(高清版)GBT 41402-2022 物流机器人 信息系统通 用技术规范

物流机器人信息系统通用技术规范2022-04-15发布2022-11-01实施I前言 12规范性引用文件 13术语、定义和缩略语 13.1术语和定义 13.2缩略语 4一般要求 24.1系统组成 24.2系统设计 35功能要求 35.1管理子系统 35.2调度子系统 86性能要求 7通信要求 7.1系统与物流机器人通信 7.2系统与MES、WMS第三方系 7.3系统与外部设备通信 8安全要求 8.1一般安全要求 8.2数据传输安全 8.3数据库安全 8.4网络防火墙安全 8.5用户认证识别安全 9可靠性要求 10运维要求 10.1系统维护 10.2数据更新与维护 11试验方法 11.1试验环境部署 11.2试验条件 11.3功能测试 11.4性能测试 11.5通信测试 Ⅱ11.6安全测试 11.7可靠性测试 附录A(规范性)地图元素类型 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国机器人标准化技术委员会(SAC/TC591)归口。本文件起草单位：杭州海康机器人技术有限公司、杭州海康威视数字技术股份有限公司、北京机械工业自动化研究所有限公司、浙江大学、北京华为数字技术有限公司、通标标准技术服务(上海)有限公司、上海快仓智能科技有限公司、杭州迦智科技有限公司、浙江国自机器人技术股份有限公司、苏州艾吉威机器人有限公司、遨博(江苏)机器人有限公司、青岛科捷机器人有限公司、苏州康多机器人有限公司、深圳市标准技术研究院。物流机器人信息系统是由计算机进行管理和控制，使用物流机器人设备进行货物的搬运和运输，实物流机器人信息系统的功能设计需适用于不同引导方式、不同驱动方式和不同移载方式的物流机器人设备。本文件的目的是规范物流机器人信息系统的通用功能。1物流机器人信息系统通用技术规范1范围本文件规定了物流机器人信息系统的一般要求、功能要求、性能要求、通信要求、安全要求、可靠性本文件适用于物流机器人信息系统的设计、建设和测试。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。物流机器人logisticsrobot具备运输或操作能力，以轮式移动为特征，基于环境标记物或外部引导信号，沿预设路线运动的自主移动设备。由计算机进行管理和控制，使用物流机器人设备进行货物的搬运和运输，实现物料的收发、存储、分物流机器人搬运的对象。储位berth地图上用于存放载具的位置。3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。MES:制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem)MTBF:平均故障间隔时间(MeanTimeBetweenFailure)MTTR:平均故障修复间隔时间(MeanTimeToRepair)SDK:软件开发工具包(SoftwareDevelopmentKit)TCP:传输控制协议(TransmissionControlProtocol)WMS:仓库管理系统(WarehouseManagementSystem)24一般要求4.1系统组成物流机器人信息系统由管理子系统和调度子系统组成，系统结构见图1。企业业务系统一MESWMS其他企业信息系统物流机器人信息系统管理子系统外设管理任务管理机器人管理地图管理外设管理任务管理机器人管理信息管理载具管理异常管理日志管理统计管理载具管理异常管理日志管理权限管理运行监控数据管理权限管理运行监控调度子系统交通管理任务分配空间管理路径规划交通管理任务分配空间管理设备控制机器人控制充电控制外部设备控制机器人控制物流机器人一举升式机器人移载式机器人牵引式机器人其他物流机器人外围自动化设备_白动门、风淋门、交通灯、呼叫器、提升机、货梯、输送机等注：实线框内为本文件规定的物流机器人信息系统，虚线框分别为与信息系统交互的设备层和业务层。图1物流机器人信息系统结构图3物流机器人信息系统设计符合：a)应支持(7×24)h连续无故障运行；b)重启后应支持继续正常运行，自动恢复到重启运行之前的运行状态；c)应支持扩展管理方的物流机器人数量；d)应支持通过增加相关的硬件等方式增加搬运货物的业务容量；e)应支持扩展存储能力，且不影响业务运行；f)应支持通过升级软件、系统扩充和增加外部连接设备等方式增加业务功能；g)宜具备主机和备用机切换功能，当系统运行的主机出现异常时，能自动切换到备机继续运行。5功能要求5.1管理子系统地图配置功能应符合：b)支持添加多张地图；c)支持历史地图的保存、查询及恢复；d)支持对多张有关联关系的地图之间的同步编辑、修改和删除。地图编辑功能符合：a)应支持通过拓扑或栅格方式绘制地图；b)应支持编辑地图的点、道路和区域等信息，信息应包含位置坐标或位置标识信息、元素类型等属性，地图元素类型分类应符合附录A中表A.1的规定；c)应支持在原有地图上对地图进行扩展、缩小、调整等操作；d)应支持设置道路单向或双向的行驶方向；e)应支持设置道路是否允许物流机器人绕障；f)应支持按地图区域对物流机器人运行速度配置；g)宜支持直线、斜线、弧线和贝塞尔曲线绘制；h)宜支持按地图区域对物流机器人的激光方案等安全方案进行配置；i)宜支持按地图区域对物流机器人的准入类型进行配置；j)宜支持多张地图间关联区域的标注、编辑、交管逻辑调整。5.1.2机器人管理物流机器人管理功能符合：a)应支持将物流机器人注册到系统及从系统中注销，注册/注销操作时，应进行权限控制；b)应支持将物流机器人添加到对应的运行地图中，添加时应包括物流机器人编号、名称、类型、导航方式、尺寸等属性信息；c)应支持对物流机器人属性信息进行修改、删除、导入和导出等操作；4d)宜支持对物流机器人设备程序进行远程升级操作；e)宜支持对物流机器人的异常处理操作。5.1.3外部设备管理自动门配置功能应符合：a)支持自动门在地图中的具体位置信息配置；b)支持配置自动门的通信地址信息，如IP地址、端口等；c)支持对自动门配置信息进行修改、删除等操作。风淋门配置功能应符合：a)支持风淋门在地图中的具体位置信息配置；b)支持配置风淋门的通信地址等信息，如IP地址、端口等；c)支持配置风淋门内可同时进入的机器人数量；d)支持对风淋门配置信息进行修改、删除等操作。场(厂)内道路交通信号灯管理场(厂)内道路交通信号灯管理功能应符合：a)支持交通信号灯设备在地图中关联区域的信息配置；b)支持添加交通信号灯控制预案，预案内容应包括区域范围、预案执行的开始时间、预案执行的c)支持配置交通信号灯的通信地址信息，如IP地址、端口等；d)支持对交通信号灯配置信息进行修改、删除等操作。呼叫器管理功能应符合：a)支持配置呼叫器的通信地址信息，如IP地址、端口等；b)支持对呼叫器按钮的功能进行配置、修改、删除等操作；c)支持对呼叫器设备指示的呈现方式进行配置；d)支持对呼叫器设备进行修改、删除等操作。提升机管理功能应符合：a)支持添加提升机，包括添加提升机编号、提升机楼层数、提升机名称、提升机可容纳载具数量、提升机交接点个数、每个楼层的提升机等待点坐标等属性信息；b)支持配置提升机的通信地址信息，如IP地址、端口等；电梯管理功能应符合：a)支持添加电梯，包括添加电梯编号、电梯楼层数、电梯名称、电梯交接点个数、电梯可容纳载具5数量、每个楼层的电梯等待点坐标等属性信息；b)支持电梯的通信地址信息，如IP地址、端口等；任务执行功能应符合：a)支持通过对外接口形式接收任务、生成任务；b)物流机器人任务状态上报，及时更新任务状态；c)能将任务状态通过接口通知第三方程序；d)多任务并发执行处理；e)支持多点搬运任务，并按照任务顺序执行。务开发执行时间、任务完成时间、任务起始坐标、目的地坐标、任务优先级、任务搬运对象信息和当前任务执行进度等。系统任务信息宜包含载具编号、载具方向、任务要求完成时间、任务预计完成时间等。任务干预功能应符合：a)能调整待执行任务的优先级；b)能取消正在执行的任务；c)能对取消的任务进行重新发送；d)能强制将任务状态设为完成。系统应按类型添加载具，添加时应包括载具类型、载具编号、载具尺寸等信息，且应支持修改、删除、批量导入、批量导出等操作。载具状态管理功能应符合：a)支持对载具进行手动冻结，冻结后，系统不会对该载具进行搬运，且支持解冻操作；b)支持记录载具是否处于锁定状态，即若载具被系统执行的任务锁定为搬运目标，该状态会变更c)支持按照载具类型、载具编号、锁定状态、冻结状态、所在储位编号等信息进行查询。应支持对不同类型的载具定义不同的存放策略，即不同类型的载具可存放不同的区域。6日志管理应包含用户操作日志管理、任务日志管理、物流机器人运行日志管理、接口调用日志管理，具体记录内容应符合表1的要求。功能模块内容要求用户操作日志管理操作用户名、操作用户IP地址、操作模块、操作时间、主要操作的内容等任务日志管理任务单号、任务状态、任务创建日期、任务开始执行时间、任务完成时间、执行机器人编号、载具编号、起点位置、终点位置等物流机器人运行日志管理物流机器人编号、总运行时长、总里程、电池放电次数、执行机构总运行次数等接口调用日志管理接口调用方类型、接口方法名、调用设备IP地址、接口传入参数、返回结果、是否成功，调用时间、接口调用耗时等系统异常管理功能应符合：a)物流机器人在执行载具搬运过程中出现异常时进行切换机器人操作；b)在任务消息发送或接收异常时，消息自动重发，且支持手动重新处理、取消等。5.1.8统计管理系统效率统计功能符合：a)应支持物流机器人的利用率统计；b)应支持按天、按时统计任务总数；c)应支持统计每台物流机器人执行按天执行的任务总数、任务执行总时长；d)宜支持统计平均每小时完成任务数量；e)宜支持统计平均每台机器人每小时完成任务数量。系统运维统计功能符合：a)应支持统计物流机器人运行期间产生的所有故障告警信息，故障信息包括设备编号、故障主类b)应支持根据相关故障条件，查询、导出具体故障信息；c)应支持物流机器人的平均故障间隔时间(MTBF)统计；d)应支持物流机器人的平均故障修复间隔时间(MTTR)统计；e)宜支持物流机器人的充电记录统计，包括充电次数、充电时长、电量变化曲线等；f)宜支持统计每台物流机器人充电时长和工作时长的时间占比；g)宜支持统计充电桩的充电时长和工作时长的时间占比。7用户管理功能应符合：注：用户分为超级管理员和普通管理员，超级管理员不需要配置权限，普通管理员需要关联角色才能拥有操作系统的权限。角色管理功能应支持角色权限管理模型，包括：a)权限类型：可进行的操作内容，包括地图配置、机器人配置、异常处理等功能模块；b)资源：执行操作的地图，所有用户只能对具有权限的“资源”进行相应的操作；即具备该角色可使用的权限和可操作的资源；对角色的管理，包括增加、删除、修改、查询、启设备监控功能符合：a)应支持结合地图实时展示物流机器人在地图中的位置信息以及运行信息，运行信息包括设备b)应支持结合地图实时展示物流机器人的运行轨迹路线信息；c)应支持结合地图实时展示设备故障信息；d)宜支持展示机器人运行里程、推荐维护时间和充放电次数等信息。应具备查看全部任务信息功能，包括正在执行中的任务、待执行中的任务和已经结束的任务。注：任务所展现的信息包括任务编号、执行该任务的设备编号、任务状态、任务的起始坐标、任务的目标坐标、载具信息。告警监控功能符合：结束时间、告警位置坐标等信息；b)应支持对监控的告警信息做筛选，筛选条件包括所属地图、告警类型、告警等级、告警状态、告警来源等；设置筛选条件后，系统只显示符合条件的告警信息；c)宜支持有告警声音提示，且不同等级的告警声音可个性化配置；支持不同等级的告警声音做开启和关闭的个性化配置。8数据管理功能应具备：a)对持续增加的数据内容进行自动或手动备份归档，系统能设置自动归档周期；b)对正在执行和尚未执行的数据进行缓存管理，在任意情况下系统重启能恢复该数据。5.2调度子系统路径规划功能应具备：a)根据地图信息、所有物流机器人的位置信息、任务信息等为当前物流机器人规划一条合理的路径，并控制物流机器人按规划的路径运行；b)支持多台物流机器人同时路径规划；c)支持复杂线路的规划，比如含斜线、弧线等的路径规划；d)支持路径重新规划功能，如设备遇障长时间无法通行且存在其他道路时；e)遵循地图配置，路径规划时根据物流机器人类型与道路宽窄规划可执行路径；f)系统能设置回避路段、封锁路段的功能。任务分配功能符合：a)应结合物流机器人的状态、电量、时空效率等情况对物流机器人进行任务分配；b)宜支持动态切换物流机器人的功能，物流机器人接到任务后出现异常，系统应能自动更换其他物流机器人执行该任务；c)宜具备任务的预测性，即可以提前调度物流机器人在合理的位置等待，当任务产生时可快速地移动到任务起点。5.2.3场(厂)内道路交通管理场(厂)内道路交通管理功能符合：a)应具备预防物流机器人拥堵的功能，在极端情况下(如出现拥堵),应具备解除拥堵的功能；宜根据道路情况为物流机器人规划避让路径，宜实现互锁解锁；b)应具备自动封锁通道功能，当出现异常且物流机器人停止运行时，封锁该单通道，防止其他物流机器人再进入；c)应支持物流机器人/第三方设备通过申请资源的方式向系统申请使用混行区域，混行区域只能同时分配给物流机器人或者第三方设备，实现与第三方物流机器人的交通管制。全局控制功能符合：a)应支持不同尺寸的物流机器人同时执行任务而不发生碰撞；b)宜支持管理不同尺寸的机器人、不同尺寸的载具，在搬运的过程中不发生碰撞。9区域控制功能宜符合：a)支持控制区域内物流机器人的数量，即如果区域内的物流机器人的数量已到达预设的阈值，其他物流机器人不能再进入，且支持阈值大小的调整；b)支持控制区域内可通过物流机器人的类型，即系统能判定物流机器人类型是否符合该区域设定的物流机器人类型，且支持物流机器人类型可配置；c)支持控制区域内可通过的载具类型，即系统能判定载具类型是否符合该区域设定的载具类型，且支持载具类型可配置；d)支持对区域进行封锁控制，封锁后，区域内的物流机器人会停止运行，区域外的物流机器人不能通过该区域，若对区域解除封锁，物流机器人正常运行；e)支持对区域进行速度控制，即物流机器人通过该区域时，运行速度按照该区域要求进行调整；f)支持对不同的区域切换不同的避障方案。机器人控制功能符合：a)应支持对物流机器人进行前进移动、后退移动、原地旋转、弧线等控制；b)应支持对物流机器人上的执行机构的控制，如仓储举升/下放、辊筒等执行机构方面的控制；c)应支持对物流机器人当前的执行动作进行暂停、停止、恢复等控制；d)应支持对物流机器人的地图切换控制，如机器人从1楼运行到2楼等情况；e)应支持对物流机器人软件进行远程升级控制；f)宜支持对物流机器人上的传感器进行控制，如关闭打开激光等；g)宜支持对物流机器人的导航方式进行切换控制，如激光导航切换为二维码导航等；h)宜支持对物流机器人的人机交互控制，如调整机器人音量等控制。充电控制功能符合：a)应支持自动调度物流机器人去充电；b)应支持手动调度物流机器人去充电；c)应支持对物流机器人的电池定期进行维护保养充电；d)宜支持自动切断物流机器人的充电状态，切换当前电量较低的物流机器人先行充电。充电桩分配管理功能符合：a)应支持接入不同类型的充电桩，且能分配对应类型的物流机器人去充电；b)宜支持在物流机器人空闲的情况下实行占满充电桩资源策略，且宜支持策略的开启和关闭；c)宜支持以距离最短为原则为物流机器人分配空闲充电桩资源。应对充电桩的工作状态进行展现，且应支持对充电桩进行启用、禁用、取消充电等操作。5.2.7外部设备控制自动门控制功能应符合：a)支持对自动门开门、关门控制；b)支持对自动门开门状态、关闭状态、运行状态进行查询控制；c)支持调度物流机器人排队穿过自动门。风淋门控制功能应符合：a)支持对风淋门开门、关门控制；b)支持对自动门开门状态、关闭状态、运行状态进行查询控制；c)支持调度物流机器人搬运载具进入风淋室进行风淋控制；d)支持调度多辆物流机器人搬运载具进入风淋室同时进行风淋。场(厂)内道路交通信号灯控制场(厂)内道路交通信号灯控制功能应符合：a)支持对交通信息灯进行亮灯、关灯控制；b)若地图的某区域已添加交通信号灯设备，当物流机器人进入该区域时，系统支持控制交通信号灯设备亮红灯，物流机器人驶出该区域时，系统支持控制交通信号灯设备亮绿灯。呼叫器控制功能应符合：a)支持接收按灯信号，控制呼叫器指示灯亮灯、关灯；b)根据呼叫器按灯信号，配置产生搬运任务，如从呼叫位搬运货物到指定区域。电梯控制功能符合：a)应支持电梯按区域管理，即系统在分配电梯资源时，会挑选任务的起点与终点所在区域关联的电梯资源；b)应支持电梯资源的负载均衡，即根据每部电梯的任务情况，系统挑选最优的电梯来分配任务；c)应支持物流机器人进入电梯且跟随电梯跨楼层；d)若轿厢内可容纳多托载具，宜支持一梯多托。提升机控制功能符合：a)应支持提升机按区域管理，即系统在分配提升机资源时，会挑选任务的起点与终点所在区域关联的电梯资源；b)应支持提升机资源的负载均衡，即根据每部提升机的任务情况，系统挑选最优的提升机来分配任务；c)若提升机内可容纳多托载具，宜支持一梯多托。输送线对接控制功能应支持调度辊筒式物流机器人与输送线对接来完成载具的交接，并应符合：a)支持调度辊筒式物流机器人与输送线对接完成载具的接收；b)支持调度辊筒式物流机器人与输送线对接完成载具的送出；c)支持调度辊筒式物流机器人与输送线对接同时完成载具的接收与送出。6性能要求系统的性能应符合：a)支持第三方系统接口调用，响应时间不大于3s;b)系统关键数据存储时间不少于3个月；c)支持单个管理空间不小于10000m²。7通信要求7.1系统与物流机器人通信无线网络传输质量应符合：a)最大网络延时上限小于200ms;b)最大延迟抖动上限小于100ms;c)无线漫游切换时间小于200ms;d)丢包率上限值为1×10-2;e)包误差率上限值为1×10-4。注：优先最大网络延时在20ms以下，最大延迟抖动在10ms以下，无线漫游切换时间在20ms以下。宜支持通过RESTfulHTTP、WebSocket、TCP、数据库中间表交互等通信方式与第三方系统通信。7.3系统与外部设备通信电平控制等协议或方式接入自动8安全要求8.1一般安全要求宜符合GB/T37044的要求。8.2数据传输安全物流机器人信息系统与外部系统之间的通信应采取加密方式传输；系统应采取适当的措施保证传输过程中信息的保密性和真实性。8.3数据库安全物流机器人信息系统数据库应布设冗余备份，建立加密机制；对关键用户信息、外部系统接入信息采取加密方式存储。8.4网络防火墙安全物流机器人信息系统应布设网络防火墙。8.5用户认证识别安全接入物流机器人信息系统的用户，应进行必要的接入认证，以保证接入的安全性，宜符合：a)支持通过用户名、密码或者其他生物特征识别等方式进行安全认证；b)支持接入第三方单点登录系统。9可靠性要求系统的可靠性应具备：a)支持多种容灾备份方法，包括容灾软件、虚拟化等方式，在硬件设备异常情况下信息系统能自动正常运行，保障系统长期稳定运行；b)相关数据可持久化，任何服务异常(包括硬件和软件异常),系统重新启动后都能正常运行，保障业务运行正常；c)具有高度的可靠性，在批量数据频繁更新情况下不会导致系统性能下降。10运维要求系统应保持良好的运行状态，当检测到故障时，宜自动进行故障诊断、自动切换到备份设备(备份部件)或远程修改设备配置。系统应支持对接入物流机器人电量进行均衡管理，充电桩数量足够情况下，物流机器人平均电量宜大于80%。10.2数据更新与维护系统应定期或根据需要对数据进行必要的备份，对系统关键配置和数据(地图等)应支持备份和回滚；服务器根据数据变化，每天/每周做一次备份；对数据库的备份应单独进行。对系统存储的信息应制定整理计划，定期按照信息的含义和归属进行自动或手动归档和清理；信息归档和清理过程不应影响正在进行的业务。11试验方法11.1试验环境部署功能测试的典型网络拓扑结构如图2所示。防火墙交换机(主机)交换机交换机信息系统(备机)个外设(白动门、风淋门、交通信号灯、呼叫器、提升机、申梯等)用户渠作客户端测试工只集物流机器人WiFi1图2物流机器人信息系统试验典型网络拓扑图试验环境部署如下：a)场地环境：建立物流机器人运行场地，部署相关通信网络(含有线网络和无线网络),配置必要的测试载具、物流机器人及充电桩、外围自动化设备等并接入网络；b)软件环境：部署支撑物流机器人信息系统运行的操作系统、数据库管理系统、应用软件系统；布设网络防火墙；c)硬件环境：部署网络环境中必要的系统部件，包括服务器、计算机、网络设备等。试验时明确测试环境、工具、配置及操作方法，针对每一项测试设计相应的测试用例，提供每项测试用例的判定通过准则。按照第5章的规定，提供环境及可操作性界面，设计相应的测试用例。通过操作信息系统，检查实际运行情况，以确定是否符合预期功能要求。设计测试用例时考虑：a)正常情况；b)可预期的异常情况，例如长度错误、类型错误等；c)各种交叉情况，例如输入值或设置值的各种交叉组合。测试步骤：a)参考图2接入并配置好各设备，通过系统提供的可操作性界面，检查是否符合5.1规定的功能要求；b)模拟第三方系统对物流机器人信息系统进行业务接口调用，使物流机器人及外部设备在试验场地中运行，检查是否符合5.2规定的功能要求。11.4性能测试按照第6章的规定，设计测试用例，可通过实际场景或模拟场景进