)過程。
ECS: 設(shè)備控制系統(tǒng)（Equipment Control System），負(fù)責(zé)設(shè)備的配置和控制，不負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)相關(guān)的邏輯，系統(tǒng)需要和RCS、WMS、TPS、工作臺(tái)、監(jiān)控客戶端進(jìn)行交互。
RCS：機(jī)器人控制服務(wù)（Robert Control Server），通過無線網(wǎng)絡(luò)承載調(diào)度服務(wù)器與AGV之間的通信，負(fù)責(zé)維護(hù)AGV活動(dòng)的世界模型，控制AGV在倉庫中執(zhí)行任務(wù)。
AMS：告警管理服務(wù)（Alarm Management Server），負(fù)責(zé)AGV告警數(shù)據(jù)信息的收集、處理和匯報(bào)工作。
第三方WCS: 主要承接WMS下達(dá)的任務(wù)，管理并調(diào)度AGV、RGV（穿梭車）、無人叉車、升降機(jī)、堆垛機(jī)、傳送帶等硬件設(shè)備完成貨物的搬運(yùn)工作。
SAP:數(shù)據(jù)處理應(yīng)用系統(tǒng)（Systems，Applications and Products in Data Processing）,是一款企業(yè)管理解決方案的軟件，可以應(yīng)用于倉庫物流管理中，幫助公司實(shí)現(xiàn)和客戶的交流互動(dòng)。
（2）運(yùn)作基本流程
①叉車將整托物料送至入庫交界區(qū)→人工生成LPN碼并用叉車運(yùn)送至入庫接駁點(diǎn)-AGV搬運(yùn)放有整托物料的單層貨架到系統(tǒng)指點(diǎn)庫位；②系統(tǒng)發(fā)起出庫任務(wù)→揀選人員根據(jù)出庫單任務(wù)觸發(fā)物料出庫→AGV將相應(yīng)物料搬運(yùn)至出庫工作臺(tái)→揀選人員進(jìn)行物料揀選、掃描打印、包裝等工作→叉車在出庫接駁點(diǎn)將出庫物料搬運(yùn)至出庫交接區(qū)→貼裝箱清單嘜頭→裝車。
圖2-2 AGV在倉庫運(yùn)作示意圖
2. 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)架構(gòu)
（1）eLTE-U工業(yè)級無線互聯(lián)技術(shù)
eLTE-U是兼?zhèn)銵TE的空口性能和Wi-Fi易部署特性的新技術(shù)，用LTE技術(shù)解決了WIFI的頻譜干擾，同時(shí)又在共享頻譜下實(shí)現(xiàn)。一般干擾等級下，Wi-Fi無線技術(shù)吞吐率等性能下降50-70%，eLTE-U僅有略微下降（不超過20%），,強(qiáng)干擾時(shí)，Wi-Fi無線技術(shù)已基本無法正常使用，eLTE-U網(wǎng)絡(luò)的吞吐率性能雖然也有較大幅度的下降（30%），但通過業(yè)務(wù)優(yōu)先級QoS管理，可以保障核心關(guān)鍵業(yè)務(wù)的持續(xù)正常通信。
（2）倉儲(chǔ)AGV的業(yè)務(wù)功能模塊和架構(gòu)
圖2-4 AGV業(yè)務(wù)功能模塊架構(gòu)
3. 數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用
AGV調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)包括AGV本身控制數(shù)據(jù)、eLTE-U網(wǎng)絡(luò)管道數(shù)據(jù)、RCS機(jī)器人控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)WMS數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)應(yīng)用：通過二維碼信息、位置/狀態(tài)信息實(shí)現(xiàn)對AGV精確定位、路徑規(guī)劃和集群交通管制，AGV與調(diào)度系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息交互如下：
AGV以100ms級為周期上報(bào)心跳數(shù)據(jù)給調(diào)度系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)包含AGV位置、電量等信息，調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息對AGV路徑進(jìn)行規(guī)劃，并將調(diào)度指令通過心跳數(shù)據(jù)確認(rèn)信息下發(fā)給AGV指引其行駛至目的地，并在AGV電量不足時(shí)指引其自動(dòng)充電。為防止故障導(dǎo)致AGV失聯(lián)，當(dāng)AGV超出設(shè)定的時(shí)間收不到調(diào)度指令時(shí)會(huì)自動(dòng)停止，同時(shí)調(diào)度系統(tǒng)將AGV最后一次上報(bào)的位置信息一定范圍內(nèi)的路徑設(shè)置為不可用，并重新規(guī)劃其余所有AGV行駛路徑，防止一輛AGV故障導(dǎo)致AGV整體調(diào)度出現(xiàn)混亂。
4. 安全及可靠性
項(xiàng)目通過華為eLTE-U無線專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)海康倉儲(chǔ)AGV設(shè)備通信數(shù)據(jù)的傳輸承載，可能涉及的安全風(fēng)險(xiǎn)包括：
（1）網(wǎng)絡(luò)通信安全：數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)通信過程中被修改或截獲，包括感知終端與網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)關(guān)與平臺(tái)、平臺(tái)與應(yīng)用、應(yīng)用與用戶之間等。
（2）數(shù)據(jù)安全：包括數(shù)據(jù)篡改、丟失。
（3）系統(tǒng)安全：非法用戶或設(shè)備的攻擊、網(wǎng)絡(luò)攻擊。針對以上安全風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目引入的安全措施如下：
在AGV的安全防護(hù)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(shí)施計(jì)劃
1、倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域的擴(kuò)容和復(fù)制
以華為松山湖HUB倉項(xiàng)目為樣板，擴(kuò)大應(yīng)用范圍和規(guī)模，并擴(kuò)展倉儲(chǔ)物流無線互聯(lián)業(yè)務(wù)類型，由AGV業(yè)務(wù)向掃碼槍接入、移動(dòng)辦公等更廣泛的工業(yè)無線互聯(lián)擴(kuò)展。
2、擁抱開放–深耕行業(yè)生態(tài)
后續(xù)將以松山湖HUB倉“海康A(chǔ)GV系統(tǒng)+華為eLTE-U無線專網(wǎng)”的成功案例為基礎(chǔ)，聯(lián)合海康機(jī)器人開展業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新，并聯(lián)合推進(jìn)AGV的標(biāo)準(zhǔn)化工作。
四、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)和實(shí)施效果
本項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)的依據(jù)是前期開發(fā)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)成果（擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果及技術(shù)積累等），主要包括：
創(chuàng)新性一：基于共享頻譜的eLTE-U高性能無線專網(wǎng)承載AGV調(diào)度控制通信
共享頻譜組網(wǎng)：承載AGV通信的無線網(wǎng)絡(luò)采用華為eLTE-U無線專網(wǎng)方案，將LTE技術(shù)構(gòu)建在5.8GHz共享頻譜上，解決了非運(yùn)營商企業(yè)建設(shè)無線物聯(lián)網(wǎng)的頻譜問題；
高容量、低時(shí)延：單基站最大支持128臺(tái)AGV同時(shí)在線，通過干擾協(xié)調(diào)和消除機(jī)制保障多臺(tái)AGV并發(fā)通信平均時(shí)延不高于50ms，滿足AGV與調(diào)度系統(tǒng)間頻繁的數(shù)據(jù)通信；
廣覆蓋：基于LTE先進(jìn)的調(diào)制方式，可以為終端提供更高的接收靈敏度，覆蓋范圍可達(dá)普通WLAN AP的2~3倍，基站數(shù)量相比WLAN AP可節(jié)省70%以上，降低網(wǎng)絡(luò)部署及運(yùn)維成本；
端到端適配：提供miniPCIe無線模組嵌入AGV設(shè)備本體，通過調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的AT指令集保證AGV與eLTE-U網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，實(shí)現(xiàn)AGV調(diào)度平臺(tái)與AGV之間穩(wěn)定可靠的通信承載。
創(chuàng)新性二：AGV精準(zhǔn)的視覺導(dǎo)航+慣性導(dǎo)航
海康A(chǔ)GV采用視覺導(dǎo)航及慣性導(dǎo)航融合技術(shù),能夠在保證運(yùn)行效率的同時(shí)彌補(bǔ)定位導(dǎo)航精度的缺失，增加了機(jī)器人的適應(yīng)性及穩(wěn)定性。與此同時(shí)機(jī)器人系統(tǒng)能夠根據(jù)自身歷史運(yùn)行過程中的偏差數(shù)據(jù)反向修正慣導(dǎo)及編碼器誤差，以保證實(shí)時(shí)測量精度。
創(chuàng)新性三：自主開發(fā)的智能能源管理系統(tǒng)
海康A(chǔ)GV使用自主設(shè)計(jì)的BMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電池電芯的一致性均衡性檢測并在充電過程實(shí)現(xiàn)電芯間均衡。整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)對電池的電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用最優(yōu)算法，使整個(gè)系統(tǒng)中多臺(tái)AGV和充電站樁合理調(diào)度，充分利用充電樁，實(shí)現(xiàn)AGV 7*24小時(shí)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在能源管理系統(tǒng)中，還有低功耗模式，當(dāng)進(jìn)入低功耗模式時(shí)，整車功耗將小于30W，同時(shí)支持一鍵自動(dòng)喚醒功能。使用不需要人工介入。
創(chuàng)新性四：軟硬件結(jié)合的高等級安全防護(hù)系統(tǒng)
安全防護(hù)系統(tǒng)分兩層：1）AGV自身安全避障：根據(jù)各種避障傳感器的特點(diǎn)，進(jìn)行有效融合的安全避障策略，實(shí)現(xiàn)了立體式的避障效果。2）系統(tǒng)軟件安全避障：在系統(tǒng)調(diào)度上進(jìn)行了獨(dú)特的交通管制算法。當(dāng)AGV故障時(shí)，可以動(dòng)態(tài)畫出封鎖區(qū)域，其他的AGV不往封鎖區(qū)域通過，工作人員進(jìn)入封鎖區(qū)域，處理故障小車。
創(chuàng)新性五：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)
海康iWMS倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，引入機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從大規(guī)模的歷史數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)出貨架的冷熱度最優(yōu)模型，由AGV自動(dòng)實(shí)現(xiàn)將不同冷熱度的貨架動(dòng)態(tài)調(diào)整至對應(yīng)的快慢周轉(zhuǎn)區(qū)，從而極大提高出入庫作業(yè)效率。