吳英豪 王蕾

[摘 要]倉儲作業(yè)設(shè)備尤其是傳送和揀選設(shè)備的工作狀況正常與否直接影響著整個倉儲作業(yè)的安全性。因此，倉儲自動化程度越高，就越需要對作業(yè)設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、記錄、報警和處理?，F(xiàn)代倉儲系統(tǒng)一般都需要配備作業(yè)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，對關(guān)鍵作業(yè)設(shè)備進行實時監(jiān)測和安全處理，其目的在于保障倉儲作業(yè)安全、保障倉儲作業(yè)能快速進行下去、提高管理決策水平、使倉儲管理工作更加便捷、降低不必要的成本和減少可能的損失。

[關(guān)鍵詞]WSN；倉儲設(shè)備；監(jiān)控系統(tǒng)

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.20.040

1 倉儲設(shè)備監(jiān)控管理中面臨的問題

1.1 大部分企業(yè)的倉儲作業(yè)設(shè)備監(jiān)控還處于人工檢測階段

這種方式?jīng)Q定了作業(yè)設(shè)備故障診斷多是在機器運行出現(xiàn)故障后或拆開檢查后才知道機器的某部分發(fā)生故障。這樣為確保機器的正常運行不得不規(guī)定定期維修檢查制度。

1.2 對倉儲設(shè)備進行定期檢修是很多企業(yè)的做法

雖然對設(shè)備進行定期檢修能夠避免設(shè)備產(chǎn)生大規(guī)模的損壞而導致無法進行正常的倉儲作業(yè)管理活動這樣的狀況，但是，這種做法導致了機械設(shè)備的過度維修。這不僅使設(shè)備維修缺乏針對性、有效性，還造成了很大程度的人力資源浪費。此外，還容易引起維修人員的疏忽和麻痹大意。由此可能產(chǎn)生新的隱患。

1.3 部分企業(yè)采用有線網(wǎng)絡(luò)或閉路電視來對倉儲設(shè)備進行監(jiān)控

比起人工檢測和事故后維修設(shè)備以及定期檢測，這種設(shè)備檢測方式顯然要先進一些，但是，受制于有線網(wǎng)絡(luò)本身的特點：大量布線、電源之間的干擾、對設(shè)備及人員可能產(chǎn)生危害等。這也增加了設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的危險性和不可控性。此外，這種方式也不能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性、完整性。必然會對設(shè)備運行狀態(tài)的評估產(chǎn)生影響，進而對決策帶來潛在的風險。

針對以上倉儲作業(yè)設(shè)備監(jiān)控中存在的問題，本文設(shè)計了基于WSN的檢測系統(tǒng)，以期為企業(yè)的倉儲管理降低人工費用、維修費用，提高作業(yè)效率、協(xié)作效率，增強企業(yè)的競爭力。

2 倉儲作業(yè)設(shè)備監(jiān)控的意義和目的

開展倉儲作業(yè)設(shè)備安全監(jiān)控的研究，全面提高倉儲監(jiān)控的科學技術(shù)水平，對有效減少事故隱患，預防和控制重大事故的發(fā)生，減少重大經(jīng)濟損失和保障物流環(huán)節(jié)能有效暢通具有重大現(xiàn)實意義。

（1）實時、準確的對倉儲作業(yè)設(shè)備的運行參數(shù)、運行狀態(tài)、運行狀況作出全面監(jiān)測和了解，以便及時發(fā)現(xiàn)故障時能及時排除，預防和消除因作業(yè)設(shè)備帶來的事故隱患，保證倉儲作業(yè)能夠安全、高效、順利的進行。

（2）對倉儲機械設(shè)備進行監(jiān)測監(jiān)控還可以對設(shè)備運行狀態(tài)進行跟蹤和記錄，了解倉儲系統(tǒng)各個設(shè)備運行的歷史參數(shù)，對設(shè)備的未來趨勢有個大致預判，便于倉儲作業(yè)人員根據(jù)狀態(tài)進行維修、更換、報廢，降低倉儲運行成本；還可以比對了解設(shè)備提供商的設(shè)備運行質(zhì)量、性能及性價比，對倉儲設(shè)備采購做出更加合理的決策提供事實依據(jù)。

（3）為設(shè)備生產(chǎn)提供商提供設(shè)備運行數(shù)據(jù)，便于提供商根據(jù)數(shù)據(jù)進行改造升級、優(yōu)化設(shè)備性能；也可以根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)以及說明書建立合理的設(shè)備維修制度，以便在合理的條件下挖掘設(shè)備的運行潛力等。

總的來說，進行設(shè)備監(jiān)控的目的就是確保倉儲系統(tǒng)的安全、高效地運行，預防和消除事故隱患，避免事故發(fā)生；在設(shè)備發(fā)生故障的時候能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的應對措施，把潛在隱患降至最低，把潛在損失降到最小。

3 WSN應用體系架構(gòu)

WSN是Wireless Sensor Network的簡寫，是指這樣的一種技術(shù)：它將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)以及通信技術(shù)集成在一起，來實現(xiàn)信息的采集、信息的傳輸、信息的處理三種功能的統(tǒng)一，它與計算機技術(shù)和通信技術(shù)一起構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集的量化處理、融合和傳輸。其綜合了微電子技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等先進技術(shù)，能夠協(xié)同地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，再將處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組織多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。

典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常包括一個或多個匯聚節(jié)點（Sink），網(wǎng)關(guān)和大量的傳感器節(jié)點，如圖1所示。其中，傳感器節(jié)點具有一定的感知、計算和通信能力，通過自組織或人工組網(wǎng)的方式形成多跳無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點間協(xié)作地收集數(shù)據(jù)，經(jīng)過多跳的方式傳送給匯聚節(jié)點。匯聚節(jié)點一般承擔網(wǎng)關(guān)的功能，通過以太網(wǎng)、WiFi和移動網(wǎng)絡(luò)與外界進行數(shù)據(jù)交換。

圖1 典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種以感知客觀物理世界為目標的新型信息處理系統(tǒng)，感知和采集監(jiān)測環(huán)境和監(jiān)測對象的信息，涉及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、管理和服務(wù)框架、信息傳輸路由機制的建立、面向應用的分布式信息處理模式等問題。由于其涉及多學科的交叉，功能上可以將其劃分為通信系統(tǒng)、中間件和應用系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

通信系統(tǒng)實現(xiàn)組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸，包括各種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應用層），以及低功耗的無線通信電路設(shè)計，保證物理數(shù)據(jù)的傳輸；中間件對分布的傳感器節(jié)點進行管理和協(xié)調(diào)，提供低通信開銷、動態(tài)可擴展的核心服務(wù)，包括節(jié)點部署/定位、拓撲控制、時間同步、安全機制和系統(tǒng)管理等服務(wù)，為上層應用提供支持；應用系統(tǒng)為最終用戶提供數(shù)據(jù)采集、分類和跟蹤服務(wù)，并提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，主要包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)融合。

4 基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)模式。三層中第一層是業(yè)務(wù)邏輯層，主要包括倉庫基站，有一些RFID標簽、超級節(jié)點以及檢測設(shè)備狀態(tài)的溫濕度、壓力等監(jiān)控節(jié)點等組成；第二層是數(shù)據(jù)通信層主要是信息采集設(shè)備，包括RFID閱讀器、智能機站和本地上位機；第三層是用戶界面層，主要包括中心數(shù)據(jù)庫平臺。

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用多層次混合架構(gòu)，分別運用B/S以及C/S的優(yōu)點來實現(xiàn)三層的架構(gòu)模式。

根據(jù)倉儲作業(yè)的實際需求，在不同的需要監(jiān)測的倉儲設(shè)備上提前部署好對應的WSN節(jié)點、RFID標簽以及RFID閱讀器。

4.1 數(shù)據(jù)采集設(shè)備

盡管數(shù)據(jù)采集設(shè)備有很多，但本系統(tǒng)主要使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、RFID標簽以及超級節(jié)點這三種設(shè)備。RFID標簽可以標志倉儲設(shè)備的信息，比如，設(shè)備種類、ID號、生產(chǎn)日期等；無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以對倉儲設(shè)備的狀態(tài)信息，比如，速度、位置、電流等實時采集和傳遞，還可以采集倉儲設(shè)備的周圍環(huán)境信息，比如，溫濕度、含氧量等；超級節(jié)點則集合了它們的功能，既可存儲記錄設(shè)備信息也可存儲記錄來自傳感器傳遞來的信息。

4.2 車載/倉庫基站

一般來說，車載/倉庫基站設(shè)備也具有多樣性，在基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中我們采用普通的車載/倉庫電子標簽閱讀器、智能基站和普通的無線傳感網(wǎng)絡(luò)基站這三種。它們各有各的功能和明確的分工，以便于倉儲信息管理。普通的電子標簽閱讀器僅用于對倉儲作業(yè)設(shè)備信息的采集；智能基站既是電子標簽閱讀器又是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點。主要用來讀取無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采集的設(shè)備狀態(tài)信息和周圍環(huán)境信息以及RFID標志的設(shè)備識別信息。達到對倉儲管理的身份認證、特定設(shè)備監(jiān)控、應用管理和作為環(huán)境監(jiān)測中心的作用（根據(jù)監(jiān)測設(shè)備的要求，相應的RFID部署，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和不同設(shè)備的RFID閱讀器。

4.3 數(shù)據(jù)平臺

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)其核心部分是中心數(shù)據(jù)庫平臺，它主要包括三部分的數(shù)據(jù)庫：日常信息、部門信息和知識庫。日常信息數(shù)據(jù)庫包括與設(shè)備管理信息相關(guān)的數(shù)據(jù)。信息數(shù)據(jù)庫包括負責人員設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)部門，設(shè)備和其他標識信息。知識庫中包含的設(shè)備類型，特征和維護要求。

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)合超級節(jié)點采集到的標簽信息，可以具有確定設(shè)備位置、對異常事件進行判斷等功能?；赪SN的倉儲設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)一旦判定設(shè)備運行狀態(tài)或環(huán)境發(fā)生異?；蛘咴O(shè)備需要維修，則智能基站可以給用戶發(fā)出警報信息，并將異常信息寫入電子標簽，實現(xiàn)對倉儲設(shè)備的全程實時監(jiān)控。設(shè)備管理人員可以使用普通的RFID讀取了解設(shè)備信息和環(huán)境信息，及時修理或更換設(shè)備。通過每天，每周，設(shè)備資源利用率的統(tǒng)計分析每月占用時間，可為倉儲設(shè)備管理人員提供決策依據(jù)。

5 倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

5.1 信源廣泛

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)不僅能監(jiān)測設(shè)備信息、設(shè)備運行信息、設(shè)備狀態(tài)信息以及設(shè)備周圍環(huán)境信息，還能監(jiān)測到貨物信息。因此，相較于傳統(tǒng)的倉儲信息采集，其信息源要廣泛得多，這樣就能更準確地把握倉儲運行狀態(tài)，對倉儲管理就更有針對性、有效性。

5.2 信息處理技術(shù)比較簡單

盡管基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)信息源廣泛、采集上來的信息較多，甚至可以說是海量信息，但是信息相處處理起來則比較簡單。這是因為日常業(yè)務(wù)活動都被模塊化了，而一些不太常見的異常狀況則可以有系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫平臺里的知識庫加以學習和總結(jié)，進而形成流程化。

5.3 提高倉儲效率，降低倉儲成本

基于WSN的倉儲設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)毫無疑問提高倉儲的物流效率，降低了倉儲的運行成本。對倉儲機械設(shè)備的智能化監(jiān)測可以有效地配置設(shè)備，降低設(shè)備的空置率、空閑率，加上對異常狀況的及時處理，可以降低由此而帶來的潛在損失；又加之可以監(jiān)測設(shè)備周圍的環(huán)境，則可以選擇設(shè)備運行路線，提高倉儲作業(yè)的效率。

6 結(jié) 論

倉儲設(shè)備是進行倉儲活動的基礎(chǔ)，也是保障各項倉儲工作得以順利進行的基礎(chǔ)之一，倉儲設(shè)施與設(shè)備是物流系統(tǒng)中貫穿于物流的全過程、深入到各作業(yè)細節(jié)的復雜的技術(shù)支撐要素，是物流的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是物流運作效率的關(guān)鍵因素。倉儲設(shè)施設(shè)備的布局、技術(shù)水平、選擇與配置，直接影響著物流功能的實現(xiàn)及系統(tǒng)效益。因而倉儲設(shè)備在倉儲管理中一直被視為一個重要的組成部分之一。隨著無線傳感技術(shù)和各項信息技術(shù)的發(fā)展，倉儲設(shè)備的管理也理應相應提升，以滿足日益增長的倉儲各項活動的需求。本文通過對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點、優(yōu)勢等設(shè)計出了一種針對倉儲作業(yè)設(shè)備監(jiān)控管理的系統(tǒng)，希望能解決現(xiàn)階段倉儲設(shè)備管理中存在的問題，有效地提高倉儲作業(yè)的效率和管理水平，并對有關(guān)研究提供借鑒和思考。

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