5G时代的智慧物流发展与物流技术变革

2021-06-23 09:56:30
物流技术与应用杂志
文章摘要: 物流装备的应用涵盖各个领域,不同领域需要的智慧物流解决方案差异较大,总体来说智慧物流对物流技术和装备提出了一些新的要求。

技术变革是产业变革的原动力,新技术的产生必然推动社会不断进步,5G作为新的改变产业格局的突破性技术,作为“新基建”中的领衔领域,不仅是物流业创新发展、转型升级的使能者,并且还推动着大数据、人工智能以及物流相关技术的进步,进而赋能智慧物流的发展,加快推进物流技术装备智慧化,推动整个物流行业快速向前发展。

蓬勃发展的智慧物流

1.智慧物流空间巨大

近年来,在国家政策的推动下,智慧物流市场需求空间巨大。随着云计算、物联网、人工智能等技术的发展,以及新零售、智能制造等领域对物流的更高要求,智慧物流市场规模将持续扩大。前瞻产业研究院预计,到2023年,智慧物流装备市场容量将超万亿元。在智能制造领域,智慧物流是工业4.0的核心组成部分,在工业4.0职能工厂的框架内,智慧物流是连接供应和生产的重要环节,也是构建智能工厂的基石。越来越多的制造企业在积极进行数字化、智能制造转型探索,定制化、柔性化的订单驱动企业生产物流高效、协同,实现精细化管理水平的蓬勃需求将是智慧物流发展的强大动力。拥有一定智慧能力的物流系统,系统可以通过不断优化的业务规则,有效合理利用资源,提供物料需求服务,满足企业生产需求,实现物流在供应链各层级的自动化、可视化、可控化。

2.物流技术装备是实现智慧物流的基础

物流装备是物流体系中的执行系统,是由智能硬件或软件系统组成,是智慧物流系统不可分割的单元,是提升物流效率的有效手段。智慧物流体系下的装备包括堆垛机、穿梭车、AGV、AMR等物流硬件装备,也包括设备级、车间级、企业级等物流信息软件系统。随着工业4.0的推进,智慧物流大势所趋,物流装备产品创新迭代快速。在智能制造能力成熟度较高的行业,如烟草、汽车、工程机械智能物流装备应用较多。终端用户对智慧物流的期望促进物流装备在安全性、稳定性、柔性化、自主性上加快更新速度,新技术、新产品的推广和普及速度远超2000年初期。物流装备创新发展成为市场新的推动力,促进智慧物流从产线延伸到智慧工厂,从四面墙之内发展到四面墙之外,进而扩展到产业物流链全领域。

3.智慧物流对物流技术装备要求升级

物流装备的应用涵盖各个领域,不同领域需要的智慧物流解决方案差异较大,总体来说智慧物流对物流技术和装备提出了一些新的要求。

物流单元智能化:智能硬件的感知能力不断提升,物流装备通过状态感知、信息交互、实时分析,实现了局部自组织、自配置、自决策,物流装备从作业执行的“功能机器”向可感知、可控制、可自主决策的“智能机器”演变。

系统协作高效化:在物流装备智能化能力提升的基础上,智慧物流对设备间协作、人机协作提出了更高的要求,期望通过设备与设备、设备与人的高效协作,将系统资源利用最大化,充分提高物流作业效率。

物流系统柔性化:随着物流技术的变化和发展,柔性化必将成为一个重要方向。在消费者多样化、个性化、定制化的需求影响下,面对市场端的灵活多变与巨大的业务波动性,客户需要规划建设柔性化的智慧物流系统,以实现物流系统的快速部署、快速复制、灵活扩展和异地迁移,满足企业发展的需要。

系统运营智能化:客户越来越期望建立一套IT、OT全域数据的大数据分析平台,通过数据采集、清理、融合,形成数据仓库,实现业务数据、设备数据的全程可视化,洞察业务和设备异常,提供状态检测、故障诊断、预测预警、远程运维等服务能力,提高业务和设备异常的快速定位处理能力,实现系统策略的动态调整,保证物流系统高效稳定运行。

新技术助力下的智慧物流

1.新技术助推行业发展

随着技术的不断发展,在智慧物流中,传统的人为经验决策正逐步被机器替代。通过技术与技术融合、技术与业务融合建立起新模型,将实现物流核心业务的精准预测、优化控制、持续创新。目前对物流行业影响比较大的新技术主要有物联网、大数据分析、人工智能技术等。其中,物联网可实现物料全程追溯、物流作业控制、环境控制、物流效率优化。物联网技术与大数据分析技术互为依托,前者提供数据来源,后者将数据进行业务化。物流数据是企业重要的战略资源,通过大数据分析技术可以实现需求预测、维修预测、供应链预测、网络规划。人工智能是大数据分析技术的升级,它是新一轮产业变革的核心驱动力。通过人工智能形成的强大引擎,将重构物流链上的各个环节,提高识别、运营、调度、决策的智能水平,实现物流全过程智慧作业。

2.5G技术重新定义物流

5G是最新一代蜂窝移动通信技术,特点是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高了系统容量和可以进行大规模设备连接,具有大带宽、低时延、高可靠和广连接等优势。

在制造领域,5G将成为传统制造企业在向智能制造转型过程中的关键支撑,能满足工业环境下设备互联和远程交互的应用需求,在协同设计、自动控制、柔性生产、辅助装配等典型工业应用领域中起着关键支撑作用。

在物流装备领域,5G技术可广泛应用于物流自动搬运设备、物流辅助搬运设备,实现物流装备闭环控制、物料精准识别、移动设备集群协同调度、远程实时监控等功能,结合虚拟现实/增强现实(VR/AR)技术实现协同设计、虚拟培训、智能拣选、辅助装配、辅助故障修复、远程协助等创新应用,集成大数据、人工智能技术共同实现企业智能配置生产方式,实现信息物理融合、智能故障分析诊断、系统策略动态优化调整,打造智能工厂,助推智能制造。基于5G,开发应用人机料法环新连接,可以重新定义智能化物流仓储系统、智能化物流配送系统、智能运输管理系统、智能园区系统。

3.5G应用场景丰富

从GSMA全球移动通信系统协会和CAICT中国信息通信研究院联合发布的《中国5G垂直行业应用案例2020》中我们可以看到多个中国领先的5G行业应用实践,涵盖工业制造、智慧物流、电力、医疗、教育和内容等诸多领域。在智能制造及智慧物流领域,行业内已有多家系统集成商(昆船、今天国际、兰剑、中鼎集成等)积极探索5G新一代信息通信技术与工业领域的深度融合,围绕物流装备、工业生产制造等重点环节,开展5G+工业互联网深度协同和新业态与应用模式的创新研发工作,正在积极打造5G+数据采集和感知、5G+智能辅助、5G+精准操控、5G+无损检测、5G+机器视觉、5G+集群调度、5G+云化AGV、5G+安全监控等应用场景。

图1智慧物流5G应用场景及5G通讯诉求

5G技术全面助推智慧物流发展

5G作为“新基建”中的领衔领域,不仅是物流业创新发展、转型升级的使能者,并且还推动着物联网、大数据、人工智能以及物流相关技术的进步,和在物流行业的应用创新。如在设计环节,推进基于模型的制造设计协同;在生产环节,推进探索网络统一,设备敏捷沟通,协同调度;在运维环节,实现装备运行状态实时检测及多方专家远程支持,推进运维数字化系统。总的来看,5G技术将赋能智慧物流的发展,加快推进物流技术装备智慧化,在智慧物流中的智能装备、智能仓储、自动化运输、物流追踪等环节中将产生深远影响。

具体来看,随着5G与物流技术的深度融合,将通过连接升级、数据升级、模式升级、智能升级全面助推智慧物流的发展。

图2基于5G技术的网络架构

5G将加速底层通信技术的变革:5G网络切片根据时延、带宽等不同应用场景需求可以进行网络资源组合,以此来保证网络服务品质的特性,5G的无线组网解决方案在智慧物流的应用场景可以完美替代拖链电缆、漏波电缆、红外通讯、工业Wi-Fi等传统的通信方式,真正实现企业园区5G一张网,将加快物流领域关键网络基础设施的变革。

5G将加速物流装备智能化变革:5G将加速人工智能技术、边缘计算技术与物流装备的融合进程,物流装备通过状态感知、信息交互、实时分析,可以具备物料识别、自助纠错、末端导引的能力,进一步提高物流装备的智能化水平,加快物流装备融合创新研发进程。

5G将加速物流系统调度控制技术变革:在智慧物流领域,可以结合5G边云协同特性,利用MEC边缘计算,实现基于5G的移动搬运设备的云化调度控制应用,将设备定位、导航、图像识别及环境感知等复杂计算上移到5G边缘服务器,实现云化物流设备大规模密集部署、大范围无缝切换,构建高效、经济、灵活的柔性生产搬运体系。

5G将加速物流装备运维模式革新:利用智能装备的数字模型和5G网络,打通远端设备与本地数字模型的安全传输通道,将远端设备的运行状态、参数、传感器数据及现场监控视频等实时传输到本地监控中心、实现设备的远程监测、信息采集、故障报警和预测性维护等功能。本地专家可以根据数字模型呈现的运行参数、现场5G高清视频等信息进行远程维护,也可以通过AR眼镜与客户进行远程互动,协助处理系统故障。

5G技术相关应用与探索

昆船智能作为一站式的系统整体解决方案供应商在为提供咨询规划、系统集成、项目实施交付服务的同时也面临着诸多业务挑战,在智慧物流系统集成项目中存在种类丰富的移动搬运设备,传统的拖链电缆、漏波电缆、红外通讯、工业WIFI等工业通讯技术在低时延高可靠的闭环工业控制、规模化的设备接入、视觉识别等大带宽需求的应用接入等方面都存在很大的局限性,公司迫切的希望探索、验证,研究工厂车间5G工业无线组网的解决方案,研发5G智能装备,探索5G智慧物流创新应用场景。

1.成立云南首个智能制造5G应用创新实验基地

2019年8月,昆船公司与中国移动集团云南有限公司、中移(上海)信息通信科技有限公司、华为技术有限公司四家单位合作,成立云南首个智能制造5G应用创新实验基地,打造面向全国的5G智能制造示范基地。

创新实验基地成立之后,昆船依托5G园区一张网,研究工厂车间5G工业无线组网的解决方案,开展了基于5G技术的单机物流设备应用研究,完成了堆垛机、环形穿梭车、AGV、交叉带分拣机的5G通讯验证,推出了5G工业无线组网的解决方案、发布了一系列5G智能装备。

2.打造全国首个5G全场景智慧物流装备创新孵化基地

2020年6月8日,昆船、中国移动、华为和倍福中国四方联合举办“5G智慧物流成果”发布会,打造全国首个5G全场景智慧物流装备创新孵化基地。推出了一系列5G智能装备,包括5G高位叉车、5G地面叉车、5G AGV、5G穿梭车、5G堆垛机、5G交叉带分拣机等,其中5G交叉带分拣机实现了格口最小化设计,网络结构简化,分拣的准确性以及分拣效率有较大提升;5G环形穿梭车车辆之间的防撞距离缩短,提高了物流输送作业的车辆利用率,有效提高物流作业效率;5G堆垛机通过集成视觉识别设备,实时采集仓库货位图像,垛型形态、条码等信息,可以快速完成在库物料盘点作业;5G AGV系统实现了500台AGV集群调度无盲区、AGV高速移动无中断应用测试验证,5G AGV单机实现了通过视觉传感信息的室内高精度定位。

3.研发基于数字孪生的数字仓储系统

昆船智能利用智能制造5G创新实验基地的建设契机,结合智慧物流及智能制造的发展趋势,研发了基于数字孪生的数字仓储系统,可实现工厂级仓储、配送全流程的集中三维可视化监控。该产品是融合5G通讯技术、物联网技术、VR/AR技术、仿真技术、3D技术的创新性产品,可以实现业务全流程的全局监控、物流装备的集中监控和调度,实现物理空间与虚拟空间的虚实映射、虚实交互以及虚拟仿真。系统可通过VR设备接入,实现系统级维修培训、操作培训、虚拟参观,通过AR设备接入,实现远程协助、维修指引、操作指导等辅助性操作指引。

图3基于数字孪生技术的数字仓储系统典型界面

4.5G探索价值与意义

昆船智能通过“智能制造5G应用创新实验基地”的建设,积极探索5G技术在智慧物流的创新应用场景。完成了5G在工业应用中的实验验证,通过5G网络取代传统的通讯模式,完成了物流装备的5G工程化改造;实现了基于5G模式下的物流设备生产制造模式、安装实施工艺、系统运维模式的革新,大大降低了生产制造、安装实施成本及运营服务成本;新研发的5G物流装备在运行速度、平稳性、认址精度、可靠性上都会大幅度提升,设备关键性能指标有所提升,进一步增强产品竞争力。

昆船智能研发的基于5G的C2C控制应用、VR实训实验虚拟仿真教学系统、AR智能拣选系统、基于数字孪生的数字仓储系统等创新应用,符合智慧物流及智能制造的发展趋势,有效的实现了物流各环节数字化、精细化、动态化、可视化管理,提高物流系统智能化分析决策和自动化操作执行能力。

此外,昆船智能还积极探索了从原料入厂、质量检测、生产加工、仓储及配送等物流全业务流程的5G网络需求,涵盖20多个智慧物流典型应用场景。由于物流领域采用的是行业通用成熟的技术,5G实验基地创新应用研究成果在智慧物流领域具备普遍的推广意义。

表1物流全流程、区域、设备与对应的5G应用场景汇总

结语

5G作为新一代移动通信技术,满足物流装备高速互联和远程交互等应用需求。随着5G网络建设进入高速期,5G与工业互联网深度融合,也带给我们很多新的思考。比如,物流装备企业应加快5G物流装备的应用研发,推进物流装备5G通讯标准建设、推进5G物流装备在工程项目中的深入应用,让5G在智慧物流、智能制造等应用领域中发挥其基础支撑作用。针对5G新一代通信技术,物流装备企业应该提前进行技术储备,躬身入局,做到5G提前准备不落“5”。

值得强调的是,除了5G技术以外,还需要加强对其他技术的关注。5G加速设备智能装备,为智能制造修好了“高速公路”,如何利用大数据加速数据治理,实现资源整合、信息融合,助推人工智能,需要新一代信息技术深度融合,未来各个新兴技术的融合创新将是我们关注的重点,5G与AICDE(人工智能、物联网、云计算、大数据、边缘计算)技术的深度融合必将开创智慧物流全新业态。

在各类新技术助力下,我们可以想象,在5G这条高速公路上,各类智能装备就像是各种型号的无人驾驶汽车,快速、高效、安全的实现货物转运。未来智慧物流就像一个综合交错、复杂柔性的网络,无论系统层级上的智慧物流,还是产品生命周期上的物流供应链,在协同调度的指挥下,人和设备共享资源,设备能够自主协调、自我完善、自我优化,真正实现智慧物流的共享、自主、绿色。

未来,作为5G应用的先行者,昆船智能将继续联合有关单位,在5G赋能智慧物流应用创新上进行更多探索,完善端到端产品和解决方案,进一步完善向垂直行业的服务和交付能力,推进5G技术在垂直行业的快速落地和商业模式复制,共同开启5G智慧物流新蓝海。

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