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以Wi-Fi無線通訊設備增進倉儲物流效率與安全
[作者 台達機電事業群]   2023年09月23日 星期六 瀏覽人次: [2229]

隨著倉儲物流行業逐漸導入自動化系統,工業級Wi-Fi無線通訊技術不僅可高效串聯搬運設備與管理系統,同時也是提高物件、搬運設備與現場人員安全的核心環節。


近10年來,物聯網(Internet of Things;IoT)的崛起及工業4.0的趨勢,在工業現場導入自動化系統的市場逐漸活絡。更新老舊設備的同時,如何導入智慧製造、提高機台設備效能與稼動率等等,是各行業需求所在。


全球近幾年遭受COVID-19疫情的衝擊,促使電子商務加快發展;倉儲物流體系是電商強而有力的後盾,快速配送的物流運輸是一鍵輕鬆購物的重要地基。


當商品配送需求暴增時,短時間內大量湧入的訂單,導致傳統倉儲系統無法從容應付,商品出貨規格錯誤率增加,物流配送的時間也變得冗長且無法預知。種種問題的衍生,讓全球的智慧倉儲物流系統蓬勃發展。如何加速倉儲物流的智能化,應用工業自動化技術提升各環節效率,將是服務品質差異化的關鍵。


智慧倉儲物流系統的核心概念是自動物料搬運(Automated Material Handling;AMH),此一範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(Automated Storage & Retrieval Systems;AS/RS)


˙ 自動輸送與分揀系統


˙ 碼垛/卸垛系統


˙ 倉儲管理系統(Warehouse Management System;WMS)


˙ 倉庫工作系統(Warehouse Execution System;WES)


˙ 其他


在AMH系統範疇中的各項目中,AGV成長最為快速,因此吸引眾多廠商投入研發,目前技術發展最成熟。AGV已經普遍應用在材料倉儲,適用於搬運不同的物料,在不同的裝載點與卸載點靈活穿梭來回,調度更自由,增加生產線彈性、降低製造成本。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,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境資訊的感測器與機器視覺等周邊零組件,具有自主即時運算能力,可配合當下的狀況後做出決策。AMR搭載機器人手臂,可替代很多危險環境中所需人工,靈活的操作與調度系統,讓更多倉儲行業業者逐漸導入AMR的應用。


AMH範疇中另一個重要環節是自動儲存與檢索系統(AS/RS)。AS/RS由自動化儲存裝置與控制系統兩部分組合而成。自動化儲存裝置的功能,是根據預先規劃的儲存規則,透過穿梭車(shuttle car)將貨物存放到指定的位置,並根據檢索指令,自動將貨物取出。另外,控制系統則負責監視和控制整個AS/RS系統的運作,通過與後台物流管理系統之間的搭配,實現高效的物流運輸。


自動化的AS/RS系統,可提高貨物儲存密度,節省儲存空間,同時可提高檢索準確性,減少人工成本與人為出錯。AS/RS系統在高密度貨物儲存環境與自動化分揀的效果特別顯著,正在被物流倉儲行業中廣泛地運用與發展中,也吸引眾多廠商開始投入研發相關應用技術。



圖1 : 倉儲物流行業現場空間複雜,為有效連結設備與上位系統,確保物件與人員安全,可藉助高穩定且不間斷的Wi-Fi無線通訊提升作業效率。(source:Sitma)
圖1 : 倉儲物流行業現場空間複雜,為有效連結設備與上位系統,確保物件與人員安全,可藉助高穩定且不間斷的Wi-Fi無線通訊提升作業效率。(source:Sitma)

AMH自動物料搬運系統中執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,必須採用無線通訊技術傳輸,而Wi-Fi無線網路更是在應用領域當中的佼佼者,具有以下的優點:


首先是普及且通用,Wi-Fi的應用已經普遍存在於日常生活之中,無論於辦公室、賣場或家庭裡皆隨處可見,在倉儲物流行業現場導入難度較低。


再者,Wi-Fi是一個標準協議,所以不同製造商的Wi-Fi產品都可以相互通訊,沒有相容性的問題,且方便隨時擴充。同時,Wi-Fi無線通訊不須經由實體的纜線來進行資料封包傳送,所以不需要像布建有線網路系統般,投入鉅資進行安裝施工作業,具有建置成本較低的優勢。


Wi-Fi雖然具有上述的優勢,但在動線複雜、充滿貨架與電機設備的工廠,或智慧倉儲物流行業如此的應用環境,業者應用Wi-Fi的需求,還是大大不同於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,講求的是高穩定且不斷線的無線網路環境,採用工業等級的Wi-Fi設備才是理想的選擇。


洞悉倉儲物流環境的現場應用痛點,台達研發的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的工業乙太網路解決方案。因應高穩定與不斷線的無線通訊需求,DVW具有以下特點:


1.採用高階Wi-Fi晶片

為了符合行業應用現場對高穩定Wi-Fi訊號的需求,DVW採用高階IEEE 802.11ac的晶片,同時支援2.4GHz與5GHz的雙頻模式。倉儲物流業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的網路通訊頻率,強化設備間無線網路通訊的穩定性。


因應倉儲物流環境特點,需要進行遠端調機或問題診斷時,則可以利用2.4GHz的通訊頻率。採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現場移動中之設備間的網路通訊,同時向下相容IEEE 802.11 a/b/g/n等不同規格的Wi-Fi產品,不須擔心新舊時期Wi-Fi技術之間通訊的問題。


2.工業等級ONE Roaming漫遊技術

倉儲物流搬運行業現場的特性就是空間配置與搬運動線複雜。為確保搬運設備與管理系統之間的無線通訊信號強度,Wi-Fi無線網路都具有自動搜尋,並且更換不同存取點(Access Point;AP)的漫遊功能(roaming)。


普通Wi-Fi產品漫遊切換時間約需5秒左右,甚至更久。在這麼長久的漫遊時間,可能造成倉儲環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提供工業等級的ONE Roaming漫遊技術,讓無線通訊切換時間小於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,不同應用環境對於Wi-Fi漫遊靈敏度的需求可能不同。DVW開放自行調整漫遊參數設定,讓使用者可以針對不同的行業現場需求,配置出最合適的漫遊參數。



圖2 : DVW提供工業等級漫遊技術,使無線網路漫遊切換時間小於150毫秒,確保設備搬運與取放動作順暢不中斷。(source:台達)
圖2 : DVW提供工業等級漫遊技術,使無線網路漫遊切換時間小於150毫秒,確保設備搬運與取放動作順暢不中斷。(source:台達)

3.訊號涵蓋更廣、網路頻寬更高

Wi-Fi網路性能不佳的另一個原因,常常是因為倉儲物流環境現場空間複雜,導致無線網路訊號的多路徑效應(multipath effect),造成干擾。


DVW採用多輸入多輸出(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定度,並搭配雙天線設計使Wi-Fi網路涵蓋範圍更廣,頻寬更可高達867Mbps。


4.豐富多元通訊介面

當有些機電設備不支援乙太網路的介面與通訊協定時,使用DVW的RS-232或RS-485的串列通訊介面,並且搭配內建的Modbus協定轉換功能,將Modbus Serial協定轉換成Modbus TCP,輕鬆應付各種使用情境。


5.抗震設計

在確保通訊穩定不中斷的同時,由於倉儲物流環境中的移動運輸設備需長時間不斷行駛,安裝Wi-Fi設備時必須考量體積精巧,且對環境具高耐受力,以確保設備通訊可靠。


DVW依循國際工業等級抗震標準IEC 60068-2-6進行抗震設計,符合工業級抗震耐摔應用環境,確保長效穩定性及可靠性;DVW體積精巧不占空間,高度比一支5吋的手機還小,可安裝於任何款式的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.重工業等級抗干擾設計

DVW依循國際重工業標準IEC 61000-6-2進行EMC電磁抗干擾設計,對於靜電放電(Electrostatic Discharge;ESD)、突波(surge)等電氣危害,都有優良的抵抗能力。


DVW採用IEEE 802.11ac高階Wi-Fi晶片支援2.4GHz與5GHz雙頻併發,並且優化訊號涵蓋範圍與增加頻寬;工業等級ONE Roaming漫遊技術,小於150毫秒的高速切換時間;工業等級抗震保護與EMC抗干擾設計。這些專為自動物料搬運系統而設計的功能,將大幅助益客戶強化倉庫與廠辦現場的Wi-Fi無線通訊基礎建設,加速實現倉儲物流行業的自動化與智慧化。


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