基于IPv6与5G技术的医院物流机器人应用研究.pdf

医院管理论坛|2 0 2 4年 3月 第 4 1卷 第 3期|9 3设施管理基于 IPv6 与 5G 技术的医院物流机器人应用研究StudyonApplicationofHospitalLogisticsRobotsBasedonIPv6and5GTechnology 李宽省LI Kuan-sheng 王弢WANG Tao摘要 Abstract 本研究探讨了基于 IPv6 与 5G 技术的医院物流机器人在无线网络环境下的应用，通过构建 IPv6 与 5G 的无线医疗专网，为物流机器人提供了稳定的运行环境，以支持机器人在导航、调度等方面的需求，从而提高了物流运作的效率。以药品配送为例，通过实践和成效剖析，发现 IPv6 与 5G 网络在实现规范管理、院感防控、安全可靠等方面具有显著成效。此外，基于新技术的物流机器人在运行状况、经济效益、运维管理、疫情防控等方面也表现出色，不仅可以承担药品配送任务，未来还可能综合承担导诊、巡检等多项任务。基于 IPv6 与 5G 技术的医院物流机器人在提高物流运作效率、降低运营成本、提升服务质量等方面具有显著优势。随着互联网医疗和智慧医院建设的推进，基于 IPv6 和 5G 技术的移动互联网医疗和管理应用将为医务人员、患者及医院管理人员带来全新的服务体验和管理方式。This study explored the application of hospital logistics robots based on IPv6 and 5G technologies in a wireless network environment.By constructing a wireless medical private network with IPv6 and 5G,a stable operation environment was provided for logistics robots to support the needs of robots in terms of navigation and scheduling,thus improving the efficiency of logistics operations.Taking pharmaceutical distribution as an example,through practice and effectiveness profiling,it was found that IPv6 and 5G networks had remarkable effectiveness in realizing standardized management,hospital-acquired infection prevention and control,safety and reliability.In addition,logistics robots based on the new technology also performed well in terms of operation status,economic benefits,operation and maintenance management,epidemic prevention and control,which could not only undertake the task of drug distribution,but also may comprehensively undertake a number of tasks in the future,such as guiding,inspection,and so on.Hospital logistics robots based on IPv6 and 5G technology had significant advantages in improving logistics operation efficiency,reducing operation costs and improving service quality.With the advancement of Internet healthcare and smart hospital construction,mobile Internet healthcare and management applications based on IPv6 and 5G technologies would bring a brand new service experience and management style for medical staff,patients and hospital managers.关键词Keywords：物流机器人 Logistics robot；无线网络 Wireless network；医疗专网 Medical special network作者单位：贵州医科大学附属医院 Affiliated Hospital of Guizhou Medical University 上海交通大学医学院附属瑞金医院 Ruijin Hospital,Shanghai Jiaotong University School of MedicineEmail:通讯作者：王弢中图分类号：R197.3；文献标识码：ADOI:10.3969/j.issn.1671-9069.2024.03.021医疗机构物流运输种类多、数量大，涵盖医疗器械、耗材、药品、标本、医疗废弃物等，据估计国内医院大约有46%的预算被投入到物流相关领域，其中人力劳动投入约19%1。物流机器人是人工智能高新技术高速发展的产物，能够满足医院运输物资种类数量多、体积多样、运送频次高、配送位置精准、及时高效等复杂需求2-3。2020 年新冠疫情|H o s p i t a l Ma n a g e me n t F o r u m|Ma r.2 0 2 4 V o l.4 1 N o.0 39 4F a c i l i t y/E q u i p me n t Ma n a g e me n t期间，更加凸显了机器人在物流、生活管理、治疗护理、宣教引导等方面的优势，有效减轻了医护人员工作负担及院内交叉感染4，彰显了智能机器人在医疗行业的广阔应用前景。2023 年 4 月，国家印发了关于推进 IPv6 技术演进和应用创新发展的实施意见，提出推动 IPv6 与 5G、人工智能等技术的融合创新5。5G 技术突破了现有通信技术下的瓶颈，具备了低时延、移动性、高带宽、海量连接等特色，这大幅提升了自主移动机器人(AMR)的大规模接入能力和调度能力，使得机器人行业的技术得以实现多层次的升级6。IPv6 拥有更高的网络转发效率、更好的移动性支持、更优秀的路由性能等优势，同时在保密性、完整性方面也有显著改进7。伴随互联网医疗和智慧医院建设，各种基于 IPv6和 5G 技术的移动互联网医疗和管理应用层出不穷，为医务人员、患者以及医院管理人员带来了全新的服务体验和管理方式。然而，基于 IPv6 和 5G 技术的移动互联网在医院物流领域的应用研究还有待深入，特别是 IPv6 与 5G 技术与医院物流机器人结合产生的创新应用还有待我们去深入挖掘。本研究以上海交通大学医学院附属瑞金医院药品配送场景为例，以 IPv6 与 5G 技术为出发点，探讨医院物流机器人应用的发展机遇，进而通过对现有无线网络的改造，构建支持 IPv6 与 5G 的网络环境，确保物流机器人在运行过程中的通信功能得到充分保障。建设方案及实践1.IPv6与5G医疗专网建设。围绕服务、管理、医疗“三位一体”的智慧医院建设目标，医院对现有网络基础设施进行了全面升级与改造，精心构筑具有 IPv4/IPv6 双栈承载能力的 IPv6 与 5G 医疗专网，以满足广大患者的诊疗服务、医院管理与日常办公等多样化需求。在网络规划方面，我们逐步从 IPv4 过渡至 IPv4/IPv6 双栈，并最终过渡至 IPv6单栈。IPV6 与 5G 医疗专网采用了“IPv4 源站+地址转换+IPv6 边界安全防护”技术方案，调整了 DNS 指向，通过协议转换技术实现了 IPv6 可达。同时，边界防火墙全面支持IPv4/IPv6双协议，对双栈数据报文进行严格的访问控制、高效的路由转发以及便捷的流量管理。具体的网络拓扑参见图 1 所示。图1IPV6与5G医疗专网网络拓扑医院管理论坛|2 0 2 4年 3月 第 4 1卷 第 3期|9 5设施管理2.无线专网导航。采用的物流机器人装备了先进的 3D激光雷达，内置多传感器融合定位算法，具有构建和定位3D 高清地图的功能，能以百倍的定位信息量提供精确的定位服务，借助于 IPv6 与 5G 专网，设备的障碍躲避及定位导航能力得到显著提升。物流机器人室内导航技术，主要包括全局导航定位技术以及导航运动技术。在运行过程中，物流机器人的视觉传感器会实时收集周围环境信息，并通过IPv6 与 5G 专网把这些信息实时传输到服务器(机器人调度系统)。服务器上设有专门的处理单元，负责运用相应的视觉处理算法，作出实时决策，并以高速度、低延迟将决策指令发送至各个机器人，以便及时调整机器人的运行姿态和行进路线。3.无线专网下的运行调度。电梯与门禁调度、物品装卸、状态监测与自动充电、集群运行调度等环节都需要通过IPv6 与 5G 网络与服务器(调度系统)进行实时的数据传输通信。其中包括以下几个方面的要点：(1)电梯与门禁调度，物流机器人需要通过医院内的电梯完成跨楼层运输任务，同时还需要在门禁处实现跨区域运输，这整个过程都需要依赖无线网络实现机器人、电梯、门禁(改造后)以及后台服务器之间的交互协作；(2)物品装卸调度，为了保证物品运输的安全性，物流机器人、PDA(或其他终端)、关涉人员以及后台服务器之间需要建立起一套无线网络连接的认证和调度机制，主要涉及机器人呼叫、开箱存放、取货以及运送状态信息通知等环节；(3)状态检测与自动充电，当物流机器人出现故障时，相关故障信息会通过无线网络传输到后台服务器，从而为运维管理人员提供及时的维修服务；(4)集群运行调度，机器人调度系统可以根据获取到的机器人信息(状态、位置、交通状况等)，调度多个机器人分别执行各自的任务，解决可能出现的避让问题和方案优化等问题。集群调度对网络的带宽、延迟性有较高的需求。药品运送实践及成效分析1.药品运送流程。机器人药品配送工作业务流程，见图 2：(1)药房将指定病区的药品进行打包装箱后，PDA 或计算机操作机器人调度系统呼叫机器人；(2)机器人到达药房后，药房打开机器人箱门存放，经扫描箱码后，操作机器人触摸屏确认“装车完成”；(3)机器人开始按照调度系统的定位、导航自动乘电梯、开门到病区配送药品；(4)到达病区后，护士通过工号牌打开箱门，取出药箱并使用PDA 扫描签收；(5)收货完成后，机器人自动前往下一个病区配送，直到配送任务完成；(6)返回到药房发药处等待，机器人电量不足的时候，会自动前往指定地方充电存放。图2药品运送流程|H o s p i t a l Ma n a g e me n t F o r u m|Ma r.2 0 2 4 V o l.4 1 N o.0 39 6F a c i l i t y/E q u i p me n t Ma n a g e me n t2.实践情况。在 IPv6 与 5G 医疗专网环境下，2 台物流机器人在 6 个病区进行了为期 1 年的药品运输试用运行。根据后台数据统计显示，机器人总共出发 2384 次，行驶总距离达到 436.8 公里，承载总重量达 46785 千克，总计完成了 14060 笔运单。试用期间，共出现了 11 次异常情况，主要原因包括系统本身的故障或人为操作导致机器人无法正常配送，经计算，异常率约为 0.46%单次发车运送中，机器人均需兼顾 3 个不同病区站点的货物，第一个站点的平均到达时间为 2 分钟，同楼层的第二个站点则为 5 分钟，而对于非同楼层的第二个站点，受制于电梯使用情况的影响，平均时间则为 10 分钟(差异较大)，至于最后一个站点的平均到达时间则为 14 分钟。详细信息请参考表 1。3.成效分析。在运行状况方面，5G 的时延已经达到了毫秒级别的程度，覆盖的盲区相对较少。借助于 IPv6 协议本身更高的网络转发率、更出色的移动支持性以及更好的路由性能，使得机器人和服务器之间的通信延迟得到有效降低，实现了实时、高速的通信。经济效益方面，机器人能够 24 小时不间断地进行物品运送，根据我们对医院 6 个病区的监控数据显示，这将帮助后勤部门节省超过 2 名运送岗位的人力资源。同时，也节约了护士对接物流的时间，降低了对接的复杂度，从而提高了护理工作的效率。运维管理方面，依靠 IPv6 与 5G 网络和物流机器人的导航运动技术。如果需要调整运行地点和路线，只需远程操作一台机器人前往目的地进行地图构建、情境学习，然后顺利完成新路线的设置。这项措施并无需厂家专业运维人员进行定位标签的粘贴或者现场改造、规划新线路，进一步提升了运维管理的灵活性和高效性，同时降低了运维开支。疫情防控方面，对隔离病房和发热急诊的物资运送，不仅缓解了医务人员短缺的问题，同时也在降低院内感染风险中发挥了关键作用，提升了患者的满意度。表1机器人与人工运送数量及时间 运输情况物流机器人人工运输单日平均运送次数1 9.6 01 4.7单站运送平均时间(mi n)4.6 78.2单站运送响应时间(mi n)4.1 02 3.4注：物流机器人每日承担运送任务还有很大的增加空间，而人工运送受限于每日工作时间，基本已达最大空间。规范管理方面，从整个运营过程中观察，机器人的运送更加规范化、更有效率以及配送的准确性更高。在运送医疗物资的过程中，对其的可追溯性、安全性以及保障性更好，流程管理也更加有条不紊。网络安全方面，后台物流机器人服务器可与医院的HIS、LIS、SPD 进行柔性的对接，医院系统数据库中有大量敏感信息，保障用户数据安全尤其重要。后台服务器支持使用 IPv6，用户可以对网络层的数据进行加密并对 IP 报文进行校验，极大地增强了网络的安全性，有效防止了黑客破解、控制机器人、偷盗机器人所运送物资等可能发生的情况。对于对安全性有极高要求的医院来说，具有重大的价值。讨论1.物流机器人方案选择。现有的可替代人工运输的机械物流解决方案，如轨道小车、箱式物流系统、垂直井物流传输系统及气动物流传输系统，这些解决方案有着共同的缺点：建设成本高，必须在建筑规划阶段纳入考虑范围，且载重量较低4。而智能移动机器人则既可以满足传统轨道物流与中型物流物品的传输要求，亦可实现解决轨道和箱式的载重与安装维护问题，且改造成本相对较低，无需对建筑本体进行施工，从而节省了工期与成本8。然而，智能机器人亦存在问题，在人流密集的通道运行时，需要进行特殊设计，且其速度略显缓慢，尚待进一步探讨解决。2.网络安全风险。设计上，IPv6 协议比 IPv4 协议在保密性、完整性等方面有显著改进，拥有不可替代的优势特征，然而，新技术在应用推广阶段必将面临诸多安全风险，因此需持续完善解决方案。目前，IPv6 相关技术正逐步普及与成熟，环境中的服务与应用显著增多，但 IPv6 的大部分设计和应用并未经过时间、规模方面的考验，仍存在安全隐患，而且由于 IPv6 具有的某些新特性也将不可避免地引入部分特有的安全风险9。3.助推医院物流精细化管理。提升物流配送服务水平与质量不仅关乎医院后勤高效管理，更涉及临床医疗工作效率，乃至医院提供优质的医疗服务。而医院物流精细化管理需要信息化手段推动的智慧医院建设，尤其需要新一代信息技术的持续融入与演化。IPv6、5G 等新兴技术所构建的新型网络正是智慧医院的基础设施，也是智能物流机器人等现代化特色化应用的重要保障，将在智慧医院建设的各个层面、各个领域发挥作用，以此助力医院物流的精细化管理。(下转第 78 页)|H o s p i t a l Ma n a g e me n t F o r u m|Ma r.2 0 2 4 V o l.4 1 N o.0 37 8R e s e a r c h/T e a c h i n g Ma n a g e me n t因包括：医疗机构的大量科研成果是课题的产出，停留在实验室阶段，缺乏对产品或技术的系统性思考，与市场和企业需求脱节7-8；专利文本质量有提升空间，技术保护力度不足9；绝大多数专利技术成熟度较低，难以跨越成果转化的“死亡之谷”；内部机构建设不够完善，成果转化管理人员匮乏，成果运营能力不足。针对上述问题，医疗机构应从三个方面入手：提升医务人员的创新意识，将知识产权保护贯穿于项目管理工作，对重点研发方向从立项之初就进行知识产权布局，提升成果价值；通过筛选代理机构、加强管理等措施，提升专利质量，杜绝非正常申请；通过设立概念验证中心或对接概念验证资源，对有转化前景的成果进行项目孵化，提升技术成熟度；加大技术转移人才培养力度，建立有利于人才发展的评价机制，必要时可引入第三方专业机构提供服务，运用多种方式加强知识产权运营能力。4.WT 策略：聚焦应用领域，完善转化机制。与国际大型生物医药企业相比，目前我国企业相对产业分散、规模较小，购买能力不足，这就对医疗机构的成果是否具备市场化的条件提出了更高的要求。应在研发阶段聚焦应用领域，可通过委托开发、横向课题、院企联合研发平台等多种模式与企业共同推进成果转化，在产品设计之初即考虑影响企业购买意愿的因素，如药品耗材取消加成、集采实施、医疗项目定价、区域营商环境、技术支撑能力、产品市场规模和盈利能力等。从医院进行创新转化管理的角度来说，要重视成果转化专业人才的培养，切实有效地进行成果筛选和推广对接，根据政策进行制度创新，不断优化、完善管理机制。参考文献1 彭博,于玲玲,苗苗,等.我国医院排行榜现状及对医院学科建设的启示 J.中华医学科研管理 杂志，2019,32(2):119-122.2 赵颖,张锦源,任春娟,等.某三级甲等医院促进科技成果转化的探索与实践 J.中华医学科研管理杂志，2020,33(4):273-276.3 AUTM.2017 Licensing Activity SurveyR.America:The Association of University Technology Managers,2017.4 张国宗,朱海.基于 PE S T-S WOT 整合模型的公立医院 PPP 适用性分析 J.中国卫生经济，2020,39(2):17-21.5 马磊,高深甚.政策工具视角下我国医学科技成果转化政策文本分析J.中华医学科研管理杂志，2023,36(3):207-213.6 张倩.北京市公立医院科技成果转化调查与分析 J.医院管理论坛，2022,39(7):83-86,93.7 刘蕊,王平,于靖,等.转化医学背景下我国医院专利转化的瓶颈 J.解放军医院管理杂志，2017,24(2):141-144.8 陈玮,蒋薇薇,万瑾,等.上海公立医疗及科研机构科技成果转化现状和对策研究 J.中国药业，2021,30(12):1-5.9 沈娟,李欣然,邱祥玉,等.北京大学医学部及附属医院专利现状分析 J.医院管理论坛，2022,39(6):61-64,75.展望随着大规模接入的集群式智能机器人陆续到来，机器人边缘端将日益简化，数据存储与处理、定位导航、路径规划等运算能力将从单个机器人个体转移至云端(调度中心)，使得机器人个体硬件成本下降，从而提升了机器人的智能性与可迭代性6。IPv6 与 5G 无线网络能够对大规模接入、集群调度和智能运维提供强大的网络支持，在云端与机器人之间建立可靠、安全的连接，充分发挥调度系统的运算处理和调度能力，使得机器人边缘端简洁化、低成本化成为可能，解决了传统网络大范围改造的高成本和复杂度问题，减少对医院原有设施结构的影响，验证过的机器人物流效果将得以数倍提升。未来，应用的规模化将使得物流机器人可以跨领域综合承担导诊、巡检、保洁、消毒、护理、急救、宣教等多项任务，人工智能的潜力与经济价值也将被释放。参考文献1 钟晓茹.移动机器人在医疗场景的研究与应用进展J.中国医疗设备，2021,36(2):155-159.2 叶华,张志尧,陈晓怡,等.物流机器人在医院静脉配置药品配送中的应用 J.中华医院管理杂志，2019,35(7):610-613.3 甘粒,杨晓东,张志毅,等.服务型机器人在医院药品配送场景中的应用管理与成效分析 J.中国卫生资源，2020,23(6):583-588.4 李少强,刘浩,郭文亮,等.智能机器人在新冠肺炎疫情期间的应用探索 J.中国感染控制杂志，2021,20(3):283-288.5 工业和信息化部,中央网络安全和信息化委员会办公室,国家发展和改革委员会,等.工业和信息化部等八部门关于推进 IPv6 技术演进和应用创新发展的实施意见Z.工信部联通信202345 号，2019-03-05.6 任芳.5G 技术推动物流机器人行业变革访极智嘉联合创始人兼机器人部副总裁陈曦 J.物流技术与应用，2021,26(6):110-112.7 赵 肃 波.中 国 IPv6 发 展 与 网 络 安 全 挑 战 J.信 息 安 全 研 究，2019,5(3):261-272.8 付列武.“气动物流+智能机器人”在医院物流传输系统中的应用趋势 J.工程建设，2020,52(6):1-5.9 胡南,周宇,伍传丽,等.IPv6 安全风险与防范方案 J.软件导刊，2023,22(4):118-127.(上接第 96 页)