李 薛,崔利杰,拓明福
(1.空軍工程大學(xué)研究生院,陜西 西安 710052;2.空軍工程大學(xué)裝備管理與無人機學(xué)院,陜西 西安 710052)
工業(yè)革命迭代升級、武器裝備加速更新、高新技術(shù)飛速發(fā)展,催生著裝備物資保障領(lǐng)域向信息化、智能化快速演進。智能倉儲[1]作為現(xiàn)代倉儲的一種新型理念和手段,其目的是通過信息化、物聯(lián)網(wǎng)和機電一體化共同實現(xiàn)智慧物流,從而降低倉儲成本、提高運營效率、提升倉儲管理能力。國內(nèi)以京東[2]、順豐[3]等大型物流企業(yè)為代表,已經(jīng)取得了智能倉儲物流的較大成果,引領(lǐng)了智能倉庫建設(shè)的發(fā)展方向;國外,以波音、洛馬公司[4]為代表的大型航空公司在美國國防部基于性能的保障要求下,也不斷升級其航材倉庫的智能化水平。在相關(guān)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域,智能倉庫的建設(shè)與系統(tǒng)設(shè)計也是當(dāng)前物資倉儲領(lǐng)域研究的熱點。如薛劭節(jié)[5]、吳房勝等[6]在倉庫的系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到傳統(tǒng)的倉庫上,分別實現(xiàn)了倉儲體系智能化、集約化管理和對倉庫的紅外報警、溫濕度監(jiān)測、煙霧和火焰監(jiān)測及報警業(yè)務(wù)。孫茹樹[7]從智能化機器人、電氣設(shè)備、立體化貨架、計算機控制和管理系統(tǒng)提出了多方面立體化智能倉庫的設(shè)計思路和實施方案。在具體技術(shù)方面,張星[8]提出了基于RFID 技術(shù)的智能倉庫三維定位設(shè)計與實現(xiàn)方法,楊利[9]提出了基于PLC 和工業(yè)機器人的智能倉庫設(shè)計。
隨著科技水平的不斷提高,軍事裝備及其智能化發(fā)展迅速,各類軍事任務(wù)的增加,裝備物資的種類和數(shù)量大幅增加,倉庫管理難度加大,傳統(tǒng)倉儲模式無法滿足實際需求,一定程度上限制和制約了保障能力的提升。智能倉儲的應(yīng)用很大程度上提高倉庫管理效率、透明度和安全性[10]。本文嘗試以航空裝備外掛設(shè)備為例,探索開展智能倉儲庫房的功能需求分析,提出傳統(tǒng)倉儲庫房的升級改造思路與方法,為后續(xù)裝備物資保障領(lǐng)域信息化、智能化建設(shè)提供借鑒和參考。
外掛設(shè)備是航空裝備系統(tǒng)的重要組成部分,隨著飛機武器平臺的發(fā)展進步和任務(wù)需求的不斷變化,使用頻率不斷加大,應(yīng)對不同任務(wù)時需要頻繁倒換,存在的問題也逐步顯現(xiàn),存在較大安全隱患。主要表現(xiàn)為:一是管理模式較原始,各類登記統(tǒng)計使用手工登記,數(shù)據(jù)采集、收集、分析、核算困難。任務(wù)需求較大時,易出現(xiàn)登記統(tǒng)計不及時,登記信息錯誤等情況。二是質(zhì)檢依靠人工核驗,質(zhì)量把控與質(zhì)檢人員業(yè)務(wù)能力、責(zé)任心密切相關(guān),質(zhì)量控制水平不穩(wěn)定,不同質(zhì)檢員檢查結(jié)果差異較大。質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)不一致,存在較大安全隱患。三是搬運、裝卸等工作依靠人力,工作效率低、危險系數(shù)大。四是支撐決策的數(shù)據(jù)信息提取困難,數(shù)據(jù)質(zhì)量較低,決策人員通常根據(jù)經(jīng)驗人工整理分析數(shù)據(jù),制定各類方案易出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息錯誤,指揮決策智能化水平低。
航空裝備外掛庫房的信息化智能化升級改造,將會大幅提高庫房管理水平,實時監(jiān)控外掛設(shè)備存儲與技術(shù)狀態(tài)情況,有力提高保障效率,減少工作失誤,確保物資進出庫的安全性,為管理決策提供準(zhǔn)確有價值的數(shù)據(jù)信息。在此基礎(chǔ)上,通過建立科學(xué)規(guī)范的保障管理模式,可以實現(xiàn)裝備物資供應(yīng)保障的精細化管理,最大限度保持和恢復(fù)飛機外掛設(shè)備的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能,以期達到服務(wù)作戰(zhàn)、高效保障的目的。
通過分析,航空裝備外掛設(shè)備庫房的任務(wù)場景如圖1 所示。
圖1 任務(wù)場景圖
首先,作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)下達至機務(wù)指揮中心后,機務(wù)指揮中心將根據(jù)任務(wù)需求,結(jié)合基于大數(shù)據(jù)開展包含外掛設(shè)備在內(nèi)的航空裝備保障資源可視化分析預(yù)測,通過自動匹配任務(wù)所需設(shè)備、快速生成資源保障方案并形成指令下達至各保障機組和人員。其次,機組人員接到指令后,通過智能倉儲管理系統(tǒng)查詢相關(guān)設(shè)備數(shù)量、狀態(tài)、位置等信息,根據(jù)下達至倉庫的配置方案,指揮AGV 機器人到對應(yīng)貨架抓取所需外掛設(shè)備,經(jīng)質(zhì)檢登記后,通過外場AGV 送至機務(wù)一線,完成出庫并協(xié)助一線人員開展設(shè)備安裝。第三,飛機完成任務(wù)后,由保障人員申請,經(jīng)維修、保養(yǎng)、質(zhì)檢、登記等程序履行入庫手續(xù);第四,指揮人員、庫房管理人員可實時調(diào)取外掛設(shè)備數(shù)量、狀態(tài)等信息,庫房管理系統(tǒng)能夠?qū)旆克鶎傧到y(tǒng)實施自動盤點、故障預(yù)測、壽命預(yù)警、補貨信息推送等功能,輔助各類人員開展分析決策。此外,在外出執(zhí)行任務(wù)時,系統(tǒng)能夠針對任務(wù)類型、結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)算法,開展設(shè)備外出攜行方案的自主推送,經(jīng)審批后自動由AGV 配送設(shè)備至攜行方艙。
智能外掛庫的建設(shè),就是要滿足機務(wù)保障人員、指揮決策人員和倉庫運維管理人員的作業(yè)需求,通過倉儲管理系統(tǒng)以及各類設(shè)施、設(shè)備將外掛庫房的出入庫、日常管理、飛行一線安裝、全資可視決策、攜行轉(zhuǎn)場裝載等任務(wù)場景智能銜接,提高運轉(zhuǎn)效率,外掛庫的功能將進一步延伸至一線作業(yè)部分和指揮決策層面,從各個維度提高智能化管理水平。
為便于分析,以下從外掛庫任務(wù)場景包含的人員與實體角度開展智能外掛的功能需求分析。
2.2.1 人員的需求分析
外掛庫開展業(yè)務(wù)工作時涉及人員包括:庫房運維管理人員、機務(wù)保障人員和指揮決策人員等。庫房運維管理人員主要任務(wù)是開展設(shè)備出入庫管理、定期盤點、狀態(tài)查詢、日常維護、設(shè)備在庫房中的倒換架、根據(jù)任務(wù)指令開展外出攜行物資的裝載等;機務(wù)保障人員主要任務(wù)為根據(jù)外場一線飛行任務(wù)到外掛庫房領(lǐng)取設(shè)備和歸還設(shè)備;指揮決策人員主要任務(wù)為做到隨時對外掛設(shè)備數(shù)量、狀態(tài)進行全面掌控,開展對設(shè)備補充、維修、報廢等決策處理,并結(jié)合任務(wù)情況向一線保障人員下達掛載方案、向庫房保管人員提出攜行裝載方案等保障任務(wù)。根據(jù)各類人員任務(wù)情況,分析其工作需求如下:
(1)倉庫運維管理人員主要需求[11]
①出入庫管理:對出入庫設(shè)備器材的性能、狀態(tài)、編號等信息進行檢查登記,并實時上傳至系統(tǒng),按照存放規(guī)定裝卸至指定區(qū)域貨架[12]。
②庫存管理:全面掌握庫存、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備壽命、有無缺貨等情況;可達到多人、多地進行盤庫和自動盤點。
③信息管理:可以對實時或歷史時段的對設(shè)備、庫存、出入庫信息、用戶信息、設(shè)備信息、維護保養(yǎng)信息等各類信息進行查詢檢索。
④安全管理:庫房做到防火、防盜、防破壞。配備門禁、人臉識別、視頻監(jiān)控等的安防設(shè)備;安裝溫度、濕度檢測,消防報警等相關(guān)傳感設(shè)備,確保倉庫的溫度、濕度符合設(shè)備物資存儲要求[13]。
⑤設(shè)備維護保養(yǎng)和質(zhì)檢管理:可實時了解入庫設(shè)備狀態(tài)并及時按照保養(yǎng)維修手冊要求進行維護保養(yǎng),做好登記統(tǒng)計。
⑥智能管理:根據(jù)使用人員上傳的任務(wù)信息生成物資裝備配備、配送方案;結(jié)合庫存情況和當(dāng)季任務(wù)情況,生成調(diào)撥、采購方案等。
(2)機務(wù)保障人員主要需求
①信息查詢:可按照權(quán)限查詢庫存及調(diào)撥時間。
②設(shè)備配送:倉庫可根據(jù)任務(wù)需求,按時準(zhǔn)確做好設(shè)備物資準(zhǔn)備并及時配送至指定地域。
③程序便捷:便捷高效的出入庫程序。
(3)決策人員層面主要需求
①數(shù)據(jù)查詢??梢詫崟r掌握倉庫、人員、設(shè)備、器材、庫存等各類信息(任務(wù)信息、維修信息、壽命信息)為制定方案計劃決策做支撐。
②用戶管理;掌握各類用戶數(shù)據(jù),劃分用戶權(quán)限,掌握各級用戶動態(tài)。
③信息管理:根據(jù)工作要求,生成各類信息報表。
④輔助決策:根據(jù)倉庫各類數(shù)據(jù)開展當(dāng)前狀態(tài)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)分析、故障趨勢預(yù)測、個性化維修方案生成、攜行外出方案推送、設(shè)備器材需求預(yù)測分析等。
2.2.2 任務(wù)實體功能需求分析
智能外掛庫涉及的物理實體包括:倉儲管理系統(tǒng)、智能外掛庫、指揮控制中心等。通過分析,庫房內(nèi)各類信息在任務(wù)實體間的信息流傳關(guān)系如圖2 所示,各任務(wù)實體內(nèi)外功能如圖3、圖4 所示。
圖2 外掛庫房運轉(zhuǎn)流程圖
圖3 內(nèi)部功能圖
圖4 外部功能圖
根據(jù)外掛庫任務(wù)需求,分析其內(nèi)部流程關(guān)系和功能,可有針對性的設(shè)計智能外掛庫房管理系統(tǒng)的功能框架[14]如圖5 所示。其功能共分為4 個一級功能,12 個二級功能。
圖5 智能外掛庫系統(tǒng)功能框圖
根據(jù)以上分析,為有效實施航空裝備外掛庫信息化、智能化升級改造,提出智能外掛庫建設(shè)技術(shù)框架。
智能外掛圖總體架構(gòu)如圖6 所示,由基礎(chǔ)設(shè)施、歷年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、智能倉儲的關(guān)鍵技術(shù)作為支撐,實現(xiàn)倉儲的四個功能模塊組成,主要通過對外掛倉儲庫房業(yè)務(wù)平臺的升級完成。
圖6 構(gòu)架圖
其實施基本情況如下:(1)基礎(chǔ)設(shè)施層:通過對庫房土建改造,常規(guī)配套倉儲設(shè)備的更新,再到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備線路搭建布設(shè)(服務(wù)器、防火墻)服務(wù)器的構(gòu)建等,以及智能化設(shè)備的升級(監(jiān)控、門禁、AGV 及配套設(shè)備、人臉識別)為外掛庫的升級改造打好物質(zhì)基礎(chǔ)。(2)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層:整理錄入歷年的倉儲數(shù)據(jù)、相關(guān)工作人員信息數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)等,為倉儲的管理、改造、決策提供數(shù)據(jù)支撐。(3)關(guān)鍵技術(shù)層[15]:利用AGV 技術(shù)[16]、數(shù)據(jù)加密技術(shù)[17-18]、狀態(tài)識別技術(shù)、二維碼技術(shù)、射頻技術(shù)、智能算法[19]、自動控制技術(shù)等技術(shù)支持,保證智能化功能實現(xiàn)。(4)功能模塊層:根據(jù)人員需求分析及各實體功能分析,智能外掛庫分為四個功能模塊、智能倉儲管控模塊、智能運輸傳送模塊、攜行方艙模塊和輔助決策模塊。(5)業(yè)務(wù)平臺層:為實現(xiàn)各項功能,通過構(gòu)建以智能倉儲管理系統(tǒng)為核心的智能化系統(tǒng),升級當(dāng)前業(yè)務(wù)平臺。并且包含外掛庫射頻識別系統(tǒng)及無人搬運裝卸載系統(tǒng)的功能,能較好的兼容上下級指揮控制系統(tǒng),協(xié)助各類業(yè)務(wù)人員完成相關(guān)工作,保障任務(wù)完成。
在完善各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及基礎(chǔ)設(shè)施后,即可實現(xiàn)智能倉儲及其配套功能。同時,提前預(yù)留充足的可擴展模塊,后續(xù)可根據(jù)任務(wù)需要和技術(shù)升級增加更多功能。
3.2.1 庫房設(shè)施改造
主要為基礎(chǔ)設(shè)施層的改造,包含各類設(shè)備和土建工程:(1)分區(qū)改造:按照庫房承擔(dān)任務(wù),劃分多個功能區(qū):交接區(qū)、存放區(qū)、裝載區(qū)、附件存放間和控制監(jiān)控中心。(2)土建工程:庫房安裝兩側(cè)開門,便于車輛運輸時直行通過;安裝消防、供排水設(shè)施;室內(nèi)墻面粉刷,地面噴涂具有耐磨、耐壓、防靜電和阻燃功能的環(huán)氧地坪漆。庫房墻體內(nèi)側(cè)應(yīng)根據(jù)實際需要安裝電源插座、網(wǎng)絡(luò)端口及接線柱。(3)常規(guī)設(shè)備:庫房內(nèi)設(shè)置防靜電樁、除濕機、通風(fēng)、暖氣設(shè)施等。
3.2.2 智能設(shè)備布置
主要為關(guān)鍵技術(shù)層和功能模塊層的實現(xiàn)以及基礎(chǔ)設(shè)施的完善和智能化升級,確保化功能模塊實現(xiàn)包含以下內(nèi)容:(1)智能搬運機器人(AGV)及充電樁。(2)信息化需求的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)器、RFID 裝置及各類手持終端、條形打碼機。(3)智能安防相關(guān)的監(jiān)控及報警設(shè)備、人臉識別設(shè)備、智能溫濕度監(jiān)控設(shè)備等。(4)智能攜行方艙的改造及一體化搬運設(shè)施的構(gòu)建。
3.2.3 信息管理系統(tǒng)開發(fā)
外掛庫房信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建,既是業(yè)務(wù)平臺的支撐,也為智能倉庫管理、智能輔助決策功能、攜行方艙管理提供軟件支持。同時做到與上級保障系統(tǒng)連接兼容,以智能倉儲信息管理系統(tǒng)為主體,還包含外掛庫射頻識別系統(tǒng)、無人搬運裝卸載系統(tǒng)等。
智能外掛庫的實現(xiàn)既需要開展系統(tǒng)的需求分析和功能設(shè)計,也需要結(jié)合無線組網(wǎng)、RFID、圖像識別等技術(shù),從現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及對倉儲物流的發(fā)展角度開展升級改造。本文通過分析適用于部隊日常駐訓(xùn)、外出演訓(xùn)、攜行轉(zhuǎn)場任務(wù)的外掛存儲與轉(zhuǎn)運需求,提出智能外掛庫的功能性設(shè)計需求和改造思路,并在針對外掛轉(zhuǎn)運多、掛載難、存取難的特點基礎(chǔ)上,設(shè)計了智能外掛庫的改造設(shè)計方案和流程方法,一定程度上是部隊智能倉儲建設(shè)的一次實踐和嘗試,為后續(xù)智能化作戰(zhàn)條件下的裝備保障建設(shè)與發(fā)展提供借鑒與參考。