UWB技术正在重塑制造业的未来

UWB技术彻底革新了定位和通信能力，其在精确度方面远超以往的技术手段。作为微定位服务的重要技术，UWB通过其无线锚点将标签精确定位至厘米级范围。在本篇博文中，我们将分享一个真实的UWB应用案例；其中，一家制造商成功利用UWB实现了运营的转型与现代化，并积极拥抱数字化浪潮。

在现代工厂中，超宽带（UWB）技术以其惊人的精度，准确无误地告诉您产品或零部件在设施内的精确位置。然而，这究竟为何如此重要？我们是否真的需要知晓某个小部件A是置于这个架子上，还是另一个架子上？简而言之，答案是“当然”——UWB技术正在重塑制造业的未来。

构建一个工厂的数字模型，能够使操作人员更有效地优化流程，进而达成更高的安全水平。通过将“谁”“什么”“何时”“何地”等要素与人员、工具、物资、商品、机器和事件等紧密关联，我们可以更加明智地权衡这两个层面的考量，并且这一切都可以实时进行。

UWB技术彻底革新了定位和通信能力，其在精确度方面远超以往的技术手段。作为微定位服务的重要技术，UWB通过其无线锚点将标签精确定位至厘米级范围。微定位提供实时信息，让分析系统即时捕捉、分析并发送警报。图1展示了一个在工业环境中采用UWB提升效率和生产力的具体实例。

现有基于定位的技术，如GPS、Wi-Fi以及低功耗蓝牙®，无法达到制造业工厂所需的精确度水平。GPS的精度在十米以内，这对零售和电子商务领域产生了深远的影响，消除了对笨重地图册的需求。Wi-Fi技术进一步提升了定位精度；而在理想条件下，低功耗蓝牙可以将物体定位在几英尺的范围内。然而，当今的工业和商业应用要求更高的精度与可靠性。在本篇博文中，我们将为您展示一个具体的实例。

图1：工业环境中的UWB可增强效率、效益、生产力、人员保障和数据安全

案例：VELUX Modular Skylights公司

位于丹麦Ostbrik的VELUX Modular Skylights公司最近经历了一次转型，致力于实现生产运营的现代化和数字化。为实现此目标，他们创建了一个工厂车间的数字副本，即所谓的“数字孪生”。这一数字孪生系统赋予操作人员监控、追踪、追溯和分析其整体占地2,304平方米（2,756平方码）生产流程的能力。

该系统的一个关键亮点在于运用UWB技术对人员和机械设备进行实时定位跟踪；其中包括负责整个厂区内在制品（WIP）调配的叉车以及自动导引车（AGV）。AGV的设计能够根据每位工人的身高进行调整，从而营造出更安全、更符合人体工程学的工作环境。

VELUX的解决方案采用了12个UWB锚点和59个UWB标签来跟踪各类物体目标。（在此过程中，）AGV将WIP运送到指定工位，并由熟练的工人完成必要的作业。系统随后会识别距离最近的工人，并调整设备至适当的高度，确保舒适、安全的工作体验。如果某个工位出现工人空缺，系统会及时通知附近的其他熟练工人前来支援。通过持续追踪物料和人员的移动，系统能够收集并处理相关数据，为管理人员提供实时信息。这些数据对于了解和改善工厂生产效率、增强工人安全保障，以及优化机器管理维护等方面都具有至关重要的作用。

得益于基于UWB的RTLS（实时定位系统）的实施，VELUX获得了显著收益：

● 通过改善车间管理，生产率提高10%

● 维护能力提高50%

● WIP减少10%

UWB如何实现超高精度

在上述工业和商业环境中，往往存在大型物体，如墙壁、车辆和金属机械等。这些环境因素可能会给GPS、Wi-Fi和低功耗蓝牙等传统技术带来难题：GPS信号难以穿透工业建筑结构；而窄带Wi-Fi和低功耗蓝牙信号在试图绕过周围的物体时，也可能发生衰减、反射或丢失的情况。

另一方面，UWB技术则克服了这些挑战，并带来极其精确的测距与定位能力。UWB无线电信号不依赖窄带信号，而是通过宽带传输能量极低的信号。这些信号具有更快的脉冲上升和下降时间，确保更佳的信号质量并减少反射和噪声尖峰的影响。此外，这一方法所需组件较少，基础设施的配置也得以简化。

UWB采用一种名为飞行时间（ToF）的方法来测量与标签间的距离；诸如双向测距（TWR）和到达时间差（TDoA）等各类技术不仅提高了距离测量的精度，还同时减轻了由墙壁和机械设备引起的信号反射影响。此外，在UWB测距方式中，到达相位差（PDoA）和反向TDoA（RTDoA）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能够精确地确定物体的距离和方向（矢量）。

图2：应用ToF计算距离