面向電能計量設(shè)備流水線檢定的智能倉儲系統(tǒng)

Intelligent Warehousing System for Electric Energy Metering Apparatus Verification Line

肖　勇1,2，3　孫　勇1　方彥軍1　黨三磊2，3

(武漢大學動力與機械學院1，湖北 武漢　430072；

廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院2，廣東 廣州　510080；廣東省智能電網(wǎng)新技術(shù)企業(yè)重點實驗室3，廣東 廣州　510080)

面向電能計量設(shè)備流水線檢定的智能倉儲系統(tǒng)

Intelligent Warehousing System for Electric Energy Metering Apparatus Verification Line

肖勇1,2，3孫勇1方彥軍1黨三磊2，3

(武漢大學動力與機械學院1，湖北 武漢430072；

廣東電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院2，廣東 廣州510080；廣東省智能電網(wǎng)新技術(shù)企業(yè)重點實驗室3，廣東 廣州510080)

摘要：為尋求適應(yīng)大規(guī)模集中式計量設(shè)備流水線檢定的高效可靠物資儲存輸送系統(tǒng)，提高設(shè)備管理的信息化水平，研究了一種采用巷道堆垛機、RFID技術(shù)及先進優(yōu)化調(diào)度算法的智能倉儲系統(tǒng)。針對倉儲作業(yè)任務(wù)特點，對智能倉儲布局及周轉(zhuǎn)箱選取方案進行了研究，討論了智能倉儲各子系統(tǒng)構(gòu)成和倉儲業(yè)務(wù)流程規(guī)范。構(gòu)建的智能倉儲系統(tǒng)能夠與檢定流水線系統(tǒng)無縫連接，實現(xiàn)了計量檢定作業(yè)高效有序開展，滿足對計量設(shè)備全生命周期管理的需求。

關(guān)鍵詞：智能倉儲電能計量系統(tǒng)布局業(yè)務(wù)流程流水線檢定信息化管理

Abstract：In order to investigate the high efficient and reliable supplies storage and transportation system adapts for large scale centralized metering apparatus verification line, and to enhance informatization level of equipment management, the intelligent warehousing system based on lane stacker, RFID technology and advanced optimization scheduling algorithm is researched. Aiming at the features of warehousing operation tasks, the intelligent warehousing layout and the turnover boxes selection program are researched. The composition of the intelligent warehousing sub-systems and the work flow specification of warehousing business are discussed. The intelligent warehousing system established can seamlessly connect the verification line system, to conduct metrological verification jobs efficient and orderly, and meet the management demands for life cycle of metering apparatus.

Keywords：Intelligent warehousingElectric energy meteringSystem layoutBusiness processAutomatic pipeline verification

Information management

0引言

智能計量設(shè)備自動檢定流水線的高效運行需要安全可靠的智能倉儲系統(tǒng)支持，因此有必要對省級電能計量中心智能倉儲系統(tǒng)進行研究。

目前，國內(nèi)對計量設(shè)備自動化檢定系統(tǒng)已經(jīng)有了相關(guān)技術(shù)研究與實踐應(yīng)用[1-3]，建成了不同規(guī)模不同形式的檢定系統(tǒng)。文獻[4]根據(jù)某省年檢800萬的業(yè)務(wù)需求，討論了超大規(guī)模系統(tǒng)的建設(shè)方案，并做了仿真研究;文獻[5]設(shè)計了系統(tǒng)的流程規(guī)范并進行了實驗數(shù)據(jù)對比;文獻[6]對智能倉儲系統(tǒng)與檢定流水線系統(tǒng)一體化運行方面進行了討論。但相關(guān)研究多偏重于自動化檢定系統(tǒng)中的檢定流水線，并沒有形成高效可靠的智能倉儲系統(tǒng)模式[7]，因此，本文結(jié)合檢定系統(tǒng)相關(guān)研究，提出了基于RFID技術(shù)、信息處理技術(shù)、先進優(yōu)化算法的智能倉儲系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)具體架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程和各個子系統(tǒng)的實現(xiàn)功能。

1系統(tǒng)布局設(shè)計

隨著電能計量自動化技術(shù)的發(fā)展，計量設(shè)備的標準化、規(guī)范化、智能化程度逐漸提升[8]。各設(shè)備供應(yīng)商根據(jù)電網(wǎng)公司的技術(shù)要求，提供的計量設(shè)備在物理外觀、重要技術(shù)模塊等方面具有一致性。因此，對于計量中心倉儲系統(tǒng)，可認為其物資類型只有單相電能表、三相電能表、終端、互感器四類。

智能倉儲系統(tǒng)一般包含五個功能區(qū)，即庫前作業(yè)區(qū)、倉儲存儲區(qū)、送檢緩存區(qū)、出庫配送區(qū)以及人工處理區(qū)。計量設(shè)備入庫后，經(jīng)過庫前作業(yè)處理進入存儲區(qū)暫存；然后根據(jù)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一安排，經(jīng)由送檢緩存區(qū)到自動流水線檢定系統(tǒng)進行檢定。人工處理區(qū)主要是對自動化作業(yè)中出現(xiàn)的異常進行處理。智能倉儲功能分區(qū)如表1所示。

表1　智能倉儲功能分區(qū)

影響倉儲系統(tǒng)布局的因素主要有：計量中心的年檢定量、周轉(zhuǎn)箱體材質(zhì)選擇、其他必要裝置設(shè)置。目前，計量設(shè)備流轉(zhuǎn)過程中常用箱體可分為普通紙箱、紙質(zhì)周轉(zhuǎn)箱和塑料周轉(zhuǎn)箱三類。如果為普通紙箱到貨，則到貨后需暫存于托盤庫，再統(tǒng)一拆箱轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn)箱，周轉(zhuǎn)箱庫內(nèi)貨物可直接送入檢定流水線進行檢定；如果為周轉(zhuǎn)箱到貨，則不需設(shè)置托盤庫，可直接存于周轉(zhuǎn)箱庫內(nèi)等待檢定。因此不同方案也會影響倉儲系統(tǒng)布局，方案對比如表2所示。

表2　不同方案對比

表2中，普代指普通紙箱，紙代指紙質(zhì)周轉(zhuǎn)箱，塑代指塑料周轉(zhuǎn)箱

2系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計

智能倉儲系統(tǒng)應(yīng)用軟件構(gòu)成如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體設(shè)計

智能倉儲系統(tǒng)布局確定后，為了高效、可靠地完成工作任務(wù)，需要應(yīng)用現(xiàn)代物流及倉儲自動化技術(shù)，在控制系統(tǒng)的調(diào)度下完成設(shè)備的存取作業(yè)[9]。因此，為實現(xiàn)自動引導小車、堆垛機等機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，智能倉儲系統(tǒng)還需要有完善的應(yīng)用軟件。系統(tǒng)應(yīng)用軟件可分為RFID系統(tǒng)、優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)等。

2.1　RFID系統(tǒng)

RFID是一種通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的非接觸式技術(shù)[10]。RFID系統(tǒng)主要包含電子標簽、天線、閱讀器、后臺信息處理系統(tǒng)。電子標簽形狀小、數(shù)據(jù)儲存量大、可重復(fù)讀寫，便于直接放置在物資上。固定式閱讀器一般放置在倉儲出入口、貨架等固定位置，對覆蓋區(qū)域內(nèi)貨物進行掃描排查，手持式閱讀器一般用于人工盤點。RFID系統(tǒng)具備新標簽生成管理、標簽讀寫、數(shù)據(jù)通信等功能。

在倉儲系統(tǒng)中，RFID電子標簽根據(jù)需要儲存計量設(shè)備的基本屬性，如設(shè)備類別、地市局代碼、生產(chǎn)廠家等，并與后臺數(shù)據(jù)庫信息唯一匹配。RFID標簽相當于設(shè)備的電子身份證，實現(xiàn)運輸、儲存和檢定過程中唯一標記。使用RFID標簽，倉儲進出貨時不需一件件掃描，貨物出入庫與流水線檢定時可實時跟蹤作業(yè)進程，大大提升了作業(yè)效率。因此RFID系統(tǒng)是智能倉儲正常運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

2.2　優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

智能倉儲的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)是倉儲智能化的關(guān)鍵。優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)主要包括：貨位管理調(diào)度、AGV小車調(diào)度、巷道堆垛機調(diào)度。由于計量設(shè)備數(shù)量多、存取操作頻繁，所以貨位管理、AGV小車及堆垛機的優(yōu)化調(diào)度非常重要。

貨位管理調(diào)度包括貨位的優(yōu)化分配和庫存控制調(diào)度。貨位優(yōu)化分配是指在確保物資安全的前提下，盡量快捷地選擇貨位，系統(tǒng)根據(jù)物資的不同屬性來安排存放的位置，如物資的質(zhì)量、體積、周轉(zhuǎn)率、相關(guān)性等。貨位分配方式可分為固定貨位式、分類存放式、時間能耗最低式等。系統(tǒng)可首先將計量設(shè)備分類儲存在不同貨架，在同一貨架內(nèi)再根據(jù)周轉(zhuǎn)效率、能耗情況進行優(yōu)化分配。庫存控制是輔助生產(chǎn)調(diào)度平臺實現(xiàn)倉儲儲存量的短期預(yù)測，動態(tài)控制倉儲儲存利用率。

AGV小車及堆垛機調(diào)度主要指物資輸送系統(tǒng)的路徑優(yōu)化。AGV小車調(diào)度是指系統(tǒng)根據(jù)小車閑置情況和作業(yè)任務(wù)進行規(guī)劃，以實現(xiàn)兼顧小車性能與業(yè)務(wù)處理效率的目的。堆垛機負責巷道兩側(cè)兩面貨架區(qū)域，根據(jù)出入庫作業(yè)需求的不同，可制定單面作業(yè)策略或混合作業(yè)策略，需綜合考慮堆垛機的現(xiàn)處位置、目標位置、送達位置等因素。堆垛機的優(yōu)化調(diào)度是智能倉儲優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的主要任務(wù)，也是實現(xiàn)節(jié)能高效運行的關(guān)鍵。

2.3　信息處理系統(tǒng)

智能倉儲系統(tǒng)在完成作業(yè)任務(wù)與優(yōu)化調(diào)度安排時，需要不斷地進行內(nèi)部數(shù)據(jù)交互；同時還需將庫內(nèi)運轉(zhuǎn)的狀態(tài)信息與生產(chǎn)調(diào)度平臺、檢定流水線系統(tǒng)進行交互，實現(xiàn)三者協(xié)同工作。

智能倉儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立統(tǒng)一標準數(shù)據(jù)庫模型實現(xiàn)信息共享，以便各個應(yīng)用系統(tǒng)訪問讀取。信息處理系統(tǒng)主要包括：RFID數(shù)據(jù)讀取、計量設(shè)備信息更新、信息安全訪問、表計動態(tài)跟蹤、驗收表單上傳等功能。在倉儲業(yè)務(wù)流程的每個環(huán)節(jié)都需要進行相關(guān)的數(shù)據(jù)操作。

智能倉儲信息處理系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與生產(chǎn)調(diào)度平臺進行通信，利用Web Service技術(shù)實現(xiàn)信息的傳遞[11]。生產(chǎn)調(diào)度平臺將生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)給智能倉儲信息處理系統(tǒng)，系統(tǒng)再對作業(yè)任務(wù)優(yōu)化處理后分解給各個模塊執(zhí)行。

圖2　信息處理系統(tǒng)架構(gòu)

3倉儲業(yè)務(wù)流程設(shè)計

計量設(shè)備周轉(zhuǎn)流程如圖3所示，返回設(shè)備供應(yīng)商的計量設(shè)備相對較少，物料流通主要集中在計量中心設(shè)備檢定和地市局配送環(huán)節(jié)。

圖3　計量設(shè)備周轉(zhuǎn)流程圖

計量設(shè)備在計量中心、廠商和二級庫之間的業(yè)務(wù)流程如下：設(shè)備供應(yīng)商將計量設(shè)備送到計量中心；計量中心驗收后存儲，并按照規(guī)程進行檢定，檢定不合格的設(shè)備返回供應(yīng)商，合格的設(shè)備待向地市局配送。

智能倉儲內(nèi)部作業(yè)任務(wù)主要可分為常規(guī)性檢定調(diào)度業(yè)務(wù)和庫存檢定與質(zhì)量抽查調(diào)度業(yè)務(wù)。

3.1　常規(guī)檢定調(diào)度業(yè)務(wù)流程

常規(guī)性檢定是計量中心的主要工作，相應(yīng)調(diào)度業(yè)務(wù)指智能倉儲配合檢定流水線而進行的調(diào)度過程，包括設(shè)備運輸配送、揀選出庫、檢完回庫等操作，如圖4所示。

圖4　常規(guī)檢定業(yè)務(wù)流程圖

檢定流程如下。

① 制定檢定計劃：電網(wǎng)營銷系統(tǒng)根據(jù)各地市區(qū)生產(chǎn)計劃及計量中心檢定容量與效率，制定年度檢定計劃，規(guī)劃各個地市區(qū)的檢定批次檢定時間。

② 計量設(shè)備配送：電網(wǎng)營銷系統(tǒng)根據(jù)檢定計劃，在無突發(fā)事件的情況下下達配送任務(wù);若不能按計劃進行配送，則根據(jù)相關(guān)算法重新制定后期檢定計劃。配送由相關(guān)物流公司承擔。

③ 設(shè)備驗收：設(shè)備運輸?shù)接嬃恐行倪M行RFID掃描。 RFID系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)調(diào)度平臺，與營銷系統(tǒng)下發(fā)的數(shù)據(jù)進行比較，數(shù)據(jù)準確無誤，則作為新設(shè)備信息存入數(shù)據(jù)庫；如出現(xiàn)數(shù)據(jù)不符，則人工篩檢后再錄入系統(tǒng)。

④ 設(shè)備入庫：系統(tǒng)對暫存區(qū)貨物進行貨位分配和存儲路徑優(yōu)化，并將優(yōu)化結(jié)果發(fā)給物資輸送系統(tǒng)，進行計量設(shè)備入庫操作；操作完成后刷新數(shù)據(jù)庫各計量設(shè)備屬性。

⑤ 設(shè)備送檢：生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)檢定流水線、倉庫庫存情況進行檢定設(shè)備的選定。倉庫系統(tǒng)接收表單后，判定無誤則開始進行出庫待檢操作。優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)將路徑優(yōu)化結(jié)果發(fā)送給物資輸送系統(tǒng)，由巷道堆垛機及AGV小車輸送貨物到達待檢緩存區(qū)。同時信息處理系統(tǒng)刷新數(shù)據(jù)庫表單，對相關(guān)屬性進行更改。

⑥ 設(shè)備回庫：系統(tǒng)對中轉(zhuǎn)區(qū)檢定完畢的計量設(shè)備進行倉庫貨位再分配，同時將優(yōu)化結(jié)果發(fā)給物資輸送系統(tǒng)進行計量設(shè)備回庫作業(yè)，設(shè)備回庫后刷新數(shù)據(jù)庫相關(guān)設(shè)備屬性。

⑦ 設(shè)備出庫：與入庫操作相同，需要完成設(shè)備運輸及驗收操作。

3.2　庫存檢定與質(zhì)量抽查業(yè)務(wù)流程

庫存檢定是指在智能倉儲系統(tǒng)配合的基礎(chǔ)上對倉儲進行人工巡檢，主要目的是檢查貨物堆放、貨架堆垛機等機械設(shè)備，此時需要倉儲系統(tǒng)停止相關(guān)作業(yè)任務(wù)。同時通過人工比對系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息與貨架實際信息，查看是否存在信息記錄有誤、貨物儲存情況不實等情況。

質(zhì)量抽查指隨機對倉儲內(nèi)檢定完畢的計量設(shè)備進行復(fù)查，其主要目的是對檢定流水線工作情況進行抽檢，判定自動檢定流水線系統(tǒng)是否工作正常。此時智能倉儲系統(tǒng)需要在已經(jīng)檢定完畢的計量設(shè)備中隨機抽取一定數(shù)量的表計，通過物資輸送系統(tǒng)將選定表計送出貨架，再通過手持閱讀器得到檢定時間、檢定流水線編號、檢定結(jié)果等信息，與人工檢定結(jié)果進行對比，然后把相關(guān)表計回庫。

4系統(tǒng)效益分析

省級計量檢定中心實施智能倉儲系統(tǒng)管理，能夠提高檢定中心的工作效率，增強安全生產(chǎn)保障能力，提升計量中心優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，樹立良好的社會形象，提高企業(yè)公信力。

①節(jié)約成本。在有效建筑面積的前提下，智能倉儲的多層存放模式能夠充分利用倉儲空間，大幅度增加倉儲的庫存量，減輕周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的壓力，同時減少運行維護人員，節(jié)約大量人力成本。

②提升效率。智能倉儲系統(tǒng)通過運用先進的機械裝置以及優(yōu)化智能調(diào)度算法，能夠?qū)崿F(xiàn)計量設(shè)備的高效可靠周轉(zhuǎn)，同時減少系統(tǒng)運行的時間能量消耗，提升工作效率。

③信息化管理。智能倉儲的信息處理系統(tǒng)儲存的大量運行數(shù)據(jù)，有助于營銷系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)獲取倉儲實時運行狀態(tài)和計量設(shè)備的動態(tài)信息并進行相關(guān)分析，從而達到對計量設(shè)備的全生命周期管理。

5結(jié)束語

本文設(shè)計了基于射頻識別技術(shù)、巷道堆垛機、智能優(yōu)化方法的省級電能計量中心智能倉儲系統(tǒng)，給出了各子系統(tǒng)的功能要求，規(guī)范了倉儲相關(guān)調(diào)度業(yè)務(wù)流程。智能倉儲系統(tǒng)能夠高效、可靠、低能耗運轉(zhuǎn)，與檢定流水線系統(tǒng)無縫連接，滿足流水線高效調(diào)度作業(yè)的需求。該系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)倉儲儲存效率低、管理復(fù)雜混亂的問題，能有效服務(wù)于營銷系統(tǒng)，實現(xiàn)檢定平臺工作一體化目標，取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。

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中圖分類號：TH73；TP23

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507006

廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院基金資助項目(編號：K-GD2013-0470-001)；

廣東省智能電網(wǎng)新技術(shù)企業(yè)重點實驗室基金資助項目(編號：2060299)。

修改稿收到日期：2014-11-19。

第一作者肖勇(1978-)，男，2005年畢業(yè)于電子科技大學自動化專業(yè)，獲碩士學位，高級工程師；主要從事電力系統(tǒng)用電與計量方面的研究。