张家口领克智慧工厂5G网络+激光导航AGV应用

——“汽车智慧物流建设与发展”系列连载之五

随着5G时代来临，大量基于5G的智能设备应用呈爆发式增长，也促使AGV技术得到快速发展与进步。在领克汽车张家口工厂，将激光导航AGV与5G网络联合应用于生产和物流多环节，实现降本增效，引领5G+智能制造新浪潮。

前言

近年来，随着5G大数据技术和智能制造的创新发展以及政策支持，大量基于5G通信技术的智能设备应用呈现爆发式增长，并且随着市场外部环境和人力资源情况而引起的企业韧性不足的问题日益突出，对于拥有大量劳动力的传统制造业来说，面临的压力越来越大。在此背景下，制造企业纷纷加快转型升级改造的步伐，智能设备正在全面融入各种应用场景，柔性化、自动化的生产及仓储物流系统受到众多企业的青睐。AGV作为柔性生产线和智能仓储物流系统的关键搬运设备之一，具有自动化程度高，灵敏度高、安全性高等优势，可为企业带来显著效益。

PREFACE

项目背景及概况

张家口工厂是吉利旗下高端汽车领克品牌工厂，负责燃油、新能源等多平台车型混线生产，为深入开展新能源行业“5G+工业互联网”应用研究，与中国移动通信集团河北有限公司张家口分公司共同推动5G产业发展战略合作，将AGV等智能设备和5G网络相辅相成，应用于生产制造行业生产和物流多环节，降低人工成本，显著解决因市场外部环境和人力资源情况而引起的企业韧性不足等痛点，并采用信息化手段提升作业配送效率、优化生产安全和企业价值链等。对于吉利张家口领克项目中所使用的核心设备关键技术、系统规划设计及项目亮点技术等，本文将展开详细介绍。

项目实施内容

1.系统功能介绍

AGV智能物流配送系统是物流整体流程实现效率化、智能化、自动化的关键一环，可实现各生产环节的物料自动化运输，保证整条生产线以较高效率运行，有效提高企业的整体效益。物流系统应用场景为线边和物流区配送环节，主要作用是将物料按需自动搬运至需要的工位，保障高效高节拍生产需求。 

（1）系统具体规划设计

GLES系统为上层生产系统分发任务，中间使用JYD系统（如图1），按业务呼叫需求进行模块化设计、定制化服务、柔性化优化等，灵活对接上下游系统，作为中间层将业务信息下发至调度系统，Rbrain调度系统负责执行搬运任务。结合JYD与GLES信息化管理平台，AGV智能物流配送系统能实时准确地采集柔性生产线上各工位的状态信息，指派AGV机器人高效精确地将物品搬运、装卸到指定位置，实现车间物流配送智能化，降低人力成本，提高生产效率。

图1 JYDWMS管理系统界面

（2）主要运作流程

①车间员工完成相关操作后通过GLES上层系统向JYD系统传递信息，JYD系统向AGV调度系统下达搬运需求，AGV系统根据指令将物料搬运至指定的储位。

②AGV机器人接收到指令从指定储位搬运物料，并根据当前的状态、位置、任务等规划运动路径，AGV机器人根据目标位置自动将物料放置到对应的储位。

③AGV机器人接收到上层系统指令从库区获取物料，并根据上层JYD系统指示，AGV机器人自动将物料放置到对应的线边储位。

④在此运输过程中，AGV机器人通过5G网络向AGV调度系统发送实时位置和状态信息等；AGV调度系统根据当前状态更新数据库。

⑤现场安装显示屏，显示AGV小车行驶状态、任务异常及行驶异常信息等，以便员工能及时介入处理异常情况。

⑥设备管理平台采集并关联生产与设备运行工况数据，实时监控和动态优化，将设备资源配置和使用效率最大化。

（3）系统方案的三大优势

①实现智能化配送。AGV小车执行全程物料自动对接与配送作业，可代替人工配送至线边的取料返空作业，节省人工需求数量，提高搬运效率。

②降低人为干预，实现自动化配送管理。通过三大系统信息流的传递，降低人为干预的概率，实现物料按需精准配送，使物料配送管理更加规范化、自动化、智能化。

③打通业务隔阂，实现数据互联互通。三大系统灵活对接，打破横亘于不同模块间的“信息孤岛”，实现物流作业各环节的数据互联互通。

2.5G网络部署介绍

5G网络的部署架构设计，由无线网侧、传输网侧和核心网组成，下沉工厂专享UPF，保障数据不出厂区，实现数据短路由的低时延传输，提升AGV业务的稳定性。

其中，无线网侧是按照物流车间布局安装相应数量的设备，天线安装在弱电桥架上，RRU、BBU等设备安装在柱子上，对整个车间进行5G专网全覆盖。

传输网侧是采用SPN设备组网，通过网络切片实现业务逻辑隔离，工厂按需灵活配置，满足工厂对特定网络速率、时延及可靠性的优先保障需求。

汇聚和接入层设备采用双链路环形组网，提升安全性和冗余性。汇聚层和接入层分别按需选择环路带宽和设备组网。具体传输环路拓扑，如图2。

图2 5G工业自然导航AGV组网模式图

整体而言，5G网络具有以下应用优势：

（1）5G是较新一代蜂窝移动通信技术，具备大带宽、低时延、广连接、高可靠等通信特性，不仅可解决传统Wi-Fi网络下AP切换时延长、易掉线等网络切换问题，还可支持大规模部署下网络技术调度支持。现5G频段可广覆盖钢结构厂房内搬运、仓储、质检等诸多场景。

（2）5G网络支持小颗粒硬切片和规模切片商用；支持设备内TDM时隙交叉，数据隔离转发、稳定时延；具备端到端服务化能力，提供SLAM可视化。

（3）5G网络结合MEC边缘计算为智能设备定位提供网络保障和边缘算力，一方面为SLAM导航提供粗粒度辅助定位实现厘米级别高精度定位能力，减少位置丢失的概率，使智能机器人在室内环境更稳定地运行。另一方面，5G与边缘计算节点MEC强绑定，AGV调度系统平台部署在5G工业边缘云上，基于AGV计算资源云化，边缘云MEC侧统一地理位置、任务信息管理和协同调度。使AGV的调度系统兼具私有化部署数据安全、性能可靠和公有化部署弹性灵活、敏捷经济的特点。MEC的引入，还可以在无需升级5G AGV硬件的前提下，处理回传的视频流，完成巡检、多车联动、人体行为识别等更多扩展功能。

3.激光导航AGV技术介绍

本项目中的AGV采用激光+视觉+惯性导航融合定位导航模式，采用非预定路径导航方式，内置5G模组，成为具有极强自主能力、AI避障、智能决策的AMR，从而实现精益生产、柔性制造。通过运动控制算法，实现AGV规划调度行驶，自主规划路径行驶，增强柔性。如图3。

图3 5G工业AGV激光导航路线示意图

（1）定位可信度。针对易变动场景采用地图编辑功能，擦除地图中易变动位置，提供固定物体置信率，细化激光SLAM定位能力，通过有限的信息获得精确定位能力；实现激光区域动态监测，如进入十字路口等高流路段主动检测障碍物，避免出现碰撞等现象。

（2）定位灵活度。相较需要铺设二维码信息媒介物进行车身定位的传统导航方式，SLAM激光导航不会受到地面二维码限定，可以运用环境中的参照物进行定位，并根据地图修正机器人的位置，灵活规划路径，定位精度高，其优势包括：可减少铺设媒介物的场地部署成本，缩短上线周期；企业维护保养成本较低，减少媒介物损坏和老化的维护保养成本。在传统导航方式下，媒介物更改路线十分繁琐，激光导航则可灵活适应柔性化产线的需求，尤其在汽车制造业人机交互较频繁的复杂运行环境下，激光新技术凭借所带来的部署成本大幅降低、上线周期短、更好地适配生产现场的柔性化需求等特性，成为企业自动化升级的首选。

（3）场景适应能力强。智能化水平的提高，使激光导航AGV在环境感知、行为感知、障碍应对、系统协调等方面的能力将得以全面提升，能适应多障碍、跨楼层、杂乱仓库等复杂工作场景，保证物流搬运过程的安全、稳定、可靠以及条理性。

（4）信息实时交互。激光SLAM技术在5G加持下发挥出重大优势，并且在数据传输、人机交互、大数据等方面具有更优体验。激光导航AGV需要进行跨产线、跨区域等复杂场景运作，但原有通信技术方案在传输距离、带宽、时延等方面仍存在一定瓶颈，如Wi-Fi的传输距离较短，无法满足远程操控需求；4G的传输带宽较小，不利于大量数据的实时交互等。而5G天然有着高带宽、低时延、大连接三大优势，能满足激光导航AGV的远程实时控制需求，同时AGV产生的庞大数据也得以与数据中心进行实时交互。

项目亮点及未来拓展

激光导航AGV与5G技术的联合应用，引领5G+智能制造新浪潮。AGV机器人内置5G模组，通过5G技术可以使设备在厂区移动不受限，按需到达目的地；实时获取物料搬运的轨迹及设备状态，并可对执行的任务中出现的异常情况进行相关操作，保证任务的柔性与灵活。在5G网络赋能下，保证系统之间无缝对接、系统与设备执行终端之间实时联网传输不受限，系统分配的任务指令能准确无误地传达至设备去执行，保证激光导航AGV在统一调度下智能运转，提高运行系统安全性，减少外界网络攻击和干扰，提高运行系统流畅性，降低网络掉线频率，并保证业务稳定运行，从而达成系统全自动下单、设备智能调度的智慧化生产目标。

除此之外，在5G的加持下，AGV感知的行驶、状态等诸多数据得以实时回传到运算中心，借助后台的庞大算力，可提供更迅速、更精准、更全面的AI分析，进而将准确指令下达到激光导航AGV，提升柔性物流搬运能力。

在新的形势和需求之下，制造业将加速向数字化、网络化、智能化方向发展，并围绕生产设备、控制管理系统、作业流程等多要素，通过5G网络连接多厂区多场景，拓展建立“5G全连接工厂”。