面向电能计量设备流水线检定的智能仓储系统

Intelligent Warehousing System for Electric Energy Metering Apparatus Verification Line

肖　勇1,2，3　孙　勇1　方彦军1　党三磊2，3

(武汉大学动力与机械学院1，湖北 武汉　430072；

广东电网有限责任公司电力科学研究院2，广东 广州　510080；广东省智能电网新技术企业重点实验室3，广东 广州　510080)

面向电能计量设备流水线检定的智能仓储系统

Intelligent Warehousing System for Electric Energy Metering Apparatus Verification Line

肖勇1,2，3孙勇1方彦军1党三磊2，3

(武汉大学动力与机械学院1，湖北 武汉430072；

广东电网有限责任公司电力科学研究院2，广东 广州510080；广东省智能电网新技术企业重点实验室3，广东 广州510080)

摘要：为寻求适应大规模集中式计量设备流水线检定的高效可靠物资储存输送系统，提高设备管理的信息化水平，研究了一种采用巷道堆垛机、RFID技术及先进优化调度算法的智能仓储系统。针对仓储作业任务特点，对智能仓储布局及周转箱选取方案进行了研究，讨论了智能仓储各子系统构成和仓储业务流程规范。构建的智能仓储系统能够与检定流水线系统无缝连接，实现了计量检定作业高效有序开展，满足对计量设备全生命周期管理的需求。

关键词：智能仓储电能计量系统布局业务流程流水线检定信息化管理

Abstract：In order to investigate the high efficient and reliable supplies storage and transportation system adapts for large scale centralized metering apparatus verification line, and to enhance informatization level of equipment management, the intelligent warehousing system based on lane stacker, RFID technology and advanced optimization scheduling algorithm is researched. Aiming at the features of warehousing operation tasks, the intelligent warehousing layout and the turnover boxes selection program are researched. The composition of the intelligent warehousing sub-systems and the work flow specification of warehousing business are discussed. The intelligent warehousing system established can seamlessly connect the verification line system, to conduct metrological verification jobs efficient and orderly, and meet the management demands for life cycle of metering apparatus.

Keywords：Intelligent warehousingElectric energy meteringSystem layoutBusiness processAutomatic pipeline verification

Information management

0引言

智能计量设备自动检定流水线的高效运行需要安全可靠的智能仓储系统支持，因此有必要对省级电能计量中心智能仓储系统进行研究。

目前，国内对计量设备自动化检定系统已经有了相关技术研究与实践应用[1-3]，建成了不同规模不同形式的检定系统。文献[4]根据某省年检800万的业务需求，讨论了超大规模系统的建设方案，并做了仿真研究;文献[5]设计了系统的流程规范并进行了实验数据对比;文献[6]对智能仓储系统与检定流水线系统一体化运行方面进行了讨论。但相关研究多偏重于自动化检定系统中的检定流水线，并没有形成高效可靠的智能仓储系统模式[7]，因此，本文结合检定系统相关研究，提出了基于RFID技术、信息处理技术、先进优化算法的智能仓储系统，给出了系统具体架构、业务流程和各个子系统的实现功能。

1系统布局设计

随着电能计量自动化技术的发展，计量设备的标准化、规范化、智能化程度逐渐提升[8]。各设备供应商根据电网公司的技术要求，提供的计量设备在物理外观、重要技术模块等方面具有一致性。因此，对于计量中心仓储系统，可认为其物资类型只有单相电能表、三相电能表、终端、互感器四类。

智能仓储系统一般包含五个功能区，即库前作业区、仓储存储区、送检缓存区、出库配送区以及人工处理区。计量设备入库后，经过库前作业处理进入存储区暂存；然后根据生产调度系统统一安排，经由送检缓存区到自动流水线检定系统进行检定。人工处理区主要是对自动化作业中出现的异常进行处理。智能仓储功能分区如表1所示。

表1　智能仓储功能分区

影响仓储系统布局的因素主要有：计量中心的年检定量、周转箱体材质选择、其他必要装置设置。目前，计量设备流转过程中常用箱体可分为普通纸箱、纸质周转箱和塑料周转箱三类。如果为普通纸箱到货，则到货后需暂存于托盘库，再统一拆箱转周转箱，周转箱库内货物可直接送入检定流水线进行检定；如果为周转箱到货，则不需设置托盘库，可直接存于周转箱库内等待检定。因此不同方案也会影响仓储系统布局，方案对比如表2所示。

表2　不同方案对比

表2中，普代指普通纸箱，纸代指纸质周转箱，塑代指塑料周转箱

2系统应用软件设计

智能仓储系统应用软件构成如图1所示。

图1　系统总体设计

智能仓储系统布局确定后，为了高效、可靠地完成工作任务，需要应用现代物流及仓储自动化技术，在控制系统的调度下完成设备的存取作业[9]。因此，为实现自动引导小车、堆垛机等机械设备的正常运转，智能仓储系统还需要有完善的应用软件。系统应用软件可分为RFID系统、优化调度系统、信息处理系统等。

2.1　RFID系统

RFID是一种通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据的非接触式技术[10]。RFID系统主要包含电子标签、天线、阅读器、后台信息处理系统。电子标签形状小、数据储存量大、可重复读写，便于直接放置在物资上。固定式阅读器一般放置在仓储出入口、货架等固定位置，对覆盖区域内货物进行扫描排查，手持式阅读器一般用于人工盘点。RFID系统具备新标签生成管理、标签读写、数据通信等功能。

在仓储系统中，RFID电子标签根据需要储存计量设备的基本属性，如设备类别、地市局代码、生产厂家等，并与后台数据库信息唯一匹配。RFID标签相当于设备的电子身份证，实现运输、储存和检定过程中唯一标记。使用RFID标签，仓储进出货时不需一件件扫描，货物出入库与流水线检定时可实时跟踪作业进程，大大提升了作业效率。因此RFID系统是智能仓储正常运转的基础。

2.2　优化调度系统

智能仓储的优化调度系统是仓储智能化的关键。优化调度系统主要包括：货位管理调度、AGV小车调度、巷道堆垛机调度。由于计量设备数量多、存取操作频繁，所以货位管理、AGV小车及堆垛机的优化调度非常重要。

货位管理调度包括货位的优化分配和库存控制调度。货位优化分配是指在确保物资安全的前提下，尽量快捷地选择货位，系统根据物资的不同属性来安排存放的位置，如物资的质量、体积、周转率、相关性等。货位分配方式可分为固定货位式、分类存放式、时间能耗最低式等。系统可首先将计量设备分类储存在不同货架，在同一货架内再根据周转效率、能耗情况进行优化分配。库存控制是辅助生产调度平台实现仓储储存量的短期预测，动态控制仓储储存利用率。

AGV小车及堆垛机调度主要指物资输送系统的路径优化。AGV小车调度是指系统根据小车闲置情况和作业任务进行规划，以实现兼顾小车性能与业务处理效率的目的。堆垛机负责巷道两侧两面货架区域，根据出入库作业需求的不同，可制定单面作业策略或混合作业策略，需综合考虑堆垛机的现处位置、目标位置、送达位置等因素。堆垛机的优化调度是智能仓储优化调度系统的主要任务，也是实现节能高效运行的关键。

2.3　信息处理系统

智能仓储系统在完成作业任务与优化调度安排时，需要不断地进行内部数据交互；同时还需将库内运转的状态信息与生产调度平台、检定流水线系统进行交互，实现三者协同工作。

智能仓储系统的数据架构采用数据库技术，建立统一标准数据库模型实现信息共享，以便各个应用系统访问读取。信息处理系统主要包括：RFID数据读取、计量设备信息更新、信息安全访问、表计动态跟踪、验收表单上传等功能。在仓储业务流程的每个环节都需要进行相关的数据操作。

智能仓储信息处理系统架构如图2所示，系统通过以太网与生产调度平台进行通信，利用Web Service技术实现信息的传递[11]。生产调度平台将生产任务下发给智能仓储信息处理系统，系统再对作业任务优化处理后分解给各个模块执行。

图2　信息处理系统架构

3仓储业务流程设计

计量设备周转流程如图3所示，返回设备供应商的计量设备相对较少，物料流通主要集中在计量中心设备检定和地市局配送环节。

图3　计量设备周转流程图

计量设备在计量中心、厂商和二级库之间的业务流程如下：设备供应商将计量设备送到计量中心；计量中心验收后存储，并按照规程进行检定，检定不合格的设备返回供应商，合格的设备待向地市局配送。

智能仓储内部作业任务主要可分为常规性检定调度业务和库存检定与质量抽查调度业务。

3.1　常规检定调度业务流程

常规性检定是计量中心的主要工作，相应调度业务指智能仓储配合检定流水线而进行的调度过程，包括设备运输配送、拣选出库、检完回库等操作，如图4所示。

图4　常规检定业务流程图

检定流程如下。

① 制定检定计划：电网营销系统根据各地市区生产计划及计量中心检定容量与效率，制定年度检定计划，规划各个地市区的检定批次检定时间。

② 计量设备配送：电网营销系统根据检定计划，在无突发事件的情况下下达配送任务;若不能按计划进行配送，则根据相关算法重新制定后期检定计划。配送由相关物流公司承担。

③ 设备验收：设备运输到计量中心进行RFID扫描。 RFID系统将数据传输到生产调度平台，与营销系统下发的数据进行比较，数据准确无误，则作为新设备信息存入数据库；如出现数据不符，则人工筛检后再录入系统。

④ 设备入库：系统对暂存区货物进行货位分配和存储路径优化，并将优化结果发给物资输送系统，进行计量设备入库操作；操作完成后刷新数据库各计量设备属性。

⑤ 设备送检：生产调度系统根据检定流水线、仓库库存情况进行检定设备的选定。仓库系统接收表单后，判定无误则开始进行出库待检操作。优化调度系统将路径优化结果发送给物资输送系统，由巷道堆垛机及AGV小车输送货物到达待检缓存区。同时信息处理系统刷新数据库表单，对相关属性进行更改。

⑥ 设备回库：系统对中转区检定完毕的计量设备进行仓库货位再分配，同时将优化结果发给物资输送系统进行计量设备回库作业，设备回库后刷新数据库相关设备属性。

⑦ 设备出库：与入库操作相同，需要完成设备运输及验收操作。

3.2　库存检定与质量抽查业务流程

库存检定是指在智能仓储系统配合的基础上对仓储进行人工巡检，主要目的是检查货物堆放、货架堆垛机等机械设备，此时需要仓储系统停止相关作业任务。同时通过人工比对系统数据信息与货架实际信息，查看是否存在信息记录有误、货物储存情况不实等情况。

质量抽查指随机对仓储内检定完毕的计量设备进行复查，其主要目的是对检定流水线工作情况进行抽检，判定自动检定流水线系统是否工作正常。此时智能仓储系统需要在已经检定完毕的计量设备中随机抽取一定数量的表计，通过物资输送系统将选定表计送出货架，再通过手持阅读器得到检定时间、检定流水线编号、检定结果等信息，与人工检定结果进行对比，然后把相关表计回库。

4系统效益分析

省级计量检定中心实施智能仓储系统管理，能够提高检定中心的工作效率，增强安全生产保障能力，提升计量中心优质服务水平，树立良好的社会形象，提高企业公信力。

①节约成本。在有效建筑面积的前提下，智能仓储的多层存放模式能够充分利用仓储空间，大幅度增加仓储的库存量，减轻周转环节的压力，同时减少运行维护人员，节约大量人力成本。

②提升效率。智能仓储系统通过运用先进的机械装置以及优化智能调度算法，能够实现计量设备的高效可靠周转，同时减少系统运行的时间能量消耗，提升工作效率。

③信息化管理。智能仓储的信息处理系统储存的大量运行数据，有助于营销系统、生产调度系统获取仓储实时运行状态和计量设备的动态信息并进行相关分析，从而达到对计量设备的全生命周期管理。

5结束语

本文设计了基于射频识别技术、巷道堆垛机、智能优化方法的省级电能计量中心智能仓储系统，给出了各子系统的功能要求，规范了仓储相关调度业务流程。智能仓储系统能够高效、可靠、低能耗运转，与检定流水线系统无缝连接，满足流水线高效调度作业的需求。该系统解决了传统仓储储存效率低、管理复杂混乱的问题，能有效服务于营销系统，实现检定平台工作一体化目标，取得了很好的社会效益和经济效益。

参考文献

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[6] 孟磊,谢烽,毛一丰.电能表智能仓储与智能检定一体化系统的设计和应用[J].浙江电力,2010,29(12):18-21.

[7] 田丽娜,徐菱.智能表库物流系统设计——以内江电业局计量中心为例[J].制造业自动化,2011,33(7):11-14.

[8] 陈蔚文,杨劲锋,肖勇.电能计量自动化系统在电力营销中的应用[J].广东电力,2011,24(12):117-121.

[9] 齐恒.基于物联网的物流企业智能仓储管理系统设计[J].实验技术与管理,2013,30(12):133-135.

[10]肖勇,孙勇,孔政敏,等.基于UHF RFID技术的电能智能计量系统电力设备的全生命周期管理研究[J].科技管理研究,2013,33(2):213-217.

[11]孙勇,方彦军.高耗能行业省域多级能效监测体系设计研究[J].华东电力,2014,42(3):520-523.

中图分类号：TH73；TP23

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507006

广东电网公司电力科学研究院基金资助项目(编号：K-GD2013-0470-001)；

广东省智能电网新技术企业重点实验室基金资助项目(编号：2060299)。

修改稿收到日期：2014-11-19。

第一作者肖勇(1978-)，男，2005年毕业于电子科技大学自动化专业，获硕士学位，高级工程师；主要从事电力系统用电与计量方面的研究。