水電站物資智慧管理平臺(tái)研究與實(shí)踐

程天滿，李建威

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

關(guān)鍵字： RFID；二維碼；重力傳感；智能視覺；物聯(lián)網(wǎng)

1 引言

水電站常用物資包括維護(hù)材料、工器具、備品備件、固定資產(chǎn)等。通常這些物資都存放在同一倉庫內(nèi)，如何對各類物資進(jìn)行高效管理給物資管理工作帶來了較大的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)階段物資管理主要是依靠人員手工盤點(diǎn)形成電子臺(tái)賬，通過手工進(jìn)行物資信息抄錄并與臺(tái)帳信息核對。工作繁瑣、時(shí)效低、物資查找難，且容易出現(xiàn)漏點(diǎn)、誤點(diǎn)或錯(cuò)記的情況，大部分水電站即使使用倉庫管理系統(tǒng)，但仍是實(shí)物查找難、賬實(shí)不符、無法實(shí)時(shí)掌握庫存狀態(tài)、共享難等諸多問題。同時(shí)因物資管理水平的不同，管理人員休假、調(diào)整等造成物資取放管理困難。日常工作中物資的管理水平嚴(yán)重影響到檢修工作效率。因此，建設(shè)一個(gè)智能高效的物資管理平臺(tái)已是十分迫切和必 要了。

2 物資管理技術(shù)

本文主要探討水電站物資智慧管理平臺(tái)中通過綜合運(yùn)行二維碼技術(shù)、重力傳感技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、智能視覺等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對各類物資自動(dòng)識(shí)別和管理。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，減少人工參與，提高電站物資管理信息化水平，進(jìn)而提升設(shè)備設(shè)施檢修效率。

（1）二維碼技術(shù)

二維碼技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)物，主要通過網(wǎng)絡(luò)掃描，讀取二維碼中隱藏的信息。二維碼相比一維條形碼，無論是在功能上，安全系數(shù)上，還是對于限制條件上，都有很大的優(yōu)勢[1]。

（2）射頻識(shí)別技術(shù)RFID

射頻識(shí)別技術(shù)是自動(dòng)設(shè)備識(shí)別中最優(yōu)秀和應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的技術(shù)之一。它利用無線射頻及方式進(jìn)行非接觸雙向通信來識(shí)別目標(biāo)并交換數(shù)據(jù)，識(shí)別無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，適合于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化，識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，操作方便且不易損壞[2]。

（3）重力傳感技術(shù)

重力傳感識(shí)別類似于一個(gè)電子秤，系統(tǒng)通過傳感器感知托盤物資變化并將數(shù)據(jù)反饋給系統(tǒng)。重力感應(yīng)優(yōu)點(diǎn)是不用帖標(biāo)簽，可以重疊倒放，但不能混放，識(shí)別受制于傳感器精度。

（4）智能視覺

智能視覺物聯(lián)網(wǎng)涉及物聯(lián)網(wǎng)的視覺感知部分，利用各類圖像獲取傳感器獲取人、車、物圖像或視頻視覺數(shù)據(jù)，通過智能識(shí)別提取物資的視覺標(biāo)簽。物資被拿放時(shí)，“眼睛”看到的信息反饋給識(shí)別器，識(shí)別器反饋至系統(tǒng)。視覺識(shí)別錄入信息簡便快捷，貨物可以重疊倒混放，儲(chǔ)存數(shù)量多，不用帖標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，但受限于物品的體積和傳感器視角。

3 物資管理系統(tǒng)的功能及構(gòu)成

水電站物資智慧管理平臺(tái)是在現(xiàn)有倉庫管理中綜合應(yīng)用RFID、二維碼、重力傳感、智能視覺等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對倉庫各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集，并保證物資管理各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)確高效，實(shí)時(shí)地掌握庫存的真實(shí)數(shù)據(jù)，合理控制庫存。

3.1 水電站智能物資管理平臺(tái)硬件構(gòu)成

水電站常用物資中固定資產(chǎn)一般都有比較完善的信息系統(tǒng)進(jìn)行管理，其他物資的管理上主要依靠人工手工進(jìn)行，單單依靠某一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)物資的管理不能達(dá)到理想效果，須綜合運(yùn)用多種技術(shù)，根據(jù)物資自身屬性和使用屬性，合理規(guī)劃儲(chǔ)存場景，制定特定的技術(shù)方案才能實(shí)現(xiàn)對物資的有效管理。

根據(jù)對物資特性分析，對于工器具這類可重復(fù)利用的物資，采用RFID 智能貨架的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。通過安裝貨架層間隔板上RFID 天線感知工器具上面的RFID 標(biāo)簽，并通過饋線連接到智能網(wǎng)關(guān)，經(jīng)智能網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器端。對于消耗性物資，采用重力感應(yīng)與智能視覺識(shí)別結(jié)合進(jìn)行管理。重力感應(yīng)實(shí)現(xiàn)物資的增減感知，視覺識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)物資的種類，形態(tài)感知。重力感應(yīng)器連接智能網(wǎng)關(guān)，前端攝像頭通過網(wǎng)絡(luò)連接至圖像分析處理服務(wù)器。其他不能用上述兩類管理方式管理的物資，采用二維碼與智能視覺識(shí)別結(jié)合來進(jìn)行管理。利用人臉識(shí)別門禁對倉庫出入口進(jìn)出管理，從而實(shí)現(xiàn)物資的智能高效管理。系統(tǒng)硬件組成如圖1 所示。

圖1 智能物資管理平臺(tái)硬件組成圖

3.2 物資智能管理平臺(tái)軟件功能模塊構(gòu)成

物資智能管理平臺(tái)系統(tǒng)功能是對傳統(tǒng)倉庫管理系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)功能擴(kuò)展，系統(tǒng)包括以下功能：倉庫管理、物資管理、入庫管理、出庫管理、供應(yīng)商管理、數(shù)據(jù)分析、高級(jí)應(yīng)用、系統(tǒng)管理等。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能物資管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

（1）倉庫管理：主要用來定義倉庫基本信息，包括位置、編碼、貨架、貨位、管理員等信息，并可查詢和顯示倉庫貨位存儲(chǔ)狀況及進(jìn)行貨位調(diào)整操作。

（2）入庫管理：實(shí)現(xiàn)貨物入庫操作，可完成入庫單據(jù)的錄入、修改、刪除，入庫貨位分配。

（3）出庫管理：實(shí)現(xiàn)貨物出庫操作，可完成出庫單據(jù)的錄入、修改、刪除，出庫貨位分配。

（4）物資管理：管理物資的基本信息，可定義物資各種屬性，設(shè)置物資的管理方式（二維碼、稱重、RFID）、物資預(yù)警值及定期試驗(yàn)等。應(yīng)與現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)部分信息的自動(dòng)化錄入。

（5）供應(yīng)商管理：管理供應(yīng)商基本信息，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)商注冊、變更、注銷、評價(jià)等。

（6）數(shù)據(jù)分析：對庫存盤存狀態(tài)、單據(jù)以及貨物、貨位狀態(tài)進(jìn)行管理。包括庫存查詢（區(qū)別實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）、出庫單查詢、入庫單查詢等。同時(shí)可基于物資屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（7）高級(jí)功能：實(shí)現(xiàn)待測試物資提醒，對庫存需要測試的物資，根據(jù)預(yù)設(shè)的條件進(jìn)行提醒。超期未測試物資不得出庫。同時(shí)實(shí)現(xiàn)物資庫存智能預(yù)警，并自動(dòng)生成采購清單并結(jié)合質(zhì)量分析推送采購建議。

（8）系統(tǒng)管理：對系統(tǒng)中的用戶，權(quán)限等進(jìn)行管理，必要的系統(tǒng)配置等。

3.3 物資智能管理平臺(tái)工作流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作流程主要包括入庫作業(yè)流程、領(lǐng)料作業(yè)流程、退庫作業(yè)流程、補(bǔ)料作業(yè)流程及庫存管理作業(yè)流程。

3.3.1 采購入庫作業(yè)流程

入庫作業(yè)主要步驟如下：

（1）貨物入庫時(shí)，倉庫管理人員人工錄入入庫單據(jù)，系統(tǒng)檢測是否已有物資、是否安裝標(biāo)簽并提醒管理員創(chuàng)建物資。

（2）系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前入庫單據(jù)明細(xì)執(zhí)行入庫操作，自動(dòng)分配貨位并生成物資入庫單。

（3）系統(tǒng)發(fā)送待辦任務(wù)給物資操作員。

（4）物資操作員接收入庫單待辦任務(wù)，系統(tǒng)完成門禁系統(tǒng)授權(quán)。

（5）物資操作員攜物資至倉庫，并經(jīng)過人臉識(shí)別門禁認(rèn)證后進(jìn)入倉庫。

（6）物資管理員完成物資放置后，提交入庫確認(rèn)。

（7）系統(tǒng)根據(jù)物資變化，核對入庫操作是否完成，核對完成后給出提醒。

（8）系統(tǒng)更新庫存、貨位狀態(tài)，結(jié)束門禁授權(quán)。入庫流程如圖3 所示。

圖3 物資入庫流程圖

3.3.2 領(lǐng)料流程

（1）領(lǐng)料人登錄系統(tǒng)并創(chuàng)建領(lǐng)料單，搜索并選定物資，系統(tǒng)根據(jù)庫存狀態(tài)提醒物資存量是否滿足要求。

（2）系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前領(lǐng)料單據(jù)明細(xì)分配取貨物資和貨位，并生成領(lǐng)料單。

（3）領(lǐng)料單經(jīng)審核后，系統(tǒng)預(yù)留領(lǐng)料單物資，鎖定物資狀態(tài)。

（4）系統(tǒng)發(fā)送待辦任務(wù)給領(lǐng)料人。

（5）領(lǐng)料人接收待辦任務(wù)。

（6）系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)貨位完成門禁系統(tǒng)授權(quán)。

（7）領(lǐng)料人經(jīng)門禁系統(tǒng)認(rèn)證后進(jìn)入倉庫按指定貨位領(lǐng)取指定物資。

（8）領(lǐng)料人提交物資領(lǐng)取確認(rèn)。

（9）系統(tǒng)根據(jù)庫存物資變化，核對領(lǐng)料操作是否與領(lǐng)料單一致，并給出提醒。

（10）系統(tǒng)更新庫存、貨位、物資狀態(tài)并結(jié)束門禁授權(quán)。

領(lǐng)料流程如圖4 所示。

圖4 物資領(lǐng)料流程

3.3.3 退料流程

（1）退料人員選定待退庫物資的領(lǐng)料單，并選擇退庫。

（2）系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)情況生成退庫單。

（3）退料人員編輯確認(rèn)后提交，系統(tǒng)分配貨位，待退料物資狀態(tài)轉(zhuǎn)換為可預(yù)留。

同以上兩種技術(shù)方法相比，生成石灰攪拌技術(shù)也沒有明顯的差異。首要的任務(wù)仍然是要做好施工前的準(zhǔn)備工作，在正式施工開展之前，應(yīng)該對地基土內(nèi)的不理和化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行深入的調(diào)研，確保為日后灰量的使用情況提供一個(gè)參考依據(jù)。在施工的過程當(dāng)中仍然要注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：首先還是施工的流程，要嚴(yán)格遵守生成石灰攪拌樁施工的施工流程，先對樁體進(jìn)行對位、然后下鉆、提升、結(jié)束；其次是要做好石灰粉的儲(chǔ)存工作。因?yàn)槭曳垠w態(tài)較輕，一旦飛揚(yáng)起來就會(huì)發(fā)生飛塵的現(xiàn)象。因此，要充分的做好石灰粉的儲(chǔ)存工作，從而避免飛粉污染的情況發(fā)生。

（4）系統(tǒng)發(fā)送待辦任務(wù)給退料操作員。

（5）退料操作員接收退料單待辦任務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)完成門禁系統(tǒng)授權(quán)。

（6）退料操作員攜物資至倉庫，并經(jīng)過人臉識(shí)別門禁認(rèn)證后進(jìn)入倉庫。

（7）退料操作員完成物資放置后，提交退料確認(rèn)。

（8）系統(tǒng)根據(jù)庫存物資變化，核對退料操作是否與退料單一致，并給出提醒。

（9）系統(tǒng)更新庫存、貨位、物資狀態(tài)并結(jié)束門禁授權(quán)。

3.3.4 補(bǔ)料流程

（1）補(bǔ)料人員選定待補(bǔ)充物資的領(lǐng)料單，并選擇補(bǔ)料。

（2）系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)情況生成補(bǔ)料單。

（3）補(bǔ)料人員編輯確認(rèn)后提交審核。

（4）補(bǔ)料單經(jīng)審核后，系統(tǒng)分配貨位，并預(yù)留補(bǔ)料物資。

（5）系統(tǒng)發(fā)送待辦任務(wù)給補(bǔ)料操作員。

（6）補(bǔ)料人員接收補(bǔ)料單待辦任務(wù)，系統(tǒng)自動(dòng)完成門禁系統(tǒng)授權(quán)。

（7）補(bǔ)料人員經(jīng)過人臉識(shí)別門禁認(rèn)證后進(jìn)入倉庫。

（8）補(bǔ)料人員完成物資放置后，提交退料確認(rèn)。

（9）系統(tǒng)根據(jù)庫存物資變化，核對退料操作是否與補(bǔ)料單一致，并給出提醒。

（10）系統(tǒng)更新庫存、貨位、物資狀態(tài)并結(jié)束門禁授權(quán)。

3.3.5 庫存管理作業(yè)流程

（1）物資盤點(diǎn)。系統(tǒng)根據(jù)盤點(diǎn)指令，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，不能生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的物資，自動(dòng)創(chuàng)建盤點(diǎn)清單，由物資管理人員手工清查，盤點(diǎn)結(jié)束后，手工上傳數(shù)據(jù)至系統(tǒng)。根據(jù)盤點(diǎn)結(jié)果進(jìn)行庫內(nèi)移位、補(bǔ)貨、調(diào)撥等操作。

（2）庫內(nèi)貨位調(diào)整。物資管理員選擇貨物地址調(diào)整單據(jù)進(jìn)行庫內(nèi)貨位調(diào)整作業(yè)，此作業(yè)不對庫存貨物進(jìn)行增減。

3.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

物資管理平臺(tái)基于B/S 架構(gòu)，不受客戶端系統(tǒng)限制；采用模塊化代碼設(shè)計(jì)便于功能擴(kuò)展，維護(hù)簡單。采用微軟SQL SEVER 2010 數(shù)據(jù)庫具有使用方便、可伸縮性好、與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)。

智能網(wǎng)關(guān)工作在監(jiān)控模式下，除了上報(bào)RFID多標(biāo)簽進(jìn)入、離開事件外，還可以接收物資管理平臺(tái)下發(fā)的獲取指定天線當(dāng)前監(jiān)控到的RFID 標(biāo)簽列表請求，并返回RFID 標(biāo)簽列表信息。重力感應(yīng)電子秤感應(yīng)到托盤上物品重量發(fā)生變化時(shí)，會(huì)自動(dòng)將此時(shí)物品的重量、個(gè)數(shù)、電子秤地址等信息上報(bào)平臺(tái)。平臺(tái)也可調(diào)用查詢接口按指定電子秤地址查詢當(dāng)前物品的重量、個(gè)數(shù)等信息。智能視覺服務(wù)器與物資管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)門禁控制及物資 識(shí)別。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)綜合利用RFID 、二維碼、智能視覺、重力感應(yīng)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對具體的物資采用不同的方式，是現(xiàn)階段物資管理系統(tǒng)應(yīng)用中一個(gè)實(shí)際可行的方法。系統(tǒng)應(yīng)用后可取得較好的效果，主要表現(xiàn)在：①實(shí)現(xiàn)物資信息共享，物資庫存數(shù)據(jù)信息化，統(tǒng)一存儲(chǔ)在物資管理平臺(tái)，便于統(tǒng)籌整個(gè)電站的物資管理。②實(shí)時(shí)掌握庫存物資數(shù)量、種類、狀態(tài)等，極大的提高了賬實(shí)相符程度。③節(jié)省人力，降低了傳統(tǒng)人工檢查、查賬的勞動(dòng)量，減少物資管理過程的人工參與。④提高物資信息采集準(zhǔn)確性，物資的自動(dòng)進(jìn)出庫管理可以避免傳統(tǒng)人工組盤時(shí)清點(diǎn)錄入貨物時(shí)的人為錯(cuò)誤。⑤積累了物資使用信息數(shù)據(jù)，可基于數(shù)據(jù)進(jìn)行更深層次的分析應(yīng)用，如預(yù)判物資使用量，質(zhì)量分析等。并基于分析結(jié)果促進(jìn)采購工作質(zhì)量和效率的提升。⑥系統(tǒng)采用B /S 架構(gòu)，實(shí)施、維護(hù)、升級(jí)都非常方便，方便運(yùn)維管理。

系統(tǒng)不足主要表現(xiàn)在：①采用多種技術(shù)方式實(shí)現(xiàn)物資的自動(dòng)化管理，硬件搭配較為復(fù)雜，通用性不夠好。②物資需要按預(yù)設(shè)的場景進(jìn)行擺放，定置擺放要求較高。③不能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出入庫。④整體造價(jià)偏高，部分低價(jià)值物資管理成本偏高，不便于系統(tǒng)推廣。

未來研究的目標(biāo)：①實(shí)現(xiàn)智慧物資平臺(tái)的數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。②打通各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)間數(shù)據(jù)壁壘，減少人工參與，提升自動(dòng)化水平。③提升物資自動(dòng)化管理出入庫管理。④提高系統(tǒng)通用性能力。