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        一種適用于班組倉庫貨物管理的智能倉庫系統

          信息來源:   發布時間:2021-09-11  點擊數:

        傳統的庫存管理是通過人工計數、文檔記錄、人工定期更新的方法,存在著時效性問題并且準確率差。智能倉庫系統是一個軟硬件相結合的物聯網系統,通過智能傳感器和計算機對倉庫物品的信息、存貨、供給、產出進行完美管理,實現準確、迅速、有序的現代化倉庫管理要求。

        近年來,越來越多的學者開始討論如何將大數據技術運用于電力系統的庫存管理。文獻[1]介紹了結合射頻識別(RFID)技術和嵌入式技術,設計了一套智能倉庫貨物管理系統,實現對倉庫物品的環境監測、對進出口貨物的實時統計,并將數據上傳。文獻[2]提出了新型變電物資綜合信息管理平臺的解決方案,所設計的智能倉庫采用RFID技術和人臉識別技術作為物資入庫和出庫信息的交互,采用線性規劃模型和信息安全主動防御技術解決智能倉庫的物資優化分配問題和網絡安全問題。文獻[3]利用信息通信技術和互聯網平臺,將物聯網的創新成果融合于水電企業一線班組建設之中,進行了互聯網+班組智能化管理的實踐和探索。

        本文主要討論通過智能計數器、云端數據中心、智能倉庫交互軟件解決倉庫物料智能存儲問題,可改變班組倉庫管理無序的現狀。

        智能倉庫系統設計

        智能倉庫系統主要實現班組倉庫物料智能存儲,在貨架傳感器上采集貨物的存取數據,通過無線網絡模塊將數據傳至云端,可以供其余各個子系統共享和使用。智能倉庫系統結構示意圖如圖1所示。

        經過后臺軟件系統對數據的處理,工作人員可以在包括移動智能終端在內的交互設備上,進行數據查詢、庫存管理和其他應用,同時還能與企業管理系統(ERP)對接,實現企業系統的信息集成和資源共享。

        圖1 智能倉庫系統結構示意圖

        圖1 智能倉庫系統結構示意圖   下載原圖


        (1)智能計數器的設計。設計能夠唯一綁定庫存單元(Stock Keeping Unit, 簡稱SKU)的智能計數器,方便對貨品數量進行統計、校核操作,并且能夠實時上傳數據到云端服務器。

        (2)云端數據中心。云端數據中心是數據持久化倉庫和數據處理中心,安全存儲了倉庫貨品信息,包括名稱、型號、數量、生產廠家、生產日期等全面的信息。

        (3)智能倉庫交互軟件。在網頁上顯示云端數據,實現倉庫數據的實時查詢、管理、告警等功能。

        (4)計數器的安裝與后期使用方法。計數器與貨架的耦合方式是按照倉庫貨品的廠家、型號、使用頻率、大小等考慮設計的,同時在現場使用過程中需要結合工作人員的思維模式不斷調整使用方法。

        一套智能倉庫庫存管理系統包含智能計數器、云端數據中心、智能倉庫交互軟件。適用于電力檢修設備倉庫的庫存管理系統是一個軟硬件相結合的物聯網系統,分為硬件和軟件兩個組成部分。

        1.1 硬件部分

        該系統的實現基礎是一個能夠統計、顯示庫存數量的智能計數器。

        (1)每個計數器唯一綁定一個SKU,對應一種存儲設備或零件,可以由工作人員進行綁定,并支持后續變更。

        (2)計數器開啟電源后有3種工作模式,分別是普通(顯示)模式、編輯模式、設置模式。打開電源后進入普通模式,顯示該計數器所綁定的SKU數量,按確認手動刷新最新數量。設置模式用于設置計數器所綁定的SKU的編號ID,并存儲于設備本地。編輯模式用于編輯計數器所綁定SKU的數量,并上行數據至服務器。

        (3)為了實現智能計數器與各種使用環境的適配,項目組采用電池供電、網絡模塊采用無線Wi-Fi, 使得硬件和貨柜或者抽屜的耦合方式也變得更加多樣化和便捷化,不用再受限于供電電源布線和網口的位置,實現各個計數器的利用率最大化。

        (4)方案前期設計了采用電源適配器的方式,將交流220 V電壓經過變壓、整流、濾波、穩壓,最后輸出可適合計數器工作的電壓,但考慮到采用適配器需要引線接通電源,但不利于計數器后期的布局和調整。而后采用電池供電的方式。電池直接以5 V的電壓穩定輸出直流,供電穩定,沒有引線布局方便,但是續航時間不長,后期使用成本較高。

        (5)單片機在選擇上主要考慮的是51單片機和STM32單片機。51單片機是對所有兼容Intel8031指令系統單片機的統稱,它具有學習成本較低、功耗較低、價格較低的優勢,但保護能力較差,運行速度慢。STM32單片機是ST(意法半導體)公司使用Arm公司的cortex-M3為核心生產的32Bit系列的單片機,適用于手機、路由器等,具有運行速度快,外設接口豐富,保護能力好等優點,但價格較高。從內核、地址、外設、開發工具、學習成本、功耗、保護能力、價格等多方面綜合比較后,選擇了STM32單片機[4]

        (6)屏幕選擇上面主要考慮LED屏和LCD屏兩種。液態晶體組成的LCD屏幕分辨庫較高,但同時耗電高,電池供電模式無法長時間工作,使用成本較高。LED數碼管是由多個發光二極管封裝在一起組成的“8”字型器件,可以顯示用數字表示的參數,耗電少、成本低、堅固且耐用。考慮到只需要顯示數字不需要顯示其他復雜的圖形,為了能節約空間需要盡可能縮小計數器體積,在數量需求較大的情況下故采用LED屏。

        1.2 軟件部分

        軟件部分分為前端(交互頁面)和后端(存儲和數據處理中心)的設計。

        (1)在實現交互頁面過程中采用DVA的框架,以數據驅動頁面,通過頁面事件和交互動作將所有調用過程解耦。其中UI控件使用螞蟻金服開源的Ant Design, 各個頁面整潔美觀。

        (2)在智能技術器屏幕上除可以修改和查看其對應的SKU數量外,還可以通過用戶權限驗證后在班組智能倉庫網頁端查看或者修改權限范圍內的所有物品信息。

        (3)后臺服務采用便捷友好的Spring Boot框架,數據庫采用關系型數據庫Mysql, 以Maven管理和組織整個工程。為了后續迭代和拓展性,將后臺進行解耦設計,設計為數據交互(dal)模塊、核心處理(core)模塊、網絡通信(web)模塊和基礎服務(base)模塊[5]

        (4)根據班組人員不同層次的特點,對管理系統進行了用戶模塊設計,將所有用戶分為管理員和普通操作員,即擁有不同的操作權限。另外對班組的庫存單元進行分類和抽象,最終形成數據庫Model原型,并分配字段、設計庫表。集成MyBatis作為對象關系映射,配置底層查詢和修改接口。

        (5)完成對暴露給前端交互頁面和硬件網絡模塊的應用程序接口設計,封裝Http, Mqtt協議的API,完成對整理業務邏輯代碼的編寫,模擬、跑通后臺服務的各個流程。

        (6)項目初期前端、后端耦合在一個工程里,在開發過程中不僅前端、后端人員開發效果受到影響,而且對于項目未來的拓展也十分不便。項目最終采用前后端分離的開發和部署方式,直接將數據、模型和頁面進行隔離,并且使得后臺服務和交互頁面都是可插拔的。終端在實際訪問時,先訪問前端服務器,再通過網絡請求后臺服務器,對于項目后期的訪問安全性也有較大提升。

        (7)交互頁面的設計。本項目處理可以在智能技術器屏幕上修改和查看其對應的SKU數量外,還可以通過用戶驗證后在班組智能倉庫網頁端查看或者修改權限范圍內的所有物品信息,信息包含設備類型、名稱、廠家、數量、型號、出廠日期等。班組倉庫物品種類繁多、數量參差不齊,交互頁面還提供根據不同電壓等級、型號兩個維度對各個子類進行篩選,方便操作人員快速定位存儲單元。

        在實現交互頁面過程中采用DVA的框架,以數據驅動頁面,通過頁面事件和交互動作將所有調用過程解耦。其中UI控件使用螞蟻金服技術開源的Ant Design, 各個頁面整潔美觀。

        最后,將數據后臺服務和交互頁面軟件分別打包部署,采用Nginx重定向靜態文件,并對各個模塊進行單元測試和后續聯調,打通后臺數據中心、前端交互頁面和智能計數器硬件的數據通信。

        這種三端完全解耦分離的方式也使得任何一個部分只要實現相同的數據協議都將是可替換和可插拔的,對后續的需求變更或是升級迭代都十分友好便捷。

        智能倉庫系統使用方法

        某班組倉庫內的存儲物品類目雜而多,項目組對硬件進行了針對性的方案設計,并且結合貨柜實際的操作環境,最終形成如下的硬件產品技術路線。每個計數器唯一綁定一個最小庫存單元(即SKU),對應一種存儲設備或零件,可以由工作人員進行綁定,并支持后續變更。

        計數器開啟電源后有3種工作模式,分別是普通(顯示)模式、編輯模式、設置模式。

        設備模式轉換的操作流程和狀態切換如圖2所示。

        圖2 計數器的3種工作模式

        圖2 計數器的3種工作模式   下載原圖


        2.1 普通模式

        打開電源后進入普通模式,顯示該計數器所綁定的SKU數量,按確認手動刷新最新數量,如圖3所示。

        圖3 普通模式

        圖3 普通模式   下載原圖


        2.2 設置模式

        設置計數器所綁定的SKU的ID,并存儲于設備本地。切換過程對應圖2中的“切換1”如圖4所示。

        圖4 設置模式

        圖4 設置模式   下載原圖


        2.3 編輯模式

        編輯計數器所綁定SKU的數量,并上行數據至服務器。切換過程對應圖2中的“切換2”如圖5所示。

        圖5 編輯模式

        圖5 編輯模式   下載原圖


        效益情況

        智能倉庫系統在國網上海某供電公司進行試運行,結合班組實際工作發現,每次搶修前備齊備品備件花費的時間,由原來的15 min降低為1 min, 平均一個月10次搶修,一年節約時間14×10×12=1 680(min)。由于備品備件不全而延后搶修的次數,由平均一年5次降低為一年0次,每次搶修出動人數約5人,平均節約16 h/每人次,一年節約時間為16×5×5=400(h)。

        每半年一次安排倉庫的貨品數量校核、有效期查詢等,通過該系統可以直接查詢相關信息,每次庫存整理出動3人,平均16 h, 一年可節約時間為16×3×2=96(h)。

        綜上,使用該系統后一年可以節約524 h, 假設每人每小時70元的時薪算得該系統使用后一年可以為班組節約36 680元,在節約人力的同時大幅度提高了工作效率。

        結語

        智能倉庫系統主要涉及班組倉庫的日常管理工作,目的是為了統計班組倉庫備品數量,通過自主研發設計的計數器,將備品庫存數量手動輸入系統中,在界面上顯示倉庫備品的型號和數量,并同時提供有效期、生產廠家、數量閾值告警等功能。通過智能倉庫系統,能夠極大地提高班組倉庫管理的有序性和正確率,進一步提高班組的工作效率。

        在未來可以將智能倉庫系統推廣至其他班組以及兄弟單位,定制符合不同班組實際倉庫情況的物聯網系統,實現準確、迅速,有序的現代化倉庫管理目標。

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