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。

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