以Wi-Fi无线通信设备增进仓储物流效率与安全

随着仓储物流行业逐渐导入自动化系统，工业级Wi-Fi无线通信技术不仅可高效串联搬运设备与管理系统，同时也是提高对象、搬运设备与现场人员安全的核心环节。
近10年来，物联网（Internet of Things；IoT）的崛起及工业4.0的趋势，在工业现场导入自动化系统的市场逐渐活络。更新老旧设备的同时，如何导入智能制造、提高机台设备效能与稼动率等等，是各行业需求所在。
全球近几年遭受COVID-19疫情的冲击，促使电子商务加快发展；仓储物流体系是电商强而有力的后盾，快速配送的物流运输是一键轻松购物的重要地基。
当商品配送需求暴增时，短时间内大量涌入的订单，导致传统仓储系统无法从容应付，商品出货规格错误率增加，物流配送的时间也变得冗长且无法预知。种种问题的衍生，让全球的智能仓储物流系统蓬勃发展。如何加速仓储物流的智能化，应用工业自动化技术提升各环节效率，将是服务质量差异化的关键。

智能仓储物流系统的核心概念是自动物料搬运（Automated Material Handling；AMH），此一范畴共涵盖以下几个项目：

˙ 自动导引车（Automatic Guided Vehicle；AGV）
˙ 自主式移动机器人（Autonomous Mobile Robot；AMR）
˙ 自动储存与检索系统（Automated Storage & Retrieval Systems；AS/RS）
˙ 自动输送与分拣系统
˙ 码垛/卸垛系统
˙ 仓储管理系统（Warehouse Management System；WMS）
˙ 仓库工作系统（Warehouse Execution System；WES）
˙ 其他

在AMH系统范畴中的各项目中，AGV成长最为快速，因此吸引众多厂商投入研发，目前技术发展最成熟。AGV已经普遍应用在材料仓储，适用于搬运不同的物料，在不同的装载点与卸除点灵活穿梭来回，调度更自由，增加生产线弹性、降低制造成本。AGV的技术目前已相当成熟和被普遍应用，以此技术为基础，将AGV搭配机器人手臂的应用也开始萌发，亦即目前大家所知道的自主式移动机器人（AMR）。
AMR最大的特色，是拥有可收集仓储环境信息的传感器与机器视觉等周边零组件，具有自主实时运算能力，可配合当下的状况后做出决策。AMR搭载机器人手臂，可替代很多危险环境中所需人工，灵活的操作与调度系统，让更多仓储行业业者逐渐导入AMR的应用。
AMH范畴中另一个重要环节是自动储存与检索系统（AS/RS）。AS/RS由自动化储存装置与控制系统两部分组合而成。自动化储存装置的功能，是根据预先规划的储存规则，透过穿梭车（shuttle car）将货物存放到指定的位置，并根据检索指令，自动将货物取出。另外，控制系统则负责监视和控制整个AS/RS系统的运作，通过与后台物流管理系统之间的搭配，实现高效的物流运输。
自动化的AS/RS系统，可提高货物储存密度，节省储存空间，同时可提高检索准确性，减少人工成本与人为出错。AS/RS系统在高密度货物储存环境与自动化分拣的效果特别显著，正在被物流仓储行业中广泛地运用与发展中，也吸引众多厂商开始投入研发相关应用技术。

 
图1 : 自动化的AS/RS系统可提高货物储存密度及检索的准确性，减少人工成本与人为出错。（source：Sitma）

AMH自动物料搬运系统中执行搬运与取放的设备，如AGV、AMR，以及AS/RS的穿梭车，因为时时在移动搬运各种不同物料与物品，所以设备与控制中心间的通讯，必须采用无线通信技术传输，而Wi-Fi无线网络更是在应用领域当中的佼佼者，具有以下的优点：
首先是普及且通用，Wi-Fi的应用已经普遍存在于日常生活之中，无论于办公室、卖场或家庭里皆随处可见，在仓储物流行业现场导入难度较低。
再者，Wi-Fi是一个标准协议，所以不同制造商的Wi-Fi产品都可以相互通讯，没有兼容性的问题，且方便随时扩充。同时，Wi-Fi无线通信不须经由实体的缆线来进行数据封包传送，所以不需要像布建有线网络系统般，投入巨资进行安装施工作业，具有建置成本较低的优势。
Wi-Fi虽然具有上述的优势，但在动线复杂、充满货架与电机设备的工厂，或智慧仓储物流行业如此的应用环境，业者应用Wi-Fi的需求，还是大大不同于商办场合或家用场合。无论是AGV、AMR或AS/RS的穿梭车，都是时时不断移动的设备，若须确保设备、货件与人员的安全与运送的效率，讲求的是高稳定且不断线的无线网络环境，采用工业等级的Wi-Fi设备才是理想的选择。
洞悉仓储物流环境的现场应用痛点，台达研发的DVW-W01I2-E1系列无线AP （以下简称DVW），即是适合处理仓储物流搬运自动化系统的工业以太网络解决方案。因应高稳定与不断线的无线通信需求，DVW具有以下特点：

1.采用高阶Wi-Fi芯片
为了符合行业应用现场对高稳定Wi-Fi讯号的需求，DVW采用高阶IEEE 802.11ac的芯片，同时支持2.4GHz与5GHz的双频模式。仓储物流业者可利用抗干扰性较强的5GHz，作为AGV、AMR或AS/RS的穿梭车与中央控制系统的网络通讯频率，强化设备间无线网络通讯的稳定性。

因应仓储物流环境特点，需要进行远程调机或问题诊断时，则可以利用2.4GHz的通讯频率。采用双频模式的好处是，工程师在进行调机或问题诊断时，不会介入干扰到行业现场移动中之设备间的网络通讯，同时向下兼容IEEE 802.11 a/b/g/n等不同规格的Wi-Fi产品，不须担心新旧时期Wi-Fi技术之间通讯的问题。

2.工业等级ONE Roaming漫游技术
仓储物流搬运行业现场的特性就是空间配置与搬运动线复杂。为确保搬运设备与管理系统之间的无线通信信号强度，Wi-Fi无线网络都具有自动搜寻，并且更换不同存取点（Access Point；AP）的漫游功能（roaming）。
普通Wi-Fi产品漫游切换时间约需5秒左右，甚至更久。在这么长久的漫游时间，可能造成仓储环境中的搬运移动设备因此停止不走，增加人员、货物与设备之间碰撞的危险，机器手臂停摆不动更可能会造成物料的损坏。DVW提供工业等级的ONE Roaming漫游技术，让无线通信切换时间小于150毫秒，以无缝切换功能，确保设备搬运与取放动作顺畅不中断，提升效率与安全性。
另外，不同应用环境对于Wi-Fi漫游灵敏度的需求可能不同。DVW开放自行调整漫游参数设定，让使用者可以针对不同的行业现场需求，配置出最合适的漫游参数。

 
图2 : DVW提供工业等级漫游技术，使无线网络漫游切换时间小于150毫秒，确保设备搬运与取放动作顺畅不中断。（source：台达）

3.讯号涵盖更广、网络带宽更高
Wi-Fi网络性能不佳的另一个原因，常常是因为仓储物流环境现场空间复杂，导致无线网络讯号的多路径效应（multipath effect），造成干扰。
DVW采用多输入多输出（multi-input multi-output；MIMO）技术改善传输效率，大幅减少多重路径干扰与提高无线讯号稳定度，并搭配双天线设计使Wi-Fi网络涵盖范围更广，带宽更可高达867Mbps。

4.丰富多元通讯接口
当有些机电设备不支持以太网络的接口与通讯协议时，使用DVW的RS-232或RS-485的串行通讯接口，并且搭配内建的Modbus协议转换功能，将Modbus Serial协议转换成Modbus TCP，轻松应付各种使用情境。

5.抗震设计
在确保通讯稳定不中断的同时，由于仓储物流环境中的移动运输设备因长时间不断行驶，安装Wi-Fi设备时必须考虑体积精巧，且对环境具高耐受力，以确保设备通讯可靠。
DVW依循国际工业等级抗震标准IEC 60068-2-6进行抗震设计，符合工业级抗震耐摔应用环境，确保长效稳定性及可靠性；DVW体积精巧不占空间，高度比一支5吋的手机还小，可安装于任何款式的AGV、AMR或穿梭车，轻巧的重量亦不会造成前述搬运设备的重载。

6.重工业等级抗干扰设计
DVW依循国际重工业标准IEC 61000-6-2进行EMC电磁抗干扰设计，对于静电放电（Electrostatic Discharge；ESD）、突波（surge）等电气危害，都有优良的抵抗能力。
DVW采用IEEE 802.11ac高阶Wi-Fi芯片支持2.4GHz与5GHz双频并发，并且优化讯号涵盖范围与增加带宽；工业等级ONE Roaming漫游技术，小于150毫秒的高速切换时间；工业等级抗震保护与EMC抗干扰设计。这些专为自动物料搬运系统而产生的功能，将大幅帮助客户强化仓库与厂办现场的Wi-Fi无线通信基础建设，加速实现仓储物流行业的自动化与智能化。