以Wi-Fi無線通信設(shè)備增進(jìn)倉(cāng)儲(chǔ)物流效率與安全

隨著倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)逐漸導(dǎo)入自動(dòng)化系統(tǒng)，工業(yè)級(jí)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(shí)也是提高對(duì)象、搬運(yùn)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)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(shì)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)入自動(dòng)化系統(tǒng)的市場(chǎng)逐漸活絡(luò)。更新老舊設(shè)備的同時(shí)，如何導(dǎo)入智能制造、提高機(jī)臺(tái)設(shè)備效能與稼動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)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(gòu)物的重要地基。
當(dāng)商品配送需求暴增時(shí)，短時(shí)間內(nèi)大量涌入的訂單，導(dǎo)致傳統(tǒng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)無法從容應(yīng)付，商品出貨規(guī)格錯(cuò)誤率增加，物流配送的時(shí)間也變得冗長(zhǎng)且無法預(yù)知。種種問題的衍生，讓全球的智能倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。如何加速倉(cāng)儲(chǔ)物流的智能化，應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)的核心概念是自動(dòng)物料搬運(yùn)（Automated Material Handling；AMH），此一范疇共涵蓋以下幾個(gè)項(xiàng)目：

˙ 自動(dòng)導(dǎo)引車（Automatic Guided Vehicle；AGV）
˙ 自主式移動(dòng)機(jī)器人（Autonomous Mobile Robot；AMR）
˙ 自動(dòng)儲(chǔ)存與檢索系統(tǒng)（Automated Storage & Retrieval Systems；AS/RS）
˙ 自動(dòng)輸送與分揀系統(tǒng)
˙ 碼垛/卸垛系統(tǒng)
˙ 倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（Warehouse Management System；WMS）
˙ 倉(cāng)庫(kù)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(zhǎng)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(cāng)儲(chǔ)，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(dòng)機(jī)器人（AMR）。
AMR最大的特色，是擁有可收集倉(cāng)儲(chǔ)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(shí)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(cāng)儲(chǔ)行業(yè)業(yè)者逐漸導(dǎo)入AMR的應(yīng)用。
AMH范疇中另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是自動(dòng)儲(chǔ)存與檢索系統(tǒng)（AS/RS）。AS/RS由自動(dòng)化儲(chǔ)存裝置與控制系統(tǒng)兩部分組合而成。自動(dòng)化儲(chǔ)存裝置的功能，是根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的儲(chǔ)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(dòng)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(gè)AS/RS系統(tǒng)的運(yùn)作，通過與后臺(tái)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(dòng)化的AS/RS系統(tǒng)，可提高貨物儲(chǔ)存密度，節(jié)省儲(chǔ)存空間，同時(shí)可提高檢索準(zhǔn)確性，減少人工成本與人為出錯(cuò)。AS/RS系統(tǒng)在高密度貨物儲(chǔ)存環(huán)境與自動(dòng)化分揀的效果特別顯著，正在被物流倉(cāng)儲(chǔ)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(dòng)化的AS/RS系統(tǒng)可提高貨物儲(chǔ)存密度及檢索的準(zhǔn)確性，減少人工成本與人為出錯(cuò)。（source：Sitma）

AMH自動(dòng)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(shí)時(shí)在移動(dòng)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(chǎng)或家庭里皆隨處可見，在倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)入難度較低。
再者，Wi-Fi是一個(gè)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(shí)擴(kuò)充。同時(shí)，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(shì)。
Wi-Fi雖然具有上述的優(yōu)勢(shì)，但在動(dòng)線復(fù)雜、充滿貨架與電機(jī)設(shè)備的工廠，或智慧倉(cāng)儲(chǔ)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(chǎng)合或家用場(chǎng)合。無論是AGV、AMR或AS/RS的穿梭車，都是時(shí)時(shí)不斷移動(dòng)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(jí)的Wi-Fi設(shè)備才是理想的選擇。
洞悉倉(cāng)儲(chǔ)物流環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用痛點(diǎn)，臺(tái)達(dá)研發(fā)的DVW-W01I2-E1系列無線AP （以下簡(jiǎn)稱DVW），即是適合處理倉(cāng)儲(chǔ)物流搬運(yùn)自動(dòng)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(chǎng)對(duì)高穩(wěn)定Wi-Fi訊號(hào)的需求，DVW采用高階IEEE 802.11ac的芯片，同時(shí)支持2.4GHz與5GHz的雙頻模式。倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)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(shí)，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(shí)，不會(huì)介入干擾到行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)中之設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)通訊，同時(shí)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(shí)期Wi-Fi技術(shù)之間通訊的問題。

2.工業(yè)等級(jí)ONE Roaming漫游技術(shù)
倉(cāng)儲(chǔ)物流搬運(yùn)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的特性就是空間配置與搬運(yùn)動(dòng)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(hào)強(qiáng)度，Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)都具有自動(dòng)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(shí)間約需5秒左右，甚至更久。在這么長(zhǎng)久的漫游時(shí)間，可能造成倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境中的搬運(yùn)移動(dòng)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(dòng)更可能會(huì)造成物料的損壞。DVW提供工業(yè)等級(jí)的ONE Roaming漫游技術(shù)，讓無線通信切換時(shí)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(dòng)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(duì)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(duì)不同的行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需求，配置出最合適的漫游參數(shù)。

 
圖2 : DVW提供工業(yè)等級(jí)漫游技術(shù)，使無線網(wǎng)絡(luò)漫游切換時(shí)間小于150毫秒，確保設(shè)備搬運(yùn)與取放動(dòng)作順暢不中斷。（source：臺(tái)達(dá)）

3.訊號(hào)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(gè)原因，常常是因?yàn)閭}(cāng)儲(chǔ)物流環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)空間復(fù)雜，導(dǎo)致無線網(wǎng)絡(luò)訊號(hào)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(hào)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(shí)，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(shí)，由于倉(cāng)儲(chǔ)物流環(huán)境中的移動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備因長(zhǎng)時(shí)間不斷行駛，安裝Wi-Fi設(shè)備時(shí)必須考慮體積精巧，且對(duì)環(huán)境具高耐受力，以確保設(shè)備通訊可靠。
DVW依循國(guó)際工業(yè)等級(jí)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(jí)抗震耐摔應(yīng)用環(huán)境，確保長(zhǎng)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(huì)造成前述搬運(yùn)設(shè)備的重載。

6.重工業(yè)等級(jí)抗干擾設(shè)計(jì)
DVW依循國(guó)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(duì)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(hào)涵蓋范圍與增加帶寬；工業(yè)等級(jí)ONE Roaming漫游技術(shù)，小于150毫秒的高速切換時(shí)間；工業(yè)等級(jí)抗震保護(hù)與EMC抗干擾設(shè)計(jì)。這些專為自動(dòng)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(cāng)庫(kù)與廠辦現(xiàn)場(chǎng)的Wi-Fi無線通信基礎(chǔ)建設(shè)，加速實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物流行業(yè)的自動(dòng)化與智能化。