智慧分拣高精度定位管理系统

一、系统概述
分拣是将货物按照品种、出入库先后顺序、仓储位置、运送目的地等进行快速准确分类，或者从庞大储位中快速准确查找要出库货物的一项物流配送作业，也是智慧仓储的一个重要环节。科学高效的分拣作业能够有效提升物流配送效率和服务力，提高行业竞争力，降低企业运营成本，是物流配送生产力发展的必然要求。而高精度定位系统为降低分拣误差率，降低人工干预，提高精准分拣效率提供有力的技术支撑。
本文针对现有分拣系统的效率低、容易出错、人工成本高等实际问题，结合成都精位科技有限公司在UWB高精度定位软硬件产品完全自主研发，产品性能在业界表现卓著的独有优势，提出基于高精度UWB定位的智慧仓储管理系统方案。实现货物分拣过程中AGV小车、移动货架的位置监控，AGV小车导航规范，分拣任务智能调配等功能，提高货物分拣效率和可靠性，为进一步提高仓储物流效率和企业生产率提供有力保障。
二、现有分拣系统常见问题
目前常见的分拣系统要么是人员根据货单推着车进行人工分拣，存在人力成本高，处理速度慢的问题，而且容易出错；要么采用AGV小车，在地面铺设标识符进行定轨导航和定位，存在AGV小车不能灵活移动和使用不均衡的问题。除此之外常用的问题还有：
（1） 电商仓库为代表的直接面向消费者的仓库，具有流动性高、品类繁多分散的特点，现有分拣方法对小批量、多品目的货物分拣非常低效；
（2） 分拣过程对货物的位置信息缺乏实时跟踪，分拣误差率高，容易将货品发往错误目的地；
（3） 分拣效率低，容易出现“人等货”、“货等人”、“车等人”、“人等车”等情况，各分拣工序之间衔接不协调；
（4） 人员的劳动强度大，依赖人的记忆或手工查询货品信息，花费大量的时间；
（5） 对分拣过程所用传输工具缺乏监管和合理分配。
三、智慧分拣UWB高精度定位管理系统介绍
3.1 UWB定位技术
UWB是一种高速、低成本和低功耗新兴无线通信技术。UWB信号是带宽大于500MHz，基带带宽和载波频率的比值大于0.2的脉冲信号，具有很宽的频带范围，美国联邦通信委员会FCC把无线资源中无牌照的3.1GHz～10.6GHz分配给UWB无线通信系统使用，并限制信号的发射功率在-41dBm以下。UWB作为一种高速率、低功耗、高容量的新兴无线局域定位技术，目前应用主要聚焦在室内高精确定位，例如在工业自动化、物流仓储、电力巡检、自动驾驶等领域得到广泛使用。
UWB信号具有抗多径干扰、穿透能力强的优势，适用于静止或者移动终端的高精度高频度跟定位踪。由于Wi-Fi信号受人体和金属干扰大，定位精度在3-5m，而蓝牙iBeacon的后期维护工程量大，都不适合用于工业领域高精度定位。与工业领域常用的RFID技术相比，UWB定位精度和稳定性更高，前者更多应用于门禁和场区定位，不适用于移动终端的精准位置跟踪。精位科技研发的UWB定位产品，定位精度最高可达厘米级，能够完全满足仓储物流定位所需的精度，且系统功能、性能在国内外同类产品中具有软硬件完全自主研发、设备快速定制和场景快速部署等优势。
3.2 UWB系统工作原理
UWB定位系统将作为智慧分拣系统的一个子系统，提供标签位置、历史轨迹、设备状态、设备告警等信息。UWB定位系统由标签、基站、时间同步控制器（下面简称控制器）、定位服务器软件四部分组成。

图3-1 UWB系统硬件设备
基站、控制器、后台服务器通过有线建立连接，控制器定时向各基站发送同步指令进行高精度时间同步矫正，打造UWB 系统根据信号传播时间进行高精度位置解算的先决条件。实时定位过程中，UWB标签不停广播UWB信号，附近已实现时间同步的基站接收到信号后，通过有线传输到后台定位服务器进行坐标解算。
用户手持智能终端、货架终端或重要货品终端通过无线网络和后台服务器进行信息交互。

图3-1 UWB系统工作原理图
3.3 UWB系统性能
 标签定位精度：10cm。
 位置刷新频率：可调，单标签刷新率200Hz。
 并发识别数量：按照1/s的频度，系统最多支持12000个标签。
 位置信息保存时间：≥6个月。
 标签电池寿命：电池寿命≥3个月，可更换电池。
 服务器备用电源：停电后，备用电源应能保证整套定位系统连续工作时间≥2h。
 最大检修周期：系统检修周期≥12个月。
 设备安全耐用：标签/基站抗老化、防水、防爆、防尘。
 设备认证需满足工业制造领域行业规定。
四、智慧分拣系统业务框架

智慧分拣系统是智慧仓储管理的重要组成部分。UWB高精度定位系统为智慧分拣提供AGV小车、移动货架的位置实时监控，智慧分拣和WMS智慧仓储系统共享货物、工具、人员等基本信息，WMS统一为整套系统提供告警、地图展示、逻辑业务处理等管理。

其业务框架为：
（1）WMS服务器负责分配操作任务到各个分拣工作站，并调度一定数量AGV小车搬运可移动货架；
（2）AGV车完成可移动货架在仓储区和分拣工作站之间的搬运：从仓储区取出相应移动货架，将移动货架送到对应工作站，分拣结束后，将空的移动货架送回仓储区；
（3）在分拣工作站，操作人员手持分拣终端对货架上的货物进行扫描，并将货物分类放置；或者直接将货物放在传送带上，传送带自动扫描货品信息，发往不同拣道口。
五、主要业务流程和功能
5.1 主要业务流程
5.1.1 入库分拣流程

入库分拣流程说明：
（1） 货物到达后新增入库分拣任务；
（2） 系统根据入库货物的类别和数量，依据闲置状态、距离远近、承载符合情况指定分拣工作站、工人、AGV小车和移动货架；
（3） 如果货物种类少或数量少，可将任务直接分配给工人使用手持终端进行货物扫描，执行手工分拣；
（4） 如果货物种类多或数量多，通过传送带实现自动扫描和分拣，将货物传送至适当分支出口；
（5） 货物分拣完毕后，装到空闲移动货架（任务下发后由指定AGV小车运送至分拣出口）；
（6） 系统将运输目的地和导航路径发送至指定AGV小车，AGV小车将装置好的移动货架运输至目的地；
（7） 移动货架到达目的地后，系统更新仓储信息，释放分拣站、工人、AGV小车，准备接收下一个分拣任务；
（8） 入库分拣任务结束。
5.1.2 出库分拣流程

出库流程说明：
（1） 新增出库分拣任务；
（2） 系统查询出出库货物所在移动货架，根据出库货物的类别和数量，依据闲置状态、距离远近、承载符合情况指定AGV小车、分拣工作站、工人；
（3） AGV小车将移动货架运输至指定分拣工作站；
（4） 根据货物种类和数量选择人工扫描分拣或传送带自动分拣；
（5） 货物分拣完毕后，分类放置相应出库口；
（6） AGV小车将闲置的移动货架运输至指定区域，系统更新仓储信息，释放分拣站、AGV小车、移动货架，准备接收下一个分拣任务；
（7） 出库分拣任务结束。
5.2 基本功能
5.2.1 移动货架定位管理
（1） 对移动货架进行实时定位和历史轨迹查询；
（2） 在整个仓储区和分拣区对移动货架进行全区域无盲点监控，异常情况可实现基于货架位置的摄像头视频跟踪监控；
（3） 在分拣过程中，移动货架与货物、AGV小车、分拣站之间存在任务绑定与解绑的逻辑关系。
5.2.2 AGV小车实时定位和展示
（1） 实时定位和历史轨迹查询；
（2） 系统可根据各区域统计实时在线车辆及各车辆工作状态；
（3） 系统根据车辆工作状态和承载能力，自动推送任务单；
（4） 车辆活动范围限制和监控，越界告警；
（5） 在分拣过程中，AGV小车与移动货架、分拣站之间存在任务绑定与解绑的逻辑关系。
5.2.3 分拣工作站（工人）任务推送
（1） 系统对分拣工作站的工作状态进行实时监控；
（2） 分拣站工作人员通过手持终端接收分拣任务单进行人工分拣，也可通过分拣站终端接收任务进行传送带人工分拣；
（3） 执行分拣工作时，分拣站与AGV小车和移动货架之间存在任务绑定与解绑的逻辑关系。
5.2.4 智能调度及任务派送
（1） 任务单增删改查；
（2） 智能调度：根据依据闲置状态、距离远近、承载符合情况选择合适的AGV小车、移动货架及分拣台；
（3） 任务单自动推送，将生成的任务单下发到指定的AGV小车、手持终端或分拣台终端；
（4） 任务被拒后重新自动推送或人工推送；
（5） 任务单执行状态跟踪；
（6） 利用率分析，提供合理调度方案，均衡使用车辆/人员，降低闲置状态。
5.2.5 导航与路径规划
（1） 入库分拣任务下发后，系统根据AGV小车和移动货架、分拣站的相对位置自动计算出最佳导航路径，并下发至AGV小车，实现自动导航；
（2） 出库分拣结束，移动货架清空后，系统根据任务单结束状态自动向AGV小车推送运输空架任务和导航路径。