基于RFID技术的电厂智能仓储管理系统研究

付 豪，林 侃, 秦 桐

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663)

0 引言

电力行业对安全生产的连续性要求很高，因此大多数电厂都储备了数量可观的备品备件以满足生产需要[1]。备品备件的仓储管理是保持电厂正常运行的必要基础，一方面备品备件过多会造成物资积压、增加库房面积，提高保管费用，进而影响企业的资金运转效率；另一方面，储备过少则会造成备件供应不及时，增加停机时间，妨碍机组维修进度，使企业遭受更大损失。

目前国内电厂的仓储管理系统普遍存在以下问题[2-4]：1)库存量大且信息化程度较低，部分电厂的仓储管理仍以手工为主；2)出入库手续繁琐，人工盘点耗时耗力且出错率较高；3)无法及时科学的制定配置计划。以国电黑龙江某电厂为例，其仓储物资约47万件，库存资金达2 145万元，严重影响企业的人力资源配置、物资管理水平和资金周转效率。针对电力行业备品备件的仓储管理现状，建立一套智能仓储管理系统可以有效提高企业的管理效率，降低生产成本，提升企业竞争力。

本文提出以B/S结构(即浏览器和服务器架构模式)为基础[5]，建立基于条码、RFID[6]等自动物体识别与数据分析技术的数字化智能仓储管理系统，管理备品备件，实现仓储管理自动化、预警与展示智能化、配置科学化。

随着国家在智能制造和智慧能源等领域的建设规划，智慧电厂的概念不断普及并被行业认可，电厂智能仓储管理系统的普及将进一步丰富和推进电厂的智慧化建设[7]。

1 电厂智能仓储管理系统整体设计

1.1 设计思路

RFID是一种非接触式的自动识别技术。一套完整的RFID系统由读写器、电子标签及相应的应用软件三部分组成。读写器发射一定频率的无线电波，电子标签接收到读写器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量将存储在芯片中的信息数据送出，此时读写器读取信息并解码后送至应用程序做相应处理[6]。通过将RFID电子标签粘贴在设备或货架上以建立关联关系，根据电子标签的唯一性，可实现设备的精准定位。RFID技术原理如图1所示。

图1 RFID技术原理

电厂仓储以最小包装为单位，每个包装上贴有RFID标签，该标签内包含物资的规格型号、生产厂家、合同编号、货架位置等信息。与传统的条形码相比，RFID标签可识别移动物体，并可透过外部材料同时读取多个物资信息，读取速度快、存储信息量大，操作便捷。以RFID技术为基础的电厂智能仓储系统可实现仓储物资的批量入库、出库、盘点等操作，实时更新台账信息，极大的提升电厂仓储管理的自动化、智能化水平。

1.2 网络架构

电厂智能仓储系统网络构架如图2所示，主要由基础设施层、平台支撑层和应用平台层组成[8-9]。基础设施层包括应用服务器、存储设备、RFID识别系统、门禁识别设备、视频监控设备、环境采集设备等。平台支撑层统一管理信息系统资源池，提供统一运营、运维管理和平台服务。应用平台层则基于平台服务层提供的运营和运维能力，匹配电厂备品备件管理业务场景，实现电厂仓储系统的智慧管理、智慧运营。

图2 电厂智能仓储系统网络架构

RFID识别系统作为电厂智能仓储的主要工作终端，通过RFID读写设备、RFID标签、无线终端及应用服务器等搭建的物联网系统可以迅速实现备品备件物资的定位、信息查找、盘点、转移等仓储作业。

1.3 核心业务流程

通过电厂智能仓储系统，当物资到达后，利用手持终端迅速完成物资盘点并贴码准备入库，结合RFID技术，实现台账信息的实时更新。针对电厂的工器具，申请人员可进行不同工具组合或一套工具拆解申请，从而完成借出使用和归还。同时系统可预先设定好维护和检定计划，可对物资实施定期的维护和检定。根据维护和检定意见，对仓储物资进行停用或报废处理。电厂智能仓储系统可根据台账信息的动态变化，及时提醒管理人员采购物资，从而实现整个仓储物资的全生命周期管理。智能仓储系统核心业务流程如图3所示。

图3 电厂智能仓储核心业务流程图

2 电厂智能仓储管理核心应用

2.1 入库管理

通过电厂智能仓储系统，当采购物资到达验收后，现场制作打印RFID标签并贴在外包装，该标签包含了物料编码、规格型式、数量、单位、采购单编号、供应商等信息。可在仓库入口设置固定式RFID读写器，当物资进入仓库的同时，读写器会将该批次的所有物料信息都上传至仓储管理系统(warehouse management system，WMS)，完成物资的自动入库。

退料入库时可根据RFID标签的唯一性找到退库物料的出库物料凭证，根据物料凭证做反向操作实现入库作业。该作业建议由移动RFID接收终端完成。

2.2 库存管理

1)库存盘点

智能仓储管理系统创建盘点凭证及盘点任务，并将任务下发给手持终端设备，仓库管理员通过手持扫描终端能够在5～10 min内对指定的货架、库区或重点物资实现自动盘点。系统能够根据周期自动生成盘点计划，并能够即时提醒盘点作业人员进行盘点作业。

库存盘点包括计划性盘点和抽查盘点，盘点后系统生成报告，也可以输出excel或word文档供打印输出。如盘点时产生差异，可在智能仓储系统中进行差异调整并确保信息一致。自动盘点功能不仅可提高盘点作业的精度，也大幅降低了库存管理员的盘点工作量。

2)物资维护

系统对需要定期维护保养、检定的物资进行登记与台账管理。包括：制定维护保养计划、检定计划、生成计划任务；维护保养及检定过程与结果录入；对超周期未完成计划任务时自动提醒；完成计划后登记维护保养台账实时查询。

2.3 出库管理

2.3.1 常规出库

智能仓储管理系统通过获取领料单信息，根据预设的规则精准定位。精确定位系统通过货位位置安放RFID标签，通过货位与RFID标签的绑定，实现系统给出领料仓位后精确的路径规划，并且辅以警示灯，警示灯覆盖所有货位，并且与货架配套整体美观，避免由于不熟悉而导致错拿的现象。发生错拿现象时系统将自动发出报警信号。出库时，物资通过仓库出口的固定式RFID读写器时，二者完成信息交互，并将出库信息同步至智能仓储管理系统完成台账的实时更新。

2.3.2 无人值守出库

夜间无人值守系统包括门禁管理、自助领料及自助出库等，利用面部识别、增强现实(augmented reding，AR)、精确定位、智能导航等技术，实现夜间在没有仓库管理人员参与的情况下自助领料、出库。

1)门禁管理

门禁管理结合面部识别技术，通过二维码扫描申请临时准入，记录访问人部门、联系方式、访问事由等信息，临时准入为一次性且有实效。面部识别确认准入并生成访问记录。

2)自助领料

自助领料分为预约取料和临时取料。

预约取料由领料人在规定的时间前将领料单发给仓库管理人员，仓库管理人员提前备货并放入自助领料柜。领料人通过二维码确认核对领料信息并实现人工自助领料。

临时领料时需要自助终端设备，自助终端设备通过工号进行登陆。终端设备可以通过物料名称模糊搜索，确认后生成领料任务单。根据领料任务单，系统自动规划路径，结合自助终端和仓位的位置传感器提供导航服务以及记录领料人在库内的行为路径。精确定位同时可以实现取件报错报警。

3)自助出库

自助出库是指在领料人有领料单的情况，通过自助领料完成领料任务后一键出库。如果领料是临时申请的，则需要通过AR验证领料与任务单匹配，避免遗漏或错误，验证通过自动出库并把库存变化信息同步到智能仓储管理平台。

2.4 辅助功能

电厂智能仓储管理系统可实现智能预警功能，管理人员可根据企业实际情况为仓库总量、每种物资设置上下警戒线，当库存数量接近或超出警戒线时，进行报警提示，及时地进行库存物资采购调整，优化企业的生产和库存。库存预警提醒内容包括过保质期提醒、定期维护保养提醒、安全库存下限提醒等。

智能仓储管理系统还提供报表工具，可以按照指定的周期，从数据库获取数据，进行平均和汇总，形成日报、月报等报表，让管理人员及时、准确的掌握物资状况，提供辅助决策信息。

在仓库内设置一块电子显示屏，可以显示库存物资的数量、空仓率、工单任务、报表显示、报警信息等内容，方便仓管员的日常工作。

3 电厂智能仓储系统配置与实施效果

3.1 系统配置

本系统通过先进的自动识别技术、传感监测技术、移动互联网技术等，集成了各类传感装置、RFID电子标签、智能终端设备等，搭建了一个以过程控制为手段，以资产管理为核心的全生命周期的智能管理平台。智能仓储管理系统的软硬件配置见表1和表2所列。

表1 核心功能模块

表2 核心硬件配置

3.2 实施效果

通过以上搭建的电厂智能仓储管理系统可实现：

1)可视化仓库管理：首先对仓库的物理空间分区域划分，对各个物理空间分配一标签标识，建立数字化库位，依托仓储库房三维建模展示功能，实现任一库存物资定位展示；

2)仓库作业数字化：通过物资的条码/RFID标签，使用手持终端完成物资入库、出库、移库、退库、及其他库内作业的自动信息采集、货位推荐、工作引导，实现物资自动盘点。WMS与企业资源计划(enterprise resource planning，ERP)系统的集成，可实现数据共享，并自动与ERP数据进行对比，保证了账、物一致，减少了工作量；

3)仓库环境实时监控：根据特殊备品备件储存要求，在仓库关键点安装温湿度传感器以实时监测仓库内的环境状态，当仓库内温湿度不满足条件要求时，可自动联锁通风空调系统并提醒仓管员及时查看，防止备件生锈、腐蚀等；

4)库存配置管理优化：基于采集到的各类数据，应用数据分析对维护类、应急类、长期类等不同属性的备品备件分别制定针对性的库存控制策略，通过智能管理平台自动计算出发补库需求，以优化备品备件库存资源，消减过度安全的备件库存，提升服务水平偏低的备件的库存水平；建立多元化的联合仓储管理模式，与供应链上下游企业一起协作共赢，推广实施电厂联合储备、供应商参与的库存代保管及管理等储备模式，从而大幅降低库存数量、库存金额、提高仓储效率。

4 结语

智能仓储系统对电厂备品、备件、材料和其它各种物资进行智能化、信息化管理，实现自动记录货品入库信息、自动记录货品出库信息、物资信息分析与共享以及与厂内信息系统实时对接等功能。

智能仓储系统实现了物资全生命周期管理、出入库流程标准化，同时支持PC、智能手机、触摸屏、一体机等多种智能终端，通过与门禁、视频监控、环境监测及ERP部系统数据的集成，可实现精准记录、及时预警、合理配置等功能，减少了人工成本、提高了电厂的智能化管控水平。