5G技術(shù)具有高速度、低延時、高續(xù)航等特點。隨著5G的快速發(fā)展，將與新型物流裝備技術(shù)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、智能制造等相結(jié)合，并積極應用到智能制造以及更加廣泛的領(lǐng)域中。 

現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展和日益激烈的市場競爭，對立體倉庫技術(shù)提出了更高的要求。而巷道堆垛機、AGV等是整個自動化立體倉庫系統(tǒng)的核心單機，其穩(wěn)定性直接決定了立體倉庫的運行效率。這些傳統(tǒng)設(shè)備的通訊均采用WIFI技術(shù)。 由于WIFI技術(shù)本身的缺陷，存在易受干擾、易掉線等一系列問題，尤其是高架庫中密集貨品對WIFI信號的阻擋，也無法使設(shè)備穩(wěn)定運行。而且隨著物流技術(shù)應用的多樣化和智慧化，比如需要加入視覺、信息讀取等功能，對通訊帶寬和通訊質(zhì)量的要求就更高了。因此，一種全新的高穩(wěn)定性、抗干擾能力強、應用范圍廣的通訊需求就顯得尤為迫切。

一、5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

5G 通信應運而生，低時延、大帶寬、大容量， 以及無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)特有的高可靠、高安全、廣覆蓋能力等技術(shù)優(yōu)勢，將工廠車間、物流園區(qū)的人- 機- 料、點- 線- 場進行數(shù)字化、無線化改造。以便利用大數(shù)據(jù)、IoT、AR、AI 等新興技術(shù)，在信息化、自動化基礎(chǔ)上，打造數(shù)字化、智能化方案。提高物流系統(tǒng)分析決策和執(zhí)行效率，整合物流資源，融入工藝與流程，確保生產(chǎn)節(jié)拍。同時，5G 無線通信方式實現(xiàn)工廠網(wǎng)絡(luò)扁平化，進一步賦能柔性制造。5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)WIFI的對比如表1。

表1 5G 蜂窩網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)WIFI對比

二、5G技術(shù)應用場景

結(jié)合物流業(yè)務對通信要求的特征，將5G技術(shù)應用場景總結(jié)為四大類：

第一類：行業(yè) eMBB?；?G 大帶寬的通信能力。

第二類：行業(yè)上行視頻?；谝曨l與圖像作業(yè)。

第三類：無線工業(yè)控制?；?G 低時延的實時控制。

第四類：5G 感知技術(shù)?；?G 通信技術(shù)的感知和定位能力。

三、5G在核心物流設(shè)備的應用

1.AGV集群調(diào)度

AGV 是物流行業(yè)目前最具自動化、智能化設(shè)備，也是發(fā)展最迅猛的技術(shù)，可見的方向是自主移動機器人AMR。電商分揀平臺上，幾百臺AGV 同時運行，如圖1。AGV 實時控制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大，但數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率很高，時延要求苛刻。

電商分揀正在運行的AGV

2.AGV 協(xié)同控制

工業(yè)制造和搬運對象大小不一，重的物件達到幾百噸，不可能為每種規(guī)格的物件設(shè)計一款AGV。多AGV協(xié)同搬運一個超大超重物件就很有必要，既減少AGV定制成本，又可以靈活組合復用，節(jié)約投資。超大設(shè)備組裝時，比如飛機機翼，也需要多個AGV同步托舉，物件的停放位置精度也受同步啟停的影響。超大設(shè)備運動轉(zhuǎn)彎時，編隊成組的不同AGV需要執(zhí)行不同的運動參數(shù)。

在多AGV協(xié)同搬運物件超重情況下，考慮到安全和慣性，需要多個AGV同步啟停，否則會出現(xiàn)單一AGV獨立超過負重，也就是對通信時延產(chǎn)生的命令到達時間差很苛刻。通信時延要控制在5～10微秒，以便留給機電伺服系統(tǒng)更充裕的時間。各AGV之間時鐘同步也要求在1 微秒。

3.AGV的云化控制

5G的上行大帶寬、低延時使得AGV的云化視覺導航成為可能。將AGV本地攝像頭數(shù)據(jù)上傳，在云上進行計算處理，可以消除在每個AGV本地部署激光雷達、工控機\GPU、購買算法license的大量硬件、軟件成本。

視覺導航一般要求至少每100ms 周期必須刷新上傳一次視覺幀以及下發(fā)位置信息，以防碰撞。上傳和下發(fā)的時延要控制在20ms 以內(nèi)。以便給云端的圖像處理和位置計算留出寬裕的時間。

4.堆垛機 C2C控制

堆垛機是自動化立體倉庫的核心設(shè)備，通訊方式一般是采用有線通訊、紅外通訊、WIFI。

有線通訊方式對電纜和布線要求極高，而且故障率高，應用極不方便。

紅外通訊必須直線對準安裝，在環(huán)境惡劣如粉塵多、照度差等條件下，數(shù)據(jù)傳送的距離和可靠性較差，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷等情況。

WIFI由于技術(shù)本身的缺陷，存在干擾、容量、掉線等一系列問題，尤其是高架庫中密集貨品對WIFI信號的阻擋，也無法使堆垛機穩(wěn)定運行。運行中電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備維護所需的大數(shù)據(jù)通信低帶寬的通信能力更無法承載。5G 無線通信將徹底消除以上問題。

堆垛機加入機器視覺，主要用工業(yè)相機。在出入庫環(huán)節(jié)，對包裝箱進行外觀破損檢測；在高架庫放貨環(huán)節(jié)，對貨箱擺放姿態(tài)進行檢測；在盤點、抽檢環(huán)節(jié)，可以通過云視頻實現(xiàn)在線實時盤點，安全高效。

視覺需要大數(shù)據(jù)上傳，如果采用5G 網(wǎng)絡(luò)，2 秒內(nèi)可以將非壓縮照片上傳到邊緣服務器，加上圖片處理時間， 可以滿足3～4 秒完成一個貨品外觀檢測的節(jié)奏。目前主要的視覺堆垛機廠家已經(jīng)啟動內(nèi)置5G 通信模組的技術(shù)更新。

四、5G網(wǎng)絡(luò)的建網(wǎng)要求

與MBB 業(yè)務不同，物流場景的設(shè)備通信有以下幾個典型特性（如表2）： 

表2 物流場景設(shè)備通信的典型特性

1.超深度覆蓋：高架庫場景，巷道狹窄，貨物密集，對信號穿透強度的要求高； 

2.長距離無切換：物流設(shè)備在大型車間運行，需要 300米內(nèi)無切換；

3.切換帶設(shè)計復雜：不同的車間格局和流程工藝要求下的切換帶設(shè)計差異很大； 

4.并發(fā)量超大：極端情況下，一個萬平方米車間的物流設(shè)備，大概近萬次 / 秒的并發(fā)通信。

五、5G終端選型建議

據(jù)GSA 報告，到2019 年10月，全球已發(fā)布的5G 終端有172 款，38 款終端已經(jīng)商用。到2019 年11月，總計15 款CPE進行發(fā)布或者商用。華為自2003 年就開始大力投入通訊模組研發(fā)，至今已經(jīng)有近二十年豐富經(jīng)驗，使能各行各業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)高速連接。2019 年10 月，華為發(fā)布MH5000 5G 工業(yè)模組，售價999元。2020 年，CPE 的售價也會降到300 美金以下。截止到2019 年12 月，典型幾類已商用的5G模組和終端，如圖2。

圖2 已商用的5G模組和終端

基于當前終端形態(tài)和物流場景，物流設(shè)備進行5G 改造推薦使用的5G 終端如表3。

表3 物流設(shè)備5G改造推薦使用的5G 終端

六、具體硬件架構(gòu)實施圖

5G應用場景中堆垛機、AGV等物流核心設(shè)備的邏輯控制器大多采用基于PC端的倍福PLC，5G終端選擇華為CPE行業(yè)終端，雙方為兩個PLC標準設(shè)備提供了Ether CAT自動化協(xié)議，可實現(xiàn)第二層級的以太網(wǎng)通信，主從設(shè)備之間通過5G基站進行數(shù)據(jù)交換，對于特殊應用場景，引入移動邊緣計算技術(shù)（MEC），如圖3。

圖3 硬件架構(gòu)實施圖

七、結(jié)語

5G 技術(shù)賦能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，推動信息化與工業(yè)化深入融合，為產(chǎn)業(yè)提供新動力。5G 技術(shù)為傳統(tǒng)物流產(chǎn)業(yè)的核心設(shè)備發(fā)展插上騰飛的翅膀，整合人工智能成果和大數(shù)據(jù)智慧，提高制造物流、倉儲物流、場外物流移動信息化程度和運營管理效率、生產(chǎn)節(jié)拍。