解锁厘米级精准定位，探索UWB技术在工业场景中的潜力

在工业4.0和智能工厂的发展中，微定位技术发挥着核心作用，它通过追踪关键要素如人员、工具、物资等，优化流程并保障安全。现有技术如GPS、Wi-Fi和蓝牙虽在工业场景中有所应用，但其定位精度通常无法满足需求，特别是在需要精细定位的场合。

而UWB技术以其厘米级精度，显著提高了定位和通信技术的水平。作为微定位服务的核心，UWB通过无线锚点实现标签的精确定位。这使得实时信息传递成为可能，让分析系统能够即时测量、分析并预警。

UWB技术在生产流程中通过精准跟踪物料和货物，优化生产监控和瓶颈预测。它提升了资产定位和检索的速度，并通过地图导航辅助工人。在物资管控上，UWB标签加强设备和敏感物品的监控，确保合规使用。安全方面，该技术通过追踪减少安全风险。紧急情况下，UWB标签可为员工定位提供支持，指导救援行动。这些应用突显了UWB技术在增强生产效率、安全性和生产力方面的巨大潜力，是推动工业自动化和精益管理进一步发展的重要动力。

UWB如何做到如此精确？

在工业和商业场所，大型金属物体和电信号噪声对传统定位技术如GPS、Wi-Fi和蓝牙构成挑战，导致信号衰减和多径问题。而UWB在测距与定位方面克服了窄带Wi-Fi及低功耗蓝牙面临的挑战。在锚点和标签间进行通信时，UWB通信组件使用极低的信号发送功率，辐射更大的范围带宽，并且具有比窄带信号更快的脉冲上升及下降时间（图1）。这一方法有助于保持信号的完整性，减少反射和噪声尖峰的影响，并降低基础设施所需的组件数量。

图1：UWB不受噪声尖峰的影响；而噪声尖峰会影响窄带信号，降低定位能力（图片来源：Qorvo）

 UWB采用飞行时间（ToF）技术来测量与标签间的距离（图2）。多种ToF方法能够提高测量准确性并降低基础设施成本。双向测距（TWR）和到达时间差（TDoA）测距方法消除了由墙壁和机械设备所引起的反射（多径效应）对信号强度的影响。此外，在UWB测距方式中，到达相位差（PDoA）和反向TDoA（RTDoA）等在不同部署场景下也各自展现出独特的优势。通过这些多样化的测距技术，UWB还可用于确定物体的距离和方向（矢量）。

图2：应用ToF计算距离（图片来源：Qorvo）

根据不同的微定位服务需求，UWB可以部署相应的基础设施和测距技术，如下行链路TDoA（DL-TDoA）用于导航标签，针对集中式平台跟踪则在基础设施内进行定位。UWB的信号完整性和测距能力使其覆盖范围更广，通过策略性地放置锚点，实现二维和三维空间中的高精度定位。

支持工业及其它行业的UWB生态系统

UWB生态系统由FiRa联盟支持，该联盟定义了UWB设备标准并提供认证，同时促进UWB与其他技术的互操作性，为工业和消费者提供微定位服务。即将发布的FiRa 2.0标准将扩大UWB的微定位应用范围，增强设备间的互操作性，并为RTLS中UWB的应用奠定基础，以便在地图服务中实现室内和亚米级精度定位。

此外，基于DL-TDoA的解决方案预计将在室内微定位导航中取得进展，并确保用户隐私，因为只有设备本身知晓其位置。这些服务预计将在支持UWB的智能手机上实现。UWB DL-TDoA的部署依赖于基础设施设备OEM，例如，部署将UWB锚点与Wi-Fi接入点结合的接入点。此外在公共或私人设施中的照明及其它固定电源设备也可以触发DL-TDoA，并在附近出现支持UWB的设备时激活。

UWB多场景解决方案应用

1、VELUX Modular Skylights
VELUX Modular Skylights在丹麦Ostbrirk的生产基地采用Sewio的RTLS解决方案，建立一个“数字孪生”系统，以在占地为2,304平方米的生产基地实现生产流程的现代化和数字化。该系统通过12个UWB锚点和59个UWB标签，监控和跟踪人员及设备，如叉车和自动导引车（AGV），这些设备负责在制品（WIP）的调配，并根据工人身高调整设备高度，确保人体工程学和安全。

RTLS系统能实时识别并调配最近的工人到需要的工位，同时在工位缺人时迅速通知其他工人支援。收集到的物料和人员移动数据，为管理人员提供实时的生产率信息和机器维护管理，从而提高生产效率。

通过实施UWB RTLS，VELUX Modular Skylights显著提升生产过程：生产率提高10%，维护活动绩效提升50%，同时在制品（WIP）减少10%。

2、SEG Automotive
SEG Automotive公司为全球汽车制造商供应电机和启动器，其生产与仓库分布在两座建筑内，面临物料分拣的效率和准确性问题。为提升效率，公司采用Sewio的实时资产预订和跟踪系统，替换原有的人工JIT流程，解决了因人工操作导致的错误和ERP系统数据延迟的问题。

该系统在4个月内完成部署，通过40个UWB锚点和600个标签，覆盖了2,000平方米区域，确保物料运送至正确闸门的精确度达到30厘米。整合后的系统实现了显著成效：

• 消除了手动分拣错误；
• 交货时间减少50%；
• 15%的员工转移到了工作内容更多样化的岗位；
• 实现了物料在仓库内的持续跟踪；
• 系统易于扩展，可适应未来更多跟踪需求。

这一数字化转型不仅提升了操作效率，还优化了员工的工作分配，并为未来的扩展打下了基础。

3、百威啤酒
百威啤酒厂位于捷克的České Budějovice，其生产的多种啤酒，需分销至全球76个国家，面临不同标签语言，可形成360种产品组合。在其仓库存有超过20,000个托盘，面临室内与室外存储的挑战。

原先使用的无源RFID系统在叉车上设置锚点，每个跟踪位置设置10个标签且仅位于仓库内部，这存在着可靠性和成本问题，限制了运营效率和实时跟踪能力，影响了数据分析。

为改善这一状况，百威安装了Sewio的UWB RTLS系统，一个月内完成部署，随后六个月与ERP系统集成。该系统部署了70个锚点和为15辆叉车配备可提供30厘米定位精度的标签，覆盖15,000平方米区域。升级后的系统显著提升了效率：相比传统RFID系统，正常运行时间提高19%，仓库利用率同样提升19%，展现了UWB技术在提高物流和库存管理效率方面的优势。

UWB技术能够为工业提供高精度的微定位服务。这项技术已在多个行业部署，并为业务运营带来显著收益。UWB技术与解决方案提供商所构建的生态系统与FiRa联盟携手，正在为未来的创新微定位服务铺平道路。

来源：荣格-《智能制造纵横》

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