物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其在智慧倉儲管理中的實踐

婁季峰，王炳芳，張 迪，王 川

（1.國網(wǎng)新源建設(shè)有限公司，北京市 100053；2.浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江省仙居縣 317300)

0 引言

在技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的過程中，物聯(lián)網(wǎng)借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，應(yīng)用射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器與紅外感應(yīng)器等信息設(shè)備與技術(shù)，將已經(jīng)約定的協(xié)議作為根據(jù)，在物品與互聯(lián)網(wǎng)之間建立起信息交換的橋梁。這樣就構(gòu)建成定位、跟蹤、調(diào)控、監(jiān)控與識別的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。國家電網(wǎng)有限公司為深入落實2019年政府工作報告相關(guān)部署，全面啟動了“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”建設(shè)，就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)通信技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機(jī)交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)[2][3]。

目前，國網(wǎng)新源控股有限公司快速發(fā)展，業(yè)務(wù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，物資的種類及數(shù)量、出入庫的頻率都在與日俱增，而國網(wǎng)新源控股有限公司倉儲管理仍借助于傳統(tǒng)的人工管理方法和手段，采用智慧倉儲的應(yīng)用迫在眉睫。就是利用RFID射頻識別、WiFi技術(shù)及先進(jìn)管理方法，實現(xiàn)入庫、出庫、盤庫、移庫管理的信息自動抓取、自動識別、自動預(yù)警及智能管理功能，以降低倉儲成本、提高倉儲效率，提升倉儲智慧管理能力[4][5]。本文以仙居抽水蓄能公司為例，研究設(shè)計出了一套全方位感知、安全同步傳輸、可視化重現(xiàn)的高效智慧倉儲管理系統(tǒng)，通過改善傳統(tǒng)倉庫的管理模式，改變?nèi)斯?、紙張文件記錄為基礎(chǔ)的管理方式、追蹤進(jìn)出庫的物資，提升倉庫管理的效率，實現(xiàn)能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作落實在日常物資管理工作中。

1 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)介紹

智慧倉儲系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括建立物資基礎(chǔ)信息庫技術(shù)、激光二維碼技術(shù)、RFID技術(shù)、GPS定位跟蹤技術(shù)、出入庫識別門技術(shù)及屏幕顯示技術(shù)等。

1.1 建立物資基礎(chǔ)信息庫技術(shù)

由各倉庫自行填報，將新入庫物資和所有在庫物資基礎(chǔ)信息整理匯總，批量導(dǎo)入或錄入到智能倉儲系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)自動生成唯一物資編碼。

1.2 激光二維碼技術(shù)

激光二維碼技術(shù)可實現(xiàn)防腐蝕、防脫落，能夠直接打印在多種材質(zhì)（包括金屬制品）上，無須任何介質(zhì)，利用二維碼技術(shù)，將系統(tǒng)中物資基礎(chǔ)臺賬（基礎(chǔ)信息表）生成二維碼標(biāo)簽，并打印到物資的合適位置。各級物資管理人員使用App掃描，可實時查看物資詳細(xì)信息，并對該物資在智能倉儲系統(tǒng)上進(jìn)行相應(yīng)操作。但由于二維碼出入庫管理方式僅能針對單個物資進(jìn)行掃描出入庫管理，效率上大打折扣，因此激光二維碼技術(shù)的應(yīng)用存在一定的局限性[6][7]。

1.3 RFID技術(shù)

RFID是射頻識別的英文縮寫，利用射頻信號通過空間電磁耦合實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現(xiàn)物體識別，主要由電子標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分組成。對物資進(jìn)行RFID電子標(biāo)簽的嵌入或張貼，并將物資的基礎(chǔ)信息臺賬批量寫入RFID電子標(biāo)簽，再通過射頻信號感應(yīng)識別，讀取并解析物資的詳細(xì)信息，實現(xiàn)物資批量庫存管理。對于流轉(zhuǎn)頻率高且不易損毀的物資實行RFID電子標(biāo)簽方式進(jìn)行管理能夠?qū)崿F(xiàn)高速有效的物資倉儲管理[8][9]。

1.4 GPS定位跟蹤技術(shù)

加裝GPS定位裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對重點管控物資的快速定位跟蹤，并在智能倉儲系統(tǒng)中實時查詢到該管控物資的標(biāo)記位置與狀態(tài)。水電物資管理中，對重點管控物資（如主機(jī)設(shè)備等），通過GPS定位跟蹤技術(shù)實現(xiàn)物資的定位導(dǎo)航。

1.5 出入庫識別門技術(shù)

非接觸式出入庫門即在倉庫大門加裝多個RFID識別讀寫裝置及天線，實現(xiàn)能夠同時快速識別多個物資的芯片信息（1～200個），并能夠自動生成打印出入庫等各類單據(jù)，操作快捷方便。

1.6 屏幕顯示技術(shù)

為智能倉儲系統(tǒng)接入顯示屏幕，在倉庫適宜位置，通過數(shù)據(jù)傳遞展示倉庫庫存動態(tài)，建立綜合展示平臺，將存儲物資領(lǐng)用、庫存、維修、報廢等情況及倉儲管理當(dāng)中的其他情況在大屏上實時、統(tǒng)一、動態(tài)展示[10]。

2 智慧倉儲系統(tǒng)總體描述

2.1 系統(tǒng)功能總體介紹

智能盤庫系統(tǒng)主要包括RFID電子標(biāo)簽、智能貨架、智能運(yùn)輸機(jī)器人、智能盤庫機(jī)器人、智能物品管理機(jī)器人、智能盤庫系統(tǒng)管理平臺軟件等設(shè)備。并實現(xiàn)以下功能：

（1）自動定位：盤庫系統(tǒng)可以實現(xiàn)對所有庫存物品的自動定位，定位精度達(dá)到厘米級，可以引導(dǎo)倉庫管理人員到庫存物品附近。

（2）自動盤庫：盤庫系統(tǒng)可以按照規(guī)劃好的路徑，自動完成庫房內(nèi)存儲物資的盤點，當(dāng)物品被誤放到錯誤位置時，會自動發(fā)出報警信號，并形成盤庫報表。

（3）自動搬運(yùn)：盤庫系統(tǒng)可以自動將物品運(yùn)送到指定的位置，包括從倉庫門口運(yùn)送到規(guī)劃好的存儲位置，以及從存儲位置運(yùn)送到倉庫門口。

（4）自動檢測和報警功能，當(dāng)未經(jīng)授權(quán)的物品或人員進(jìn)出時，系統(tǒng)可以自動報警。

（5）其他功能：盤庫系統(tǒng)中的機(jī)器人可以自動進(jìn)行充電，并具備攝像和實時通信功能。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)層介紹

盤庫系統(tǒng)架構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集層、業(yè)務(wù)層、應(yīng)用層。

（1）數(shù)據(jù)采集層：在每個資產(chǎn)設(shè)備部署RFID標(biāo)簽。

1）智能盤庫機(jī)器人按照既定的路徑規(guī)劃，完成整個貨架的數(shù)據(jù)清點、巡更；同時支持出入庫時，自動將物品運(yùn)送到指定的位置，減輕工作負(fù)擔(dān)。

2）智能貨架依托于全覆蓋的天線，自動采集所有資產(chǎn)的RFID標(biāo)簽信息。

3）為了便于定位每個物品的位置，對普通貨架做簡單改造，支持聲光定位提醒，便于工作人員到指定位置提取相關(guān)物品。

4）工作臺完成RFID標(biāo)簽的初始化、資產(chǎn)的借用、歸還等操作。

（2）業(yè)務(wù)層。

1）考慮到系統(tǒng)處于局域網(wǎng)內(nèi)，為了便于智能盤庫機(jī)器人協(xié)同工作，將前段采集設(shè)備自建局域網(wǎng)，智能盤庫機(jī)器人支持采用WiFi傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2）將采集到的機(jī)器人的視頻數(shù)據(jù)、RFID采集數(shù)據(jù)、RFID標(biāo)簽信號強(qiáng)度數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，準(zhǔn)確定位每個資產(chǎn)的具體位置。

（3）應(yīng)用層。

依托于采集到的每個物資的具體精確位置，進(jìn)行大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)用。全流程無人參與，重點對自動盤庫后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)是否需要補(bǔ)庫、在庫情況是否異常等。

3 智慧倉儲系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.1 軟件功能

倉儲管理作為整個系統(tǒng)的核心部分，除了提供基本倉儲管理功能外，基于大數(shù)據(jù)平臺建立庫存預(yù)警、庫存策略優(yōu)化、庫存分類分析等統(tǒng)計分析模型，為庫存管理、生產(chǎn)運(yùn)維提供輔助決策，其整體功能架構(gòu)如圖1所示。

3.2 入庫登記

入庫登記完成對資產(chǎn)唯一標(biāo)識的初始化工作：

（1）制定編碼規(guī)則，通過條碼打印機(jī)，將資產(chǎn)按照倉庫、貨架等信息，形成規(guī)則，事先做好對應(yīng)的條碼。

（2）通過RFID工作站讀取標(biāo)簽表面的條碼或者二維碼信息；自動生成資產(chǎn)的EPC碼，寫到RFID標(biāo)簽EPC區(qū)；完成卡號的初始化工作。

（3）將對資產(chǎn)進(jìn)行唯一標(biāo)識的EPC信息、TID信息、二維碼/條碼信息、資產(chǎn)名稱、資產(chǎn)規(guī)格、倉庫號、生產(chǎn)廠家、使用時機(jī)、管理分工、接裝驗收人、使用維護(hù)人、是否是易耗品等信息上報平臺，寫到對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表中。

3.3 借用管理

（1）提交借用申請。

（2）工作站。

圖1 倉儲功能架構(gòu)Figure 1 Storage function structure

1）刷工作卡或人臉識別，讀取身份信息，并與操作人員的基本信息包括姓名、部門、職工編碼、聯(lián)系電話等進(jìn)行數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，確認(rèn)操作人員身份。

2）選擇要借用的資產(chǎn)，并自動進(jìn)行語音和貨架上的安裝指示燈提醒?？蛇x擇調(diào)配機(jī)器人協(xié)助搬運(yùn)。

3）從貨架上拿取相應(yīng)的資產(chǎn)。機(jī)器人自動到指定貨架位置。

4）機(jī)器人將資產(chǎn)拿到指定的工作臺邊。

5）在工作站電腦上顯示刷卡記錄，核對申請借用清單與實際借用是否符合，彈出取出的資產(chǎn)列表、未取出的列表、取錯的報警列表；由借用人員點擊確認(rèn)，完成借用。

3.4 資產(chǎn)歸還

（1）刷工作卡或人臉識別，讀取身份信息，確認(rèn)操作人員身份。

把歸還資產(chǎn)放到工作站讀寫器掃描區(qū)或者手持機(jī)App盤點；點擊“歸還”按鈕，系統(tǒng)自動盤點歸還設(shè)備，顯示歸還列表。

（2）確認(rèn)歸還資產(chǎn)。聲光提醒歸還的貨位，可選擇調(diào)配機(jī)器人協(xié)助搬運(yùn)。

（3）機(jī)器人將歸還的資產(chǎn)搬運(yùn)到指定貨架。

4 智慧倉儲系統(tǒng)硬件架構(gòu)

4.1 RFID智能貨架

通過將小件物品都部署上超高頻標(biāo)簽RFID標(biāo)簽，智能貨架部署RFID讀寫器、天線、分支器等，確保全面感知整個貨架，可實時獲取每個小物品的位置。

在每層的頂部固定平板天線，每層部署8口天線分支器，將所有的天線進(jìn)行級聯(lián)，完成對整個架子的全覆蓋管理?？蛇M(jìn)行實時盤庫。

對開放式管理架進(jìn)行區(qū)域劃分，同時每個區(qū)域部分部署標(biāo)識指示燈。通過一個顯示器以及指示燈實時顯示當(dāng)前資產(chǎn)的位置情況，并進(jìn)行語言播報。仙居公司智能倉儲系統(tǒng)貨架如圖2所示。

4.2 智能盤庫機(jī)器人/智能搬運(yùn)機(jī)器人

采用2.4G遠(yuǎn)距離識別技術(shù)和125K低頻喚醒技術(shù)，在機(jī)器人上安裝讀寫器、低頻激活器，機(jī)器人經(jīng)過貼有125K+2.4G雙頻標(biāo)簽的區(qū)域時，標(biāo)簽將被激活讀取，因為機(jī)器人具備導(dǎo)航定位功能，從而完成對資產(chǎn)的定位以及清點。

可設(shè)置低頻激勵器的工作范圍：1～3.5m，到該區(qū)域內(nèi)的標(biāo)簽激活并上報數(shù)據(jù)。此外，平時標(biāo)簽處于休眠狀態(tài)，以節(jié)省電源，增加標(biāo)簽使用壽命。

盤庫機(jī)器人按照指定的路徑完成自動清點，同時免去了對貨架的改造，采用雙頻方案可控制區(qū)域覆蓋，一次經(jīng)過可完成全部物資盤點，盤庫機(jī)器人展示圖如圖3所示。

中心調(diào)度服務(wù)器獲取一張全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，對所有機(jī)器人進(jìn)行實時管理，智能倉儲系統(tǒng)機(jī)器人功能設(shè)計概述：

（1）WiFi無線網(wǎng)絡(luò)連接所有機(jī)器人與中心調(diào)度服務(wù)器。

（2）每臺機(jī)器人擁有獨(dú)立的IP地址，具備二維碼識別以及紅外尋跡功能。它們沿著尋跡線路系統(tǒng)，按照地面上規(guī)劃的紅外尋跡線進(jìn)行，遇到二維碼后掃描二維碼位置信息并傳給調(diào)度服務(wù)器，由中心調(diào)度服務(wù)器下發(fā)指令（拐彎、暫停、繼續(xù)前進(jìn)等）給智能盤庫機(jī)器人，控制智能盤庫機(jī)器人的下一步行進(jìn)路徑。

圖2 仙居公司智能倉儲系統(tǒng)貨架展示Figure 2 Display of smart storage system shelf in Xianju company

圖3 智能盤庫機(jī)器人Figure 3 Intelligent library robot

（3）地面上的尋跡線路系統(tǒng)由二維碼點和紅外尋跡線組成，構(gòu)成與中心調(diào)度服務(wù)器相同的全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，中心調(diào)度服務(wù)器上可運(yùn)行迪杰斯特拉算法，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌刂茻o線智能機(jī)器人的行進(jìn)方向。

（4）中心調(diào)度服務(wù)器應(yīng)具有重新設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c貨物擺放的應(yīng)用接口。

（5）在整個行進(jìn)過程中，依托于機(jī)器人上的讀寫器和天線完成資產(chǎn)的自動盤庫、巡檢。

4.3 智能物品管理機(jī)器人

設(shè)置不同的貨架區(qū)，每個貨架區(qū)由指定一臺智能管理機(jī)器人管理，這樣可以提高機(jī)器人工作效率。所有智能機(jī)器人共享一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，為了避免相撞需要中心調(diào)度服務(wù)器設(shè)計改進(jìn)算法。

4.4 手持終端

用于資產(chǎn)清點確認(rèn)。盤點時，管理員手持RFID手持終端，庫存信息盤點上傳，系統(tǒng)會自動進(jìn)行信息核實，無入庫內(nèi)的工具以淺紅色背景標(biāo)識、缺失的工具以淺綠色背景標(biāo)識、正確的工具以白色背景標(biāo)識，管理員能夠現(xiàn)場直觀掌握工具信息。盤點結(jié)果上傳至計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計保存結(jié)果。

4.5 智能通道門

當(dāng)未授權(quán)的資產(chǎn)進(jìn)出倉庫時，智能通道門會自動報警，如圖4所示。

圖4 智能通道門Figure 4 Smart access door

5 結(jié)束語

智慧倉儲建設(shè)是在倉儲標(biāo)準(zhǔn)化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)上開展的管理提升，是倉儲管理發(fā)展的必經(jīng)之路，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在要求。智慧倉儲系統(tǒng)操作簡單、功能實用，系統(tǒng)使用者的要求降到最低，只要具備計算機(jī)操作基礎(chǔ)，就能夠使用本系統(tǒng)進(jìn)行倉儲管理工作。智慧倉儲系統(tǒng)具有強(qiáng)大的事件集中收集分析和處理能力，可適用于多種電子標(biāo)簽的電子芯片讀寫器，能夠同時自動讀取大量物資信息，并及時生成出入庫單據(jù)、進(jìn)行有效信息過濾和分析。智慧倉儲系統(tǒng)動態(tài)讀取RFID標(biāo)簽信息，利用圖表等展示形式顯示讀取狀態(tài)，對異動數(shù)據(jù)進(jìn)行提示告警，同時能實現(xiàn)對物資生命周期管理的智能化和可視化，倉庫管理從而實現(xiàn)方便快捷且真實可信的無紙化辦公。

伴隨著信息技術(shù)的不斷升級和變革，智慧倉儲系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用為智能型水電站的建設(shè)打下了堅實基礎(chǔ)。目前，智慧倉儲系統(tǒng)的應(yīng)用在水電物資管理行業(yè)屬于起步階段，很多功能仍需要不斷完善。但隨著越來越多信息技術(shù)的不斷進(jìn)步及企業(yè)對智慧倉儲系統(tǒng)認(rèn)可度的不斷提升，智慧倉儲系統(tǒng)必將得到更加廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造更多的管理效益