發布時間：2021-09-23所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:生產現場物流配送AGV自動導引車主要用于配料工位、裝配生產線各作業工位、檢測工位、各返修工位等之間的物料柔性移送和分發。AGV與5G網絡技術相融合，用5G代替當前WiFi網絡，有效解決通訊頻點切換數據丟包和信號盲區的問題;改造安裝5G網關設備，通過5G
摘要:生產現場物流配送AGV自動導引車主要用于配料工位、裝配生產線各作業工位、檢測工位、各返修工位等之間的物料柔性移送和分發。AGV與5G網絡技術相融合，用5G代替當前WiFi網絡，有效解決通訊頻點切換數據丟包和信號盲區的問題;改造安裝5G網關設備，通過5G網絡采集AGV小車數據，進行運行控制，通訊性能滿足毫秒級的低時延，確保現場物流運輸準確、安全;支持調度系統下沉至工廠邊緣云，支撐生產現場物料運輸有序調度，實現離散制造物流自動化。
關鍵詞:AGV自動引導車;5G網絡;WIFI網絡;MEC多接入邊緣計算
0引言
隨著智能制造不斷推進，工廠的生產模式也正在經歷著一場變革，由傳統的人工操作向無人化演進。在這個過程中，越來越多類似于AGV小車的移動工業機器人，用于替代工人執行一些特定的工作，從而減輕工人勞動強度，提高企業生產效率。
AGV(AutomatedGuidedVehicle，簡稱AGV)自動導引車[1]，通常也稱為AGV小車，是一種自主移動機器人，裝有電磁或光學等自動導引裝置，進行非接觸式導引，能沿規劃路徑行駛，自動避開障礙物安全駛向指定目標，從而完成各種給定任務[2]。AGV是智能制造和智能物流的重要終端，具有實施簡單、路徑靈活、不占空間、移動性較好、柔性等優點，廣泛應用于柔性制造系統和立體倉庫。
5G是當前具有代表性、引領性的通信網絡技術[3]，是實現萬物泛在互聯、人機深度交互、支撐實體經濟轉型升級的關鍵信息基礎設施。2019年6月正式頒發5G牌照，進入5G商用階段[4]，5G應用場景貫穿工業制造的全過程，實現供應鏈管理、AGV、柔性制造、生產過程控制、機器協作、庫存管理、產品交付管理等各個環節的融合應用，顯著降低企業運營成本，提高生產效率，優化制造資源配置，提升裝備數字化、產線聯網化和生產智能化水平，推動制造業實現高質量發展，成為數字化轉型升級的關鍵驅動力。
1基于WiFi網絡的不足
人工智能應用于工業生產，首先必須依托無線通信技術，目前一般使用WiFi來傳輸AGV運行信息，在傳統WiFi網絡環境下，存在幾個比較明顯的不足:
(1)覆蓋范圍窄，用戶接入量有限:單個AP的有效覆蓋范圍大約是50m左右，網絡承載能力差，使得1個AP下的用戶數量只有數十個而已，為了滿足車間的網絡需求，實現信號無死角覆蓋，AP的布點數量就很多，自然造成系統故障幾率增大;
(2)重疊區域多，丟包率大:多點布設的AP之間就會存在重疊區域(交接區)，當AGV小車運行于重疊區域時，小車會有一個斷線和重新注冊的過程，在這個過程中，即便是802.11k/v/r協議制式以及同一個SSID，WiFi網絡在頻點切換時，丟包幾乎是不可能避免的事情，這就會導致小車與管理平臺的通訊中斷，造成小車定位失敗，使得小車出現站點�？坎粶驶蛑型就＼嚨葢脝栴};
(3)擴展性較差，維護不便:AP及前端設備需要通過有線網絡接入，當車間擴容甚至設備擴容時，增加的無線信號發射點位都需要通過有線接入;生產車間內的AP一般都布置在相對較高的墻體或支架上，車間內有很多的貨架和生產設備，一旦網絡設備故障，維護非常不方便。
25G+MEC邊緣計算
5G基站的有效覆蓋范圍大約是150m～200m左右，在工業互聯網應用場景下一般還會在工廠現場部署室分用以增強網絡覆蓋，用戶接入量呈幾何式增加，同時5G也具有網絡自適應性能，可在不同基站之間頻點軟切換，實現無縫銜接。
5G的底層通信應用，給網絡建設提出了更高的要求，帶來了新的問題，特別是增強帶寬(eMBB)會使無線回傳網絡壓力劇增，高可靠低延時通信(uRLLC)對網絡提出端到端99.999%的超高可靠性和1ms級的超低時延要求。因而[5]，在實際5G組網時，將業務盡可能下沉至網絡邊緣，減少網絡傳輸和多級業務轉發帶來的網絡時延[6]。
MEC(Multi-AccessEdgeComputing)的部署，在更靠近現場的網絡邊緣應用提供云計算能力和IT服務環境，是5G網絡算力下沉和數據分流必不可少的網元，為邊緣計算提供云服務、IT服務環境和云計算能力。應用如圖2所示。
MEC平臺實現本地局域網通信[7]，邊緣服務在終端設備上運行，反饋更迅速，時延更低;計算內容與計算能力下沉，智能化的流量調度，將業務本地分流緩存，使區域性業務能夠在本地終結，減少對骨干傳輸網以及上層核心網的資源占用，同時本地局域網通信，保障了系統的安全性。
3基于5G網絡AGV應用系統
基于5G網絡的AGV應用系統由AGV小車、5G工業網關、網絡交換機、防火墻、5G基站等設備，以及MEC平臺、NMS網關管理系統、AGV小車運營管理系統等軟件共同構成。
3.1系統網絡構建
基于5G通信網絡，搭配5G工業網關和各類管理系統，為AGV聯網控制提供網絡鏈路和指令傳輸通道。網絡架構如圖3所示。
5G工業網關負責采集終端AGV的運行數據，通過5G無線網絡和專網通道上傳到管理平臺，同時配備NMS網關管理系統對系統所有網關進行配置管理，實現AGV運行數據采集和狀態監測管理，并依托MEC平臺的數據隔離功能確保生產數據的私密性和安全性。
5G專網建設完成之后，暫時保留原WiFi無線網絡作為5G無線網絡的備份鏈路，構建兩套空中傳輸網絡。網絡接入如圖4所示。
平時AGV的接入網絡都以5G無線網絡為主，當5G網絡故障時，斷掉5G網絡接口，接通WiFi模塊數據接口通道，可以在短時間內切換回原先的WiFi網絡并恢復生產。
3.2AGV網關安裝與配置
5G工業智能網關可安裝于AGV小車車頭控制室內，如空間有干涉，也可拆去外殼，直接將裸板固定安裝于小車控制室前端。網關天線可采用軟天線外拉到車頭或車尾，或者其他不影響小車運行和路徑干涉的地方安裝。如果天線安裝位置封閉的話，還需在AGV小車外殼上進行開孔安裝，如果小車震動幅度不大的情況下也可以采用磁吸或膠粘的方式安裝。見下圖紅色框所示。
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AGV小車之前的控制方式是用WiFi模塊(192.168.*.*)通過串口收發指令�，F在改用5G工業網關的LAN口直接連接以太網口的方式，5G網關的LAN口地址默認地址為192.168.0.1，需要修改LAN口地址與WiFi模塊同一個網段(192.168.*.1)，先用電腦登錄到網關管理界面修改LAN口地址。如圖6所示。
因為是SA組網，核心網把SIM卡的地址固定，所以5G網關插入SIM卡后需要選擇SA模式，并配置APN，重新上電后獲取到的地址是固定的IP地址。
并在網絡安全中的NAT下再添加DNAT轉換規則。
PC端只需要接入核心網，在SA的網絡環境中，核心網地址池的地址都可以訪問，因為AGV小車是通過SIM卡獲取的固定地址映射到SA的網絡中，所以小車的上位機軟件是訪問卡的地址(10.10.*.*)，從而對小車進行下發指令。
3.3AGV運營管理
AGV小車運營管理系統收集車間每臺AGV小車的運行狀態數據、定位數據以及其他業務信息進行綜合分析和系統管理，并按照生產作業計劃通過5G網絡向AGV發送作業指令，完成車間作業任務。該系統通過對AGV小車的遠程控制、數據采集和上傳，并基于5G和邊緣側數據采集、數據隔離等先進技術實現AGV小車的聯網功能優化。
AGV小車運營管理系統基于工廠邊緣云部署，云化調度AGV多小車運營，小車之間能夠互相協同，支撐生產現場物料運輸有序調度，提高物料收貨出入庫、來料檢測、收貨上架、廠內搬運等環節的工作效率，實現離散制造物流自動化。
4結束語
用5G網絡代替WiFi網絡，為AGV的通信提供高速的網絡支持，能夠有效解決網絡覆蓋面窄、頻點切換盲區、通訊信號卡頓等問題。5G時代的到來，對于制造業來說，加快了智能制造建設步伐，對AGV技術要求越來越高，推動AGV應用更加規模化、多樣化、柔性化，人機協同工作，讓AGV真正地數字化、網絡化、智能化融合發展。——論文作者：肖宇亮
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