数字孪生技术在国网仓储中的应用

国网孝感供电公司 赵沛 景文斌 赵国波 谢先明 梁浩

当前，我国经济发展已经进入了一个重要转型时期，各种企业正处在可以大有作为的机遇期，在企业的发展中做好仓库管理是企业提升效益的重要基础。随着信息化和商业的发展，运用数字化技术对仓库进行管理是提高管理效率的新型路径。国网孝感供电公司作为国网湖北省电力有限公司直属的大I 型供电企业，其在仓储管理工作中严格根据国网公司数字化转型工作部署要求，积极探索在“绿色现代数智供应链建设，完善供应链生态圈”的创新路径。数字孪生技术作为新型智慧城市建设的创新引领性技术，在近年来成为工业领域研究的热点，也成为国网仓储管理中正在积极探索运用的方法。本文就对数字孪生技术在国网仓储管理中的应用进行探析，分析国网孝感供电公司仓储管理中数字孪生技术的应用现状及应用成效，以期为企业的数字化仓储管理提供参考。

我国在“十四五”中提出“加快数字化发展，建设数字中国”，党的二十大召开更明确提出加快实施创新驱动发展战略，当前我国正处在可以大有作为的机遇期，各行业步入以数字化改造提升为主线的发展战略新时期[1]。仓储是电力行业物料供应系统的主要部分，担负着物料的贮存和供应。电力物资仓库的管理工作是物流发展的关键工作，它保障着物流工作的顺利运行，同时也引导着物流工作发展的创新方向。在仓库管理中工作人员要确保正确掌握工作流程，对所管理的具体物料状况了如指掌，做到仓储数据正确，收发反应及时快捷，这就是提升效率的基石，保证整体物流的流通性。伴随“互联网+”的蓬勃发展，智能化和信息化技术在工业生产与物流配送中迅速普及应用，每个核心环节都将变得更为“智慧”，智能物流将成为未来中国物流科技蓬勃发展的主要趋势。国网孝感供电公司物资创新工作室秉承“创新致远，实干争先”的优良传统，通过数字孪生技术在仓库管理中的应用，依据国网公司的战略目标，贯彻《绿色现代数智供应链发展行动方案》，围绕“绿色、数字、智能”现代化发展方向，主要以应用数字孪生技术来提升仓储及物资安全运行水平为重点，优化利用仓库空间，提高物资收发的工作效率，多源异构数据协同共享，虚实相结合以AR 呈现，仓储状态全面感知，优化完善仓储业务流程。本文就对数字孪生技术在国网仓储智能辅助库的场景中应用的现状与成效进行分析总结。

1 数字孪生技术相关概念

数字孪生思想虽然来源于航空航天领域，其先进性也正在逐步被其他产业所借鉴并消化吸收。与建筑信息模型的技术研发人员形成了建筑行业的数字孪生；与BIM 技术、字孪生、强现实技术和核能装置的维护也可以进行综合研究；医学科技研发人员则根据数字孪生思想，成立了“虚拟胎儿”用于监测家族遗传病[2]。

我国在“互联网+”时代和构建现代制造业强国的重要战略背景下，数字孪生体在智慧制造业应用中的巨大潜力，受到了众多国内外专家学者广泛重视，他们对数字孪生的产生背景、定义内涵、架构系统、实现途径和发展，及数字孪生在构型管理中的运用等先后进行了大量深入研究工作，并明确提出了数字孪生车间（Digital Twin Workshop）的概念，并就怎样促进制造物理世界和数字世界的内部的互动共融，开展了大量理论研讨与实践探索。2016 年，我国提出了新型的智能城市定义，核心技术将涵盖NB-IoT、5G、大数据、新一代人工智能、区块链、智能城市网络平台以及操作系统等。信息系统逐步向横纵联合大系统方面发展，信息共享模式也由运动式向依职能共享过渡。

2 数字孪生技术在国网仓储中的应用现状分析

2.1 数字孪生技术在国网仓储应用的必要性

2.1.1 当前仓储的物资种类多、数量大因为电网项目从实施到运营时，涉及各种各样的电力物资，国网电力物资分为国网优选物料，国网标准物料，国网公司一直坚持“更集约、更精简、更精良”的管理理念，开展标准物料精简优化工作，精简设备选型，压缩设备种类，推进通用互换。在实际项目物料中还有些品种重量大，形状异常，有些物料不适合于标准托盘库内转运，需要通过仓储数据，运用大数据分析为主、专家分析和专业复核为辅的方式，进行科学优化精简物料。

2.1.2 当前仓储管理变数多

针对电力行业而言，从库存到供应的整个流程中面临着许多的不确定的影响因素，而且由于不一样的物料易受到客观的市场行情变动以及供求关系的变化状况等影响，就有了许多的不确定因素，而物料储存的时间也会随之出现波动的现象，例如，有些物料储存短期的话也只有几周，而时间长期的话也有几十年，导致积压的物资出库不及时。

2.1.3 当前仓库信息化建设滞后

仓库物料存放位置仍是使用传统的纸质铭板，通过人工方式对储位中的物料进行记账、整理、盘点等，但业务量很大，且工作效率并不高。物资仓库内安全类产品多，包含门禁、消防烟感、环境监测、能源消耗值、消防栓水压、安防、视频监控等，系统间不兼容，仓储相关安全数据碎片化。

2.1.4 当前安全预警信息不同步

安全生产预警对安全生产中出现的各类风险做出了识别、评估与预控，风险类型分为各种现场作业风险、装备检测风险、物资保管环境风险、安全生产流程风险，相对具体的管控模块分为：作业危险性点与控制库管理工作、重大危险源管控、生产安全质量大检查和管控、重大隐患排除与管控、消防管理、生产安全工器具管控、特种设备管理、生产安全设施管控、应急管理工作等，按照国网工作规范，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，贯彻“谁主管、谁负责”的原则，仓库安全实行归口管理、分级负责。物资仓库内安全产品性能不一，系统间不兼容，导致仓管第一责任人、管理者、监管者的信息不同步。

2.1.5 当前仓库作业面积较大

仓库内按照国网工作规范要求设有仓库区和作业区，仓库区又可分为室内货架区、室内堆放区、露天料棚区、户外露天区域。作业区一般可分为包装区、入库待检区、到货暂留区、不合格品暂留区、出库（物流）理货区、仓库装备区等，仓库面积大，专业区域多，仓库物资出入频繁，库位中物资有常用变动，出库寻货常耽误时间。

2.2 数字孪生技术在国网仓储中的应用措施

2.2.1 研判功能特性，规划模块结构

针对国网物资仓库中目前存在的物资的定置摆放，货架、货位利用效率没能达到最优化，出库物资未能完全满足先进先出原则，造成了少部分物资存在失效风险等问题，项目组充分利用孝南公司物资仓库现有的前端边缘设备，采取基于数字孪生的物联网技术，自主开发构建了3D 虚拟仓库远程实时可视化智能监控模块，提高了仓库安全管理能力；并且利用项目设计的库位状态诱导系统，实现了智能货位多模仓储引导及反向寻货功能，辅助物资智能存取与引导，提高了出入库效率；参考国际先进的6S 管理的原则，对电力物资的库位进行网格化分区定置管理，构建了一个数字映像的直观、高效的可视化综合系统，实现了仓库安全和库容优化的效果。

2.2.2 定义技术特征，优化完善仓储业务流程

通过数字孪生搭建的虚实无缝衔接场景，模拟真实工作场景，系统打破信息孤岛，实现仓库关联的多源异构数据以AR 的形式显示，能让库管、安全专责、仓库主管、分管领导同步察看。基于AR 结合物联网主机，物联模块对以前的数据“孤岛”：门禁、消防烟感、环境监测、能源消耗值、消防栓水压、安防、视频监控等十余项仓库安全物联数据融合，实行预警信息分级推送电话、短信、AR、现场警号多种预警方式预警信息分级推送，多种设备参数互相验证，降低误报率，预警分级推送管理，安全无遗漏。

2.2.3 创新构建仓储库位管理智能化

针对设施购入年限不同，生产厂家不一，产品多，系统间不兼容，仓储相关安全数据碎片化问题，现在通过系统内的物联模块重新采集安全设备的数据，设备位置、状态、传感器实时数据在数字孪生AR 中呈现，同时远程通过AR 中各储位的监控摄像机画面，查看各储位保管的物资实际保管状况，有异常提前防损。仓库内的人流量、车流量、消防烟感、环境监测、能源消耗值、消防栓水压、安防、视频监控相关数据及状态在数字孪生AR 中呈现，同时电话、短信、AR、现场警号多种预警方式，实现无人值守安全预警。针对数据来源多，种类复杂的问题，通过系统的库位模块将多源异构数据在现场库位智能屏显示，搭建多维数据结构的孪生系统在AR 中智能展现，搭建多个孪生的场景，多视角查看，实现虚拟交互与现场交互一致，实现数据化与管理可视化一致。

2.2.4 构建面向数据的管理能力，提升数据的价值利用率

过往仓储管理凭经验，现在利用数据管理。利用AR建设中自带的储位网格化、数据化等特点，仓储运营人员可分析仓库的空间利用率，测算各储位堆放同一品种不同规格物资的最佳堆放量，优化本地（市）物资储备定额，辅助制定本地物资储备策略。通过AR 集成的储位跟踪摄像机，进行货物远程辅助盘点，对仓库货物实时进行数量和保管期限的检测，完成账务一致。同时远程检查仓储材料的外观品质情况，有没有腐蚀、霉变、潮解、虫蛀的现象，利用AR 系统实行一个摄像机多用途，实现实时仓储设备的价值最大化。

除此之外，国网仓储还推进AR 技术融合创新，加速数字孪生应用落地，数字孪生技术通过建模软件形成仓储场地及物料物理三维VR 模拟、同期也结合全景摄影VR，在虚拟三维空间内实现传感器信息更新、仓储管理等信息反馈，实现多时间、多物理量、多维度、多事件的模拟场景，以此反映相对应的仓储实体设备的全周期。通过对仓储运行全方位监测，搭建基于仓库实际的3D 虚拟现实功能，使仓储运行信息显示更加可视化和易于掌握，以AR 技术为基础，将工作流程、安全预警、仓储装备质检等情况在仓库运营者前立体呈现，加速数字孪生应用在仓库运营中落地[3]。

3 数字孪生技术在国网仓储中的应用效果

3.1 物资仓储管理效能显著提升

随着电网建设规模的日益渐增，物资供应链压力也将相应增加。通过诊断基层仓库工作中普遍存在的问题，采用AR 技术融合对仓库运营全方位监控，构建基于仓库现实的3D 虚拟现实效果，实现物资领域数据赋能，优化资源配置，有效解决了传统供应链中因信息层级传递而造成的效率下降问题[4]。同时通过构建库位智能屏，强化出库物资数据汇集支撑，实现库存库龄小于1 年，应急物资、备品备件库龄小于3 年，达到库存物资压降率25%的目标。利用AR 系统实行一个旧摄像机多个用途。实时仓储设备的价值最大化，提高供应链运作效率、降低运作成本具有重要作用。库位智能引导等业务应用推进仓库运营提质增效，物资出库时间缩短为原来的60%。通过系统的物联模块在此基础上优化业务模式，实现智慧运营数字化覆盖度，有效提升仓储管理水平；同时通过数字孪生技术等创新成果优化传统管理方式。

3.2 仓储物资安全管控能力显著提升

通过系统的物联模块对以前的数据“孤岛”：门禁、消防烟感、环境监测、能源消耗值、消防栓水压、安防、视频监控等十余项仓库安全物联数据融合，预警信息分级推送电话、短信、AR、现场警号多种预警方式，多种设备参数互相验证，降低误报率，实现无人值守安全预警。仓库原有装备吊车、叉车、堆垛机、液压手推车、平板手推车、托盘、钢丝绳、库位梯、篷布等数据来源多，种类杂，年检时间不一。利用库位模块中的设备区智能屏单元将设备的名称、使用状态、年检时间及状态、数量、已使用年限等数据信息汇集到综合显示及AR 中，将设备安全管控落实到每个环节，通过仓库的技术创新应用，实现安全无遗漏。

3.3 引领物流专业发展方向，促进科技创新

国网孝感供电公司物资部创新工作室秉承“创新致远，实干争先”的优良传统，通过数字孪生技术在仓库管理中的应用，贯彻《绿色现代数智供应链发展行动方案》，智能仓储对应不同的应用场景[5]。面对当前仓储运营的工作需求，孝感公司物资创新工作室重点在智能辅助库的场景中引进新技术新科学的工作思路和理念，基于AR 数字孪生结合物联模块、库位模块技术成果，数据贯通到储位物资信息智能屏、设备区智能屏，库位智能引导灯。突出创新和完善的必要性与价值，确保各项创新工作的开展落实效果，优化业务模式，实现无人值守安全预警、库位管理创新，有效提升仓储管理水平，实践国网仓储环节的“建现代物流增效保供”“创新固链保安全稳定”“数智化运营塑链赋能”，助力国网物资专业数字化转型。

4 结语

简而言之，在国网仓储管理中应用数字孪生技术可以让仓库的工作人员节省下来，同时也可以保证仓库的经营效率，这对公司的整体实力和利润都是非常有利的。实现仓储管理信息化、智能化，既要有相应的技术支撑，又要有相应的管理支持，同时也要加强对仓储工作管理水平的提升。因此，本文针对目前国网仓储管理效率不高的实际情况，分析了国网仓储管理中应用数字孪生技术的措施与成效，为企业的物流仓储管理提供积极的参考。