面向電能計量設備流水線檢定的智能倉儲系統

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；廣東省智能電網新技術企業重點實驗室3，廣東 廣州　510080)

面向電能計量設備流水線檢定的智能倉儲系統

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；廣東省智能電網新技術企業重點實驗室3，廣東 廣州510080)

摘要：為尋求適應大規模集中式計量設備流水線檢定的高效可靠物資儲存輸送系統，提高設備管理的信息化水平，研究了一種采用巷道堆垛機、RFID技術及先進優化調度算法的智能倉儲系統。針對倉儲作業任務特點，對智能倉儲布局及周轉箱選取方案進行了研究，討論了智能倉儲各子系統構成和倉儲業務流程規范。構建的智能倉儲系統能夠與檢定流水線系統無縫連接，實現了計量檢定作業高效有序開展，滿足對計量設備全生命周期管理的需求。

關鍵詞：智能倉儲電能計量系統布局業務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支持，因此有必要對省級電能計量中心智能倉儲系統進行研究。

目前，國內對計量設備自動化檢定系統已經有了相關技術研究與實踐應用[1-3]，建成了不同規模不同形式的檢定系統。文獻[4]根據某省年檢800萬的業務需求，討論了超大規模系統的建設方案，并做了仿真研究;文獻[5]設計了系統的流程規范并進行了實驗數據對比;文獻[6]對智能倉儲系統與檢定流水線系統一體化運行方面進行了討論。但相關研究多偏重于自動化檢定系統中的檢定流水線，并沒有形成高效可靠的智能倉儲系統模式[7]，因此，本文結合檢定系統相關研究，提出了基于RFID技術、信息處理技術、先進優化算法的智能倉儲系統，給出了系統具體架構、業務流程和各個子系統的實現功能。

1系統布局設計

隨著電能計量自動化技術的發展，計量設備的標準化、規范化、智能化程度逐漸提升[8]。各設備供應商根據電網公司的技術要求，提供的計量設備在物理外觀、重要技術模塊等方面具有一致性。因此，對于計量中心倉儲系統，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。

智能倉儲系統一般包含五個功能區，即庫前作業區、倉儲存儲區、送檢緩存區、出庫配送區以及人工處理區。計量設備入庫后，經過庫前作業處理進入存儲區暫存；然后根據生產調度系統統一安排，經由送檢緩存區到自動流水線檢定系統進行檢定。人工處理區主要是對自動化作業中出現的異常進行處理。智能倉儲功能分區如表1所示。

表1　智能倉儲功能分區

影響倉儲系統布局的因素主要有：計量中心的年檢定量、周轉箱體材質選擇、其他必要裝置設置。目前，計量設備流轉過程中常用箱體可分為普通紙箱、紙質周轉箱和塑料周轉箱三類。如果為普通紙箱到貨，則到貨后需暫存于托盤庫，再統一拆箱轉周轉箱，周轉箱庫內貨物可直接送入檢定流水線進行檢定；如果為周轉箱到貨，則不需設置托盤庫，可直接存于周轉箱庫內等待檢定。因此不同方案也會影響倉儲系統布局，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，紙代指紙質周轉箱，塑代指塑料周轉箱

2系統應用軟件設計

智能倉儲系統應用軟件構成如圖1所示。

圖1　系統總體設計

智能倉儲系統布局確定后，為了高效、可靠地完成工作任務，需要應用現代物流及倉儲自動化技術，在控制系統的調度下完成設備的存取作業[9]。因此，為實現自動引導小車、堆垛機等機械設備的正常運轉，智能倉儲系統還需要有完善的應用軟件。系統應用軟件可分為RFID系統、優化調度系統、信息處理系統等。

2.1　RFID系統

RFID是一種通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據的非接觸式技術[10]。RFID系統主要包含電子標簽、天線、閱讀器、后臺信息處理系統。電子標簽形狀小、數據儲存量大、可重復讀寫，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，對覆蓋區域內貨物進行掃描排查，手持式閱讀器一般用于人工盤點。RFID系統具備新標簽生成管理、標簽讀寫、數據通信等功能。

在倉儲系統中，RFID電子標簽根據需要儲存計量設備的基本屬性，如設備類別、地市局代碼、生產廠家等，并與后臺數據庫信息唯一匹配。RFID標簽相當于設備的電子身份證，實現運輸、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進程，大大提升了作業效率。因此RFID系統是智能倉儲正常運轉的基礎。

2.2　優化調度系統

智能倉儲的優化調度系統是倉儲智能化的關鍵。優化調度系統主要包括：貨位管理調度、AGV小車調度、巷道堆垛機調度。由于計量設備數量多、存取操作頻繁，所以貨位管理、AGV小車及堆垛機的優化調度非常重要。

貨位管理調度包括貨位的優化分配和庫存控制調度。貨位優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，系統根據物資的不同屬性來安排存放的位置，如物資的質量、體積、周轉率、相關性等。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。系統可首先將計量設備分類儲存在不同貨架，在同一貨架內再根據周轉效率、能耗情況進行優化分配。庫存控制是輔助生產調度平臺實現倉儲儲存量的短期預測，動態控制倉儲儲存利用率。

AGV小車及堆垛機調度主要指物資輸送系統的路徑優化。AGV小車調度是指系統根據小車閑置情況和作業任務進行規劃，以實現兼顧小車性能與業務處理效率的目的。堆垛機負責巷道兩側兩面貨架區域，根據出入庫作業需求的不同，可制定單面作業策略或混合作業策略，需綜合考慮堆垛機的現處位置、目標位置、送達位置等因素。堆垛機的優化調度是智能倉儲優化調度系統的主要任務，也是實現節能高效運行的關鍵。

2.3　信息處理系統

智能倉儲系統在完成作業任務與優化調度安排時，需要不斷地進行內部數據交互；同時還需將庫內運轉的狀態信息與生產調度平臺、檢定流水線系統進行交互，實現三者協同工作。

智能倉儲系統的數據架構采用數據庫技術，建立統一標準數據庫模型實現信息共享，以便各個應用系統訪問讀取。信息處理系統主要包括：RFID數據讀取、計量設備信息更新、信息安全訪問、表計動態跟蹤、驗收表單上傳等功能。在倉儲業務流程的每個環節都需要進行相關的數據操作。

智能倉儲信息處理系統架構如圖2所示，系統通過以太網與生產調度平臺進行通信，利用Web Service技術實現信息的傳遞[11]。生產調度平臺將生產任務下發給智能倉儲信息處理系統，系統再對作業任務優化處理后分解給各個模塊執行。

圖2　信息處理系統架構

3倉儲業務流程設計

計量設備周轉流程如圖3所示，返回設備供應商的計量設備相對較少，物料流通主要集中在計量中心設備檢定和地市局配送環節。

圖3　計量設備周轉流程圖

計量設備在計量中心、廠商和二級庫之間的業務流程如下：設備供應商將計量設備送到計量中心；計量中心驗收后存儲，并按照規程進行檢定，檢定不合格的設備返回供應商，合格的設備待向地市局配送。

智能倉儲內部作業任務主要可分為常規性檢定調度業務和庫存檢定與質量抽查調度業務。

3.1　常規檢定調度業務流程

常規性檢定是計量中心的主要工作，相應調度業務指智能倉儲配合檢定流水線而進行的調度過程，包括設備運輸配送、揀選出庫、檢完回庫等操作，如圖4所示。

圖4　常規檢定業務流程圖

檢定流程如下。

① 制定檢定計劃：電網營銷系統根據各地市區生產計劃及計量中心檢定容量與效率，制定年度檢定計劃，規劃各個地市區的檢定批次檢定時間。

② 計量設備配送：電網營銷系統根據檢定計劃，在無突發事件的情況下下達配送任務;若不能按計劃進行配送，則根據相關算法重新制定后期檢定計劃。配送由相關物流公司承擔。

③ 設備驗收：設備運輸到計量中心進行RFID掃描。 RFID系統將數據傳輸到生產調度平臺，與營銷系統下發的數據進行比較，數據準確無誤，則作為新設備信息存入數據庫；如出現數據不符，則人工篩檢后再錄入系統。

④ 設備入庫：系統對暫存區貨物進行貨位分配和存儲路徑優化，并將優化結果發給物資輸送系統，進行計量設備入庫操作；操作完成后刷新數據庫各計量設備屬性。

⑤ 設備送檢：生產調度系統根據檢定流水線、倉庫庫存情況進行檢定設備的選定。倉庫系統接收表單后，判定無誤則開始進行出庫待檢操作。優化調度系統將路徑優化結果發送給物資輸送系統，由巷道堆垛機及AGV小車輸送貨物到達待檢緩存區。同時信息處理系統刷新數據庫表單，對相關屬性進行更改。

⑥ 設備回庫：系統對中轉區檢定完畢的計量設備進行倉庫貨位再分配，同時將優化結果發給物資輸送系統進行計量設備回庫作業，設備回庫后刷新數據庫相關設備屬性。

⑦ 設備出庫：與入庫操作相同，需要完成設備運輸及驗收操作。

3.2　庫存檢定與質量抽查業務流程

庫存檢定是指在智能倉儲系統配合的基礎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備，此時需要倉儲系統停止相關作業任務。同時通過人工比對系統數據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。

質量抽查指隨機對倉儲內檢定完畢的計量設備進行復查，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是否工作正常。此時智能倉儲系統需要在已經檢定完畢的計量設備中隨機抽取一定數量的表計，通過物資輸送系統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、檢定結果等信息，與人工檢定結果進行對比，然后把相關表計回庫。

4系統效益分析

省級計量檢定中心實施智能倉儲系統管理，能夠提高檢定中心的工作效率，增強安全生產保障能力，提升計量中心優質服務水平，樹立良好的社會形象，提高企業公信力。

①節約成本。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，減輕周轉環節的壓力，同時減少運行維護人員，節約大量人力成本。

②提升效率。智能倉儲系統通過運用先進的機械裝置以及優化智能調度算法，能夠實現計量設備的高效可靠周轉，同時減少系統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儲存的大量運行數據，有助于營銷系統、生產調度系統獲取倉儲實時運行狀態和計量設備的動態信息并進行相關分析，從而達到對計量設備的全生命周期管理。

5結束語

本文設計了基于射頻識別技術、巷道堆垛機、智能優化方法的省級電能計量中心智能倉儲系統，給出了各子系統的功能要求，規范了倉儲相關調度業務流程。智能倉儲系統能夠高效、可靠、低能耗運轉，與檢定流水線系統無縫連接，滿足流水線高效調度作業的需求。該系統解決了傳統倉儲儲存效率低、管理復雜混亂的問題，能有效服務于營銷系統，實現檢定平臺工作一體化目標，取得了很好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

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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)；

廣東省智能電網新技術企業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年畢業于電子科技大學自動化專業，獲碩士學位，高級工程師；主要從事電力系統用電與計量方面的研究。