风电机组大部件运输智慧物流系统设计

文 | 戴建军，廖赖明，郝赫，徐燕杰

兆瓦级风电机组大部件需要从整机厂和外协厂的各生产基地根据需要发运到指定风电场，其中货物运输任务包含主机舱运输、叶片运输、轮毂主控柜等散件打包运输等。叶片主要从两三个供应商工厂运输到全国各地的风电场。每单个车程，大概7～30天为一个周期。运输时间的主要影响因素包括距离、路况、天气、各类合规检查、司机行为方式、车辆状况、转运条件等。整机厂商、业主对于外包的货物运输任务，一直处于原始的管理状态。货物出厂前手工记录一些基本信息，在途运输过程中仅靠电话沟通，货物到目的地后，工程人员通知收货单位进行接货。全部环节都依靠电话、邮件、短信沟通，物流信息非常不及时。

本文设计了一套针对风电大部件（整车）进行管理的物流管理系统，依托于物联网、云计算技术，实现实时物流数据的采集，并且在云端进行计算和输出，使所有运输任务参与人员都能实时获得准确信息。特别地，设计了一套能对运输质量进行监控的智能终端。

系统设计

一、需求分析

（1）需要一个管理系统可以对整个货物运输过程进行统筹管理，并根据每个风电项目建立多个关联运输任务单，依据每个运输任务单建立发货计划和到货计划。系统能输入前期路勘数据和建立路径计划。

（2）运输任务的全链参与者，包括项目工程部、叶片厂、货运公司、司机、业主，所有参与者都能获取授权范围内的实时信息，提高沟通效率。系统管理员在后台进行日常管理，其他参与者都利用手机APP、短信报警信息获取实时信息。

（3）对在途运输的货物可实现实时的地理位置、车辆状态（行驶中、停车、久停）信息的获取并生成地图轨迹，与计划时间、运输路径进行比对，把握进度并完成目标。对运输质量的要求，包括运输车辆超速、急刹、久停、事故、颠簸数信息实时获取并结合司机电话反馈推演实际情况。现场图像和视频数据依赖于司机手机终端上传，或专用设备自动上传。

图1 风电智慧物流系统框图

（4）系统能生成单任务运输的日报、完结报告，并按设置好的邮箱自动发送给需要的管理人员。系统能生成运输完成质量报告，可包含超速次数、超速百分率、按计划路径完成率、震动数据、到达节点完成率等信息。并以此生成整个项目的运输KPI报告，用于考核运输公司的合同完成业绩情况，并作为付款、再招标的依据。

二、系统架构

基于上文的需求分析，设计如图1所示的系统。由图可知，整个系统被设计成了数据采集层、云计算层和应用层。

（1）数据采集层：主要负责整个系统的数据采集工作。智慧物流系统的数据来源丰富，主要包含了系统后台的人工录入、司机端手机微信公众号录入、智慧物流采集终端等。

系统后台的人工录入，包含运输订单的建立、运输订单内各数据字段如车辆号、车次、物料名称、数量、路勘数据、司机姓名、电话，以及运输计划时间、起始和目的地等信息。

司机端微信公众号录入，主要是由司机主动操作录入的数据，公众号不采集手机终端的GIS信息，也不采集手机内的隐私信息。司机进入微信公众号后，会在指定的时间节点，如发运时刻、路勘指定必过点时刻、车辆异常情况点时刻、货物到达终点站时刻等，上传照片和少量文字说明信息。

智能数据采集终端，是一台定制化的、专为满足风电机组大部件运输使用的实时数据采集终端，是一台典型的物联网数据采集器。硬件内置GPRS/GSM模块用于传输数据，内置GPS和北斗模块用于定位系统位置，内置震动传感器用于获取车辆震动情况，进而计算出车辆运动状态。通过内置的芯片计算出车辆平均5秒实时速度。

（2）云计算层：本系统部署于阿里云上，依托于阿里云核心的ECS（Elastic Compute Service云服务器）、RDS（Relational Database Service云数据库）、OSS（Object Storage Service对象存储）和VPC（Virtual Private Cloud专有网络）服务，智慧物流系统的理论可靠性达到了99.999%。实现系统向高可靠性、可用性与弹性扩展、容错与灾难恢复、备份与恢复、负载均衡、虚拟专有网络的平滑过渡。

本系统部署环境采用开源软件组合LAMP（Linux+Apache+MySQL+Python）架构，架构高效、实用和安全。通过在阿里云建立专有网络VPC，将采集的各类数据统一接入云服务器ECS后存入OSS，智慧物流系统将数据进行加工和整理后，输出到ECS发布服务器。

除了采集和发布的各类接口，系统对外接口还包括与微信公众号后台API、与阿里通信的短信网关API等。在云端的部署让整个系统变得非常简单、安全和高效，按需购买服务的模式让整个系统的经济性得到了很好保障。

（3）应用层：应用软件是智慧物流系统的核心，将具体实现以下业务功能：

风电机组厂商在项目管理阶段要进行招标，在运输计划阶段将订单下达给承运商，且要提前做好路勘，并将路勘数据录入到智慧物流系统，在系统新建运输计划。

在运输执行阶段，需要承运商配合进行调度管理，承运商派单给司机到指定工厂提货。

司机提货后就进入了在途管理阶段。这个阶段数据都在智慧物流系统内体现，司机在途的运输起始时间、地点、车速、震动等数据通过智慧物流采集终端自动上传到云端。中途关键节点的现场照片和文字信息都通过司机手机微信端的公众号系统手动上传。整个过程承运商管理者有接口可以跟踪监控，风电机组厂商则由可视化的图形系统实时跟踪，如图2所示。同时实现事件管理，如故障停车、紧急报警等事项。当车辆到达目的地后，业主将进行收货确认。

运输任务完成后，业主将通过微信公众号对该运单任务进行满意度评价，同时给司机发送一个回单。承运商将根据整个运输任务进行质量评价，风电机组厂商则对承运商进行KPI考核，并为下一次的招标提供依据。

图2 运单实时跟踪

整个运输任务的参与者都将根据各自不同的权限获得数据。

风电机组厂商拥有整个系统的最高管理权限，负责系统的部署、维护与使用。其建立的子账户要负责输入订单信息、发车信息和报表输出等任务。同时，风电机组厂商的管理员、领导和项目经理都有开设微信公众号的权限，为前端的生产任务组织、现场的吊装和道路修建进度作参考。

业主方和项目经理通过微信公众号，可以查看与自己项目相关的运输任务的发运情况、在途情况和签收情况，及时协调整机厂商生产资源、承运商资源以及该项目业主方的人力和设备资源，为现场施工组织做好人员和车辆准备，避免浪费高昂的设备租赁费用，同时精确把握工程进度，为风电场早日投产发电产生效益奠定基础。

司机端则通过微信公众号确认装车发运、在途拍照和写下备注，根据路勘要求提供关键地点的照片信息，将货物运输的信息发送给系统。同时，司机也将在微信公众号看到与自己运输任务相关的所有信息，以随时调整运输质量，安全生产。如震动报警短信发给司机后，司机就会注意控制速度、控制急刹等行为。如行程进度偏快或偏慢提醒发给司机后，司机将会调整住宿、修车等事项的进度，以免KPI考核分数不高从而影响运输企业的评分。

关键技术实现

风电智慧物流系统的关键实现技术包含智能数据采集终端的设计、数据库的设计、对外接口的设计和微信公众号的设计。

一、智能数据采集终端设计

智能数据采集终端集成了主计算MCU模块、GPS和北斗定位模块、震动传感器模块、GPRS/GSM无线通信模块以及电源蓄电模块。区别于常见的车载终端，风电智能数据采集终端外观被设计成一个长方形的小盒子，对外没有显示屏幕，仅设计一个RS232串口接口与计算机进行通信用于故障诊断和参数配置。外壳坚固耐用，IP65防水等级，可在-40～70℃之间不充电正常工作30天。具备实时震动监测功能，能设定震动强度并分级。此外，终端还有盲区补点和应急定位功能，在遇无卫星信号情况下提供LBS基站定位，遇无手机信号或网络中断情况下进行 fl ash内部存储并在重新连接网络后自动上报信息。

通过GPS/北斗接收天线，终端将定位信号NMEA-0183格式的地理信息进行处理后，结合时钟模块，可计算出车辆的速度信息，同时也有了经度、纬度、方向、时间等数据。

震动模块是终端的一个重要组成，是通过震动量g值结合时间信息来判断的，震动量g的取值可以根据震动仪回程后的数据分析采集而来。具体判断规则如表1 所示。

表1 震动工况定义

智能数据采集终端的通信工作原理如图3所示，系统对外空分接口主要是GPRS和GSM网络，MCU将生成的数据以串口格式打包后，通过内置的协议转换模块，使用TCP/IP协议透明传输到系统后台，同时后台也可以通过空分接口寻址并给系统下达简单指令。

在移动通信数据传输方面，考虑到风电场所处的环境大多为风况较好的沙漠、高山、海洋等环境，这些环境往往人迹罕至，所以移动通信运营商的3G/4G信号覆盖较少，因此模块设计时仍采用基站信号覆盖更成熟的GPRS/GSM网络。

数据库设计

数据库采用阿里云RDS MYSQL版，提供了容灾、备份、恢复、监控、迁移等方面的全套解决方案，无需自行安装和部署，购买后可直接使用。根据前述系统的功能需求，设计了名为“logistics-all”的数据库用于存放系统数据，共有8张表，限于篇幅仅列其中一张，如表2 所示。

图3 智能数据采集终端通信流程

表2 运单信息定义

微信公众号

智慧物流系统采用微信公众号作为用户入口，司机可以上传信息、其他人（只读权限）可以查询和推送信息。其中只读权限的微信公众号分为以下模块：

“项目信息”包含：项目一览、当日发货、在途统计。

“设备一览”包含：在途设备、待用设备。

“我的账户”包含：新用户注册、用户登录。

微信公众号采用JAVA语言编写，在微信公众号后台通过第三方服务器配置的方式调用阿里云ECS上的程序。

结语

本系统相比于普通物流系统，其优势是具有运输质量监控能力，包括运输准点率、驾驶稳定性等特殊需求。由于风电机组在途运输损伤将会给未来机组运行带来很大安全隐患，因此数据采集依赖于特别设计的风电行业专用的车载终端，该终端含有震动监测传感器并能根据传回的震动数据进行车辆状态分析。

本系统目前数据源还比较少，没有与ERP/CRM系统的信息共享，此部分会让智慧物流系统通过开放的API接口读取数据，比如风电场客户名称、地址、电话、项目经理，风电机组大部件名称、物料编码、BOM号等。

在风电行业降本增效形势异常严峻的今天，粗放式的物流运输管理方式显然已经非常落后，无论是工程管理的精益化需求，还是质量管理精益化需求，都无法得到满足。本文所述的风电机组大部件智慧物流系统在实际生产中很好地帮助了企业掌控风电机组大部件的运输过程，对精细化组织安排机组生产、降低库存有很大帮助，具有良好的经济效益。

摄影：苏雷