周企慧，張 森，戴人杰

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

傳統(tǒng)的庫存管理是通過人工計數(shù)、文檔記錄、人工定期更新的方法，存在著時效性問題并且準確率差。智能倉庫系統(tǒng)是一個軟硬件相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過智能傳感器和計算機對倉庫物品的信息、存貨、供給、產(chǎn)出進行完美管理，實現(xiàn)準確、迅速、有序的現(xiàn)代化倉庫管理要求。

近年來，越來越多的學(xué)者開始討論如何將大數(shù)據(jù)技術(shù)運用于電力系統(tǒng)的庫存管理。文獻[1]介紹了結(jié)合射頻識別(RFID)技術(shù)和嵌入式技術(shù)，設(shè)計了一套智能倉庫貨物管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對倉庫物品的環(huán)境監(jiān)測、對進出口貨物的實時統(tǒng)計，并將數(shù)據(jù)上傳。文獻[2]提出了新型變電物資綜合信息管理平臺的解決方案，所設(shè)計的智能倉庫采用RFID技術(shù)和人臉識別技術(shù)作為物資入庫和出庫信息的交互，采用線性規(guī)劃模型和信息安全主動防御技術(shù)解決智能倉庫的物資優(yōu)化分配問題和網(wǎng)絡(luò)安全問題。文獻[3]利用信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺,將物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果融合于水電企業(yè)一線班組建設(shè)之中，進行了互聯(lián)網(wǎng)+班組智能化管理的實踐和探索。

本文主要討論通過智能計數(shù)器、云端數(shù)據(jù)中心、智能倉庫交互軟件解決倉庫物料智能存儲問題，可改變班組倉庫管理無序的現(xiàn)狀。

1 智能倉庫系統(tǒng)設(shè)計

智能倉庫系統(tǒng)主要實現(xiàn)班組倉庫物料智能存儲，在貨架傳感器上采集貨物的存取數(shù)據(jù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)模塊將數(shù)據(jù)傳至云端，可以供其余各個子系統(tǒng)共享和使用。智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 智能倉庫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

經(jīng)過后臺軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理，工作人員可以在包括移動智能終端在內(nèi)的交互設(shè)備上，進行數(shù)據(jù)查詢、庫存管理和其他應(yīng)用，同時還能與企業(yè)管理系統(tǒng)(ERP)對接，實現(xiàn)企業(yè)系統(tǒng)的信息集成和資源共享。

(1)智能計數(shù)器的設(shè)計。設(shè)計能夠唯一綁定庫存單元(Stock Keeping Unit，簡稱SKU)的智能計數(shù)器，方便對貨品數(shù)量進行統(tǒng)計、校核操作，并且能夠?qū)崟r上傳數(shù)據(jù)到云端服務(wù)器。

(2)云端數(shù)據(jù)中心。云端數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)持久化倉庫和數(shù)據(jù)處理中心，安全存儲了倉庫貨品信息，包括名稱、型號、數(shù)量、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期等全面的信息。

(3)智能倉庫交互軟件。在網(wǎng)頁上顯示云端數(shù)據(jù)，實現(xiàn)倉庫數(shù)據(jù)的實時查詢、管理、告警等功能。

(4)計數(shù)器的安裝與后期使用方法。計數(shù)器與貨架的耦合方式是按照倉庫貨品的廠家、型號、使用頻率、大小等考慮設(shè)計的，同時在現(xiàn)場使用過程中需要結(jié)合工作人員的思維模式不斷調(diào)整使用方法。

一套智能倉庫庫存管理系統(tǒng)包含智能計數(shù)器、云端數(shù)據(jù)中心、智能倉庫交互軟件。適用于電力檢修設(shè)備倉庫的庫存管理系統(tǒng)是一個軟硬件相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，分為硬件和軟件兩個組成部分。

1.1 硬件部分

該系統(tǒng)的實現(xiàn)基礎(chǔ)是一個能夠統(tǒng)計、顯示庫存數(shù)量的智能計數(shù)器。

(1)每個計數(shù)器唯一綁定一個SKU，對應(yīng)一種存儲設(shè)備或零件，可以由工作人員進行綁定，并支持后續(xù)變更。

(2)計數(shù)器開啟電源后有3種工作模式，分別是普通(顯示)模式、編輯模式、設(shè)置模式。打開電源后進入普通模式，顯示該計數(shù)器所綁定的SKU數(shù)量，按確認手動刷新最新數(shù)量。設(shè)置模式用于設(shè)置計數(shù)器所綁定的SKU的編號ID，并存儲于設(shè)備本地。編輯模式用于編輯計數(shù)器所綁定SKU的數(shù)量，并上行數(shù)據(jù)至服務(wù)器。

(3)為了實現(xiàn)智能計數(shù)器與各種使用環(huán)境的適配，項目組采用電池供電、網(wǎng)絡(luò)模塊采用無線Wi-Fi，使得硬件和貨柜或者抽屜的耦合方式也變得更加多樣化和便捷化，不用再受限于供電電源布線和網(wǎng)口的位置，實現(xiàn)各個計數(shù)器的利用率最大化。

(4)方案前期設(shè)計了采用電源適配器的方式，將交流220 V電壓經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，最后輸出可適合計數(shù)器工作的電壓，但考慮到采用適配器需要引線接通電源，但不利于計數(shù)器后期的布局和調(diào)整。而后采用電池供電的方式。電池直接以5 V的電壓穩(wěn)定輸出直流，供電穩(wěn)定，沒有引線布局方便，但是續(xù)航時間不長，后期使用成本較高。

(5)單片機在選擇上主要考慮的是51單片機和STM32單片機。51單片機是對所有兼容Intel8031指令系統(tǒng)單片機的統(tǒng)稱，它具有學(xué)習(xí)成本較低、功耗較低、價格較低的優(yōu)勢，但保護能力較差，運行速度慢。STM32單片機是ST(意法半導(dǎo)體)公司使用Arm公司的cortex-M3為核心生產(chǎn)的32Bit系列的單片機，適用于手機、路由器等，具有運行速度快，外設(shè)接口豐富，保護能力好等優(yōu)點，但價格較高。從內(nèi)核、地址、外設(shè)、開發(fā)工具、學(xué)習(xí)成本、功耗、保護能力、價格等多方面綜合比較后，選擇了STM32單片機[4]。

(6)屏幕選擇上面主要考慮LED屏和LCD屏兩種。液態(tài)晶體組成的LCD屏幕分辨庫較高，但同時耗電高，電池供電模式無法長時間工作，使用成本較高。LED數(shù)碼管是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成的“8”字型器件，可以顯示用數(shù)字表示的參數(shù)，耗電少、成本低、堅固且耐用。考慮到只需要顯示數(shù)字不需要顯示其他復(fù)雜的圖形，為了能節(jié)約空間需要盡可能縮小計數(shù)器體積，在數(shù)量需求較大的情況下故采用LED屏。

1.2 軟件部分

軟件部分分為前端(交互頁面)和后端(存儲和數(shù)據(jù)處理中心)的設(shè)計。

(1)在實現(xiàn)交互頁面過程中采用DVA的框架，以數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面，通過頁面事件和交互動作將所有調(diào)用過程解耦。其中UI控件使用螞蟻金服開源的Ant Design，各個頁面整潔美觀。

(2)在智能技術(shù)器屏幕上除可以修改和查看其對應(yīng)的SKU數(shù)量外，還可以通過用戶權(quán)限驗證后在班組智能倉庫網(wǎng)頁端查看或者修改權(quán)限范圍內(nèi)的所有物品信息。

(3)后臺服務(wù)采用便捷友好的Spring Boot框架，數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Mysql，以Maven管理和組織整個工程。為了后續(xù)迭代和拓展性，將后臺進行解耦設(shè)計，設(shè)計為數(shù)據(jù)交互(dal)模塊、核心處理(core)模塊、網(wǎng)絡(luò)通信(web)模塊和基礎(chǔ)服務(wù)(base)模塊[5]。

(4)根據(jù)班組人員不同層次的特點，對管理系統(tǒng)進行了用戶模塊設(shè)計，將所有用戶分為管理員和普通操作員，即擁有不同的操作權(quán)限。另外對班組的庫存單元進行分類和抽象，最終形成數(shù)據(jù)庫Model原型，并分配字段、設(shè)計庫表。集成MyBatis作為對象關(guān)系映射，配置底層查詢和修改接口。

(5)完成對暴露給前端交互頁面和硬件網(wǎng)絡(luò)模塊的應(yīng)用程序接口設(shè)計，封裝Http，Mqtt協(xié)議的API，完成對整理業(yè)務(wù)邏輯代碼的編寫，模擬、跑通后臺服務(wù)的各個流程。

(6)項目初期前端、后端耦合在一個工程里，在開發(fā)過程中不僅前端、后端人員開發(fā)效果受到影響，而且對于項目未來的拓展也十分不便。項目最終采用前后端分離的開發(fā)和部署方式，直接將數(shù)據(jù)、模型和頁面進行隔離，并且使得后臺服務(wù)和交互頁面都是可插拔的。終端在實際訪問時，先訪問前端服務(wù)器，再通過網(wǎng)絡(luò)請求后臺服務(wù)器，對于項目后期的訪問安全性也有較大提升。

(7)交互頁面的設(shè)計。本項目處理可以在智能技術(shù)器屏幕上修改和查看其對應(yīng)的SKU數(shù)量外，還可以通過用戶驗證后在班組智能倉庫網(wǎng)頁端查看或者修改權(quán)限范圍內(nèi)的所有物品信息，信息包含設(shè)備類型、名稱、廠家、數(shù)量、型號、出廠日期等。班組倉庫物品種類繁多、數(shù)量參差不齊，交互頁面還提供根據(jù)不同電壓等級、型號兩個維度對各個子類進行篩選，方便操作人員快速定位存儲單元。

在實現(xiàn)交互頁面過程中采用DVA的框架，以數(shù)據(jù)驅(qū)動頁面，通過頁面事件和交互動作將所有調(diào)用過程解耦。其中UI控件使用螞蟻金服技術(shù)開源的Ant Design，各個頁面整潔美觀。

最后，將數(shù)據(jù)后臺服務(wù)和交互頁面軟件分別打包部署，采用Nginx重定向靜態(tài)文件，并對各個模塊進行單元測試和后續(xù)聯(lián)調(diào)，打通后臺數(shù)據(jù)中心、前端交互頁面和智能計數(shù)器硬件的數(shù)據(jù)通信。

這種三端完全解耦分離的方式也使得任何一個部分只要實現(xiàn)相同的數(shù)據(jù)協(xié)議都將是可替換和可插拔的，對后續(xù)的需求變更或是升級迭代都十分友好便捷。

2 智能倉庫系統(tǒng)使用方法

某班組倉庫內(nèi)的存儲物品類目雜而多，項目組對硬件進行了針對性的方案設(shè)計，并且結(jié)合貨柜實際的操作環(huán)境，最終形成如下的硬件產(chǎn)品技術(shù)路線。每個計數(shù)器唯一綁定一個最小庫存單元(即SKU)，對應(yīng)一種存儲設(shè)備或零件，可以由工作人員進行綁定，并支持后續(xù)變更。

計數(shù)器開啟電源后有3種工作模式，分別是普通(顯示)模式、編輯模式、設(shè)置模式。

設(shè)備模式轉(zhuǎn)換的操作流程和狀態(tài)切換如圖2所示。

圖2 計數(shù)器的3種工作模式

2.1 普通模式

打開電源后進入普通模式，顯示該計數(shù)器所綁定的SKU數(shù)量，按確認手動刷新最新數(shù)量，如圖3所示。

圖3 普通模式

2.2 設(shè)置模式

設(shè)置計數(shù)器所綁定的SKU的ID，并存儲于設(shè)備本地。切換過程對應(yīng)圖2中的“切換1”如圖4所示。

圖4 設(shè)置模式

2.3 編輯模式

編輯計數(shù)器所綁定SKU的數(shù)量，并上行數(shù)據(jù)至服務(wù)器。切換過程對應(yīng)圖2中的“切換2”如圖5所示。

圖5 編輯模式

3 效益情況

智能倉庫系統(tǒng)在國網(wǎng)上海某供電公司進行試運行，結(jié)合班組實際工作發(fā)現(xiàn)，每次搶修前備齊備品備件花費的時間，由原來的15 min降低為1 min，平均一個月10次搶修，一年節(jié)約時間14×10×12=1 680(min)。由于備品備件不全而延后搶修的次數(shù)，由平均一年5次降低為一年0次，每次搶修出動人數(shù)約5人，平均節(jié)約16 h/每人次，一年節(jié)約時間為16×5×5=400(h)。

每半年一次安排倉庫的貨品數(shù)量校核、有效期查詢等，通過該系統(tǒng)可以直接查詢相關(guān)信息，每次庫存整理出動3人，平均16 h，一年可節(jié)約時間為16×3×2=96(h)。

綜上，使用該系統(tǒng)后一年可以節(jié)約524 h，假設(shè)每人每小時70元的時薪算得該系統(tǒng)使用后一年可以為班組節(jié)約36 680元，在節(jié)約人力的同時大幅度提高了工作效率。

4 結(jié)語

智能倉庫系統(tǒng)主要涉及班組倉庫的日常管理工作，目的是為了統(tǒng)計班組倉庫備品數(shù)量，通過自主研發(fā)設(shè)計的計數(shù)器，將備品庫存數(shù)量手動輸入系統(tǒng)中，在界面上顯示倉庫備品的型號和數(shù)量，并同時提供有效期、生產(chǎn)廠家、數(shù)量閾值告警等功能。通過智能倉庫系統(tǒng)，能夠極大地提高班組倉庫管理的有序性和正確率，進一步提高班組的工作效率。

在未來可以將智能倉庫系統(tǒng)推廣至其他班組以及兄弟單位，定制符合不同班組實際倉庫情況的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)準確、迅速，有序的現(xiàn)代化倉庫管理目標。