基于RFID技術(shù)的電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)研究

付 豪，林 侃, 秦 桐

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

電力行業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)的連續(xù)性要求很高，因此大多數(shù)電廠都儲(chǔ)備了數(shù)量可觀的備品備件以滿足生產(chǎn)需要[1]。備品備件的倉(cāng)儲(chǔ)管理是保持電廠正常運(yùn)行的必要基礎(chǔ)，一方面?zhèn)淦穫浼^(guò)多會(huì)造成物資積壓、增加庫(kù)房面積，提高保管費(fèi)用，進(jìn)而影響企業(yè)的資金運(yùn)轉(zhuǎn)效率；另一方面，儲(chǔ)備過(guò)少則會(huì)造成備件供應(yīng)不及時(shí)，增加停機(jī)時(shí)間，妨礙機(jī)組維修進(jìn)度，使企業(yè)遭受更大損失。

目前國(guó)內(nèi)電廠的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題[2-4]：1)庫(kù)存量大且信息化程度較低，部分電廠的倉(cāng)儲(chǔ)管理仍以手工為主；2)出入庫(kù)手續(xù)繁瑣，人工盤(pán)點(diǎn)耗時(shí)耗力且出錯(cuò)率較高；3)無(wú)法及時(shí)科學(xué)的制定配置計(jì)劃。以國(guó)電黑龍江某電廠為例，其倉(cāng)儲(chǔ)物資約47萬(wàn)件，庫(kù)存資金達(dá)2 145萬(wàn)元，嚴(yán)重影響企業(yè)的人力資源配置、物資管理水平和資金周轉(zhuǎn)效率。針對(duì)電力行業(yè)備品備件的倉(cāng)儲(chǔ)管理現(xiàn)狀，建立一套智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可以有效提高企業(yè)的管理效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

本文提出以B/S結(jié)構(gòu)(即瀏覽器和服務(wù)器架構(gòu)模式)為基礎(chǔ)[5]，建立基于條碼、RFID[6]等自動(dòng)物體識(shí)別與數(shù)據(jù)分析技術(shù)的數(shù)字化智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，管理備品備件，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)管理自動(dòng)化、預(yù)警與展示智能化、配置科學(xué)化。

隨著國(guó)家在智能制造和智慧能源等領(lǐng)域的建設(shè)規(guī)劃，智慧電廠的概念不斷普及并被行業(yè)認(rèn)可，電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的普及將進(jìn)一步豐富和推進(jìn)電廠的智慧化建設(shè)[7]。

1 電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。一套完整的RFID系統(tǒng)由讀寫(xiě)器、電子標(biāo)簽及相應(yīng)的應(yīng)用軟件三部分組成。讀寫(xiě)器發(fā)射一定頻率的無(wú)線電波，電子標(biāo)簽接收到讀寫(xiě)器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量將存儲(chǔ)在芯片中的信息數(shù)據(jù)送出，此時(shí)讀寫(xiě)器讀取信息并解碼后送至應(yīng)用程序做相應(yīng)處理[6]。通過(guò)將RFID電子標(biāo)簽粘貼在設(shè)備或貨架上以建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，根據(jù)電子標(biāo)簽的唯一性，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的精準(zhǔn)定位。RFID技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 RFID技術(shù)原理

電廠倉(cāng)儲(chǔ)以最小包裝為單位，每個(gè)包裝上貼有RFID標(biāo)簽，該標(biāo)簽內(nèi)包含物資的規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)廠家、合同編號(hào)、貨架位置等信息。與傳統(tǒng)的條形碼相比，RFID標(biāo)簽可識(shí)別移動(dòng)物體，并可透過(guò)外部材料同時(shí)讀取多個(gè)物資信息，讀取速度快、存儲(chǔ)信息量大，操作便捷。以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)物資的批量入庫(kù)、出庫(kù)、盤(pán)點(diǎn)等操作，實(shí)時(shí)更新臺(tái)賬信息，極大的提升電廠倉(cāng)儲(chǔ)管理的自動(dòng)化、智能化水平。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖2所示，主要由基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)支撐層和應(yīng)用平臺(tái)層組成[8-9]。基礎(chǔ)設(shè)施層包括應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、RFID識(shí)別系統(tǒng)、門(mén)禁識(shí)別設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境采集設(shè)備等。平臺(tái)支撐層統(tǒng)一管理信息系統(tǒng)資源池，提供統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維管理和平臺(tái)服務(wù)。應(yīng)用平臺(tái)層則基于平臺(tái)服務(wù)層提供的運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維能力，匹配電廠備品備件管理業(yè)務(wù)場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)電廠倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的智慧管理、智慧運(yùn)營(yíng)。

圖2 電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

RFID識(shí)別系統(tǒng)作為電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)的主要工作終端，通過(guò)RFID讀寫(xiě)設(shè)備、RFID標(biāo)簽、無(wú)線終端及應(yīng)用服務(wù)器等搭建的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以迅速實(shí)現(xiàn)備品備件物資的定位、信息查找、盤(pán)點(diǎn)、轉(zhuǎn)移等倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)。

1.3 核心業(yè)務(wù)流程

通過(guò)電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，當(dāng)物資到達(dá)后，利用手持終端迅速完成物資盤(pán)點(diǎn)并貼碼準(zhǔn)備入庫(kù)，結(jié)合RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)臺(tái)賬信息的實(shí)時(shí)更新。針對(duì)電廠的工器具，申請(qǐng)人員可進(jìn)行不同工具組合或一套工具拆解申請(qǐng)，從而完成借出使用和歸還。同時(shí)系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)定好維護(hù)和檢定計(jì)劃，可對(duì)物資實(shí)施定期的維護(hù)和檢定。根據(jù)維護(hù)和檢定意見(jiàn)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資進(jìn)行停用或報(bào)廢處理。電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可根據(jù)臺(tái)賬信息的動(dòng)態(tài)變化，及時(shí)提醒管理人員采購(gòu)物資，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)物資的全生命周期管理。智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)核心業(yè)務(wù)流程圖

2 電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理核心應(yīng)用

2.1 入庫(kù)管理

通過(guò)電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，當(dāng)采購(gòu)物資到達(dá)驗(yàn)收后，現(xiàn)場(chǎng)制作打印RFID標(biāo)簽并貼在外包裝，該標(biāo)簽包含了物料編碼、規(guī)格型式、數(shù)量、單位、采購(gòu)單編號(hào)、供應(yīng)商等信息。可在倉(cāng)庫(kù)入口設(shè)置固定式RFID讀寫(xiě)器，當(dāng)物資進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)的同時(shí)，讀寫(xiě)器會(huì)將該批次的所有物料信息都上傳至倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(warehouse management system，WMS)，完成物資的自動(dòng)入庫(kù)。

退料入庫(kù)時(shí)可根據(jù)RFID標(biāo)簽的唯一性找到退庫(kù)物料的出庫(kù)物料憑證，根據(jù)物料憑證做反向操作實(shí)現(xiàn)入庫(kù)作業(yè)。該作業(yè)建議由移動(dòng)RFID接收終端完成。

2.2 庫(kù)存管理

1)庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)

智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)創(chuàng)建盤(pán)點(diǎn)憑證及盤(pán)點(diǎn)任務(wù)，并將任務(wù)下發(fā)給手持終端設(shè)備，倉(cāng)庫(kù)管理員通過(guò)手持掃描終端能夠在5～10 min內(nèi)對(duì)指定的貨架、庫(kù)區(qū)或重點(diǎn)物資實(shí)現(xiàn)自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)。系統(tǒng)能夠根據(jù)周期自動(dòng)生成盤(pán)點(diǎn)計(jì)劃，并能夠即時(shí)提醒盤(pán)點(diǎn)作業(yè)人員進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)作業(yè)。

庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)包括計(jì)劃性盤(pán)點(diǎn)和抽查盤(pán)點(diǎn)，盤(pán)點(diǎn)后系統(tǒng)生成報(bào)告，也可以輸出excel或word文檔供打印輸出。如盤(pán)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生差異，可在智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中進(jìn)行差異調(diào)整并確保信息一致。自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)功能不僅可提高盤(pán)點(diǎn)作業(yè)的精度，也大幅降低了庫(kù)存管理員的盤(pán)點(diǎn)工作量。

2)物資維護(hù)

系統(tǒng)對(duì)需要定期維護(hù)保養(yǎng)、檢定的物資進(jìn)行登記與臺(tái)賬管理。包括：制定維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃、檢定計(jì)劃、生成計(jì)劃任務(wù)；維護(hù)保養(yǎng)及檢定過(guò)程與結(jié)果錄入；對(duì)超周期未完成計(jì)劃任務(wù)時(shí)自動(dòng)提醒；完成計(jì)劃后登記維護(hù)保養(yǎng)臺(tái)賬實(shí)時(shí)查詢。

2.3 出庫(kù)管理

2.3.1 常規(guī)出庫(kù)

智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)通過(guò)獲取領(lǐng)料單信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則精準(zhǔn)定位。精確定位系統(tǒng)通過(guò)貨位位置安放RFID標(biāo)簽，通過(guò)貨位與RFID標(biāo)簽的綁定，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)給出領(lǐng)料倉(cāng)位后精確的路徑規(guī)劃，并且輔以警示燈，警示燈覆蓋所有貨位，并且與貨架配套整體美觀，避免由于不熟悉而導(dǎo)致錯(cuò)拿的現(xiàn)象。發(fā)生錯(cuò)拿現(xiàn)象時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。出庫(kù)時(shí)，物資通過(guò)倉(cāng)庫(kù)出口的固定式RFID讀寫(xiě)器時(shí)，二者完成信息交互，并將出庫(kù)信息同步至智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)完成臺(tái)賬的實(shí)時(shí)更新。

2.3.2 無(wú)人值守出庫(kù)

夜間無(wú)人值守系統(tǒng)包括門(mén)禁管理、自助領(lǐng)料及自助出庫(kù)等，利用面部識(shí)別、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(augmented reding，AR)、精確定位、智能導(dǎo)航等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)夜間在沒(méi)有倉(cāng)庫(kù)管理人員參與的情況下自助領(lǐng)料、出庫(kù)。

1)門(mén)禁管理

門(mén)禁管理結(jié)合面部識(shí)別技術(shù)，通過(guò)二維碼掃描申請(qǐng)臨時(shí)準(zhǔn)入，記錄訪問(wèn)人部門(mén)、聯(lián)系方式、訪問(wèn)事由等信息，臨時(shí)準(zhǔn)入為一次性且有實(shí)效。面部識(shí)別確認(rèn)準(zhǔn)入并生成訪問(wèn)記錄。

2)自助領(lǐng)料

自助領(lǐng)料分為預(yù)約取料和臨時(shí)取料。

預(yù)約取料由領(lǐng)料人在規(guī)定的時(shí)間前將領(lǐng)料單發(fā)給倉(cāng)庫(kù)管理人員，倉(cāng)庫(kù)管理人員提前備貨并放入自助領(lǐng)料柜。領(lǐng)料人通過(guò)二維碼確認(rèn)核對(duì)領(lǐng)料信息并實(shí)現(xiàn)人工自助領(lǐng)料。

臨時(shí)領(lǐng)料時(shí)需要自助終端設(shè)備，自助終端設(shè)備通過(guò)工號(hào)進(jìn)行登陸。終端設(shè)備可以通過(guò)物料名稱模糊搜索，確認(rèn)后生成領(lǐng)料任務(wù)單。根據(jù)領(lǐng)料任務(wù)單，系統(tǒng)自動(dòng)規(guī)劃路徑，結(jié)合自助終端和倉(cāng)位的位置傳感器提供導(dǎo)航服務(wù)以及記錄領(lǐng)料人在庫(kù)內(nèi)的行為路徑。精確定位同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)取件報(bào)錯(cuò)報(bào)警。

3)自助出庫(kù)

自助出庫(kù)是指在領(lǐng)料人有領(lǐng)料單的情況，通過(guò)自助領(lǐng)料完成領(lǐng)料任務(wù)后一鍵出庫(kù)。如果領(lǐng)料是臨時(shí)申請(qǐng)的，則需要通過(guò)AR驗(yàn)證領(lǐng)料與任務(wù)單匹配，避免遺漏或錯(cuò)誤，驗(yàn)證通過(guò)自動(dòng)出庫(kù)并把庫(kù)存變化信息同步到智能倉(cāng)儲(chǔ)管理平臺(tái)。

2.4 輔助功能

電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警功能，管理人員可根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況為倉(cāng)庫(kù)總量、每種物資設(shè)置上下警戒線，當(dāng)庫(kù)存數(shù)量接近或超出警戒線時(shí)，進(jìn)行報(bào)警提示，及時(shí)地進(jìn)行庫(kù)存物資采購(gòu)調(diào)整，優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)和庫(kù)存。庫(kù)存預(yù)警提醒內(nèi)容包括過(guò)保質(zhì)期提醒、定期維護(hù)保養(yǎng)提醒、安全庫(kù)存下限提醒等。

智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)還提供報(bào)表工具，可以按照指定的周期，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行平均和匯總，形成日?qǐng)?bào)、月報(bào)等報(bào)表，讓管理人員及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握物資狀況，提供輔助決策信息。

在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)置一塊電子顯示屏，可以顯示庫(kù)存物資的數(shù)量、空倉(cāng)率、工單任務(wù)、報(bào)表顯示、報(bào)警信息等內(nèi)容，方便倉(cāng)管員的日常工作。

3 電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)配置與實(shí)施效果

3.1 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、傳感監(jiān)測(cè)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，集成了各類(lèi)傳感裝置、RFID電子標(biāo)簽、智能終端設(shè)備等，搭建了一個(gè)以過(guò)程控制為手段，以資產(chǎn)管理為核心的全生命周期的智能管理平臺(tái)。智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)的軟硬件配置見(jiàn)表1和表2所列。

表1 核心功能模塊

表2 核心硬件配置

3.2 實(shí)施效果

通過(guò)以上搭建的電廠智能倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：

1)可視化倉(cāng)庫(kù)管理：首先對(duì)倉(cāng)庫(kù)的物理空間分區(qū)域劃分，對(duì)各個(gè)物理空間分配一標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，建立數(shù)字化庫(kù)位，依托倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房三維建模展示功能，實(shí)現(xiàn)任一庫(kù)存物資定位展示；

2)倉(cāng)庫(kù)作業(yè)數(shù)字化：通過(guò)物資的條碼/RFID標(biāo)簽，使用手持終端完成物資入庫(kù)、出庫(kù)、移庫(kù)、退庫(kù)、及其他庫(kù)內(nèi)作業(yè)的自動(dòng)信息采集、貨位推薦、工作引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)物資自動(dòng)盤(pán)點(diǎn)。WMS與企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning，ERP)系統(tǒng)的集成，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，并自動(dòng)與ERP數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，保證了賬、物一致，減少了工作量；

3)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控：根據(jù)特殊備品備件儲(chǔ)存要求，在倉(cāng)庫(kù)關(guān)鍵點(diǎn)安裝溫濕度傳感器以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，當(dāng)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)溫濕度不滿足條件要求時(shí)，可自動(dòng)聯(lián)鎖通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)并提醒倉(cāng)管員及時(shí)查看，防止備件生銹、腐蝕等；

4)庫(kù)存配置管理優(yōu)化：基于采集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)分析對(duì)維護(hù)類(lèi)、應(yīng)急類(lèi)、長(zhǎng)期類(lèi)等不同屬性的備品備件分別制定針對(duì)性的庫(kù)存控制策略，通過(guò)智能管理平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算出發(fā)補(bǔ)庫(kù)需求，以優(yōu)化備品備件庫(kù)存資源，消減過(guò)度安全的備件庫(kù)存，提升服務(wù)水平偏低的備件的庫(kù)存水平；建立多元化的聯(lián)合倉(cāng)儲(chǔ)管理模式，與供應(yīng)鏈上下游企業(yè)一起協(xié)作共贏，推廣實(shí)施電廠聯(lián)合儲(chǔ)備、供應(yīng)商參與的庫(kù)存代保管及管理等儲(chǔ)備模式，從而大幅降低庫(kù)存數(shù)量、庫(kù)存金額、提高倉(cāng)儲(chǔ)效率。

4 結(jié)語(yǔ)

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)電廠備品、備件、材料和其它各種物資進(jìn)行智能化、信息化管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄貨品入庫(kù)信息、自動(dòng)記錄貨品出庫(kù)信息、物資信息分析與共享以及與廠內(nèi)信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)接等功能。

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了物資全生命周期管理、出入庫(kù)流程標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)支持PC、智能手機(jī)、觸摸屏、一體機(jī)等多種智能終端，通過(guò)與門(mén)禁、視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)及ERP部系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)記錄、及時(shí)預(yù)警、合理配置等功能，減少了人工成本、提高了電廠的智能化管控水平。