RFID物料主动感知的车间AGV云-边协同计算框架模型

针对智能车间制造物联产生的物流状态数据低延时传输与高效率响应的计算服务需求，提出一种RFID物料主动感知的车间AGV云-边协同计算框架模型。讨论AGV状态数据采集与信息交互、边缘侧RFID数据处理、云-边协同计算等关键技术。案例研究表明：生产物流过程数据可在计算模型的AGV边缘端和云端两个层面进行协同处理，实现主动感知与自主决策，为车间的自治化、智能化提供支持。

0 前言
基于工业物联网 ( Industrial Internet of Things，IIoT) 的智能工厂和智能车间设计中，通过在物理底层部署各类智能传感设备，包括智能终端、嵌入式系统等，将现场实时状态数据进行边缘侧处理，并与仓储管理系统 ( Warehouse Management System，WMS) 、制造执行系统 ( Manufacturing Execution System，MES) 等软件系统集成交互，可实现生产物流的高效化智能管控［1］。但是，车间底层大量 IIoT 传感设备接入及与上层云端服务器之间信息频繁耦合交互产生的海量实时异构数据，将导致控制系统的信息传输延迟率上升，甚至发生数据丢包以及网络堵塞问题。为了提升数据处理能力，降低服务器的计算压力，避免工件物流状态信息频繁地、大规模地与云端进行直接数据交互，将自动导引运输车 ( Automated Guided Vehicle，AGV) 配置嵌入式系统部署成移动边缘节点( Mobile Edge Node，MEN) ，将部分时间敏感型或计算不密集型的实时计算任务部署在 MEN 节点完成，如物料感知、AGV 动态运行数据处理、配送需求响应决策等。
本文作者在射频识别技术 ( Radio FrequencyIdentification，RFID) 物料主动感知的基础上，提出一种面向车间 AGV 的云－边协同计算框架模型，并对数据采集与交互、边缘侧数据处理、云－边协同计算等关键技术做了讨论，并经过案例验证了计算框架模型的可行性。
1 国内外研究现状
云－边协同计算作为一种具有广大前景的大规模工业物联网计算模式，已被应用到各个领域，例如，智能建筑、智能医疗和智能制造等［2］。丁凯等人［3］通过对底层车间配置固定式边缘节点与移动式边缘节点，提出一种基于云－边协同的智能工厂工业物联网架构与自治生产管控技术，为人、机、物共融自治化生产提供了理论技术支持。张耿［4］通过在传统制造车间引入制造 IIoT 技术，通过基于工业物联网的智能制造服务主动感知与分布式协同优化配置方法研究，为底层车间的制造资源主动感知与协同优化提供了理论参考。张映锋等［5］基于最新的 CPS ( Cyber Physical System) 技术、IIoT 技术和变粒度自适应协同控制策略，提出一种基于物联技术的制造执行系统实现方法与关键技术，实现了 AGV 与智能加工设备具备自主决策和主动感知交互，在生产物流领域具备重要的借鉴价值。李广博［6］运用 RFID 标签绑定生产物料信息的方式，并结合 AGV 搬运物料的定位信息与加工设备提供的在加工物料状态信息，基于 OPC UA 技术实现了对离散制造车间的动态监控。
然而，在车间生产物流智能管控方面，尚缺乏基于 AGV 视角的云－边协同计算的应用研究。基于RFID 物料主动感知，将边缘计算与车间 AGV 物理实体结合，并与上层云计算协同，提出云－边协同计算框架模型应用于智能车间部署，将有助于生产物流过程的智能化转型。
2 基于 IIoT 的车间 AGV 云－边协同计算框架
在 AGV 配置边缘节点与 MES 云端应用服务的基础上，建立了基于 IIoT 的车间 AGV 云－边协同计算框架结构体系，如图 1 所示。