物聯網技術及其在智慧倉儲管理中的實踐

婁季峰，王炳芳，張 迪，王 川

（1.國網新源建設有限公司，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

在技術與互聯網快速發(fā)展的過程中，物聯網借助計算機網絡的發(fā)展，應用射頻識別技術、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器與紅外感應器等信息設備與技術，將已經約定的協議作為根據，在物品與互聯網之間建立起信息交換的橋梁。這樣就構建成定位、跟蹤、調控、監(jiān)控與識別的網絡系統(tǒng)[1]。國家電網有限公司為深入落實2019年政府工作報告相關部署，全面啟動了“泛在電力物聯網”建設，就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統(tǒng)[2][3]。

目前，國網新源控股有限公司快速發(fā)展，業(yè)務規(guī)模的不斷擴大，物資的種類及數量、出入庫的頻率都在與日俱增，而國網新源控股有限公司倉儲管理仍借助于傳統(tǒng)的人工管理方法和手段，采用智慧倉儲的應用迫在眉睫。就是利用RFID射頻識別、WiFi技術及先進管理方法，實現入庫、出庫、盤庫、移庫管理的信息自動抓取、自動識別、自動預警及智能管理功能，以降低倉儲成本、提高倉儲效率，提升倉儲智慧管理能力[4][5]。本文以仙居抽水蓄能公司為例，研究設計出了一套全方位感知、安全同步傳輸、可視化重現的高效智慧倉儲管理系統(tǒng)，通過改善傳統(tǒng)倉庫的管理模式，改變人工、紙張文件記錄為基礎的管理方式、追蹤進出庫的物資，提升倉庫管理的效率，實現能源流、業(yè)務流、數據流“三流合一”，將泛在電力物聯網建設工作落實在日常物資管理工作中。

1 物聯網關鍵技術介紹

智慧倉儲系統(tǒng)關鍵技術包括建立物資基礎信息庫技術、激光二維碼技術、RFID技術、GPS定位跟蹤技術、出入庫識別門技術及屏幕顯示技術等。

1.1 建立物資基礎信息庫技術

由各倉庫自行填報，將新入庫物資和所有在庫物資基礎信息整理匯總，批量導入或錄入到智能倉儲系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)自動生成唯一物資編碼。

1.2 激光二維碼技術

激光二維碼技術可實現防腐蝕、防脫落，能夠直接打印在多種材質（包括金屬制品）上，無須任何介質，利用二維碼技術，將系統(tǒng)中物資基礎臺賬（基礎信息表）生成二維碼標簽，并打印到物資的合適位置。各級物資管理人員使用App掃描，可實時查看物資詳細信息，并對該物資在智能倉儲系統(tǒng)上進行相應操作。但由于二維碼出入庫管理方式僅能針對單個物資進行掃描出入庫管理，效率上大打折扣，因此激光二維碼技術的應用存在一定的局限性[6][7]。

1.3 RFID技術

RFID是射頻識別的英文縮寫，利用射頻信號通過空間電磁耦合實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息實現物體識別，主要由電子標簽、讀寫器和天線三部分組成。對物資進行RFID電子標簽的嵌入或張貼，并將物資的基礎信息臺賬批量寫入RFID電子標簽，再通過射頻信號感應識別，讀取并解析物資的詳細信息，實現物資批量庫存管理。對于流轉頻率高且不易損毀的物資實行RFID電子標簽方式進行管理能夠實現高速有效的物資倉儲管理[8][9]。

1.4 GPS定位跟蹤技術

加裝GPS定位裝置，能夠實現對重點管控物資的快速定位跟蹤，并在智能倉儲系統(tǒng)中實時查詢到該管控物資的標記位置與狀態(tài)。水電物資管理中，對重點管控物資（如主機設備等），通過GPS定位跟蹤技術實現物資的定位導航。

1.5 出入庫識別門技術

非接觸式出入庫門即在倉庫大門加裝多個RFID識別讀寫裝置及天線，實現能夠同時快速識別多個物資的芯片信息（1～200個），并能夠自動生成打印出入庫等各類單據，操作快捷方便。

1.6 屏幕顯示技術

為智能倉儲系統(tǒng)接入顯示屏幕，在倉庫適宜位置，通過數據傳遞展示倉庫庫存動態(tài)，建立綜合展示平臺，將存儲物資領用、庫存、維修、報廢等情況及倉儲管理當中的其他情況在大屏上實時、統(tǒng)一、動態(tài)展示[10]。

2 智慧倉儲系統(tǒng)總體描述

2.1 系統(tǒng)功能總體介紹

智能盤庫系統(tǒng)主要包括RFID電子標簽、智能貨架、智能運輸機器人、智能盤庫機器人、智能物品管理機器人、智能盤庫系統(tǒng)管理平臺軟件等設備。并實現以下功能：

（1）自動定位：盤庫系統(tǒng)可以實現對所有庫存物品的自動定位，定位精度達到厘米級，可以引導倉庫管理人員到庫存物品附近。

（2）自動盤庫：盤庫系統(tǒng)可以按照規(guī)劃好的路徑，自動完成庫房內存儲物資的盤點，當物品被誤放到錯誤位置時，會自動發(fā)出報警信號，并形成盤庫報表。

（3）自動搬運：盤庫系統(tǒng)可以自動將物品運送到指定的位置，包括從倉庫門口運送到規(guī)劃好的存儲位置，以及從存儲位置運送到倉庫門口。

（4）自動檢測和報警功能，當未經授權的物品或人員進出時，系統(tǒng)可以自動報警。

（5）其他功能：盤庫系統(tǒng)中的機器人可以自動進行充電，并具備攝像和實時通信功能。

2.2 系統(tǒng)數據層介紹

盤庫系統(tǒng)架構分為數據采集層、業(yè)務層、應用層。

（1）數據采集層：在每個資產設備部署RFID標簽。

1）智能盤庫機器人按照既定的路徑規(guī)劃，完成整個貨架的數據清點、巡更；同時支持出入庫時，自動將物品運送到指定的位置，減輕工作負擔。

2）智能貨架依托于全覆蓋的天線，自動采集所有資產的RFID標簽信息。

3）為了便于定位每個物品的位置，對普通貨架做簡單改造，支持聲光定位提醒，便于工作人員到指定位置提取相關物品。

4）工作臺完成RFID標簽的初始化、資產的借用、歸還等操作。

（2）業(yè)務層。

1）考慮到系統(tǒng)處于局域網內，為了便于智能盤庫機器人協同工作，將前段采集設備自建局域網，智能盤庫機器人支持采用WiFi傳輸的方式進行數據交互。

2）將采集到的機器人的視頻數據、RFID采集數據、RFID標簽信號強度數據等進行數據融合，準確定位每個資產的具體位置。

（3）應用層。

依托于采集到的每個物資的具體精確位置，進行大數據平臺應用。全流程無人參與，重點對自動盤庫后的數據進行分析，確認是否需要補庫、在庫情況是否異常等。

3 智慧倉儲系統(tǒng)軟件架構

3.1 軟件功能

倉儲管理作為整個系統(tǒng)的核心部分，除了提供基本倉儲管理功能外，基于大數據平臺建立庫存預警、庫存策略優(yōu)化、庫存分類分析等統(tǒng)計分析模型，為庫存管理、生產運維提供輔助決策，其整體功能架構如圖1所示。

3.2 入庫登記

入庫登記完成對資產唯一標識的初始化工作：

（1）制定編碼規(guī)則，通過條碼打印機，將資產按照倉庫、貨架等信息，形成規(guī)則，事先做好對應的條碼。

（2）通過RFID工作站讀取標簽表面的條碼或者二維碼信息；自動生成資產的EPC碼，寫到RFID標簽EPC區(qū)；完成卡號的初始化工作。

（3）將對資產進行唯一標識的EPC信息、TID信息、二維碼/條碼信息、資產名稱、資產規(guī)格、倉庫號、生產廠家、使用時機、管理分工、接裝驗收人、使用維護人、是否是易耗品等信息上報平臺，寫到對應數據庫表中。

3.3 借用管理

（1）提交借用申請。

（2）工作站。

圖1 倉儲功能架構Figure 1 Storage function structure

1）刷工作卡或人臉識別，讀取身份信息，并與操作人員的基本信息包括姓名、部門、職工編碼、聯系電話等進行數據庫關聯，確認操作人員身份。

2）選擇要借用的資產，并自動進行語音和貨架上的安裝指示燈提醒?？蛇x擇調配機器人協助搬運。

3）從貨架上拿取相應的資產。機器人自動到指定貨架位置。

4）機器人將資產拿到指定的工作臺邊。

5）在工作站電腦上顯示刷卡記錄，核對申請借用清單與實際借用是否符合，彈出取出的資產列表、未取出的列表、取錯的報警列表；由借用人員點擊確認，完成借用。

3.4 資產歸還

（1）刷工作卡或人臉識別，讀取身份信息，確認操作人員身份。

把歸還資產放到工作站讀寫器掃描區(qū)或者手持機App盤點；點擊“歸還”按鈕，系統(tǒng)自動盤點歸還設備，顯示歸還列表。

（2）確認歸還資產。聲光提醒歸還的貨位，可選擇調配機器人協助搬運。

（3）機器人將歸還的資產搬運到指定貨架。

4 智慧倉儲系統(tǒng)硬件架構

4.1 RFID智能貨架

通過將小件物品都部署上超高頻標簽RFID標簽，智能貨架部署RFID讀寫器、天線、分支器等，確保全面感知整個貨架，可實時獲取每個小物品的位置。

在每層的頂部固定平板天線，每層部署8口天線分支器，將所有的天線進行級聯，完成對整個架子的全覆蓋管理?？蛇M行實時盤庫。

對開放式管理架進行區(qū)域劃分，同時每個區(qū)域部分部署標識指示燈。通過一個顯示器以及指示燈實時顯示當前資產的位置情況，并進行語言播報。仙居公司智能倉儲系統(tǒng)貨架如圖2所示。

4.2 智能盤庫機器人/智能搬運機器人

采用2.4G遠距離識別技術和125K低頻喚醒技術，在機器人上安裝讀寫器、低頻激活器，機器人經過貼有125K+2.4G雙頻標簽的區(qū)域時，標簽將被激活讀取，因為機器人具備導航定位功能，從而完成對資產的定位以及清點。

可設置低頻激勵器的工作范圍：1～3.5m，到該區(qū)域內的標簽激活并上報數據。此外，平時標簽處于休眠狀態(tài)，以節(jié)省電源，增加標簽使用壽命。

盤庫機器人按照指定的路徑完成自動清點，同時免去了對貨架的改造，采用雙頻方案可控制區(qū)域覆蓋，一次經過可完成全部物資盤點，盤庫機器人展示圖如圖3所示。

中心調度服務器獲取一張全局網絡拓撲圖，對所有機器人進行實時管理，智能倉儲系統(tǒng)機器人功能設計概述：

（1）WiFi無線網絡連接所有機器人與中心調度服務器。

（2）每臺機器人擁有獨立的IP地址，具備二維碼識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)劃的紅外尋跡線進行，遇到二維碼后掃描二維碼位置信息并傳給調度服務器，由中心調度服務器下發(fā)指令（拐彎、暫停、繼續(xù)前進等）給智能盤庫機器人，控制智能盤庫機器人的下一步行進路徑。

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

圖3 智能盤庫機器人Figure 3 Intelligent library robot

（3）地面上的尋跡線路系統(tǒng)由二維碼點和紅外尋跡線組成，構成與中心調度服務器相同的全局網絡拓撲圖，中心調度服務器上可運行迪杰斯特拉算法，維護網絡拓撲，控制無線智能機器人的行進方向。

（4）中心調度服務器應具有重新設計網絡拓撲與貨物擺放的應用接口。

（5）在整個行進過程中，依托于機器人上的讀寫器和天線完成資產的自動盤庫、巡檢。

4.3 智能物品管理機器人

設置不同的貨架區(qū)，每個貨架區(qū)由指定一臺智能管理機器人管理，這樣可以提高機器人工作效率。所有智能機器人共享一個網絡拓撲圖，為了避免相撞需要中心調度服務器設計改進算法。

4.4 手持終端

用于資產清點確認。盤點時，管理員手持RFID手持終端，庫存信息盤點上傳，系統(tǒng)會自動進行信息核實，無入庫內的工具以淺紅色背景標識、缺失的工具以淺綠色背景標識、正確的工具以白色背景標識，管理員能夠現場直觀掌握工具信息。盤點結果上傳至計算機進行數據整理統(tǒng)計保存結果。

4.5 智能通道門

當未授權的資產進出倉庫時，智能通道門會自動報警，如圖4所示。

圖4 智能通道門Figure 4 Smart access door

5 結束語

智慧倉儲建設是在倉儲標準化、信息化建設基礎上開展的管理提升，是倉儲管理發(fā)展的必經之路，是泛在電力物聯網發(fā)展的內在要求。智慧倉儲系統(tǒng)操作簡單、功能實用，系統(tǒng)使用者的要求降到最低，只要具備計算機操作基礎，就能夠使用本系統(tǒng)進行倉儲管理工作。智慧倉儲系統(tǒng)具有強大的事件集中收集分析和處理能力，可適用于多種電子標簽的電子芯片讀寫器，能夠同時自動讀取大量物資信息，并及時生成出入庫單據、進行有效信息過濾和分析。智慧倉儲系統(tǒng)動態(tài)讀取RFID標簽信息，利用圖表等展示形式顯示讀取狀態(tài)，對異動數據進行提示告警，同時能實現對物資生命周期管理的智能化和可視化，倉庫管理從而實現方便快捷且真實可信的無紙化辦公。

伴隨著信息技術的不斷升級和變革，智慧倉儲系統(tǒng)應運而生，其應用為智能型水電站的建設打下了堅實基礎。目前，智慧倉儲系統(tǒng)的應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。但隨著越來越多信息技術的不斷進步及企業(yè)對智慧倉儲系統(tǒng)認可度的不斷提升，智慧倉儲系統(tǒng)必將得到更加廣泛的認可和應用，為企業(yè)創(chuàng)造更多的管理效益