風電機組大部件運輸智慧物流系統設計

文 | 戴建軍，廖賴明，郝赫，徐燕杰

兆瓦級風電機組大部件需要從整機廠和外協廠的各生產基地根據需要發(fā)運到指定風電場，其中貨物運輸任務包含主機艙運輸、葉片運輸、輪轂主控柜等散件打包運輸等。葉片主要從兩三個供應商工廠運輸到全國各地的風電場。每單個車程，大概7～30天為一個周期。運輸時間的主要影響因素包括距離、路況、天氣、各類合規(guī)檢查、司機行為方式、車輛狀況、轉運條件等。整機廠商、業(yè)主對于外包的貨物運輸任務，一直處于原始的管理狀態(tài)。貨物出廠前手工記錄一些基本信息，在途運輸過程中僅靠電話溝通，貨物到目的地后，工程人員通知收貨單位進行接貨。全部環(huán)節(jié)都依靠電話、郵件、短信溝通，物流信息非常不及時。

本文設計了一套針對風電大部件（整車）進行管理的物流管理系統，依托于物聯網、云計算技術，實現實時物流數據的采集，并且在云端進行計算和輸出，使所有運輸任務參與人員都能實時獲得準確信息。特別地，設計了一套能對運輸質量進行監(jiān)控的智能終端。

系統設計

一、需求分析

（1）需要一個管理系統可以對整個貨物運輸過程進行統籌管理，并根據每個風電項目建立多個關聯運輸任務單，依據每個運輸任務單建立發(fā)貨計劃和到貨計劃。系統能輸入前期路勘數據和建立路徑計劃。

（2）運輸任務的全鏈參與者，包括項目工程部、葉片廠、貨運公司、司機、業(yè)主，所有參與者都能獲取授權范圍內的實時信息，提高溝通效率。系統管理員在后臺進行日常管理，其他參與者都利用手機APP、短信報警信息獲取實時信息。

（3）對在途運輸的貨物可實現實時的地理位置、車輛狀態(tài)（行駛中、停車、久停）信息的獲取并生成地圖軌跡，與計劃時間、運輸路徑進行比對，把握進度并完成目標。對運輸質量的要求，包括運輸車輛超速、急剎、久停、事故、顛簸數信息實時獲取并結合司機電話反饋推演實際情況?，F場圖像和視頻數據依賴于司機手機終端上傳，或專用設備自動上傳。

圖1 風電智慧物流系統框圖

（4）系統能生成單任務運輸的日報、完結報告，并按設置好的郵箱自動發(fā)送給需要的管理人員。系統能生成運輸完成質量報告，可包含超速次數、超速百分率、按計劃路徑完成率、震動數據、到達節(jié)點完成率等信息。并以此生成整個項目的運輸KPI報告，用于考核運輸公司的合同完成業(yè)績情況，并作為付款、再招標的依據。

二、系統架構

基于上文的需求分析，設計如圖1所示的系統。由圖可知，整個系統被設計成了數據采集層、云計算層和應用層。

（1）數據采集層：主要負責整個系統的數據采集工作。智慧物流系統的數據來源豐富，主要包含了系統后臺的人工錄入、司機端手機微信公眾號錄入、智慧物流采集終端等。

系統后臺的人工錄入，包含運輸訂單的建立、運輸訂單內各數據字段如車輛號、車次、物料名稱、數量、路勘數據、司機姓名、電話，以及運輸計劃時間、起始和目的地等信息。

司機端微信公眾號錄入，主要是由司機主動操作錄入的數據，公眾號不采集手機終端的GIS信息，也不采集手機內的隱私信息。司機進入微信公眾號后，會在指定的時間節(jié)點，如發(fā)運時刻、路勘指定必過點時刻、車輛異常情況點時刻、貨物到達終點站時刻等，上傳照片和少量文字說明信息。

智能數據采集終端，是一臺定制化的、專為滿足風電機組大部件運輸使用的實時數據采集終端，是一臺典型的物聯網數據采集器。硬件內置GPRS/GSM模塊用于傳輸數據，內置GPS和北斗模塊用于定位系統位置，內置震動傳感器用于獲取車輛震動情況，進而計算出車輛運動狀態(tài)。通過內置的芯片計算出車輛平均5秒實時速度。

（2）云計算層：本系統部署于阿里云上，依托于阿里云核心的ECS（Elastic Compute Service云服務器）、RDS（Relational Database Service云數據庫）、OSS（Object Storage Service對象存儲）和VPC（Virtual Private Cloud專有網絡）服務，智慧物流系統的理論可靠性達到了99.999%。實現系統向高可靠性、可用性與彈性擴展、容錯與災難恢復、備份與恢復、負載均衡、虛擬專有網絡的平滑過渡。

本系統部署環(huán)境采用開源軟件組合LAMP（Linux+Apache+MySQL+Python）架構，架構高效、實用和安全。通過在阿里云建立專有網絡VPC，將采集的各類數據統一接入云服務器ECS后存入OSS，智慧物流系統將數據進行加工和整理后，輸出到ECS發(fā)布服務器。

除了采集和發(fā)布的各類接口，系統對外接口還包括與微信公眾號后臺API、與阿里通信的短信網關API等。在云端的部署讓整個系統變得非常簡單、安全和高效，按需購買服務的模式讓整個系統的經濟性得到了很好保障。

（3）應用層：應用軟件是智慧物流系統的核心，將具體實現以下業(yè)務功能：

風電機組廠商在項目管理階段要進行招標，在運輸計劃階段將訂單下達給承運商，且要提前做好路勘，并將路勘數據錄入到智慧物流系統，在系統新建運輸計劃。

在運輸執(zhí)行階段，需要承運商配合進行調度管理，承運商派單給司機到指定工廠提貨。

司機提貨后就進入了在途管理階段。這個階段數據都在智慧物流系統內體現，司機在途的運輸起始時間、地點、車速、震動等數據通過智慧物流采集終端自動上傳到云端。中途關鍵節(jié)點的現場照片和文字信息都通過司機手機微信端的公眾號系統手動上傳。整個過程承運商管理者有接口可以跟蹤監(jiān)控，風電機組廠商則由可視化的圖形系統實時跟蹤，如圖2所示。同時實現事件管理，如故障停車、緊急報警等事項。當車輛到達目的地后，業(yè)主將進行收貨確認。

運輸任務完成后，業(yè)主將通過微信公眾號對該運單任務進行滿意度評價，同時給司機發(fā)送一個回單。承運商將根據整個運輸任務進行質量評價，風電機組廠商則對承運商進行KPI考核，并為下一次的招標提供依據。

圖2 運單實時跟蹤

整個運輸任務的參與者都將根據各自不同的權限獲得數據。

風電機組廠商擁有整個系統的最高管理權限，負責系統的部署、維護與使用。其建立的子賬戶要負責輸入訂單信息、發(fā)車信息和報表輸出等任務。同時，風電機組廠商的管理員、領導和項目經理都有開設微信公眾號的權限，為前端的生產任務組織、現場的吊裝和道路修建進度作參考。

業(yè)主方和項目經理通過微信公眾號，可以查看與自己項目相關的運輸任務的發(fā)運情況、在途情況和簽收情況，及時協調整機廠商生產資源、承運商資源以及該項目業(yè)主方的人力和設備資源，為現場施工組織做好人員和車輛準備，避免浪費高昂的設備租賃費用，同時精確把握工程進度，為風電場早日投產發(fā)電產生效益奠定基礎。

司機端則通過微信公眾號確認裝車發(fā)運、在途拍照和寫下備注，根據路勘要求提供關鍵地點的照片信息，將貨物運輸的信息發(fā)送給系統。同時，司機也將在微信公眾號看到與自己運輸任務相關的所有信息，以隨時調整運輸質量，安全生產。如震動報警短信發(fā)給司機后，司機就會注意控制速度、控制急剎等行為。如行程進度偏快或偏慢提醒發(fā)給司機后，司機將會調整住宿、修車等事項的進度，以免KPI考核分數不高從而影響運輸企業(yè)的評分。

關鍵技術實現

風電智慧物流系統的關鍵實現技術包含智能數據采集終端的設計、數據庫的設計、對外接口的設計和微信公眾號的設計。

一、智能數據采集終端設計

智能數據采集終端集成了主計算MCU模塊、GPS和北斗定位模塊、震動傳感器模塊、GPRS/GSM無線通信模塊以及電源蓄電模塊。區(qū)別于常見的車載終端，風電智能數據采集終端外觀被設計成一個長方形的小盒子，對外沒有顯示屏幕，僅設計一個RS232串口接口與計算機進行通信用于故障診斷和參數配置。外殼堅固耐用，IP65防水等級，可在-40～70℃之間不充電正常工作30天。具備實時震動監(jiān)測功能，能設定震動強度并分級。此外，終端還有盲區(qū)補點和應急定位功能，在遇無衛(wèi)星信號情況下提供LBS基站定位，遇無手機信號或網絡中斷情況下進行 fl ash內部存儲并在重新連接網絡后自動上報信息。

通過GPS/北斗接收天線，終端將定位信號NMEA-0183格式的地理信息進行處理后，結合時鐘模塊，可計算出車輛的速度信息，同時也有了經度、緯度、方向、時間等數據。

震動模塊是終端的一個重要組成，是通過震動量g值結合時間信息來判斷的，震動量g的取值可以根據震動儀回程后的數據分析采集而來。具體判斷規(guī)則如表1 所示。

表1 震動工況定義

智能數據采集終端的通信工作原理如圖3所示，系統對外空分接口主要是GPRS和GSM網絡，MCU將生成的數據以串口格式打包后，通過內置的協議轉換模塊，使用TCP/IP協議透明傳輸到系統后臺，同時后臺也可以通過空分接口尋址并給系統下達簡單指令。

在移動通信數據傳輸方面，考慮到風電場所處的環(huán)境大多為風況較好的沙漠、高山、海洋等環(huán)境，這些環(huán)境往往人跡罕至，所以移動通信運營商的3G/4G信號覆蓋較少，因此模塊設計時仍采用基站信號覆蓋更成熟的GPRS/GSM網絡。

數據庫設計

數據庫采用阿里云RDS MYSQL版，提供了容災、備份、恢復、監(jiān)控、遷移等方面的全套解決方案，無需自行安裝和部署，購買后可直接使用。根據前述系統的功能需求，設計了名為“l(fā)ogistics-all”的數據庫用于存放系統數據，共有8張表，限于篇幅僅列其中一張，如表2 所示。

圖3 智能數據采集終端通信流程

表2 運單信息定義

微信公眾號

智慧物流系統采用微信公眾號作為用戶入口，司機可以上傳信息、其他人（只讀權限）可以查詢和推送信息。其中只讀權限的微信公眾號分為以下模塊：

“項目信息”包含：項目一覽、當日發(fā)貨、在途統計。

“設備一覽”包含：在途設備、待用設備。

“我的賬戶”包含：新用戶注冊、用戶登錄。

微信公眾號采用JAVA語言編寫，在微信公眾號后臺通過第三方服務器配置的方式調用阿里云ECS上的程序。

結語

本系統相比于普通物流系統，其優(yōu)勢是具有運輸質量監(jiān)控能力，包括運輸準點率、駕駛穩(wěn)定性等特殊需求。由于風電機組在途運輸損傷將會給未來機組運行帶來很大安全隱患，因此數據采集依賴于特別設計的風電行業(yè)專用的車載終端，該終端含有震動監(jiān)測傳感器并能根據傳回的震動數據進行車輛狀態(tài)分析。

本系統目前數據源還比較少，沒有與ERP/CRM系統的信息共享，此部分會讓智慧物流系統通過開放的API接口讀取數據，比如風電場客戶名稱、地址、電話、項目經理，風電機組大部件名稱、物料編碼、BOM號等。

在風電行業(yè)降本增效形勢異常嚴峻的今天，粗放式的物流運輸管理方式顯然已經非常落后，無論是工程管理的精益化需求，還是質量管理精益化需求，都無法得到滿足。本文所述的風電機組大部件智慧物流系統在實際生產中很好地幫助了企業(yè)掌控風電機組大部件的運輸過程，對精細化組織安排機組生產、降低庫存有很大幫助，具有良好的經濟效益。

攝影：蘇雷