婁季峰，王炳芳，張 迪，王 川

（1.國(guó)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(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，應(yīng)用射頻識(shí)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(shí)別的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。國(guó)家電網(wǎng)有限公司為深入落實(shí)2019年政府工作報(bào)告相關(guān)部署，全面啟動(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬(wàn)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(guó)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(lèi)及數(shù)量、出入庫(kù)的頻率都在與日俱增，而國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司倉(cāng)儲(chǔ)管理仍借助于傳統(tǒng)的人工管理方法和手段，采用智慧倉(cāng)儲(chǔ)的應(yīng)用迫在眉睫。就是利用RFID射頻識(shí)別、WiFi技術(shù)及先進(jìn)管理方法，實(shí)現(xiàn)入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)庫(kù)、移庫(kù)管理的信息自動(dòng)抓取、自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)預(yù)警及智能管理功能，以降低倉(cāng)儲(chǔ)成本、提高倉(cāng)儲(chǔ)效率，提升倉(cāng)儲(chǔ)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(jì)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，通過(guò)改善傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)的管理模式，改變?nèi)斯ぁ⒓垙埼募涗洖榛A(chǔ)的管理方式、追蹤進(jìn)出庫(kù)的物資，提升倉(cāng)庫(kù)管理的效率，實(shí)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(shí)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括建立物資基礎(chǔ)信息庫(kù)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(kù)識(shí)別門(mén)技術(shù)及屏幕顯示技術(shù)等。

1.1 建立物資基礎(chǔ)信息庫(kù)技術(shù)

由各倉(cāng)庫(kù)自行填報(bào)，將新入庫(kù)物資和所有在庫(kù)物資基礎(chǔ)信息整理匯總，批量導(dǎo)入或錄入到智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)平臺(tái)，系統(tǒng)自動(dòng)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(shí)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(wú)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(tái)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(jí)物資管理人員使用App掃描，可實(shí)時(shí)查看物資詳細(xì)信息，并對(duì)該物資在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)上進(jìn)行相應(yīng)操作。但由于二維碼出入庫(kù)管理方式僅能針對(duì)單個(gè)物資進(jìn)行掃描出入庫(kù)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(shí)別的英文縮寫(xiě)，利用射頻信號(hào)通過(guò)空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息實(shí)現(xiàn)物體識(shí)別，主要由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器和天線三部分組成。對(duì)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(tái)賬批量寫(xiě)入RFID電子標(biāo)簽，再通過(guò)射頻信號(hào)感應(yīng)識(shí)別，讀取并解析物資的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)物資批量庫(kù)存管理。對(duì)于流轉(zhuǎn)頻率高且不易損毀的物資實(shí)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(cāng)儲(chǔ)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(duì)重點(diǎn)管控物資的快速定位跟蹤，并在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中實(shí)時(shí)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(duì)重點(diǎn)管控物資（如主機(jī)設(shè)備等），通過(guò)GPS定位跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)物資的定位導(dǎo)航。

1.5 出入庫(kù)識(shí)別門(mén)技術(shù)

非接觸式出入庫(kù)門(mén)即在倉(cāng)庫(kù)大門(mén)加裝多個(gè)RFID識(shí)別讀寫(xiě)裝置及天線，實(shí)現(xiàn)能夠同時(shí)快速識(shí)別多個(gè)物資的芯片信息（1～200個(gè)），并能夠自動(dòng)生成打印出入庫(kù)等各類(lèi)單據(jù)，操作快捷方便。

1.6 屏幕顯示技術(shù)

為智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)接入顯示屏幕，在倉(cāng)庫(kù)適宜位置，通過(guò)數(shù)據(jù)傳遞展示倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存動(dòng)態(tài)，建立綜合展示平臺(tái)，將存儲(chǔ)物資領(lǐng)用、庫(kù)存、維修、報(bào)廢等情況及倉(cāng)儲(chǔ)管理當(dāng)中的其他情況在大屏上實(shí)時(shí)、統(tǒng)一、動(dòng)態(tài)展示[10]。

2 智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)總體描述

2.1 系統(tǒng)功能總體介紹

智能盤(pán)庫(kù)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(pán)庫(kù)機(jī)器人、智能物品管理機(jī)器人、智能盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)管理平臺(tái)軟件等設(shè)備。并實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）自動(dòng)定位：盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有庫(kù)存物品的自動(dòng)定位，定位精度達(dá)到厘米級(jí)，可以引導(dǎo)倉(cāng)庫(kù)管理人員到庫(kù)存物品附近。

（2）自動(dòng)盤(pán)庫(kù)：盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)可以按照規(guī)劃好的路徑，自動(dòng)完成庫(kù)房?jī)?nèi)存儲(chǔ)物資的盤(pán)點(diǎn)，當(dāng)物品被誤放到錯(cuò)誤位置時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并形成盤(pán)庫(kù)報(bào)表。

（3）自動(dòng)搬運(yùn)：盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)可以自動(dòng)將物品運(yùn)送到指定的位置，包括從倉(cāng)庫(kù)門(mén)口運(yùn)送到規(guī)劃好的存儲(chǔ)位置，以及從存儲(chǔ)位置運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)門(mén)口。

（4）自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警功能，當(dāng)未經(jīng)授權(quán)的物品或人員進(jìn)出時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)報(bào)警。

（5）其他功能：盤(pán)庫(kù)系統(tǒng)中的機(jī)器人可以自動(dòng)進(jìn)行充電，并具備攝像和實(shí)時(shí)通信功能。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)層介紹

盤(pán)庫(kù)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(gè)資產(chǎn)設(shè)備部署RFID標(biāo)簽。

1）智能盤(pán)庫(kù)機(jī)器人按照既定的路徑規(guī)劃，完成整個(gè)貨架的數(shù)據(jù)清點(diǎn)、巡更；同時(shí)支持出入庫(kù)時(shí)，自動(dòng)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(dòng)采集所有資產(chǎn)的RFID標(biāo)簽信息。

3）為了便于定位每個(gè)物品的位置，對(duì)普通貨架做簡(jiǎn)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(tái)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(pán)庫(kù)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(pán)庫(kù)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(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，準(zhǔn)確定位每個(gè)資產(chǎn)的具體位置。

（3）應(yīng)用層。

依托于采集到的每個(gè)物資的具體精確位置，進(jìn)行大數(shù)據(jù)平臺(tái)應(yīng)用。全流程無(wú)人參與，重點(diǎn)對(duì)自動(dòng)盤(pán)庫(kù)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)是否需要補(bǔ)庫(kù)、在庫(kù)情況是否異常等。

3 智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.1 軟件功能

倉(cāng)儲(chǔ)管理作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，除了提供基本倉(cāng)儲(chǔ)管理功能外，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)建立庫(kù)存預(yù)警、庫(kù)存策略優(yōu)化、庫(kù)存分類(lèi)分析等統(tǒng)計(jì)分析模型，為庫(kù)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(kù)登記

入庫(kù)登記完成對(duì)資產(chǎn)唯一標(biāo)識(shí)的初始化工作：

（1）制定編碼規(guī)則，通過(guò)條碼打印機(jī)，將資產(chǎn)按照倉(cāng)庫(kù)、貨架等信息，形成規(guī)則，事先做好對(duì)應(yīng)的條碼。

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

（3）將對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)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(cāng)庫(kù)號(hào)、生產(chǎn)廠家、使用時(shí)機(jī)、管理分工、接裝驗(yàn)收人、使用維護(hù)人、是否是易耗品等信息上報(bào)平臺(tái)，寫(xiě)到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)表中。

3.3 借用管理

（1）提交借用申請(qǐng)。

（2）工作站。

圖1 倉(cāng)儲(chǔ)功能架構(gòu)Figure 1 Storage function structure

1）刷工作卡或人臉識(shí)別，讀取身份信息，并與操作人員的基本信息包括姓名、部門(mén)、職工編碼、聯(lián)系電話等進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)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(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音和貨架上的安裝指示燈提醒。可選擇調(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(dòng)到指定貨架位置。

4）機(jī)器人將資產(chǎn)拿到指定的工作臺(tái)邊。

5）在工作站電腦上顯示刷卡記錄，核對(duì)申請(qǐng)借用清單與實(shí)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(cuò)的報(bào)警列表；由借用人員點(diǎn)擊確認(rèn)，完成借用。

3.4 資產(chǎn)歸還

（1）刷工作卡或人臉識(shí)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(xiě)器掃描區(qū)或者手持機(jī)App盤(pán)點(diǎn)；點(diǎn)擊“歸還”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)硬件架構(gòu)

4.1 RFID智能貨架

通過(guò)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(xiě)器、天線、分支器等，確保全面感知整個(gè)貨架，可實(shí)時(shí)獲取每個(gè)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(jí)聯(lián)，完成對(duì)整個(gè)架子的全覆蓋管理?？蛇M(jìn)行實(shí)時(shí)盤(pán)庫(kù)。

對(duì)開(kāi)放式管理架進(jìn)行區(qū)域劃分，同時(shí)每個(gè)區(qū)域部分部署標(biāo)識(shí)指示燈。通過(guò)一個(gè)顯示器以及指示燈實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前資產(chǎn)的位置情況，并進(jìn)行語(yǔ)言播報(bào)。仙居公司智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)貨架如圖2所示。

4.2 智能盤(pán)庫(kù)機(jī)器人/智能搬運(yùn)機(jī)器人

采用2.4G遠(yuǎn)距離識(shí)別技術(shù)和125K低頻喚醒技術(shù)，在機(jī)器人上安裝讀寫(xiě)器、低頻激活器，機(jī)器人經(jīng)過(guò)貼有125K+2.4G雙頻標(biāo)簽的區(qū)域時(shí)，標(biāo)簽將被激活讀取，因?yàn)闄C(jī)器人具備導(dǎo)航定位功能，從而完成對(duì)資產(chǎn)的定位以及清點(diǎn)。

可設(shè)置低頻激勵(lì)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(bào)數(shù)據(jù)。此外，平時(shí)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(pán)庫(kù)機(jī)器人按照指定的路徑完成自動(dòng)清點(diǎn)，同時(shí)免去了對(duì)貨架的改造，采用雙頻方案可控制區(qū)域覆蓋，一次經(jīng)過(guò)可完成全部物資盤(pán)點(diǎn)，盤(pán)庫(kù)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(duì)所有機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)機(jī)器人功能設(shè)計(jì)概述：

（1）WiFi無(wú)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(tái)機(jī)器人擁有獨(dú)立的IP地址，具備二維碼識(shí)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(pán)庫(kù)機(jī)器人，控制智能盤(pán)庫(kù)機(jī)器人的下一步行進(jìn)路徑。

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

圖3 智能盤(pán)庫(kù)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(diǎn)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(wú)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(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c貨物擺放的應(yīng)用接口。

（5）在整個(gè)行進(jìn)過(guò)程中，依托于機(jī)器人上的讀寫(xiě)器和天線完成資產(chǎn)的自動(dòng)盤(pán)庫(kù)、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(gè)貨架區(qū)由指定一臺(tái)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(gè)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(jì)改進(jìn)算法。

4.4 手持終端

用于資產(chǎn)清點(diǎn)確認(rèn)。盤(pán)點(diǎn)時(shí)，管理員手持RFID手持終端，庫(kù)存信息盤(pán)點(diǎn)上傳，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行信息核實(shí)，無(wú)入庫(kù)內(nèi)的工具以淺紅色背景標(biāo)識(shí)、缺失的工具以淺綠色背景標(biāo)識(shí)、正確的工具以白色背景標(biāo)識(shí)，管理員能夠現(xiàn)場(chǎng)直觀掌握工具信息。盤(pán)點(diǎn)結(jié)果上傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)保存結(jié)果。

4.5 智能通道門(mén)

當(dāng)未授權(quán)的資產(chǎn)進(jìn)出倉(cāng)庫(kù)時(shí)，智能通道門(mén)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，如圖4所示。

圖4 智能通道門(mén)Figure 4 Smart access door

5 結(jié)束語(yǔ)

智慧倉(cāng)儲(chǔ)建設(shè)是在倉(cāng)儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化建設(shè)基礎(chǔ)上開(kāi)展的管理提升，是倉(cāng)儲(chǔ)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、功能實(shí)用，系統(tǒng)使用者的要求降到最低，只要具備計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)，就能夠使用本系統(tǒng)進(jìn)行倉(cāng)儲(chǔ)管理工作。智慧倉(cāng)儲(chǔ)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(xiě)器，能夠同時(shí)自動(dòng)讀取大量物資信息，并及時(shí)生成出入庫(kù)單據(jù)、進(jìn)行有效信息過(guò)濾和分析。智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)動(dòng)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(duì)異動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行提示告警，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)物資生命周期管理的智能化和可視化，倉(cāng)庫(kù)管理從而實(shí)現(xiàn)方便快捷且真實(shí)可信的無(wú)紙化辦公。

伴隨著信息技術(shù)的不斷升級(jí)和變革，智慧倉(cāng)儲(chǔ)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(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，智慧倉(cāng)儲(chǔ)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(lái)越多信息技術(shù)的不斷進(jìn)步及企業(yè)對(duì)智慧倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)認(rèn)可度的不斷提升，智慧倉(cāng)儲(chǔ)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