煙草物流備件庫管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究

李偉

湖南省煙草公司衡陽市公司 湖南 衡陽 421001

1 背景

近年來，隨著煙草行業(yè)智慧物流建設(shè)的推進，各地市公司物流配送中心先后完成了全自動化或半自動化倉儲、分揀系統(tǒng)的建設(shè)，全自動化設(shè)備的運行對設(shè)備可靠性要求高，因為一旦某個環(huán)節(jié)故障時間過長，將會導(dǎo)致整個生產(chǎn)的停滯[1]。自動化分揀線運行前期，設(shè)備磨損較小，性能較為穩(wěn)定，設(shè)備故障較少，備件問題不突出，目前很多分揀線運行已經(jīng)超過5年，設(shè)備開始進入老化期,無論是機械元件的磨損,還是電氣元件的的老化,都需要更換備件.備件供應(yīng)的及時性將直接影響到日常作業(yè),而備件庫的管理仍比較粗放，按照國家局“以數(shù)字化轉(zhuǎn)型驅(qū)動生產(chǎn)經(jīng)營管理方式變革，實現(xiàn)煙草產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的上下貫通、左右連通、內(nèi)外融通”為指導(dǎo),通過積極主動推動數(shù)字技術(shù)與各業(yè)務(wù)工作深度融合，從 “降本、增收、提效”等企業(yè)核心目標(biāo)出發(fā)，推進備件庫的數(shù)字化改造迫在眉睫[2]。

2 備件庫面臨的主要問題

各地市煙草公司都建立備件庫，面積小的只有幾十平方，面積大的有上百平方，備件庫貨架以采用鋼結(jié)構(gòu)的多層貨架為主[3]，每層貨架放置一定數(shù)量的周轉(zhuǎn)箱，備件按照一定使用習(xí)慣放置在周轉(zhuǎn)箱內(nèi)，相對而言，備件的管理比較粗放,主要有以下問題：

一是備件存儲區(qū)域未合理劃分，備件存放只是簡單分類，未能充分結(jié)合備件的電氣/機械、所屬區(qū)域、使用頻繁度、備件價值等屬性進行分類管理；二是日常入庫、在庫、出庫、備件申請等作業(yè)都是通過紙質(zhì)化進行，庫存賬本采用傳統(tǒng)的手工做賬，作業(yè)效率低[4]。

二是備件的出庫作業(yè)經(jīng)常在設(shè)備維修時發(fā)生，部分備件出庫未及時登記，導(dǎo)致庫存臺賬賬實不符，備件數(shù)量統(tǒng)計不準(zhǔn)確。

三是備件種類超過1500種,備件的各種基礎(chǔ)信息收集不全,比如備件的產(chǎn)品型號、廠家，具體參數(shù)，國產(chǎn)/進口，名稱，性能，所屬區(qū)域等。一些備件可能已經(jīng)停產(chǎn)，需要新的備件替換的話，就必須熟知其特性。

四是備件查找困難。因備件種類多，機械件的形狀、大小各不一樣，部分機械自制件屬于那臺設(shè)備也不一定清楚；電氣件比如光電管從外觀看，同一外觀的光電管種類可能有七八種，而不同位置要求的光電管不一樣，需要備件的時候一般是日常維修和設(shè)備故障時，當(dāng)發(fā)生故障時，備件的不同屬性會導(dǎo)致查找備件的時間延長，甚至?xí)霈F(xiàn)因缺少備件影響生產(chǎn)停機的情況。

五是備件庫的安全管理。工具都放置在備件庫，工作人員或外來運維人員一旦缺少工具就會從備件庫查找，但卻不一定及時歸還，每年都要遺失一定數(shù)量的工具。

六是備件老化問題。備件都有使用壽命限制，比如橡膠產(chǎn)品，出廠六年后都會老化，因?qū)浼娜霂鞎r間并不清晰，備件是否老化，還能用多久也不清晰，目前的備件庫出庫基本是有什么拿什么，沒有嚴格按照先進先出的思路使用備件，降低了備件的使用壽命。

七是庫存不合理。備件價值各不一樣，價值高的達到幾十萬，價值低的只有幾毛錢。購買備件是按照經(jīng)驗來采購，是否合理，是否有必要還有待進一步驗證。而每個備件都要占用一定的資金，不合理的庫存導(dǎo)致成本上升。

3 研究路線

數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)該分為管理上轉(zhuǎn)型和技術(shù)上的轉(zhuǎn)型[5]。企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中首先要明確的是具體的管理目標(biāo)，再根據(jù)管理目標(biāo)采用合適的數(shù)字化技術(shù)備件管理的，因此重要的不是選擇什么技術(shù)，首要是解決備件管理中存在的問題。備件庫管理的首要問題是備件管理和庫位管理兩個方面。備件管理主要是按照備件的屬性進行管理,庫位管理主要是對倉庫的規(guī)劃、貨區(qū)的布置、存儲位置的設(shè)置及優(yōu)化等管理。針對備件庫管理存在的問題，按照數(shù)字轉(zhuǎn)型要求，備件庫的數(shù)字化轉(zhuǎn)型可分為以下四個階段：

第一階段是備件分類和編碼。備件種類較多，對備件合理的分類和編碼是開展備件庫數(shù)字化管理的第一步。根據(jù)備件最穩(wěn)定的屬性、工藝特性以及工作需要對其進行分類，可以按照其特性分為機械件、電氣件、工具類以及信息類資產(chǎn)等。其中機械件包含緊固件、連結(jié)件、傳動件、氣動元件、密封件、潤滑件、軸承、彈簧等；電氣件包含電機、控制電器、主令電器、檢測電器、保護電器、執(zhí)行電器和電子元件等；工具主要指手動工具，測量工具、電氣工具以及氣動工具等。信息類主要是指服務(wù)器，臺式機以及筆記本以及相關(guān)的零配件。

圖1 備件分類代碼圖

備件編碼采用十位數(shù)字進行編碼，共分五層。如下圖所示。

第二階段備件庫合理規(guī)劃。優(yōu)化備件庫的備件存放位置，按影響程度大小、機械/電氣，消耗速度、所屬區(qū)域等將備品備件庫存結(jié)構(gòu)進行合理規(guī)劃。備庫庫庫房主要劃分為四個區(qū)域：一是工具和耗材專區(qū)，存放日常工具和耗材；二是報廢、返修專區(qū)，用于存放報廢和返修的備件；三是機械零配件區(qū)，主要是按照區(qū)域存放機械零配件；四是電氣件區(qū)，主要是按照電氣性能存放電氣設(shè)備。

第三階段是建立信息化系統(tǒng)。主要包含四個部分：一是通過對物流配送中心的備件日常出入庫跟蹤調(diào)研，完成備件日常出入庫流程梳理，建設(shè)符合物流配送中心的備件日常管理體系。二是安裝機械視覺識別攝像頭，完成備件圖片數(shù)據(jù)采集入庫，建立備件圖形模型庫。三是通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字傳感器收集數(shù)據(jù)，將貨架與備件類型通過RFID進行關(guān)聯(lián)綁定，完成備件數(shù)據(jù)的整體錄入，通過對備件的采購、貼標(biāo)入庫、日常使用相關(guān)出庫和還庫自助操作、盤點、查詢等環(huán)節(jié)進行標(biāo)記、識別、信息追加、追蹤與監(jiān)管，實現(xiàn)備件的智能識別、全面感知、全程追溯和實時管控。四是信息共享。作為設(shè)備管理系統(tǒng)的一個終端，備件庫系統(tǒng)需要打破信息孤島，與其它管理系統(tǒng)做好接口，保證備件系統(tǒng)的信息流實施傳到到其它管理系統(tǒng)，為決策提供數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)架構(gòu)圖如下圖所示：

圖2 備件庫系統(tǒng)架構(gòu)圖

第四階段是數(shù)字化階段。首先是數(shù)據(jù)收集階段。數(shù)據(jù)主要來源于四個方面，一是從其它系統(tǒng)對接過來的設(shè)備數(shù)據(jù)、備件信息、作業(yè)計劃等；二是備件庫歷史數(shù)據(jù)；三是通過RFID等傳感器收集的數(shù)據(jù)；四是備件庫本系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（1、備件屬性信息，比如采購成本、數(shù)量、國產(chǎn)/進口、電子/機械、自然老化周期、關(guān)鍵程度、采購周期、更換頻率、可替代性等屬性，2、供應(yīng)商信息、3、出入庫信息等），要盡可能根據(jù)工作需要，選擇適合自己的數(shù)據(jù)范圍，形成有效的數(shù)據(jù)信息庫。其次是數(shù)據(jù)加工和分析階段，通過對已有的數(shù)據(jù)進行梳理、分析、加工，并進一步對數(shù)據(jù)進行分類和描述，對數(shù)據(jù)進行挖掘與探索，找出其中的關(guān)聯(lián)。最后是智能分析階段。對數(shù)據(jù)利用的本質(zhì)是實現(xiàn)合理庫存的目標(biāo)，通過數(shù)據(jù)的利用，建立備件庫智能分析模型，提高備件利用效率，降低資金占用成本。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

RFID技術(shù)。RFID技術(shù)是自動化的，大量數(shù)據(jù)批量采集技術(shù)，使企業(yè)能夠更有效地追蹤產(chǎn)品和資產(chǎn)，相比傳統(tǒng)條碼掃描，提升數(shù)據(jù)采集效率可達10倍以上，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率至99.5%。基于RFID的信息化系統(tǒng)可以統(tǒng)一數(shù)據(jù)描述規(guī)范、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)、減少重復(fù)投入[6]。

備件入庫時，每個備件都安裝RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽里詳細記錄備件的產(chǎn)地，價格，所屬設(shè)備，型號、參數(shù)、電子/機械設(shè)備，國產(chǎn)/進口、供應(yīng)商等信息，出庫時需要掃描標(biāo)簽并移除，相關(guān)信息從系統(tǒng)中做出庫操作。在備件庫出口安裝RFID門，當(dāng)備件未按照流程出庫，將會出現(xiàn)報警。備件庫里安裝RFID天線，能夠自動感知在庫的RFID標(biāo)簽信息，能夠更有效的追蹤物流配送中心的備件出入庫情況，改善備件出入庫無跡可尋的現(xiàn)狀，實現(xiàn)備件管理的全面感知、全程追溯，為物流配送中心掌握備件庫存數(shù)據(jù)提供支持。如下圖所示：

圖3 RFID備件管理流程圖

機器視覺技術(shù)。機器視覺是采用8個高清攝像頭將被檢測的備品備件轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的智能網(wǎng)關(guān)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，智能網(wǎng)關(guān)對這些信號進行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，如面積、外觀、尺寸、顏色、文字，再根據(jù)預(yù)設(shè)的允許度和其他條件輸出結(jié)果，包括尺寸、類型、庫存數(shù)、存放位置，實現(xiàn)自動識別和計算功能。主要步驟分為四步：

第一步：備件分類建模。每個備件手工拍攝超過100張以上照片，定義備件數(shù)據(jù)集，將同類圖片按照一個數(shù)據(jù)集進行導(dǎo)入，對數(shù)據(jù)集中的圖片進行去模糊、去近似、旋轉(zhuǎn)、鏡像等多種基礎(chǔ)清洗服務(wù)，對數(shù)據(jù)標(biāo)注類型設(shè)定，可設(shè)定不同的圖像分類，對備件按照不同、形狀進行分類定義，完成圖像建模工作。以螺釘為例，如下圖所示：

圖4 螺釘3D模型建模圖

第二步：備件分類標(biāo)簽。為各備件增加標(biāo)簽，實現(xiàn)標(biāo)簽與圖像的對應(yīng)，定義備件分類標(biāo)簽，將標(biāo)簽與分類建模綁定，通過自定義標(biāo)簽用于完善數(shù)據(jù)集中每張圖片的標(biāo)簽，可以按照不同類別進行大小類區(qū)分，實現(xiàn)快速從標(biāo)簽中查詢備件外形、外觀。

第三步：備件分類識別。訓(xùn)練完成的模型存儲在本地服務(wù)器。備件庫的專用操作臺上安裝八個高清攝像頭，高清攝像頭拍攝圖片后向控制器發(fā)起請求，控制器接收照片，通過圖像分析引擎對圖片分類進行判斷，主要算法采用相關(guān)性、卡方、交叉核、巴氏距離四種計算方式，同類比較采用訓(xùn)練庫中圖片進行比較，再通過AI計算，取閾值最高項，識別出結(jié)果后將結(jié)果推送到系統(tǒng)中，完成了圖像識別階段工作。

周轉(zhuǎn)箱改造。周轉(zhuǎn)箱改造的前提是規(guī)范標(biāo)簽即對貨架的各個貨格號做好命名，然后按照命名規(guī)則在貨架橫梁上貼好標(biāo)簽。周轉(zhuǎn)箱改造的目的是實現(xiàn)備件的ABC分類管理和方便備件查找。對于C類物品，主要是一些價值不高、數(shù)量大的物品，比如螺絲，墊片等只要分類集中放置在周轉(zhuǎn)箱就可以，不需要做改造。對于B類物品，主要是指一些使用相對不頻繁，價值也不太高的物品，只要在周轉(zhuǎn)箱上安裝一個2A電源、LED燈、一路繼電器開關(guān)，當(dāng)查找備件時，實現(xiàn)簡單的聲光報警功能即可。對于A類價值高物品，要在原有B類改造的基礎(chǔ)上新增一個485智能鎖，若要取出備件，需要通過系統(tǒng)或?qū)Ｈ碎_鎖才能取出物品。部分重要物品可以根據(jù)情況加裝一個MIN顯示屏。所有的周轉(zhuǎn)箱上都粘貼一個二維碼標(biāo)簽，結(jié)合RFID功能，通過掃描二維碼可以查詢目前周轉(zhuǎn)箱的備件基本信息。如下圖所示：

圖5 周轉(zhuǎn)箱改造圖

4 結(jié)束語

備件庫數(shù)字化轉(zhuǎn)型作的目的企業(yè)提高效率，降低成本的重要手段，不是為了轉(zhuǎn)型而轉(zhuǎn)型，因此重點在于分析目前管理中存在的問題，做好備件分類管理，規(guī)范備件庫流程，通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)解決實際中的痛點問題，最終實現(xiàn)合理庫存，提升企業(yè)競爭力的目的。