楊　帥　陳向群　胡軍華　肖湘晨　李　揚(yáng)　呂　游　牛玉廣

(國網(wǎng)湖南省電力公司計(jì)量中心1，湖南 長沙　410007；華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，北京　102206)

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智能化倉儲系統(tǒng)在國網(wǎng)湖南計(jì)量中心的應(yīng)用研究

楊帥1陳向群1胡軍華1肖湘晨1李揚(yáng)2呂游2牛玉廣2

(國網(wǎng)湖南省電力公司計(jì)量中心1，湖南 長沙410007；華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，北京102206)

隨著電力計(jì)量器具的大規(guī)模應(yīng)用，建設(shè)智能化倉儲系統(tǒng)已經(jīng)成為電力行業(yè)計(jì)量資產(chǎn)管理與運(yùn)營的發(fā)展趨勢。對智能化倉儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)備配置和技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，詳細(xì)介紹了倉儲系統(tǒng)各區(qū)域的劃分、工作流程和關(guān)鍵設(shè)備；并結(jié)合該系統(tǒng)在國網(wǎng)湖南省計(jì)量中心的應(yīng)用情況，分析了系統(tǒng)的工作效率和優(yōu)勢。該系統(tǒng)為其他電力計(jì)量資產(chǎn)的倉儲系統(tǒng)建設(shè)和管理提供了依據(jù)，具有一定的理論和實(shí)踐意義。

物流智能倉儲立體倉庫RFID機(jī)器人信息化集成化自動控制

0　引言

省級計(jì)量中心是電網(wǎng)公司提出的“三集五大”體系中的重要組成部分，其核心是建設(shè)智能化倉儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備存儲、檢定和配送的智能化和信息化，提升計(jì)量業(yè)務(wù)的管理水平[1-3]。隨著電力計(jì)量器具的大規(guī)模應(yīng)用，為滿足電網(wǎng)公司對計(jì)量設(shè)備自動化檢定、智能化倉儲、物流化配送和全生命周期管理的需求，建設(shè)智能化倉儲系統(tǒng)已成為電力行業(yè)計(jì)量資產(chǎn)管理與運(yùn)營的發(fā)展趨勢[4-7]。目前，全國多個(gè)電力公司都在開展智能化倉儲系統(tǒng)的建設(shè)工作。本文分析了智能倉儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)備配置和技術(shù)特點(diǎn)，并研究了該系統(tǒng)在國網(wǎng)湖南省計(jì)量中心的應(yīng)用情況，為其他單位開展類似項(xiàng)目的建設(shè)提供借鑒。

1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

智能化倉儲系統(tǒng)是由立體貨架、有軌巷道堆垛機(jī)、出入庫托盤輸送機(jī)系統(tǒng)、射頻識別系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及其他(如電纜、配電柜、托盤、調(diào)節(jié)平臺、鋼結(jié)構(gòu)平臺等)輔助設(shè)備組成的復(fù)雜自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制、總線、通信和信息技術(shù)，通過設(shè)備間的協(xié)調(diào)運(yùn)作，完成了計(jì)量資產(chǎn)的存儲、檢定和出入庫的全生命周期的信息化管理[8-9]。

電力公司計(jì)量中心存儲和管理的計(jì)量器具主要包括單相電能表、三相電能表、低壓電流互感器和用電信息采集終端。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的存儲、倉庫中周轉(zhuǎn)、檢定以及出入庫的集約化管理，計(jì)量中心的智能化倉儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)有存儲區(qū)和功能區(qū)。

1.1存儲區(qū)規(guī)劃

智能化倉儲系統(tǒng)的存儲區(qū)分為托盤庫和周轉(zhuǎn)箱庫。托盤庫用于存儲未經(jīng)拆包的新品表計(jì)；周轉(zhuǎn)箱庫用于存儲拆包后的表計(jì)，表計(jì)的檢定出/入庫和配送出庫也都是由周轉(zhuǎn)箱庫完成的。根據(jù)庫容的要求和運(yùn)行用戶的需求，托盤庫可以設(shè)計(jì)多排貨架和巷道，并配置相應(yīng)的堆垛機(jī)。貨位單元尺寸和貨位數(shù)量決定了倉庫的庫存容量。

1.2功能區(qū)規(guī)劃

智能化倉儲系統(tǒng)的功能區(qū)主要可分為以下幾個(gè)部分：①出入庫區(qū)，包括托盤庫前作業(yè)區(qū)和周轉(zhuǎn)箱庫前作業(yè)區(qū)，在該區(qū)域進(jìn)行計(jì)量資產(chǎn)的新品入庫和配送出庫操作；②拆包裝箱區(qū)，包括拆垛區(qū)、計(jì)量器具拆包裝箱區(qū)和人工拆包裝箱操作區(qū)，在該區(qū)域?qū)⒈碛?jì)從紙箱中轉(zhuǎn)移到周轉(zhuǎn)箱中，即從托盤庫轉(zhuǎn)移到周轉(zhuǎn)箱庫中存儲，以便表計(jì)的檢定和配送出庫；③檢定接駁區(qū)，在該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)表計(jì)的接駁和檢定。智能化倉儲系統(tǒng)的立體倉庫功能區(qū)域如圖1所示。

圖1　立體倉庫功能區(qū)域圖

1.2.1出入庫區(qū)

出入庫區(qū)位于倉儲系統(tǒng)立體倉庫的第一層，分布情況如圖2所示。

圖2　出入庫區(qū)分布圖

托盤庫前作業(yè)區(qū)的主要功能是將新到的計(jì)量資產(chǎn)經(jīng)信息識別綁定后存儲到托盤庫中。新到的計(jì)量器具采用紙箱包裝，利用機(jī)器人將紙箱碼放在托盤上；再通過穿梭車和堆垛機(jī)運(yùn)送到分配的貨位存儲。輸送系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多種計(jì)量器具的入庫功能，當(dāng)貨物尺寸不符合機(jī)器人碼垛要求或機(jī)器人出現(xiàn)故障時(shí)，可進(jìn)行人工碼垛入托盤庫。信息自動識別系統(tǒng)應(yīng)用射頻識別(radiofrequencyidentification，RFID)技術(shù)[10]對入庫紙箱表計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和識別。校驗(yàn)異常的紙箱由異?？谔蕹M(jìn)行人工處理，對信息正確的新品倉儲系統(tǒng)進(jìn)行到貨接收處理，輸送到機(jī)器人碼垛位置。

周轉(zhuǎn)箱庫前作業(yè)區(qū)的主要功能是實(shí)現(xiàn)計(jì)量資產(chǎn)的配送出庫。計(jì)量器具采用周轉(zhuǎn)箱或紙箱形式配送，可實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)箱垛配送出庫、空周轉(zhuǎn)箱出入庫的自動輸送，并與巷道堆垛機(jī)進(jìn)行自動接駁。

1.2.2拆包裝箱區(qū)

拆包裝箱區(qū)位于立體倉庫的第二層，分布如圖3所示。

圖3　拆包裝箱區(qū)分布圖

拆垛區(qū)將托盤垛拆成單一的托盤，以便下一步對托盤中的紙箱進(jìn)行拆箱操作。拆箱所產(chǎn)生的空紙箱運(yùn)送到廢紙箱回收區(qū)進(jìn)行暫存，等待人工集中處理。

在表計(jì)拆箱并裝入周轉(zhuǎn)箱后，表計(jì)及周轉(zhuǎn)箱條碼信息自動識別系統(tǒng)會將計(jì)量器具和周轉(zhuǎn)箱信息自動識別和綁定，在入周轉(zhuǎn)箱庫后更新儲位信息。

1.2.3檢定接駁區(qū)

檢定接駁區(qū)設(shè)置不同表計(jì)的檢定流水線，采用穿梭車實(shí)現(xiàn)倉儲系統(tǒng)與自動檢定流水線的對接，以及倉儲系統(tǒng)與人工檢定區(qū)校表臺接駁工位的對接。倉儲系統(tǒng)與自動化檢定線、人工檢定區(qū)采用周轉(zhuǎn)箱垛的形式進(jìn)行接駁。

1.3工作流程

智能倉儲系統(tǒng)有4個(gè)主要的工作流程：新品入托盤庫流程、轉(zhuǎn)入周轉(zhuǎn)箱庫流程、檢定出/入庫流程和配送出庫流程。智能倉儲中的信息系統(tǒng)在各個(gè)流程中都保證了對表計(jì)信息的全面記錄，實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具的全生命周期管理。

1.3.1新品入托盤庫流程

計(jì)量器具入托盤庫的工作流程在功能區(qū)內(nèi)完成，由上層的生產(chǎn)調(diào)度平臺下達(dá)入庫任務(wù)，倉儲系統(tǒng)執(zhí)行新品入庫流程，如圖4所示。

①倉儲系統(tǒng)下達(dá)空托盤組出庫任務(wù)，空托盤組經(jīng)堆垛機(jī)、穿梭車運(yùn)輸和拆盤后分發(fā)到機(jī)器人碼垛位，供新品入庫碼盤使用。

②新表計(jì)到貨時(shí)采集表計(jì)信息并校驗(yàn)，校驗(yàn)異常的紙箱由異?？谔蕹⑦M(jìn)行人工處理，信息正確的新品被輸送到機(jī)器人碼垛位置進(jìn)行碼盤。

③碼盤結(jié)束后，將表計(jì)紙箱條碼與托盤條碼信息進(jìn)行綁定，倉儲系統(tǒng)將托盤輸送到指定貨位進(jìn)行存儲，任務(wù)完成后將信息上報(bào)給生產(chǎn)調(diào)度平臺。

圖4　新品入庫流程圖

1.3.2轉(zhuǎn)入周轉(zhuǎn)箱庫流程

表計(jì)生產(chǎn)檢定前，需要將紙箱包裝改為周轉(zhuǎn)箱承載，即計(jì)量器具從托盤庫轉(zhuǎn)到周轉(zhuǎn)箱庫存儲，流程如圖5所示。

圖5　轉(zhuǎn)入周轉(zhuǎn)箱庫流程圖

轉(zhuǎn)入周轉(zhuǎn)箱庫流程具體如下。

①倉儲系統(tǒng)接收上層生產(chǎn)調(diào)度平臺的轉(zhuǎn)庫指令，將需要進(jìn)行轉(zhuǎn)庫的托盤輸送到拆垛站臺，拆垛產(chǎn)生的空托盤輸送回存儲區(qū)進(jìn)行存儲。

②單一表計(jì)紙箱輸送至自動開箱機(jī)處，經(jīng)拆蓋后輸送至裝箱工位并轉(zhuǎn)入到周轉(zhuǎn)箱中，空紙箱經(jīng)回收進(jìn)入整理箱，由人工打包處理。

③當(dāng)周轉(zhuǎn)箱裝滿后進(jìn)行表計(jì)信息及周轉(zhuǎn)箱信息的采集綁定與校驗(yàn)，如校驗(yàn)異常則進(jìn)入人工處理工位，校驗(yàn)正確則進(jìn)行自動疊箱操作；當(dāng)周轉(zhuǎn)箱疊成滿垛時(shí)，倉儲系統(tǒng)自動生成入庫任務(wù)，分配入庫貨位，由堆垛機(jī)送入到周轉(zhuǎn)箱庫指定貨位。

1.3.3檢定出/入庫流程

檢定系統(tǒng)分自動化檢定流水線與人工檢定臺兩大工作區(qū)域，流程如圖6所示。

圖6　檢定出/入庫流程圖

檢定出/入庫流程具體如下。

①倉儲系統(tǒng)接收生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)下達(dá)的檢定指令后，指定貨位的周轉(zhuǎn)箱組經(jīng)搬運(yùn)后由穿梭車輸送至檢定出庫輸送線，通過掃描周轉(zhuǎn)箱條碼進(jìn)行信息校驗(yàn)。校驗(yàn)合格的表箱垛輸送至自動化檢定流水線位置，完成庫區(qū)存儲設(shè)備的檢定出庫流程；不合格的周轉(zhuǎn)箱垛回庫，等待人工檢查整理；

②表計(jì)檢定完成后，按規(guī)則進(jìn)行組箱組垛工作，自動分配貨位生成入庫任務(wù)，并更新庫存信息，將執(zhí)行信息反饋給上層生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)。

1.3.4配送出庫流程

倉儲系統(tǒng)接到上層生產(chǎn)調(diào)度平臺下達(dá)的配送計(jì)劃出庫指令后，自動生成出庫任務(wù)。堆垛機(jī)將指定貨位的周轉(zhuǎn)箱取出，對掃描讀取的周轉(zhuǎn)箱及表計(jì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)合格的周轉(zhuǎn)箱，通過伸縮輸送機(jī)直接裝車，倉儲系統(tǒng)將出庫信息上傳至生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)。對于數(shù)據(jù)校驗(yàn)不合格的周轉(zhuǎn)箱，將其輸送到出庫異常站臺，等待人工處理。

2　系統(tǒng)主要設(shè)備

在智能化倉儲系統(tǒng)中，硬件設(shè)施是承載所有工作流程、實(shí)現(xiàn)倉儲功能的載體，因此，對系統(tǒng)主要設(shè)備的選擇，很大程度上影響了倉儲系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)的主要設(shè)備必須要在保證安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，滿足倉儲系統(tǒng)的正常運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)計(jì)量資產(chǎn)的集約化管理。智能倉儲系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備主要包括貨架、物料輸送設(shè)備和數(shù)據(jù)采集設(shè)備。

2.1貨架

智能化倉儲系統(tǒng)的貨架包括周轉(zhuǎn)箱庫貨架和托盤庫貨架，周轉(zhuǎn)箱庫貨架為輕型牛腿式貨架。托盤庫貨架為組合橫梁式貨架。兩類貨架均采用獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，按照防6～7裂度地震設(shè)計(jì)，保證足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。立柱材料采用冷軋鋼卷,具有優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)加工精度和良好的防銹和防腐功能。

2.2物料輸送設(shè)備

主要的物料輸送設(shè)備有周轉(zhuǎn)箱庫堆垛機(jī)、托盤庫堆垛機(jī)、自動開箱機(jī)、拆/碼垛機(jī)器人、自動裝箱機(jī)器人、穿梭車、輸送機(jī)和拆/疊盤機(jī)。

2.3數(shù)據(jù)采集設(shè)備

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括RFID、條碼群讀設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對表計(jì)及周轉(zhuǎn)箱或紙箱的數(shù)據(jù)采集功能，是倉儲系統(tǒng)信息化管理的重要組成部分。

3　系統(tǒng)應(yīng)用

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用上述方案，設(shè)計(jì)國網(wǎng)湖南省計(jì)量中心智能化倉儲系統(tǒng)。通過對湖南省電力計(jì)量器具的統(tǒng)計(jì)，2012～2014年，單相電能表、三相電能表及互感器平均檢定量分別為190萬只、18萬只、12萬只?？紤]到湖南電力公司運(yùn)行計(jì)量資產(chǎn)數(shù)量及自然增長，智能化倉儲系統(tǒng)的檢測能力需要設(shè)計(jì)為年檢定單相電能表380萬只、三相電能表40萬只、低壓電流互感器35萬只、檢測采集終端10萬只。

為此，倉儲系統(tǒng)托盤庫共設(shè)計(jì)4排貨架、2條巷道，配置2臺堆垛機(jī)，貨位單元尺寸為(1 200×1 200×

1 350)mm，貨位數(shù)量共4排×38列×7層=1 064貨位，庫存數(shù)量(以單相表統(tǒng)計(jì))為1 064 貨位×42 箱×12 只= 536 256 只。周轉(zhuǎn)箱庫設(shè)計(jì)8排貨架、4條巷道，配置4臺堆垛機(jī)，貨位單元尺寸為(720×450×576)mm，貨位數(shù)量共8排×75列×15層= 9 000 貨位，庫存數(shù)量(以單相表統(tǒng)計(jì))為9 000貨位×5箱×12只= 540 000 只。

3.2系統(tǒng)效率分析

通過對系統(tǒng)效率的分析，驗(yàn)證了設(shè)備能否滿足倉儲系統(tǒng)的需求，以此來衡量智能化倉儲系統(tǒng)能否正常運(yùn)營。系統(tǒng)的效率分析如表1所示，這里假定系統(tǒng)每天工作7h，且設(shè)備按85%運(yùn)行效率計(jì)算，這樣保證了系統(tǒng)在意外情況出現(xiàn)時(shí)仍然能夠順利運(yùn)行，完成倉儲任務(wù)。

通過表1可以看出，按配送需求及關(guān)鍵設(shè)備能力分析，關(guān)鍵設(shè)備工作所需時(shí)間少于每天7h；若按設(shè)備85%運(yùn)行效率進(jìn)行分析，自動裝箱機(jī)器人的能力稍顯不足，不過考慮自動裝箱適用大批量表計(jì)，對于小批量或抽檢表計(jì)宜采用人工裝箱，這樣可分流一部分表計(jì)采用人工轉(zhuǎn)箱。因此，所有關(guān)鍵物流設(shè)備的能力均能充分滿足出入庫及檢定生產(chǎn)的需求。

表1　系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備效率分析

4　系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

智能化倉儲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)量資產(chǎn)的全程自動化管理。從紙箱包裝的新表計(jì)到貨入庫，到拆包入周轉(zhuǎn)箱庫和出入庫檢定和表計(jì)的配送出庫，配置的堆垛機(jī)、拆碼垛機(jī)器人、自動開箱機(jī)和穿梭車等機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)了庫房內(nèi)所有作業(yè)流程的全自動化作業(yè)。在各個(gè)作業(yè)流程中，均有人工異常處理位，在表計(jì)的抽檢中也設(shè)有人工檢定區(qū)。倉儲系統(tǒng)的控制方式有手動控制、自動控制和緊急停止及故障報(bào)警，在高自動化作業(yè)的同時(shí)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和靈活性。

計(jì)量中心的智能化倉儲系統(tǒng)采用了RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了表計(jì)及周轉(zhuǎn)箱或紙箱數(shù)據(jù)采集功能。在檢定區(qū)及輸送線上設(shè)置條碼群讀裝置，實(shí)現(xiàn)了對每具計(jì)量器具的準(zhǔn)確定位和記錄，完成了計(jì)量資產(chǎn)的全生命周期的管理。

5　結(jié)束語

智能化倉儲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量資產(chǎn)存儲立體化、裝置識別條碼化、表計(jì)存取自動化和智能化，達(dá)到了計(jì)量資產(chǎn)信息化和集約化的現(xiàn)代化資產(chǎn)存儲和管理水平，

提高了計(jì)量資產(chǎn)的運(yùn)營效率，減輕了工作人員的勞動強(qiáng)度，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文分析了智能化倉儲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并研究了系統(tǒng)在國網(wǎng)湖南省計(jì)量中心的應(yīng)用情況，對系統(tǒng)優(yōu)勢、功能、作業(yè)流程和技術(shù)特點(diǎn)等方面作了詳細(xì)的分析和研究，為目前電力計(jì)量資產(chǎn)的倉儲管理提供了理論和實(shí)踐的依據(jù)。

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ResearchontheApplicationofIntelligentWarehousingSysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid

Alongwiththemetrologicalapparatusesofelectricpowerhavebeenapplyingextensively,constructingintelligentwarehousingsystemhasbecomeadevelopingtrendofmetrologicalassetsmanagementandoperationsinelectricpowerindustry.Thedesignscheme,theequipmentconfiguration,andtechnicalfeaturesoftheintelligentwarehousingsystemareanalyzed.Thedivisionofeacharea,theworkflowandkeyapparatusofthewarehousingsystemareintroducedindetail.CombiningtheapplicationsituationofintelligentwarehousingsysteminHunanMetrologyCenterofStateGrid,theefficiencyandadvantagesareanalyzed.Thisresearchprovidesabasisofconstructionandmanagementforothersimilarwarehousingsystems;itpossessescertaintheoreticalandpracticalsignificance.

LogisticsIntelligentstorageStereoscopicwarehouseRFIDRobotInformatizationIntegrationAutomaticcontrol

楊帥(1983—)，男，2011年畢業(yè)于長沙理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，獲碩士學(xué)位，高級工程師；主要從事電能計(jì)量、計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度、用電信息采集等方向的研究。

TH73;TP23

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609008

修改稿收到日期：2016-01-06。