15955709130
您的当前位置: 首页 > 解决方案 > 数字化交互解决方案

5G智能物流白皮书

时间:2021-10-10 09:08:25

物流在促进国际贸易和区域发展中发挥着重要作用。在工业4.0和 Internet+ 的推动下,物流逐步从传统的单点信息化应用向互连的数字化,自动化,智能化转型升级。传统的有线光纤和短距离无线Wi-Fi的通信技术,网络部署、运营和维护成本很高,亟待新一代通信技术解决时延、连接规模、带宽和可靠性等问题,以实现各物流环节上来自设备、应用、使用者的数据及时、准确的流通。


5G凭借其无线技术上可靠的低延迟,大带宽和大规模连接容量,支持不同场景化的灵活组网需求,随着端到端(E2E)生态环境的日臻成熟,将解决物流向智能化升级进程中的技术挑战。


华为携手全球物流企业,通过5G与电信运营商合作,推动这一转型和升级,以构建高效,可持续的智能物流。



01


趋势

1、物流的现状及发展

物流在国际贸易和区域发展中发挥着重要作用。在中国市场社会物流总额持续增长,在过去的2019年社会物流总额达298万亿元人民币,同比增长5.9%,物流行业是重要的支撑和保障,此外优质的物流服务和高效的运营也促进了经济商贸的进一步发展。随着经济贸易的深度合作和市场的扩大,商贸的供需复杂多变,商业模式呈多元化,供应商和消费者之间的交易和物品转移对物流服务也提出了更快速和更便捷交付的要求。为满足这些市场的需求,贴近上下游最后一公里的物流园区和配送网络成为物流服务升级和运营优化的重点。


在物流园区和配送环节上,面临的挑战包括工作环境差,人力劳动强度大,突发事件响应能力滞后,人员不足等及衍生的效率问题。通过数字化、自动化、和智能化来提高效率已成为物流行业的首要目标。虽然智能化的技术已经相对成熟,但亟需解决的一个基本问题是连接的问题。物流行业的有效物联难以通过传统的通讯设施得到有效满足,体现在:


物流园区/仓内作业生产上一般都使用传统Wi-Fi技术,易受干扰影响,导致通信不稳定和容量受限,甚至有效覆盖收缩,移动状态下的通信容易掉线,无法承载大规模密集的自动化应用如AGV小车作业。


物流园区涉及场地、人员、车辆、货品、作业设备的管理,消防安保是物流园区生产安全和质量保障的基础。视频监控被大量用于对仓内存储环境和生产过程,以及仓外园区非法入侵的实时监控和分析,提前预判险情或及时对险情采取应对措施以防止损失进一步扩大。摄像头目前的部署往往依赖于有线方式连接,不易于位置灵活调整。另外有布线困难情况下采用Wi-Fi无线回传方式,同样面临Wi-Fi传输性能和稳定性的问题。

2、变革与创新

4G改变生活,5G改变社会。5G最大的改变就是实现从人与人之间的通信走向人与物、物与物之间的通信,实现万物互联,推动社会发展。随着2019年的5G技术在全球商用帷幕的拉开,5G技术在垂直行业的应用也随即展开了大量的验证和完善,促使AI、云计算、边缘计算、大数据、物联网、工业互联网等新一代信息技术加速突破。5G技术将成为各行业数字化、自动化、智能化转型的重要引擎。


在2019年,京东物流率先在中国建设了第一个5G智能物流示范园区。依托5G网络通技术实现大上行带宽、低控制时延、多设备接入的通信能力,满足了如AI、IoT、仓储机器人等智能物流技术对连接的要求,实现人、车、园区管理的异常预警和实时状态监控,最终实现所有人、机、车、设备的一体互联、整体调度及管理。园区无人仓作 为5G技术发挥作用的一个重点场景,可以实现自动入仓及出仓匹配、实时库容管理、仓储大脑和机器人无缝衔接、AR作业、包裹跟踪定位等场景,5G技术也将发挥重要作用。



02


智能物流对无线场景需求

1、物流全环节操作过程


物流是物品从供应地向接收地的实体流动过程,包括运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送等功能的具体运作。随着交通成本的下降,以及互联网电商的发展,物流行业不断发展壮大。物流已经成为了生活用品、生产物资等供应的核心支撑行业。


纵观全球,物流行业依然存在全球连接能力待提升、现代化程度不够高、物流成本需要进一步降低、质量效益待提升的问题。中高端、体系化、集约式物流服务与供应链服务严重不足已成为行业发展的短板。


由京东物流率先定义的5G时代的智能物流,是在物流的全环节,包括园区、仓储、枢纽、运输、配送场景,能够基于5G、物联网、人工智能、智能硬件等关键技术,使物流各个环节具备自感知、自学习和自反应(决策)的能力,全面提升系统预测、决策和智能执行能力,促进降本增效,最大限度满足日益增长的客户需求的新基础设施。


京东物流指出智能物流的特征包括泛连接、数字化和智能化。


泛连接是指基于5G+IoT技术实现人和人、人和物、物和物之间的连接,万物互联,连接无所不在;数字化是指物联网作为物理世界和数字世界的连接器,将数百亿的连接对象连接起来,实现数据的量变和质变;智能化是指基于高质量的海量数据,通过人工智能、数据智能、机器智能等智能技术的加持提升物流生产效率,降低物流成本。


5G智能物流白皮书(图1)

智能物流的泛连接,数字化,智能化要求依托5G网络设施,通过互联网和物联网,将物流全链路涉及的大量人员、车辆、货物、设备资产进行数据采集和数字化管理;进而基于数据的采集、分析、计算产生的智能决策。同时,产生的决策需要能及时分发给各个物流环节执行主体,以形成数字化、智能化的物流业务闭环管理。基于这样的闭环,实现决策和管理水平的提高,提升物流运营效率和资产利用率。依托5G,智能物流各个环节有望得到提升。


基于京东物流的应用部署,接下来将重点介绍两类核心的物流5G应用需求:1、智能园区安防和智能仓库立体监控视觉AI应用;2、智能仓库和智能枢纽的无人机器人作业。

2、典型物流场景5G需求分析

应用场景

物流园区是一个多系统、多层次的复杂系统,具有点多、线长、面广的特点。为保证园区的安全运转,不仅需要管理者拥有丰富的经验、知识,还要求操作人员具备较高的技术水平、安全意识和应变能力。


传统物流园区为降低企业损失、排查安全风险、检查设备运转状况、保障人员安全,往往设定一套复杂的巡检机制和出入园的检查制度,使之适用于企业的安全生产管理及人员操作规范。为减少巡检次数,保证事故的可追溯性,物流园区在现场逐步推广摄像头和报警器,该方案在一定程度上解决了现场监控问题。


另一方面,物流园区内有众多的仓库,需要频繁进行入库、上架、拣货、复核、打包、出库等操作,仓库内存在人员异常、货物异常、场地异常状况。


当前采用摄像头采集视频,中央大屏监控的方式保证仓库的安全生产,但该方法同样需要人的参与,无法避免经验匮乏性、认知模糊性等主观因素带来的监控误判,且需要增加对应的管理成本。物联网视频识别技术利用各类摄像头(全景摄像头、高空远望摄像头、红外摄像头)实现了仓库的人员识别、行为识别、货物识别等功能,各类摄像头能够配合应用使用,向指定用户、网站发送指令,并对相应事件触发相关指令。

网络需求

园区监控所需摄像头众多,清晰度不够,传感器密度较高,当前以光纤、Wi-Fi为主的建设成本高,且传输性能受限,无法进一步支撑更大范围和更大密度摄像头、传感器部署,同时,由于本地带宽受限,上传云端高清视频传输过慢的问题,无法实现全部园区的视频异常识别。


5G智能物流白皮书(图2)



3、无人仓储智能设备



应用场景


在当前的智能仓储中,搬运AGV、AMR、机械臂等智能设备通过Wi-Fi无线与控制系统、运维系统进行指令与数据的通信。随着业务增长,仓储智能设备种类越来越多、规模越来越大,设备与控制系统、运维平台的通信量也随之增大。对无线网络通信带宽、可靠性及通信延时要求都非常高。


当前主要面临的挑战包括:


1、单一的AP无法覆盖整个仓库范围,需要架设多个AP进行覆盖,这样导致AGV在移动中存在切换AP热点带来的漫游可靠性及业务中断的问题。


2、采用二维码导航或基于激光SLAM导航的AGV,存在项目实施和维护难度大,激光导航信息易丢失等问题,需要人工搬回特定位置重定位。


3、智能设备的控制器硬件种类繁多,本地算力需求变化多样,导致研发投入大,周期长,灵活不足,硬件资源升级困难等问题。


4、WCS (Warehouse Control System)、WMS (Warehouse Management System)、地面控制系统、运维系统等服务集群采用本地部署方式,并通过局域网与仓储智能设备进行通信,系统部署难度大、成本高、实施周期长、硬件资源存在忙时闲时利用不均衡,远程维护困难。



5G智能物流白皮书(图3)



(AGV系统组网图)

5、仓内各种智能设备通过Wi-Fi连接到公共网络,同时工作存在一定互相干扰。如果实现全部由现有无线网络接入,则又存在接入数量瓶颈。

网络需求

基于5G的云化仓储智能设备高密度集群部署解决方案,网络需求详细描述如下:


1、仓内的网络采用室分系统进行覆盖,所有信号源自一个AAU,可以避免AGV在移动中存在的漫游问题。


2、室内分布系统的建设,可以做到一次建设复合使用的效果,避免每个产品独立建设造成的成本浪费。


3、对比现有无线的接入数量和无线通信机制(LBT),使用5G可以比较好的解决这两个问题。


4、将仓储智能设备主控上运行的导航定位、激光雷达、视觉图像识别及环境感知等需要复杂计算能力需求、WCS、WMS、地面控制系统、运维平台的需求上移到5G的边缘计算服务器,以满足AGV不断丰富的应用场景和日益增长的计算力需求。


5、将传感器数据采集、运动控制/紧急避障等实时性要求更高的模块仍然保留在AGV、ARM、机械臂等智能设备本体以满足安全性等要求。



5G智能物流白皮书(图4)


基于5G的云化AGV高密度集群部署应用

在视觉机械臂平台中,设备与云平台传输控制指令、状态反馈、传感器数据等。其中,上行数据包括:数据Index,元数据【SKU,重量,三维尺寸,RGB图像,深度数据,条形码位置,纹理信息】等;下行数据包括反馈结果(SKU,重量,三维尺寸)。


03


5G智能物流

1、5G的关键技术

5G三大关键技术在于更强的连接、端到端定制网络的切片、边云协同部署的边缘计算。


首先5G是一张具备大速率、大连接、低时延的网络,通过这些能力,可以满足未来万物互连的需求,从而推动工业化能力的发展。具体来说就是大速率:eMBB,峰值速率达到10Gbps,平均吞吐率数百兆;大连接,mMTC,每平方公里支持100万个连接;低时延,uRLLC,时延低至1ms;这些相对于4G 有10 倍到100 倍的提升。当前投入商用的5G R15 版本将首先赋能增强移动宽带eMBB 类行业应用,R16引入uRLLC、mMTC等特性后,将具备全面赋能行业数字化、智能化的能力。


其次,5G通过网络切片技术可将运营商的物理网络切分为多个逻辑网络实现一网多用,使运营商能够在一个物理网络之上构建多个专用的、虚拟的、隔离的、按需定制的逻辑网络,来满足不同行业客户对网络能力的不同要求(如时延,带宽,连接数,可靠性等)。通过切片可实现统一基础设施网络支持多业务应用从而大大减少投资。5G切片基于SA架构实现(核心网为5GC)。3GPP R15协议对5G SA架构定义切片标识,E2E标识用户群,使能eMBB类业务的差异化;而uRLLC和mMTC类切片则会分别在R16和更后的版本定义。


最后,边缘计算聚焦于满足行业应用业务对低时延和高带宽要求,在靠近行业数据源的移动边缘网络侧,部署计算、网络和存储能力,并将5G网络的用户面功能下移,从而为行业应用提供了极度低时延、高带宽,以及可以直接获取的实时无线网络信息(如用户位置、基站负载等)的业务环境,同时实现业务本地闭环,满足行业客户对企业生产数据安全与私隐保护的要求。



5G智能物流白皮书(图5)

视觉机械臂平台上下行数据交互



2、5G标准与部署进度

5G 标准的制定是一个不断发展和完善的过程:1、第一版国际标准(Rel-15)已全部完成;2、第二版增强标准(Rel-16)正在制定中,预计2020年6月完成;3、面向演进的Rel-17标准已启动技术布局,进入立项规划阶段。



5G智能物流白皮书(图6)


3GPP标准化进度


3、5G物流专用网解决方案

移动运营商为消费者提供了无处不在的网络连接服务,在此网络基础设施之上通过5G的切片技术可以为企业客户预留端到端的网络资源,实现企业专网,可普遍满足行业云上应用场景。


混合专网

在混合专网场景下,园区内部将部署专用无线接入网络和移动边缘计算(MEC)设备。网络控制面功能由公网承担,用户面功能将根据需求分流至物流园区内部网络。此外,物流企业可依据专网性能需求和成本选择基站、传输的共享和部署模式。



5G智能物流白皮书(图7)


混合专网-MEC边缘部署+共享基站/独立基站

独立专网

在独立专网场景中,物流园区将部署完整的蜂窝网络,包括专用的无线网、核心网等设备。所有物流园区的终端的控制面和用户面数据都承载在独立专网上,同时可根据需求完成与外网的互联。


5G智能物流白皮书(图8)


企业级独立专网
4、物流园区5G业务特征与适配


与消费者的下行业务为主不同,物流行业应用需求呈现大上行、低时延、高可靠等特点。例如前述的京东物流场景中的园区5G无线视频监控系统,机器人远程控制,和AGV集群的调度。


在京东物流的创新应用尝试中,5G网络虽然可提供比传统4G网络更优的连接服务,但实际部署和运行中仍存在差距,例如受限于公网和专网频点复用无法进一步提升上行吞吐量,5G商用初期存在较多薄弱覆盖导致连接回落4G,当前移动网络基于R15版本在时延和连接数上有待提升,以及边缘节点产品需针对企业需求优化规格和成本。但随着5GR16和未来版本的发布,商用网络覆盖不断的优化,行业生态的持续良性发展,以上问题都有望可解决。



04


5G智能物流案例:
京东物流5G智能物流园区


2019年京东物流在北京亚一建成首个高智能、自决策、一体化的5G智能物流示范园区。该园区将5G技术充分落地,园区内车辆可以实现智能实时调度、最优车位匹配和满载率计算;仓库内仓储大脑和机器人无缝衔接,实现搬运、拣选、码垛等所有环节机器人互联互通与调度统筹;机器视觉立体监控可以实现全园区和全仓库,人员、作业、安防的无人化全天候24小时的安防和质量保障。


首先,订单处理能力将会大幅度提升。此次5G技术的应用,将会帮助京东物流已建设投产的25座亚洲一号智能物流园区、70多个不同层级机器人仓中强大的智能化设备更具协同性,同时将大幅度提高各分拣中心的日订单处理能力。


其次,优化资源配置,提高效率。5G技术在智能物流园区的应用,能帮助京东物流实现所有人、机、车、设备的一体互联,包括自动分拣、人机交互的整体调度及管理。物流园区场地有限,如何提高货车和仓库的协同作业效率,将对园区、仓库的吞吐产生决定性影响,5G可帮助园区智能识别预约车辆,并引导货车前往系统推荐的月台进行作业,让园区内的车辆更加高效有序。


再次,安防和质量管理能力的提升。基于5G+机器视觉立体监控应用,能够更加有效地识别和处理安防和异常,支持低延迟触发异常处理,最大限度降低异常可能带来的人员、场地和货物的损失。同时,以最低的人员、成本投入,支持最可靠的安防和质量保障。


05


智能物流总结和未来应用展望

5G、物联网、云计算、大数据、人工智能、运筹学、AR/VR、区块链、机器人等技术将全面推动社会供应链物流的智能化进程,从连接到智能的。


1、5G实现物流园区高效智能管理:5G可极大提升物流园区物联网设备和人的连接能力和交互能力。通过5G+IoT+AI 技术融合应用,实现物流园区从“被动型传统管理”到“主动型智能管理”的转型;形成具有“高智能,快决策,一体化”特点的智能物流园区。


2、5G加速智能仓库的持续演进:5G速率、大连接、低时延的三大特点,以及高精度定位能力,能够很好满足仓内大规模协作机器人的云端智能协同控制,提升协作效率和容量、降低单体机器人和机器人部署成本,加速智能无人仓的推广和应用。


3、5G+V2X为智能物流运输提供能力保障:通过5G+V2X,单车智能与通信技术实现优势互补,一方面为无人驾驶提供丰富数据来源,另一方面为其智能决策提供算力支持。通过将智能驾驶算力分流到边缘设施,降低单车的造价5G+V2X助力物流运输的安全与效率演进,为物流运输网联化、智能化、无人化的能力提供保障。


4、5G使能基于AR的物流作业效率和质量提升:基于5G的大带宽和低时延,AR能够广泛应用于仓库规划、货物拣选、仓库导航、智能装车、运输导航、配送交付、安装维修等相关应用,提升物流仓库、运输、配送各环节的作业能力、降低培训成本。

总之,5G将推动创建物流数字孪生世界。5G实现万物连接,可将物流生产过程中的海量数据汇聚,通过智能平台对这些数据加以结构化的聚合处理,映射出孪生数字世界。智能决策在数字世界快速交互与验证,最终在物理世界落地决策,实现持续性改进设计与创新,达到降本增效、协同最优的目的。



来源/华为、京东物流


关于我们
产品与服务
解决方案
新闻动态
联系我们

电话:

15955709130

Copyright © 2012-2022 5G消息-1005G消息 版权所有 本站部分内容均来自互联网,如不慎侵害的您的权益,请告知,我们将尽快删除.备案号:皖ICP备19011505号-9