計(jì)量器具配送智能管理技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

胡 岸，劉 水

（國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

目前全國各網(wǎng)省電力公司的電能表、互感器等計(jì)量器具都在進(jìn)行集中檢定和統(tǒng)一配送，為了將計(jì)量器具安全、經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確地配送到各地、市、縣供電公司，迫切需要設(shè)計(jì)一套計(jì)量器具配送管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的配送過程監(jiān)控由配送過程監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)，配送過程監(jiān)控終端有GPS、GIS地理信息系統(tǒng)以及振動(dòng)、溫度、濕度監(jiān)測(cè)模塊組成。通過GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛的地理位置。車載GPS定位系統(tǒng)及GIS地理信息系統(tǒng)，能在線實(shí)時(shí)定位配送車輛的位置，檢查配送車輛是否按要求的指定線路運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量器具的全方面、全過程監(jiān)控。系統(tǒng)采用PDA掌機(jī)對(duì)配送及卸貨過程進(jìn)行監(jiān)控和校驗(yàn)，防止發(fā)生丟件、卸錯(cuò)貨、卸錯(cuò)地、送錯(cuò)貨等情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)配送全過程閉環(huán)管理。

1 研究計(jì)量器具配送智能管理技術(shù)的必要性

1）配送計(jì)劃的合理性，配送成本的降低和配送效率的提升。

計(jì)量器具的配送受配送量、計(jì)量器具的類型規(guī)格、車型選擇和組合、配送目的地的分布、配送線路、道路情況（是否限貨、限號(hào)、限行）等因數(shù)的影響，如何綜合考慮以上因數(shù)，制定出合理的配送計(jì)劃，使計(jì)量器具的配送效率更高、成本更低，必須建立數(shù)學(xué)模型，編制配送管理軟件，軟件能自動(dòng)采集一段時(shí)間內(nèi)需要配送的計(jì)量器具的數(shù)量、類型及配送目的地位置等參數(shù)資料信息，自動(dòng)分析，計(jì)算出全省需要配送的計(jì)量器具最佳配送方案。

2）配送全過程監(jiān)控，防止丟失、錯(cuò)配、漏配和檢測(cè)環(huán)境影響。

一般一個(gè)省有十幾個(gè)地市供電公司、近百個(gè)區(qū)縣供電公司，配送的地域廣，數(shù)量大，批次多。為保證配送運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，一般會(huì)將配送目的地相近的不同計(jì)量器具會(huì)進(jìn)行合并裝車配送。在配送的裝卸過程中，各類丟失、裝錯(cuò)車、多裝貨、送錯(cuò)貨等情況時(shí)有發(fā)生，為杜絕此類情況發(fā)生。需對(duì)計(jì)量器具的配送過程實(shí)施監(jiān)控。

如果配送目的地在較邊遠(yuǎn)的山區(qū)，若道路顛簸，還有車箱內(nèi)的溫、濕度環(huán)境超標(biāo)，都會(huì)影響計(jì)量器具的計(jì)量精度，造成配送計(jì)量器具的損壞。因此，實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具配送的全過程監(jiān)控十分必要。一方面，可通過加強(qiáng)管理以減少上述問題的發(fā)生；另一方面，本項(xiàng)目擬采用先進(jìn)的傳感技術(shù)和通訊技術(shù)，監(jiān)控車箱內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境狀態(tài)，增加資產(chǎn)數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以杜絕此類問題的發(fā)生。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量器具的全方面、全過程監(jiān)控。

現(xiàn)有的計(jì)量器具管理系統(tǒng)包含有計(jì)量器具的資產(chǎn)信息，但不能為配送計(jì)劃的制定提供決策支持，也無法監(jiān)視計(jì)量器具在配送過程中的狀態(tài)，更無法。因此著力于解決以上兩個(gè)配送中的關(guān)鍵問題，同時(shí)提供便利的功能服務(wù)。

2 設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)計(jì)量器具配送的智能化，對(duì)計(jì)量器具配送實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控，使計(jì)量器具的配送效率更高、成本更低，設(shè)計(jì)一種計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)包括配送過程監(jiān)控終端和配送管理PDA。計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)根據(jù)各地配送申請(qǐng)需求，從計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)讀取計(jì)量資產(chǎn)信息，生成配送任務(wù)，直接向配送管理PDA發(fā)送計(jì)量器具配送信息，配送人同攜PDA對(duì)計(jì)量器具配送周轉(zhuǎn)箱條形碼進(jìn)行掃描，通過無線反饋回到系統(tǒng)，形成配送閉環(huán)管理；計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)同時(shí)通過無線向配送過程監(jiān)控終端發(fā)出控制指令，進(jìn)行計(jì)量配送過程中的溫度、濕度和振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，并通過無線將監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋到系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)到的異常情況發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

系統(tǒng)采用計(jì)量器具配送模型進(jìn)行計(jì)量器具的配送管理，支持計(jì)量器具配送計(jì)劃的制定和執(zhí)行；建立配送指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，定量評(píng)價(jià)配送方案的質(zhì)量；開發(fā)高可靠性的物流配送過程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省計(jì)量器具配送全過程監(jiān)控，包括該系統(tǒng)通過溫度、濕度、振動(dòng)傳感器本地記錄車箱環(huán)境數(shù)據(jù)；通過PDA掌機(jī)讀取計(jì)量器具包裝的條碼信息來獲得與之綁定的計(jì)量器具資產(chǎn)信息，并將其與配送方案進(jìn)行較對(duì)；通過GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛的地理位置，指導(dǎo)車輛按既定的配送線路進(jìn)行配送。

配送智能管理系統(tǒng)，根據(jù)各地配送申請(qǐng)需求，從計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)讀取計(jì)量資產(chǎn)信息，綜合分析配送目的地、車輛、道路等情況，計(jì)算出全省需要配送的計(jì)量器具最佳配送方案，確定出配送車型、每車裝載計(jì)量器具的類型和組合、計(jì)量器具在配送車輛中的放置順序、車輛行駛的線路、到站順序、級(jí)聯(lián)器具的卸貨順序、運(yùn)輸及搬運(yùn)等總體配送費(fèi)用。實(shí)現(xiàn)對(duì)全省計(jì)量器具配送的全過程監(jiān)控，監(jiān)控配送資產(chǎn)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，杜絕配送過程中的人為錯(cuò)誤的發(fā)生和減少環(huán)境因素的影響；采集的數(shù)據(jù)會(huì)在第一時(shí)間發(fā)送到主站，并通過短信告知相關(guān)人員。

3 工作原理

3.1 根據(jù)各地的配送需求自動(dòng)生成配送任務(wù)

要完成一批配送任務(wù)，配送管理系統(tǒng)需根據(jù)各地配送需求申請(qǐng)，根據(jù)以下參量、數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析、運(yùn)算和求解。

1）配送申請(qǐng)需求的計(jì)量器具類型規(guī)格、需求數(shù)量、需求時(shí)間和地點(diǎn)；

2）現(xiàn)有計(jì)量器具的庫存情況；

3）對(duì)車輛情況進(jìn)行分析，包括現(xiàn)有能出行車輛的車型、載重等情況；

4）分析配送點(diǎn)的分布、配送線路、道路情況（是否限貨、限號(hào)、限行）等因數(shù)。

系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用倉儲(chǔ)中的計(jì)量器具的資產(chǎn)信息，自動(dòng)采集一段時(shí)間內(nèi)需要配送的計(jì)量器具的數(shù)量、類型及配送目的地理位置等參數(shù)資料信息，通過分析，計(jì)算出全省需要配送的計(jì)量器具最佳配送方案，包括配送車型的選擇、每車裝載計(jì)量器具的類型和組合、計(jì)量器具在配送車輛中的放置順序、車輛行駛的線路、到站順序、級(jí)聯(lián)器具的卸貨順序、運(yùn)輸及搬運(yùn)等總體配送費(fèi)用。同時(shí)，在配送管理軟件中建立關(guān)鍵性能指標(biāo)體系，以定量評(píng)價(jià)配送計(jì)劃執(zhí)行的合理性、成本和效率。

3.2 配送過程監(jiān)控

配送過程監(jiān)控由配送過程監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)，配送過程監(jiān)控終端有GPS、GIS地理信息系統(tǒng)以及振動(dòng)、溫度、濕度監(jiān)測(cè)模塊組成。通過GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛的地理位置。車載GPS定位系統(tǒng)及GIS地理信息系統(tǒng)，能在線實(shí)時(shí)定位配送車輛的位置，檢查配送車輛是否按要求的指定線路運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量器具的全方面、全過程監(jiān)控。

振動(dòng)、溫度、濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊由振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、3片LM331V/F變換器、單片機(jī)AT89C52、RS232、短信模塊、語音告警模塊組成。振動(dòng)傳感器將震動(dòng)參量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出至第1片LM331V/F變換芯片，轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率脈沖輸出到單片機(jī)AT89C52的INT0中斷口，單片機(jī)每收到一個(gè)脈沖設(shè)定的變量自動(dòng)加1，單片機(jī)每過1 s讀一次變量值，并將接收到的脈沖數(shù)根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算出震動(dòng)的烈度值，讀完將變量清0重新計(jì)算；同樣溫度傳感器和濕度傳感器將溫度參量和濕度參量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)分別輸出至第2片、第3片LM331V/F變換芯片，轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率脈沖輸出到單片機(jī)AT89C52的計(jì)數(shù)器T1及T2口，單片機(jī)每1 s讀一次T1、T2的計(jì)數(shù)值，并將接收到的脈沖數(shù)根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算出溫度和濕度的數(shù)值；單片機(jī)通過RS232與短信模塊通訊，將測(cè)得的震動(dòng)、溫度、濕度值發(fā)送到主站，每分鐘1次。所測(cè)得的震動(dòng)、溫度和濕度值實(shí)時(shí)與設(shè)定的閥值進(jìn)行比較，若有異常則通過語音向駕駛員報(bào)警。

3.3 計(jì)量器具配送現(xiàn)場(chǎng)管理

目前計(jì)量器具均采用周轉(zhuǎn)箱裝載配送，根據(jù)計(jì)量器具的想好規(guī)格不同，每個(gè)周轉(zhuǎn)箱裝載計(jì)量器具4到12個(gè)。每個(gè)周轉(zhuǎn)箱上均有RFID條形碼，每個(gè)計(jì)量器具都有設(shè)備條形碼，周轉(zhuǎn)箱裝載的計(jì)量器具其設(shè)備條形碼與周轉(zhuǎn)箱RFID條形碼在出庫前已進(jìn)行綁定，形成了對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此計(jì)量器具在配送出庫、到目的地入庫收貨數(shù)量驗(yàn)收只需讀取周轉(zhuǎn)箱的EFID條碼值，就能得到該箱計(jì)量器具的詳細(xì)信息。配送時(shí)將配送目的地在同一交通線上、方向一致、相距較近的配送任務(wù)采用同一車次配送執(zhí)行。

計(jì)量器具配送現(xiàn)場(chǎng)管理終端采用防水防塵等級(jí)為IP65以上的工業(yè)級(jí)PDA，配送前將若干個(gè)配送任務(wù)下發(fā)到PDA，配送人員攜帶PDA隨配送車輛到各配送目的地。每到達(dá)一個(gè)目的地，PDA軟件會(huì)自動(dòng)根據(jù)GIS配送地理信息系統(tǒng)的定位自動(dòng)顯示出當(dāng)前所到目的地的配送任務(wù)。卸貨時(shí)將周轉(zhuǎn)箱逐箱卸載，每箱都采用PDA掃描周轉(zhuǎn)箱的RFID條形碼，若周轉(zhuǎn)箱卸載錯(cuò)誤，比如將需配送到B地的周轉(zhuǎn)箱準(zhǔn)備A地誤卸了，通過對(duì)箱RFID條形碼的掃描，PDA自動(dòng)根據(jù)掃描的RFID條形碼值在各配送任務(wù)中查找，結(jié)果在B任務(wù)中找到，這時(shí)PDA就會(huì)發(fā)出文字和語音提示：“該箱適配送到B地的，請(qǐng)不要在A地卸貨!”；若周轉(zhuǎn)箱卸載正確則PDA提示：“正確!”，同時(shí)將該箱配送成功信息通過GPRS/CDMA信道返回主站，采用PDA掌機(jī)對(duì)配送及卸貨過程進(jìn)行監(jiān)控和校驗(yàn)，防止配送丟件、卸錯(cuò)貨、卸錯(cuò)地、送錯(cuò)貨等情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)配送全過程閉環(huán)管理。

4 實(shí)施方案

配送過程的監(jiān)控由配送過程監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)，配送過程監(jiān)控終端有GPS、GIS地理信息系統(tǒng)以及振動(dòng)、溫度、濕度監(jiān)測(cè)模塊組成。通過GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛的地理位置。車載GPS定位系統(tǒng)及GIS地理信息系統(tǒng)，能在線實(shí)時(shí)定位配送車輛的位置，檢查配送車輛是否按要求的指定線路運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量器具的全方面、全過程監(jiān)控。具體功能構(gòu)架如圖2所示。

圖2 功能架構(gòu)圖

系統(tǒng)采用PDA掌機(jī)對(duì)配送及卸貨過程進(jìn)行監(jiān)控和校驗(yàn)，防止發(fā)生丟件、卸錯(cuò)貨、卸錯(cuò)地、送錯(cuò)貨等情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)配送全過程閉環(huán)管理。量器具配送算法建模思路如下：

1）將全省的配送方向根據(jù)該省交通道路情況分為若干方向，比如分為L1、L2、L3、L4四個(gè)配送方向，以L1方向?yàn)槔?，再根?jù)配送申請(qǐng)需求的計(jì)量器具類型規(guī)格、需求數(shù)量、需求時(shí)間和配送地點(diǎn)在L1方向的生成配送任務(wù)。

2）配送時(shí)間限值可隨時(shí)設(shè)置，一般以1周為默認(rèn)值，再將符合配送時(shí)間要求、倉庫中存在的、配送目的地在L1方向的各地計(jì)量器具數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其值以四個(gè)目的地，配送量分別為M1、M2、M3、M4，其中M1配送地最近，按順序M4最遠(yuǎn)。

3）配送車輛選擇：配送車型有大、中、小3種。大車裝載量為K1，費(fèi)用為a1/km；中車裝載量為K2，費(fèi)用為a2/km；小車裝載量為K3，費(fèi)用為a3/km。

根據(jù)以上條件，則有：K1>K2>K3，a1>a2>a3，

將現(xiàn)有可出行、不限行的車輛參加計(jì)算。在大車、中車、小車的裝載率大于80%的情況下，大車的單件運(yùn)輸成本最低，效率最高，因此車輛的選擇原則是：

一是確保裝載率大于80%。

二是盡量優(yōu)先用大車、中車次之、最后小車。

三是若配送方案中大車、中車、小車度需要的情況下，路程近的盡量安排大車，反之路程遠(yuǎn)的安排小車。

在進(jìn)行車輛組合時(shí)，有按總量先大車、再中車、再小車的分配方案；也有按目的地分配的方案，比如M1與M2可裝一輛大車、M3與M4可裝一輛中車等。以按總量分配為例，車輛選擇模型的算法為：

（1）計(jì)算大車需要的數(shù)量

再按以上建模方案分別計(jì)算出按目的地分配車輛的配送費(fèi)用。對(duì)以上結(jié)果比較求解，選擇L1線路方向配送運(yùn)費(fèi)最低的配送方案。同理計(jì)算出L2、L3、L4方向的配送方案。

4）計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)還設(shè)置了配送指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)每批次配送進(jìn)行評(píng)價(jià)。配送指標(biāo)包括：配送單件每公里的成本、配送耗時(shí)、配送正確率、配送震動(dòng)、溫度、濕度等指標(biāo)的合格率等。

5）車輛跟蹤識(shí)別與查詢。

在瀏覽器上通過國家電網(wǎng)GIS平臺(tái)顯示當(dāng)前正在配送車輛所在的位置。并可通過查詢條件顯示指定車輛。效果如圖3、4所示。

圖3 車輛識(shí)別跟蹤

圖4 顯示車輛配送路線

5 結(jié)語

計(jì)量器具配送智能管理系統(tǒng)能夠根據(jù)各地配送申請(qǐng)需求，從計(jì)量生產(chǎn)調(diào)度平臺(tái)讀取計(jì)量資產(chǎn)信息，綜合分析配送目的地、車輛、道路等情況，計(jì)算出全省需要配送的計(jì)量器具最佳配送方案，確定出配送車型、每車裝載計(jì)量器具的類型和組合、計(jì)量器具在配送車輛中的放置順序、車輛行駛的線路、到站順序、級(jí)聯(lián)器具的卸貨順序、運(yùn)輸及搬運(yùn)等總體配送費(fèi)用?？蓪?duì)計(jì)量器具配送全過程監(jiān)控，采用PDA掌機(jī)對(duì)配送及卸貨過程進(jìn)行監(jiān)控和校驗(yàn)，防止發(fā)生丟件、卸錯(cuò)貨、卸錯(cuò)地、送錯(cuò)貨等情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)配送全過程閉環(huán)管理。系統(tǒng)配送計(jì)量器具安全、規(guī)范，配送合格率高，配送成本低。

[1]檀庭方.基于自適應(yīng)免疫遺傳算法的VRP問題的研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007（6）.

[2]方躍建，楊春節(jié)，李平，曹柬.一種新的非滿載車輛調(diào)度的遺傳算法[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（2）.

[3]謝心靈，李水水，易樹平，段鷹川.江流域水電站群檢修物流車輛調(diào)度研究[J.機(jī)械2011（10）.

[4]黃曉濱，鄒書蓉，張洪偉.免疫遺傳算法及其在VRP中的應(yīng)用[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)2008（6）.

[5]李作秋，王國林.一種有時(shí)間窗約束的非滿載車輛調(diào)度問題中的啟發(fā)式算法研究[J].公路交通科技2006（7）.

[6]朱麗，李春發(fā).成本控制下考慮多商品物流配送線路安排的魯棒優(yōu)化模型[J].[]天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)2012（3）.

[7]李嘉，張寶生.成品油終端配送預(yù)測(cè)模型研究與應(yīng)用[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)2007（6）.

[8]張玲.王朝霞.物流配送路徑優(yōu)化的模型與求解[J].商場(chǎng)現(xiàn)代化2006（11）.

[9]胡祥培，黃敏芳.環(huán)狀區(qū)域的車輛路徑方案生成系統(tǒng)及優(yōu)化模型[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào)2008（6）.

[10]陳旭龍，史慶東，常寧寧.運(yùn)力不足條件下的車輛分派優(yōu)化調(diào)度算法研究[J].科技信息（學(xué)術(shù)版）2008（10）.