一种适用于班组仓库货物管理的智能仓库系统

周企慧，张 森，戴人杰

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

传统的库存管理是通过人工计数、文档记录、人工定期更新的方法，存在着时效性问题并且准确率差。智能仓库系统是一个软硬件相结合的物联网系统，通过智能传感器和计算机对仓库物品的信息、存货、供给、产出进行完美管理，实现准确、迅速、有序的现代化仓库管理要求。

近年来，越来越多的学者开始讨论如何将大数据技术运用于电力系统的库存管理。文献[1]介绍了结合射频识别(RFID)技术和嵌入式技术，设计了一套智能仓库货物管理系统，实现对仓库物品的环境监测、对进出口货物的实时统计，并将数据上传。文献[2]提出了新型变电物资综合信息管理平台的解决方案，所设计的智能仓库采用RFID技术和人脸识别技术作为物资入库和出库信息的交互，采用线性规划模型和信息安全主动防御技术解决智能仓库的物资优化分配问题和网络安全问题。文献[3]利用信息通信技术和互联网平台,将物联网的创新成果融合于水电企业一线班组建设之中，进行了互联网+班组智能化管理的实践和探索。

本文主要讨论通过智能计数器、云端数据中心、智能仓库交互软件解决仓库物料智能存储问题，可改变班组仓库管理无序的现状。

1 智能仓库系统设计

智能仓库系统主要实现班组仓库物料智能存储，在货架传感器上采集货物的存取数据，通过无线网络模块将数据传至云端，可以供其余各个子系统共享和使用。智能仓库系统结构示意图如图1所示。

图1 智能仓库系统结构示意图

经过后台软件系统对数据的处理，工作人员可以在包括移动智能终端在内的交互设备上，进行数据查询、库存管理和其他应用，同时还能与企业管理系统(ERP)对接，实现企业系统的信息集成和资源共享。

(1)智能计数器的设计。设计能够唯一绑定库存单元(Stock Keeping Unit，简称SKU)的智能计数器，方便对货品数量进行统计、校核操作，并且能够实时上传数据到云端服务器。

(2)云端数据中心。云端数据中心是数据持久化仓库和数据处理中心，安全存储了仓库货品信息，包括名称、型号、数量、生产厂家、生产日期等全面的信息。

(3)智能仓库交互软件。在网页上显示云端数据，实现仓库数据的实时查询、管理、告警等功能。

(4)计数器的安装与后期使用方法。计数器与货架的耦合方式是按照仓库货品的厂家、型号、使用频率、大小等考虑设计的，同时在现场使用过程中需要结合工作人员的思维模式不断调整使用方法。

一套智能仓库库存管理系统包含智能计数器、云端数据中心、智能仓库交互软件。适用于电力检修设备仓库的库存管理系统是一个软硬件相结合的物联网系统，分为硬件和软件两个组成部分。

1.1 硬件部分

该系统的实现基础是一个能够统计、显示库存数量的智能计数器。

(1)每个计数器唯一绑定一个SKU，对应一种存储设备或零件，可以由工作人员进行绑定，并支持后续变更。

(2)计数器开启电源后有3种工作模式，分别是普通(显示)模式、编辑模式、设置模式。打开电源后进入普通模式，显示该计数器所绑定的SKU数量，按确认手动刷新最新数量。设置模式用于设置计数器所绑定的SKU的编号ID，并存储于设备本地。编辑模式用于编辑计数器所绑定SKU的数量，并上行数据至服务器。

(3)为了实现智能计数器与各种使用环境的适配，项目组采用电池供电、网络模块采用无线Wi-Fi，使得硬件和货柜或者抽屉的耦合方式也变得更加多样化和便捷化，不用再受限于供电电源布线和网口的位置，实现各个计数器的利用率最大化。

(4)方案前期设计了采用电源适配器的方式，将交流220 V电压经过变压、整流、滤波、稳压，最后输出可适合计数器工作的电压，但考虑到采用适配器需要引线接通电源，但不利于计数器后期的布局和调整。而后采用电池供电的方式。电池直接以5 V的电压稳定输出直流，供电稳定，没有引线布局方便，但是续航时间不长，后期使用成本较高。

(5)单片机在选择上主要考虑的是51单片机和STM32单片机。51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统单片机的统称，它具有学习成本较低、功耗较低、价格较低的优势，但保护能力较差，运行速度慢。STM32单片机是ST(意法半导体)公司使用Arm公司的cortex-M3为核心生产的32Bit系列的单片机，适用于手机、路由器等，具有运行速度快，外设接口丰富，保护能力好等优点，但价格较高。从内核、地址、外设、开发工具、学习成本、功耗、保护能力、价格等多方面综合比较后，选择了STM32单片机[4]。

(6)屏幕选择上面主要考虑LED屏和LCD屏两种。液态晶体组成的LCD屏幕分辨库较高，但同时耗电高，电池供电模式无法长时间工作，使用成本较高。LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成的“8”字型器件，可以显示用数字表示的参数，耗电少、成本低、坚固且耐用。考虑到只需要显示数字不需要显示其他复杂的图形，为了能节约空间需要尽可能缩小计数器体积，在数量需求较大的情况下故采用LED屏。

1.2 软件部分

软件部分分为前端(交互页面)和后端(存储和数据处理中心)的设计。

(1)在实现交互页面过程中采用DVA的框架，以数据驱动页面，通过页面事件和交互动作将所有调用过程解耦。其中UI控件使用蚂蚁金服开源的Ant Design，各个页面整洁美观。

(2)在智能技术器屏幕上除可以修改和查看其对应的SKU数量外，还可以通过用户权限验证后在班组智能仓库网页端查看或者修改权限范围内的所有物品信息。

(3)后台服务采用便捷友好的Spring Boot框架，数据库采用关系型数据库Mysql，以Maven管理和组织整个工程。为了后续迭代和拓展性，将后台进行解耦设计，设计为数据交互(dal)模块、核心处理(core)模块、网络通信(web)模块和基础服务(base)模块[5]。

(4)根据班组人员不同层次的特点，对管理系统进行了用户模块设计，将所有用户分为管理员和普通操作员，即拥有不同的操作权限。另外对班组的库存单元进行分类和抽象，最终形成数据库Model原型，并分配字段、设计库表。集成MyBatis作为对象关系映射，配置底层查询和修改接口。

(5)完成对暴露给前端交互页面和硬件网络模块的应用程序接口设计，封装Http，Mqtt协议的API，完成对整理业务逻辑代码的编写，模拟、跑通后台服务的各个流程。

(6)项目初期前端、后端耦合在一个工程里，在开发过程中不仅前端、后端人员开发效果受到影响，而且对于项目未来的拓展也十分不便。项目最终采用前后端分离的开发和部署方式，直接将数据、模型和页面进行隔离，并且使得后台服务和交互页面都是可插拔的。终端在实际访问时，先访问前端服务器，再通过网络请求后台服务器，对于项目后期的访问安全性也有较大提升。

(7)交互页面的设计。本项目处理可以在智能技术器屏幕上修改和查看其对应的SKU数量外，还可以通过用户验证后在班组智能仓库网页端查看或者修改权限范围内的所有物品信息，信息包含设备类型、名称、厂家、数量、型号、出厂日期等。班组仓库物品种类繁多、数量参差不齐，交互页面还提供根据不同电压等级、型号两个维度对各个子类进行筛选，方便操作人员快速定位存储单元。

在实现交互页面过程中采用DVA的框架，以数据驱动页面，通过页面事件和交互动作将所有调用过程解耦。其中UI控件使用蚂蚁金服技术开源的Ant Design，各个页面整洁美观。

最后，将数据后台服务和交互页面软件分别打包部署，采用Nginx重定向静态文件，并对各个模块进行单元测试和后续联调，打通后台数据中心、前端交互页面和智能计数器硬件的数据通信。

这种三端完全解耦分离的方式也使得任何一个部分只要实现相同的数据协议都将是可替换和可插拔的，对后续的需求变更或是升级迭代都十分友好便捷。

2 智能仓库系统使用方法

某班组仓库内的存储物品类目杂而多，项目组对硬件进行了针对性的方案设计，并且结合货柜实际的操作环境，最终形成如下的硬件产品技术路线。每个计数器唯一绑定一个最小库存单元(即SKU)，对应一种存储设备或零件，可以由工作人员进行绑定，并支持后续变更。

计数器开启电源后有3种工作模式，分别是普通(显示)模式、编辑模式、设置模式。

设备模式转换的操作流程和状态切换如图2所示。

图2 计数器的3种工作模式

2.1 普通模式

打开电源后进入普通模式，显示该计数器所绑定的SKU数量，按确认手动刷新最新数量，如图3所示。

图3 普通模式

2.2 设置模式

设置计数器所绑定的SKU的ID，并存储于设备本地。切换过程对应图2中的“切换1”如图4所示。

图4 设置模式

2.3 编辑模式

编辑计数器所绑定SKU的数量，并上行数据至服务器。切换过程对应图2中的“切换2”如图5所示。

图5 编辑模式

3 效益情况

智能仓库系统在国网上海某供电公司进行试运行，结合班组实际工作发现，每次抢修前备齐备品备件花费的时间，由原来的15 min降低为1 min，平均一个月10次抢修，一年节约时间14×10×12=1 680(min)。由于备品备件不全而延后抢修的次数，由平均一年5次降低为一年0次，每次抢修出动人数约5人，平均节约16 h/每人次，一年节约时间为16×5×5=400(h)。

每半年一次安排仓库的货品数量校核、有效期查询等，通过该系统可以直接查询相关信息，每次库存整理出动3人，平均16 h，一年可节约时间为16×3×2=96(h)。

综上，使用该系统后一年可以节约524 h，假设每人每小时70元的时薪算得该系统使用后一年可以为班组节约36 680元，在节约人力的同时大幅度提高了工作效率。

4 结语

智能仓库系统主要涉及班组仓库的日常管理工作，目的是为了统计班组仓库备品数量，通过自主研发设计的计数器，将备品库存数量手动输入系统中，在界面上显示仓库备品的型号和数量，并同时提供有效期、生产厂家、数量阈值告警等功能。通过智能仓库系统，能够极大地提高班组仓库管理的有序性和正确率，进一步提高班组的工作效率。

在未来可以将智能仓库系统推广至其他班组以及兄弟单位，定制符合不同班组实际仓库情况的物联网系统，实现准确、迅速，有序的现代化仓库管理目标。