風電場備品備件管理中RFID與條碼技術結合應用研究

文 | 瞿杲

風電場備品備件物資是保障風電機組安全的重要物質基礎，物資的提前儲備和快速準確定位，可以大大縮短風電機組的維護時間，從而提高風電設備的穩定性和可靠性。一個風電場的倉庫管理水平會直接影響風電機組的可利用率和健康程度。傳統的風電場備品備件管理主要依靠人力和經驗，但有限的人力資源和繁多的備品備件難以適應目前風電機組備品備件快速更新和維護的需求，同時傳統的風電場倉庫管理也無法實現保障“需求實時感知，資源可視掌控”的目標。因此，有必要探尋更加高效智能的風電場備品備件管理方式。本文分析了射頻識別技術（RFID）與條碼技術用于風電場備品備件管理的可行性，提出了兩項技術結合以解決傳統風電場備品備件管理問題的新思路。

傳統風電場備品備件管理存在的問題

風電場備品備件是指風電機組和升壓站的裝備備品、備件、易耗品和工器具等。一些常用備件和易耗備件需求量較大，是保證機組正常安全運行的關鍵物資，同時也是風電場存儲的主要物資之一。一般來說，相對于其他電力企業，風電企業在生產需求方面具有非常大的不確定性和突發性，這就使得風電企業對電力物資倉庫管理有很高的要求。傳統模式下的風電場備品備件管理，存在較多的不足。

一、備品備件管理效率低

目前，風電場倉庫管理完全依賴人工操作，但風電場的人數規模遠遠小于火電廠，專門設立一個倉庫管理員的職位非常不切實際。風電場為方便應急情況下備品備件的快速出庫，通常采用誰用誰出庫配合人員定期盤點的管理方法，但該方法存在諸多缺陷：（1）人員資質參差不齊，出庫過程中有時會出現紕漏，增加后期盤點工作的難度。（2）備品備件種類繁多（不同風電機組廠家所用備件品牌、型號不同）、大小各異（大到軸承和電機，小到熔絲），人工盤點工作需要消耗大量的人力、物力和時間，常常出現盤點錯誤。（3）當需要出庫備品備件時，不能第一時間找到所需的備品備件，僅憑兼職管理員的記憶和經驗去查尋，效率低下，嚴重影響風電機組的維護進度。（4）目前，倉庫的備品備件沒有統一的編碼標準，只能靠人工操作電腦進行記錄和統計分析，不能實時做到庫存預警，無法很好地適應緊急情況下的備件調撥。

二、物資標準化程度低

隨著信息技術的快速發展，傳統的倉庫管理體系已經無法支撐起目前的倉庫管理工作，主要體現在物資管理沒有明確的標準。對風電機組供貨廠商而言，能否盡快調撥貨物是他們關心的主要問題，基本忽略了物資的標準化統一，如物資的編碼工作。部分電力行業已經開始對倉庫物資進行編碼，并制定詳細的編碼規則和標準。科學合理的編碼方式不僅有助于倉庫的物資管理，同時也對技術臺賬管理、設備壽命管理、技術監督管理等工作有很好的促進作用。不同于其他電力行業，風電企業沒有專門的部門開展物資的標準化管理工作，無法花費較大的精力對物資的種類以及特征進行詳細分類，這在一定程度上加重了風電場內部日常工作的強度和難度。

三、實時共享能力低下

傳統的備品備件數據統計方法從一開始的手寫記錄到現在通過Excel軟件進行人工錄入，雖然形式上的轉變對數據存儲和提取有很大的幫助，但從本質上還是無法解決備品備件數據庫的“更新不及時、錄入繁瑣、共享程度低”等問題。同時，風電場往往采用員工輪值倒班的運行方式，若備品備件數據庫未及時更新，會直接影響下一值的安全生產運行。

RFID與條碼技術用于備品備件管理的分析

RFID與條碼技術在物流行業的應用已經較為普遍，但目前在電力行業未得到很好的普及和應用，兩項技術應用在備品備件管理中各有優勢與不足。

一、RFID技術在備品備件中的應用

當在風電場備品備件管理中應用RFID 技術時，每一個備品備件都有相應的RFID電子標簽。通過RFID閱讀器讀取電子標簽就能得到該物品的所有信息；將信息存儲于實時數據庫中，再配合備品備件管理軟件，就能實現風電場備品備件的出入庫自動化管理、定期盤點分析、庫存預警等功能。

（一）可行性

1.提升環保與經濟效益

建立基于RFID技術的風電場備品備件管理系統，對現有備品備件數據庫進行實時精確統計，實現物件實時定位，庫存實時預警，定期生成分析報表，制定科學采購計劃，解決風電場“急需品量少供應不及時、易耗品過剩而閑置、大部件采購數量難確定”等問題，優化風電場備品備件庫存。

2.降低人工成本

通過提高出入庫效率、多目標同時識別、信息實時交互和更新，能夠減輕風電場內部日常工作的強度和難度，有效縮短庫存盤點時間，運維人員能把更多時間投入風電機組安全生產運行中，提高風電機組的可利用率。

3.安全系數較高

每個備品備件上都裝有電子標簽，利用閱讀器能夠監視物品的位置，防止被盜。同時，RFID技術有密碼保護功能，不易被偽造。

4.推動“泛在電力物聯網”建設

2019年3月8日，國家電網有限公司在其發布的《泛在電力物聯網建設大綱》中明確了泛在電力物聯網的概念。將RFID技術應用于風電場的備品備件管理，滿足泛在物聯網“全息感知和廣泛互聯產生共享數據，通過融合融通提供價值服務”建設目標的要求，符合泛在電力物聯網的建設理念。

（二）局限性

結合風電企業自身的特殊性，RFID技術存在一些不足。

1.技術還未成熟

RFID技術復雜，出現時間較短。由于超高頻RFID電子標簽具有反向反射性特點，而風電場備品備件中有較大部分為金屬物件，使其應用較為困難。

2.投入成本較高

RFID系統配套設備和電子標簽價格較高，為普通條碼標簽的幾十倍，風電場備品備件種類繁多且更新快，勢必會造成投入成本過高，一些易耗品的價格甚至低于電子標簽的價格，這對風電企業非常不友好，很大程度上降低了企業在風電場備品備件管理中使用RFID技術的積極性。

二、條碼技術在備品備件管理中的應用

條碼技術是集編碼、印刷、識別、數據采集和處理于一身，應用最為普遍的自動化識別技術。利用條碼技術能夠快速準確地識別采集備品備件的數據。

（一）可行性

1.數據采集快，信息密度高

條碼掃描采集速度是電腦鍵盤輸入的5倍，輸入12個字符或者字串的時間僅為0.3s，基本可以實現信息的即時采集。同時，配合自動化識別管理系統，一個條碼能夠攜帶大量信息。

2.成本低廉，制作簡便

相對于應用越來越廣泛，運行成本較高的語音、指紋、臉部等識別技術，條碼技術成本低廉，只需要一張標簽紙和一個掃碼裝置，再配合自動化識別管理系統，就能滿足風電場日常需求，并且條碼標簽可通過打印機批量打印，對操作人員的技術水平要求不高。

3.技術成熟，靈活性高

條碼技術能夠在最短的時間內采集備品備件的數據，并且準確率高，誤碼率低于百萬分之一。在外部相關設備失靈的情況下，還可以通過手動輸入的方式讀取備品備件的信息。

（二）局限性

結合風電場自身的特殊性，條碼技術有一些不足。

1.可視范圍小，標簽不易保存

與RFID技術相比，掃碼槍只能接收它視野范圍內的條碼，讀取時需要合適的采光。條碼標簽一般以紙質為材料，若被劃破、污染或脫落，掃描儀就無法識別。而對于RFID技術，只要目標在讀取器的作用范圍內就可以被讀取。

2.無法識別、區分具體備件

條碼不能辨認具體的備件，貼在所有同一種備品備件包裝上的條碼都是一樣的，無法辨認相同的備件中做過特殊處理、保質期已過或者相對重要的備件。

3.安全系數低，無法追蹤物件

由于條碼標簽制作方便，價格低廉，所以，容易被偽造和復制，相應地會對備品備件的安全性造成影響。尤其是對一些貴重的備件，僅僅依靠條碼進行出入庫管理無法保證其安全和實時跟蹤鎖定。

RFID與條碼技術結合在風電場備品備件管理中的應用

RFID技術整個系統配套設備的成本遠遠高于條碼技術。若在風電場備品備件管理中完全使用RFID技術，過高的成本會導致風電場的經濟技術指標嚴重失衡，不符合企業成本管控的要求。此外，RFID技術還未成熟，無法解決技術標準不統一、金屬和液體等對電子標簽使用的影響以及中間件等問題，增大了投入的風險。因此，成本和技術問題較大程度上限制了RFID技術在風電場備品備件管理中的完全應用。而條碼技術雖然無法取代RFID技術的大部分功能，但它使用成本低廉，技術發展成熟。因此，如果二者取長補短，相互結合，就能在風電場備品備件管理中發揮最佳的效力。

圖1 某風電場1.5MW風電機組頻發性和偶發性故障占比

圖2 風電場內部備品備件編碼規則（供參考）

一、RFID與條碼技術結合應用方法

（一）2/8法則分類

根據2/8法則，風電場約80%的故障為偶發性故障，約20%的故障為頻發性故障（如圖1）。再結合風電場自身的特殊性進行科學分類：80%的偶發性故障所涉及的備品備件占整個庫存的20%，這些備件通常價格高、存儲要求高、臨時采購困難，如變流器并網開關、SVG功率模塊、電纜、軸承等，將其歸為A類。而20%的頻發性故障所涉及的備品備件占整個庫存的80%，這些備件往往價格相對較低、可替代性強，出現短缺時，短時間內能夠完成籌措和采購，如熔絲、空氣開關、碳刷等，將其歸為B類。

（二）編碼規則的制定

隨著我國電力系統自動化程度的提高和電力體制改革的推進，KKS電站標識系統作為一種電廠標識系統的標準，能夠將不同制造商和供應商的設備代碼進行統一，并且擴展性強，延續性好。不同于其他能源企業，KKS編碼系統在風電行業的應用起步較晚。同時，風電場備品備件具有數量大、型號多、更新快、采購途徑廣等特點，短時間內還無法完全適應該編碼系統。結合風電場自身的特殊性和KKS編碼的優點，本文制定了一種適用于風電場內部的編碼規則（如圖2）。

根據每個備品備件的編碼形成條碼和電子標簽，為B類備品備件貼上條碼，A類備品備件貼上電子標簽，通過條碼技術和RFID技術相結合，將數據錄入風電場相應備品備件管理系統，實現對裝備物資的實時監控和管理。

二、RFID與條碼技術結合應用效果

表1 某風電場倉庫月度盤點中兩種盤庫方式的時長統計

RFID與條碼技術的結合能夠實現從“數據錄入”到“數據采集”、從“人工找貨”到“導向定位取貨”的轉變。利用物聯網技術，建立庫存動態數據庫，引入“監控平臺”，可以實現倉庫的庫位管理、動態盤點、動態庫存、全生命周期管理以及電子化單據確認等智能倉儲功能，讓管理更加高效、快捷，為企業安全生產和設備運行管理提供智能化支撐。

（一）縮短盤庫時長

某風電場目前已上線RFID和條碼技術結合的管理系統，在月度庫存盤點中對倉庫分別使用傳統和新模式兩種方法進行盤庫。傳統盤庫采用人工清點和電腦手動錄入以及人工核對的方式，新模式盤庫采用掃碼槍和RFID讀寫器進行掃描自動錄入和自動核對的方式。通過比對兩種盤庫方式的時長，對新模式下的風電場倉庫盤點進行效果評估。

1.測試方法

因每一個備品備件系統都有其特殊性，如控制柜類備品備件，種類繁多，但每個種類的數量較少，清點起來比較繁瑣；接地系統類大多為碳刷類備品備件，種類較單一，清點起來比較方便。為保證試驗的統一性，探究不同系統下兩種盤庫方式的應用效果，試驗將分別對每個備品備件系統進行單獨測試。

試驗共有兩人參與：一人負責盤庫，一人用秒表記錄盤庫時長，以一個系統為一個時長記錄單位，記錄時長包括備品備件錄入時長和核對時長。

2.測試結果

通過分析表1及圖3的測試數據結果可以明顯發現，新模式下的盤庫時長較傳統模式大幅度減少。其中，A類運用RFID技術幾乎可以做到盤庫工作的瞬間完成，整體的盤庫時間縮短約90.5%。同時也可以看出像種類繁多的控制柜類備件，其盤庫時長較傳統方式也能縮短約89%，而種類較單一的接地系統備件則能縮短高達約93%的時長。

（二）實現庫存預警

通過RFID和條碼技術對備品備件的數據采集，風電場備品備件管理系統建立與之對應的實時數據庫，在對數據庫進行分析的基礎上，能夠實現庫存預警、全生命周期管理等功能。圖4為某風電場庫存的預警界面，風電場可根據預警信息制定備品備件采購計劃。

（三）優化A類備品備件管理

A類備品備件雖然平時在風電機組故障處理中很少用到，但這類備品備件對風電機組的安全生產運行至關重要，它們具有不可替代、價格昂貴、調撥難、采購周期長等特點，所以，該類備品備件的保存環境和出入庫管理就格外重要。通過RFID技術不但能形成安全網絡對設備進行實時定位和跟蹤，并且只要A類備品備件通過倉庫門，就能實現自動出入庫管理。需要注意的是，A類備品備件不一定局限于以上所說的備件種類，劃分標準可以根據風電場內部的實際情況來確定。

圖3 某風電場兩種盤庫方式用時統計

圖4 庫存預警

結語

RFID與條碼技術結合在風電場備品備件管理中的應用有效解決了傳統風電場倉庫管理的弊端，實現庫存的可視化、智能化、標準化管理，盤活了風電場的庫存，避免運行成本高等問題，提升了企業效益。電力企業應主動掌握并嘗試運用前沿技術和設備，加快智能化成果轉化，積極提升企業信息化、智能化水平，推動“泛在電力物聯網”建設。