葉芊芊

浙江商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用工程學(xué)院，浙江杭州 310053

0 引言

電力物資倉(cāng)儲(chǔ)管理是指在生產(chǎn)期間，對(duì)需要使用、儲(chǔ)備及采購(gòu)的電力物資予以計(jì)劃性管理的行為，是電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行的重要保障，對(duì)于電力企業(yè)的運(yùn)行與發(fā)展具有重要的作用[1]。電力物資倉(cāng)儲(chǔ)具有儲(chǔ)存量大、物質(zhì)儲(chǔ)備不確定性、存儲(chǔ)調(diào)動(dòng)比較繁忙等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的電力企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)物流基礎(chǔ)設(shè)施簡(jiǎn)陋，倉(cāng)儲(chǔ)管理智能化水平不高，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來(lái)物流倉(cāng)儲(chǔ)規(guī)模的逐年擴(kuò)大，貨物進(jìn)出變動(dòng)復(fù)雜，傳統(tǒng)的倉(cāng)儲(chǔ)管理模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代電力企業(yè)的發(fā)展需求。隨著“工業(yè)4.0”、“智能制造”時(shí)代的來(lái)臨，將AGV機(jī)器人、激光導(dǎo)航、二維碼等先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，研究電力物資智慧倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的構(gòu)建，大幅提升倉(cāng)儲(chǔ)管理效率，降低管理成本，已經(jīng)是大勢(shì)所趨。

本文介紹了一種基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的電力物資智慧倉(cāng)儲(chǔ)方案。根據(jù)電力物資周轉(zhuǎn)庫(kù)業(yè)務(wù)需求，依靠AGV、揀貨機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備，構(gòu)建一體化信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)出庫(kù)入庫(kù)”、“物資無(wú)人搬運(yùn)”、“工具自動(dòng)分揀”、“精準(zhǔn)倉(cāng)儲(chǔ)定位”、“信息全程溯源”等功能，減輕人工作業(yè)量、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提高作業(yè)效率，建立起真正的信息化、自動(dòng)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化的智能倉(cāng)庫(kù)，全面提升電力物資供應(yīng)服務(wù)水平和管理水平。

1 系統(tǒng)總體方案

1.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為3大部分：自動(dòng)化設(shè)備模塊、信息化控制模塊以及可視化展示模塊。AGV、各類(lèi)搬運(yùn)、揀選機(jī)器人實(shí)現(xiàn)物資的入庫(kù)、出庫(kù)，室內(nèi)物資的搬運(yùn)、分揀等功能；WMS實(shí)現(xiàn)出入庫(kù)管理、庫(kù)內(nèi)管理、報(bào)表管理、權(quán)限管理等庫(kù)內(nèi)作業(yè)信息化管控；WCS實(shí)時(shí)下發(fā)智能設(shè)備控制指令，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備高效有序運(yùn)轉(zhuǎn)；電子顯示屏展示倉(cāng)庫(kù)日常作業(yè)情況，庫(kù)存實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示，作業(yè)視頻監(jiān)控，企業(yè)宣傳內(nèi)容展示等；業(yè)務(wù)看板展示各區(qū)域作業(yè)狀態(tài)展示，各區(qū)域庫(kù)存庫(kù)容動(dòng)態(tài)展示，業(yè)務(wù)辦理進(jìn)度等內(nèi)容；APP終端供工作人員與供應(yīng)商使用，可進(jìn)行日常作業(yè)，填報(bào)作業(yè)數(shù)據(jù)，查看物資狀態(tài)等。系統(tǒng)功能模塊需求圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)

系統(tǒng)采用了C/S架構(gòu)的Web端平臺(tái)和B/S架構(gòu)的Android移動(dòng)終端平臺(tái)相結(jié)合的模式[2]。整個(gè)系統(tǒng)基于IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備包括：AGV、PDA、搬運(yùn)分揀機(jī)器人、PLC等，分配不同的IP地址，組成局域網(wǎng)，通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。其中，RFID、二維碼、機(jī)器視覺(jué)屬傳感層自動(dòng)識(shí)別體系，WCS對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)AGV、機(jī)器人、PDA等智能設(shè)備進(jìn)行調(diào)度與控制?？蛻?hù)端包括基于PC的IE客戶(hù)端以及基于手機(jī)的移動(dòng)客戶(hù)端，服務(wù)器包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、WMS服務(wù)器、視頻服務(wù)器以及監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行倉(cāng)庫(kù)管理軟件、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控程序等各種服務(wù)和程序。智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

2 智慧倉(cāng)儲(chǔ)硬件關(guān)鍵技術(shù)

2.1 RFID（無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別）技術(shù)

RFID是物聯(lián)網(wǎng)非常重要的一種識(shí)別技術(shù)，以識(shí)別距離遠(yuǎn)、速度快、抗污染能力和耐久性強(qiáng)、容量大等條碼無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，可以在電力智能倉(cāng)庫(kù)管理中出庫(kù)、入庫(kù)、移庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)、庫(kù)存控制等業(yè)務(wù)流程上實(shí)現(xiàn)更高效、更精確的管理。具體可用于人員識(shí)別（工作人員）、裝備與設(shè)備（包括整體設(shè)備與設(shè)備分段、倉(cāng)儲(chǔ)貨區(qū)、貨位等）以及物料識(shí)別（各物流規(guī)格的貨物與物料）。

RFID組件模塊包括電子標(biāo)簽、天線(xiàn)、RFID讀寫(xiě)器、中間件與人機(jī)交互界面。其中，RFID標(biāo)簽貼在物資托盤(pán)或者集裝箱上，標(biāo)簽包含貨物編碼、批號(hào)等相關(guān)信息，作為物資在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)流轉(zhuǎn)的唯一標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)電力倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所有物資精準(zhǔn)管控。RFID讀寫(xiě)器分為移動(dòng)式讀寫(xiě)器與固定式讀寫(xiě)器，移動(dòng)讀寫(xiě)器安裝在AGV叉車(chē)前端，用于讀取RFID標(biāo)簽信息；固定式讀寫(xiě)器安裝在倉(cāng)庫(kù)的出入口位置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的實(shí)際情況實(shí)時(shí)進(jìn)行射頻規(guī)劃，可以在出入口安裝上下左右多個(gè)天線(xiàn)，確保RFID電子標(biāo)簽不被漏讀。標(biāo)簽信息由RFID讀寫(xiě)器讀取后，將其傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)，管理平臺(tái)利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)接收讀取的數(shù)據(jù)，顯示庫(kù)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、物資更新情況，企業(yè)工作人員可在PC終端與手機(jī)終端對(duì)庫(kù)存情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控[3]。

2.2 AGV機(jī)器人

AGV即“自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)”，是指能夠沿規(guī)定路線(xiàn)行駛，具備搬運(yùn)功能、安全保護(hù)及各種移載功能的自動(dòng)導(dǎo)航機(jī)器人。作為該電力物資智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的核心設(shè)備，AGV是集計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信息通訊、機(jī)械設(shè)計(jì)與電子技術(shù)各種技術(shù)為一體的高新技術(shù)裝備[4]。

機(jī)器人主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，其核心部件包含車(chē)載控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、貨叉控制器、編碼器、導(dǎo)航激光等。運(yùn)行時(shí)采用市場(chǎng)上最先進(jìn)的第三代激光導(dǎo)航技術(shù)，同時(shí)，位置計(jì)算與防撞保護(hù)功能的引入提高了AGV小車(chē)的行駛穩(wěn)定性與運(yùn)效率。

2.3 二維碼、激光導(dǎo)航技術(shù)

本系統(tǒng)拋棄了傳統(tǒng)的電磁導(dǎo)航技術(shù)，采用了市場(chǎng)上先進(jìn)的二代二維碼導(dǎo)航以及三代激光導(dǎo)航技術(shù)。其中，AGV叉車(chē)采用激光導(dǎo)航的自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)，其他智能機(jī)器人設(shè)備采用二維碼導(dǎo)航的自動(dòng)導(dǎo)引系統(tǒng)。

二維碼導(dǎo)引方式是指在地面上鋪設(shè)離散的二維碼標(biāo)簽，智能設(shè)備的車(chē)載攝像頭掃描解析二維碼獲取實(shí)時(shí)坐標(biāo)。該方式使用相對(duì)靈活，鋪設(shè)和改變路徑也比較方便。AGV叉車(chē)采用激光導(dǎo)航技術(shù)，包括兩部分：AGV激光掃描器和AGV反射板。叉車(chē)AGV 的上部裝有激光掃描器，以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)360°，經(jīng)脈沖激光器發(fā)射激光到反射板，經(jīng)反射板反射回來(lái)的激光的方向，激光掃描器就能探測(cè)到反射板并得到激光光線(xiàn)的角度等信息[5]。當(dāng)接收到物料搬運(yùn)指令后，控制器根據(jù)所存儲(chǔ)的運(yùn)行地圖和AGV小車(chē)當(dāng)前位置及行駛方向進(jìn)行計(jì)算、規(guī)劃分析，選擇合適的行駛路線(xiàn)，自動(dòng)控制AGV小車(chē)的行駛和轉(zhuǎn)向。

3 智慧倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)總體構(gòu)架

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)包括后臺(tái)應(yīng)用與移動(dòng)應(yīng)用兩部分，系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖4所示。其中，后臺(tái)應(yīng)用主要包括WMS、WCS、接口服務(wù)以及移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)，部署于信息管理區(qū)；移動(dòng)應(yīng)用部署于信息外網(wǎng)，通過(guò)MIP平臺(tái)進(jìn)行單點(diǎn)登錄，包括作業(yè)APP和預(yù)約APP兩部分。

WMS為倉(cāng)儲(chǔ)管理模塊，是倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的主要功能模塊，負(fù)責(zé)對(duì)倉(cāng)庫(kù)日常業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)策略管理以及各類(lèi)指標(biāo)報(bào)表的管理[6]；WCS為倉(cāng)儲(chǔ)控制模塊，主要負(fù)責(zé)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備的管理，包括接收WMS指令控制設(shè)備，完成作業(yè)任務(wù)，設(shè)備狀態(tài)與位置等信息上傳至WMS；接口服務(wù)主要用于倉(cāng)庫(kù)信息系統(tǒng)與EPR、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等外部系統(tǒng)的信息交互；移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)主要用于后臺(tái)與移動(dòng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互。

作業(yè)APP由倉(cāng)庫(kù)工作人員使用，主要用于完成倉(cāng)庫(kù)的日常作業(yè)以及倉(cāng)庫(kù)統(tǒng)計(jì)信息的查詢(xún)；預(yù)約APP由供應(yīng)商和需求單位使用，主要用于物資入庫(kù)與出庫(kù)的在線(xiàn)預(yù)約。使用作業(yè)APP和預(yù)約APP的移動(dòng)終端需安裝專(zhuān)用SIM與含身份認(rèn)證證書(shū)的TF加密卡，通過(guò)電力專(zhuān)線(xiàn)APN經(jīng)安全接入平臺(tái)身份認(rèn)證后，與后應(yīng)用進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)

依靠倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)（WMS）和自動(dòng)化設(shè)備管理系統(tǒng)（WCS）解決資源調(diào)度、倉(cāng)儲(chǔ)管理、自動(dòng)化作業(yè)設(shè)備管理、物資運(yùn)輸管理、移動(dòng)業(yè)務(wù)管理等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與技術(shù)、數(shù)據(jù)的整合。

倉(cāng)儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)、物資管理系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)、顯示看板系統(tǒng)、RFID操作系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。倉(cāng)儲(chǔ)管理控制系統(tǒng)具備多層架構(gòu)，與組件技術(shù)將界面控制、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)映射分離，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的松耦合，以靈活、快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化對(duì)系統(tǒng)的需求。數(shù)據(jù)流架構(gòu)被劃分為源頭層、數(shù)據(jù)拉取層、計(jì)算層、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)以及對(duì)外服務(wù)層，通過(guò)各層次系統(tǒng)組件間服務(wù)的承載關(guān)系實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能[7]。數(shù)據(jù)流架構(gòu)如圖5所示。

3.3 出入庫(kù)流程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

入庫(kù)與出庫(kù)的流程類(lèi)似，以入庫(kù)流程為例，流程圖如圖6所示。

電力物資貨物入庫(kù)時(shí)，操作人員在WMS系統(tǒng)中創(chuàng)建入庫(kù)單，WMS系統(tǒng)為物資分配存儲(chǔ)庫(kù)位，同時(shí)下發(fā)指令給WCS系統(tǒng)。WCS系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化設(shè)備（AGV機(jī)器人）執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)，同時(shí)將入庫(kù)樓層和貨位分配信息推送至PDA，便于上架人員將貨物上架至對(duì)應(yīng)貨位。當(dāng)機(jī)器人將貨架搬運(yùn)至入庫(kù)緩存區(qū)后，操作人員使用PDA掃描貨位編碼，根據(jù)PDA提示將指定貨物放至該貨位，并依次掃描需要上架物資或手工在PDA上錄入上架數(shù)量，并確認(rèn)此貨位上架完成，PDA將數(shù)據(jù)回傳至WMS，WMS通知WCS，WCS調(diào)度空閑機(jī)器人將當(dāng)前已上架完成的物資運(yùn)送回原位置，機(jī)器人回傳信息至WCS，WCS上傳作業(yè)完成信息，WMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)更新庫(kù)存數(shù)據(jù)。同時(shí)，當(dāng)前機(jī)器人駛離緩存區(qū)后，WCS系統(tǒng)調(diào)度下一臺(tái)頂舉機(jī)器人行駛至緩存區(qū)，操作人員使用PDA掃描貨位編碼號(hào)，重復(fù)以上流程直至所有物資完成上架。出庫(kù)流程類(lèi)似，不做贅述。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)應(yīng)用RFID、AGV、移動(dòng)應(yīng)用等物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)化搬運(yùn)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部作業(yè)高效、物資管理精準(zhǔn)、應(yīng)急響應(yīng)迅速的智慧電力物資倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)。該方案已在某實(shí)際電力物資倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中安裝實(shí)施。運(yùn)行效果表明，該系統(tǒng)的應(yīng)用提升了庫(kù)存周轉(zhuǎn)率，提高了倉(cāng)庫(kù)的人員作業(yè)效率，降低了作業(yè)成本。該智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案具有極強(qiáng)的可行性與實(shí)用性，可以在同類(lèi)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。