【導(dǎo)讀】隨著倉儲物流行業(yè)逐漸導(dǎo)入自動化系統(tǒng),工業(yè)級Wi-Fi無線通信技術(shù)不僅可高效串聯(lián)搬運(yùn)設(shè)備與管理系統(tǒng),同時也是提高對象、搬運(yùn)設(shè)備與現(xiàn)場人員安全的核心環(huán)節(jié)。
隨著倉儲物流行業(yè)逐漸導(dǎo)入自動化系統(tǒng),工業(yè)級Wi-Fi無線通信技術(shù)不僅可高效串聯(lián)搬運(yùn)設(shè)備與管理系統(tǒng),同時也是提高對象、搬運(yùn)設(shè)備與現(xiàn)場人員安全的核心環(huán)節(jié)。
近10年來,物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things;IoT)的崛起及工業(yè)4.0的趨勢,在工業(yè)現(xiàn)場導(dǎo)入自動化系統(tǒng)的市場逐漸活絡(luò)。更新老舊設(shè)備的同時,如何導(dǎo)入智能制造、提高機(jī)臺設(shè)備效能與稼動率等等,是各行業(yè)需求所在。
全球近幾年遭受COVID-19疫情的沖擊,促使電子商務(wù)加快發(fā)展;倉儲物流體系是電商強(qiáng)而有力的后盾,快速配送的物流運(yùn)輸是一鍵輕松購物的重要地基。
當(dāng)商品配送需求暴增時,短時間內(nèi)大量涌入的訂單,導(dǎo)致傳統(tǒng)倉儲系統(tǒng)無法從容應(yīng)付,商品出貨規(guī)格錯誤率增加,物流配送的時間也變得冗長且無法預(yù)知。種種問題的衍生,讓全球的智能倉儲物流系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。如何加速倉儲物流的智能化,應(yīng)用工業(yè)自動化技術(shù)提升各環(huán)節(jié)效率,將是服務(wù)質(zhì)量差異化的關(guān)鍵。
智能倉儲物流系統(tǒng)的核心概念是自動物料搬運(yùn)(Automated Material Handling;AMH),此一范疇共涵蓋以下幾個項(xiàng)目:
˙ 自動導(dǎo)引車(Automatic Guided Vehicle;AGV)
˙ 自主式移動機(jī)器人(Autonomous Mobile Robot;AMR)
˙ 自動儲存與檢索系統(tǒng)(Automated Storage & Retrieval Systems;AS/RS)
˙ 自動輸送與分揀系統(tǒng)
˙ 碼垛/卸垛系統(tǒng)
˙ 倉儲管理系統(tǒng)(Warehouse Management System;WMS)
˙ 倉庫工作系統(tǒng)(Warehouse Execution System;WES)
˙ 其他
在AMH系統(tǒng)范疇中的各項(xiàng)目中,AGV成長最為快速,因此吸引眾多廠商投入研發(fā),目前技術(shù)發(fā)展最成熟。AGV已經(jīng)普遍應(yīng)用在材料倉儲,適用于搬運(yùn)不同的物料,在不同的裝載點(diǎn)與卸除點(diǎn)靈活穿梭來回,調(diào)度更自由,增加生產(chǎn)線彈性、降低制造成本。AGV的技術(shù)目前已相當(dāng)成熟和被普遍應(yīng)用,以此技術(shù)為基礎(chǔ),將AGV搭配機(jī)器人手臂的應(yīng)用也開始萌發(fā),亦即目前大家所知道的自主式移動機(jī)器人(AMR)。
AMR最大的特色,是擁有可收集倉儲環(huán)境信息的傳感器與機(jī)器視覺等周邊零組件,具有自主實(shí)時運(yùn)算能力,可配合當(dāng)下的狀況后做出決策。AMR搭載機(jī)器人手臂,可替代很多危險(xiǎn)環(huán)境中所需人工,靈活的操作與調(diào)度系統(tǒng),讓更多倉儲行業(yè)業(yè)者逐漸導(dǎo)入AMR的應(yīng)用。
AMH范疇中另一個重要環(huán)節(jié)是自動儲存與檢索系統(tǒng)(AS/RS)。AS/RS由自動化儲存裝置與控制系統(tǒng)兩部分組合而成。自動化儲存裝置的功能,是根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的儲存規(guī)則,透過穿梭車(shuttle car)將貨物存放到指定的位置,并根據(jù)檢索指令,自動將貨物取出。另外,控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制整個AS/RS系統(tǒng)的運(yùn)作,通過與后臺物流管理系統(tǒng)之間的搭配,實(shí)現(xiàn)高效的物流運(yùn)輸。
自動化的AS/RS系統(tǒng),可提高貨物儲存密度,節(jié)省儲存空間,同時可提高檢索準(zhǔn)確性,減少人工成本與人為出錯。AS/RS系統(tǒng)在高密度貨物儲存環(huán)境與自動化分揀的效果特別顯著,正在被物流倉儲行業(yè)中廣泛地運(yùn)用與發(fā)展中,也吸引眾多廠商開始投入研發(fā)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。
圖1 : 自動化的AS/RS系統(tǒng)可提高貨物儲存密度及檢索的準(zhǔn)確性,減少人工成本與人為出錯。(source:Sitma)
AMH自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)中執(zhí)行搬運(yùn)與取放的設(shè)備,如AGV、AMR,以及AS/RS的穿梭車,因?yàn)闀r時在移動搬運(yùn)各種不同物料與物品,所以設(shè)備與控制中心間的通訊,必須采用無線通信技術(shù)傳輸,而Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)更是在應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中的佼佼者,具有以下的優(yōu)點(diǎn):
首先是普及且通用,Wi-Fi的應(yīng)用已經(jīng)普遍存在于日常生活之中,無論于辦公室、賣場或家庭里皆隨處可見,在倉儲物流行業(yè)現(xiàn)場導(dǎo)入難度較低。
再者,Wi-Fi是一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,所以不同制造商的Wi-Fi產(chǎn)品都可以相互通訊,沒有兼容性的問題,且方便隨時擴(kuò)充。同時,Wi-Fi無線通信不須經(jīng)由實(shí)體的纜線來進(jìn)行數(shù)據(jù)封包傳送,所以不需要像布建有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)般,投入巨資進(jìn)行安裝施工作業(yè),具有建置成本較低的優(yōu)勢。
Wi-Fi雖然具有上述的優(yōu)勢,但在動線復(fù)雜、充滿貨架與電機(jī)設(shè)備的工廠,或智慧倉儲物流行業(yè)如此的應(yīng)用環(huán)境,業(yè)者應(yīng)用Wi-Fi的需求,還是大大不同于商辦場合或家用場合。無論是AGV、AMR或AS/RS的穿梭車,都是時時不斷移動的設(shè)備,若須確保設(shè)備、貨件與人員的安全與運(yùn)送的效率,講求的是高穩(wěn)定且不斷線的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,采用工業(yè)等級的Wi-Fi設(shè)備才是理想的選擇。
洞悉倉儲物流環(huán)境的現(xiàn)場應(yīng)用痛點(diǎn),臺達(dá)研發(fā)的DVW-W01I2-E1系列無線AP (以下簡稱DVW),即是適合處理倉儲物流搬運(yùn)自動化系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)解決方案。因應(yīng)高穩(wěn)定與不斷線的無線通信需求,DVW具有以下特點(diǎn):
1.采用高階Wi-Fi芯片
為了符合行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)場對高穩(wěn)定Wi-Fi訊號的需求,DVW采用高階IEEE 802.11ac的芯片,同時支持2.4GHz與5GHz的雙頻模式。倉儲物流業(yè)者可利用抗干擾性較強(qiáng)的5GHz,作為AGV、AMR或AS/RS的穿梭車與中央控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊頻率,強(qiáng)化設(shè)備間無線網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性。
因應(yīng)倉儲物流環(huán)境特點(diǎn),需要進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)機(jī)或問題診斷時,則可以利用2.4GHz的通訊頻率。采用雙頻模式的好處是,工程師在進(jìn)行調(diào)機(jī)或問題診斷時,不會介入干擾到行業(yè)現(xiàn)場移動中之設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)通訊,同時向下兼容IEEE 802.11 a/b/g/n等不同規(guī)格的Wi-Fi產(chǎn)品,不須擔(dān)心新舊時期Wi-Fi技術(shù)之間通訊的問題。
2.工業(yè)等級ONE Roaming漫游技術(shù)
倉儲物流搬運(yùn)行業(yè)現(xiàn)場的特性就是空間配置與搬運(yùn)動線復(fù)雜。為確保搬運(yùn)設(shè)備與管理系統(tǒng)之間的無線通信信號強(qiáng)度,Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)都具有自動搜尋,并且更換不同存取點(diǎn)(Access Point;AP)的漫游功能(roaming)。
普通Wi-Fi產(chǎn)品漫游切換時間約需5秒左右,甚至更久。在這么長久的漫游時間,可能造成倉儲環(huán)境中的搬運(yùn)移動設(shè)備因此停止不走,增加人員、貨物與設(shè)備之間碰撞的危險(xiǎn),機(jī)器手臂停擺不動更可能會造成物料的損壞。DVW提供工業(yè)等級的ONE Roaming漫游技術(shù),讓無線通信切換時間小于150毫秒,以無縫切換功能,確保設(shè)備搬運(yùn)與取放動作順暢不中斷,提升效率與安全性。
另外,不同應(yīng)用環(huán)境對于Wi-Fi漫游靈敏度的需求可能不同。DVW開放自行調(diào)整漫游參數(shù)設(shè)定,讓使用者可以針對不同的行業(yè)現(xiàn)場需求,配置出最合適的漫游參數(shù)。
圖2 : DVW提供工業(yè)等級漫游技術(shù),使無線網(wǎng)絡(luò)漫游切換時間小于150毫秒,確保設(shè)備搬運(yùn)與取放動作順暢不中斷。(source:臺達(dá))
3.訊號涵蓋更廣、網(wǎng)絡(luò)帶寬更高
Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)性能不佳的另一個原因,常常是因?yàn)閭}儲物流環(huán)境現(xiàn)場空間復(fù)雜,導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)訊號的多路徑效應(yīng)(multipath effect),造成干擾。
DVW采用多輸入多輸出(multi-input multi-output;MIMO)技術(shù)改善傳輸效率,大幅減少多重路徑干擾與提高無線訊號穩(wěn)定度,并搭配雙天線設(shè)計(jì)使Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)涵蓋范圍更廣,帶寬更可高達(dá)867Mbps。
4.豐富多元通訊接口
當(dāng)有些機(jī)電設(shè)備不支持以太網(wǎng)絡(luò)的接口與通訊協(xié)議時,使用DVW的RS-232或RS-485的串行通訊接口,并且搭配內(nèi)建的Modbus協(xié)議轉(zhuǎn)換功能,將Modbus Serial協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus TCP,輕松應(yīng)付各種使用情境。
5.抗震設(shè)計(jì)
在確保通訊穩(wěn)定不中斷的同時,由于倉儲物流環(huán)境中的移動運(yùn)輸設(shè)備因長時間不斷行駛,安裝Wi-Fi設(shè)備時必須考慮體積精巧,且對環(huán)境具高耐受力,以確保設(shè)備通訊可靠。
DVW依循國際工業(yè)等級抗震標(biāo)準(zhǔn)IEC 60068-2-6進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),符合工業(yè)級抗震耐摔應(yīng)用環(huán)境,確保長效穩(wěn)定性及可靠性;DVW體積精巧不占空間,高度比一支5吋的手機(jī)還小,可安裝于任何款式的AGV、AMR或穿梭車,輕巧的重量亦不會造成前述搬運(yùn)設(shè)備的重載。
6.重工業(yè)等級抗干擾設(shè)計(jì)
DVW依循國際重工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-6-2進(jìn)行EMC電磁抗干擾設(shè)計(jì),對于靜電放電(Electrostatic Discharge;ESD)、突波(surge)等電氣危害,都有優(yōu)良的抵抗能力。
DVW采用IEEE 802.11ac高階Wi-Fi芯片支持2.4GHz與5GHz雙頻并發(fā),并且優(yōu)化訊號涵蓋范圍與增加帶寬;工業(yè)等級ONE Roaming漫游技術(shù),小于150毫秒的高速切換時間;工業(yè)等級抗震保護(hù)與EMC抗干擾設(shè)計(jì)。這些專為自動物料搬運(yùn)系統(tǒng)而產(chǎn)生的功能,將大幅幫助客戶強(qiáng)化倉庫與廠辦現(xiàn)場的Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)建設(shè),加速實(shí)現(xiàn)倉儲物流行業(yè)的自動化與智能化。
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