以Wi-Fi無線通信設備增進倉儲物流效率與安全

隨著倉儲物流行業(yè)逐漸導入自動化系統(tǒng)，工業(yè)級Wi-Fi無線通信技術不僅可高效串聯(lián)搬運設備與管理系統(tǒng)，同時也是提高對象、搬運設備與現(xiàn)場人員安全的核心環(huán)節(jié)。
近10年來，物聯(lián)網（Internet of Things；IoT）的崛起及工業(yè)4.0的趨勢，在工業(yè)現(xiàn)場導入自動化系統(tǒng)的市場逐漸活絡。更新老舊設備的同時，如何導入智能制造、提高機臺設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，促使電子商務加快發(fā)展；倉儲物流體系是電商強而有力的后盾，快速配送的物流運輸是一鍵輕松購物的重要地基。
當商品配送需求暴增時，短時間內大量涌入的訂單，導致傳統(tǒng)倉儲系統(tǒng)無法從容應付，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，應用工業(yè)自動化技術提升各環(huán)節(jié)效率，將是服務質量差異化的關鍵。

智能倉儲物流系統(tǒng)的核心概念是自動物料搬運（Automated Material Handling；AMH），此一范疇共涵蓋以下幾個項目：

˙ 自動導引車（Automatic Guided Vehicle；AGV）
˙ 自主式移動機器人（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)，目前技術發(fā)展最成熟。AGV已經普遍應用在材料倉儲，適用于搬運不同的物料，在不同的裝載點與卸除點靈活穿梭來回，調度更自由，增加生產線彈性、降低制造成本。AGV的技術目前已相當成熟和被普遍應用，以此技術為基礎，將AGV搭配機器人手臂的應用也開始萌發(fā)，亦即目前大家所知道的自主式移動機器人（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器視覺等周邊零組件，具有自主實時運算能力，可配合當下的狀況后做出決策。AMR搭載機器人手臂，可替代很多危險環(huán)境中所需人工，靈活的操作與調度系統(tǒng)，讓更多倉儲行業(yè)業(yè)者逐漸導入AMR的應用。
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，是根據預先規(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，并根據檢索指令，自動將貨物取出。另外，控制系統(tǒng)則負責監(jiān)視和控制整個AS/RS系統(tǒng)的運作，通過與后臺物流管理系統(tǒng)之間的搭配，實現(xiàn)高效的物流運輸。
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)中廣泛地運用與發(fā)展中，也吸引眾多廠商開始投入研發(fā)相關應用技術。

 
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確性，減少人工成本與人為出錯。（source：Sitma）

AMH自動物料搬運系統(tǒng)中執(zhí)行搬運與取放的設備，如AGV、AMR，以及AS/RS的穿梭車，因為時時在移動搬運各種不同物料與物品，所以設備與控制中心間的通訊，必須采用無線通信技術傳輸，而Wi-Fi無線網絡更是在應用領域當中的佼佼者，具有以下的優(yōu)點：
首先是普及且通用，Wi-Fi的應用已經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)場導入難度較低。
再者，Wi-Fi是一個標準協(xié)議，所以不同制造商的Wi-Fi產品都可以相互通訊，沒有兼容性的問題，且方便隨時擴充。同時，Wi-Fi無線通信不須經由實體的纜線來進行數據封包傳送，所以不需要像布建有線網絡系統(tǒng)般，投入巨資進行安裝施工作業(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，但在動線復雜、充滿貨架與電機設備的工廠，或智慧倉儲物流行業(yè)如此的應用環(huán)境，業(yè)者應用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備，若須確保設備、貨件與人員的安全與運送的效率，講求的是高穩(wěn)定且不斷線的無線網絡環(huán)境，采用工業(yè)等級的Wi-Fi設備才是理想的選擇。
洞悉倉儲物流環(huán)境的現(xiàn)場應用痛點，臺達研發(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自動化系統(tǒng)的工業(yè)以太網絡解決方案。因應高穩(wěn)定與不斷線的無線通信需求，DVW具有以下特點：

1.采用高階Wi-Fi芯片
為了符合行業(yè)應用現(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的5GHz，作為AGV、AMR或AS/RS的穿梭車與中央控制系統(tǒng)的網絡通訊頻率，強化設備間無線網絡通訊的穩(wěn)定性。

因應倉儲物流環(huán)境特點，需要進行遠程調機或問題診斷時，則可以利用2.4GHz的通訊頻率。采用雙頻模式的好處是，工程師在進行調機或問題診斷時，不會介入干擾到行業(yè)現(xiàn)場移動中之設備間的網絡通訊，同時向下兼容IEEE 802.11 a/b/g/n等不同規(guī)格的Wi-Fi產品，不須擔心新舊時期Wi-Fi技術之間通訊的問題。

2.工業(yè)等級ONE Roaming漫游技術
倉儲物流搬運行業(yè)現(xiàn)場的特性就是空間配置與搬運動線復雜。為確保搬運設備與管理系統(tǒng)之間的無線通信信號強度，Wi-Fi無線網絡都具有自動搜尋，并且更換不同存取點（Access Point；AP）的漫游功能（roaming）。
普通Wi-Fi產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)境中的搬運移動設備因此停止不走，增加人員、貨物與設備之間碰撞的危險，機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，讓無線通信切換時間小于150毫秒，以無縫切換功能，確保設備搬運與取放動作順暢不中斷，提升效率與安全性。
另外，不同應用環(huán)境對于Wi-Fi漫游靈敏度的需求可能不同。DVW開放自行調整漫游參數設定，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。

 
圖2 : DVW提供工業(yè)等級漫游技術，使無線網絡漫游切換時間小于150毫秒，確保設備搬運與取放動作順暢不中斷。（source：臺達）

3.訊號涵蓋更廣、網絡帶寬更高
Wi-Fi網絡性能不佳的另一個原因，常常是因為倉儲物流環(huán)境現(xiàn)場空間復雜，導致無線網絡訊號的多路徑效應（multipath effect），造成干擾。
DVW采用多輸入多輸出（multi-input multi-output；MIMO）技術改善傳輸效率，大幅減少多重路徑干擾與提高無線訊號穩(wěn)定度，并搭配雙天線設計使Wi-Fi網絡涵蓋范圍更廣，帶寬更可高達867Mbps。

4.豐富多元通訊接口
當有些機電設備不支持以太網絡的接口與通訊協(xié)議時，使用DVW的RS-232或RS-485的串行通訊接口，并且搭配內建的Modbus協(xié)議轉換功能，將Modbus Serial協(xié)議轉換成Modbus TCP，輕松應付各種使用情境。

5.抗震設計
在確保通訊穩(wěn)定不中斷的同時，由于倉儲物流環(huán)境中的移動運輸設備因長時間不斷行駛，安裝Wi-Fi設備時必須考慮體積精巧，且對環(huán)境具高耐受力，以確保設備通訊可靠。
DVW依循國際工業(yè)等級抗震標準IEC 60068-2-6進行抗震設計，符合工業(yè)級抗震耐摔應用環(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設備的重載。

6.重工業(yè)等級抗干擾設計
DVW依循國際重工業(yè)標準IEC 61000-6-2進行EMC電磁抗干擾設計，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，小于150毫秒的高速切換時間；工業(yè)等級抗震保護與EMC抗干擾設計。這些專為自動物料搬運系統(tǒng)而產生的功能，將大幅幫助客戶強化倉庫與廠辦現(xiàn)場的Wi-Fi無線通信基礎建設，加速實現(xiàn)倉儲物流行業(yè)的自動化與智能化。