烟草物流备件库管理数字化转型研究

2022-06-07李伟

城市建设理论研究（电子版） 2022年10期

李伟

湖南省烟草公司衡阳市公司湖南衡阳 421001

1 背景

近年来，随着烟草行业智慧物流建设的推进，各地市公司物流配送中心先后完成了全自动化或半自动化仓储、分拣系统的建设，全自动化设备的运行对设备可靠性要求高，因为一旦某个环节故障时间过长，将会导致整个生产的停滞[1]。自动化分拣线运行前期，设备磨损较小，性能较为稳定，设备故障较少，备件问题不突出，目前很多分拣线运行已经超过5年，设备开始进入老化期,无论是机械元件的磨损,还是电气元件的的老化,都需要更换备件.备件供应的及时性将直接影响到日常作业,而备件库的管理仍比较粗放，按照国家局“以数字化转型驱动生产经营管理方式变革，实现烟草产业链供应链的上下贯通、左右连通、内外融通”为指导,通过积极主动推动数字技术与各业务工作深度融合，从 “降本、增收、提效”等企业核心目标出发，推进备件库的数字化改造迫在眉睫[2]。

2 备件库面临的主要问题

各地市烟草公司都建立备件库，面积小的只有几十平方，面积大的有上百平方，备件库货架以采用钢结构的多层货架为主[3]，每层货架放置一定数量的周转箱，备件按照一定使用习惯放置在周转箱内，相对而言，备件的管理比较粗放,主要有以下问题：

一是备件存储区域未合理划分，备件存放只是简单分类，未能充分结合备件的电气/机械、所属区域、使用频繁度、备件价值等属性进行分类管理；二是日常入库、在库、出库、备件申请等作业都是通过纸质化进行，库存账本采用传统的手工做账，作业效率低[4]。

二是备件的出库作业经常在设备维修时发生，部分备件出库未及时登记，导致库存台账账实不符，备件数量统计不准确。

三是备件种类超过1500种,备件的各种基础信息收集不全,比如备件的产品型号、厂家，具体参数，国产/进口，名称，性能，所属区域等。一些备件可能已经停产，需要新的备件替换的话，就必须熟知其特性。

四是备件查找困难。因备件种类多，机械件的形状、大小各不一样，部分机械自制件属于那台设备也不一定清楚；电气件比如光电管从外观看，同一外观的光电管种类可能有七八种，而不同位置要求的光电管不一样，需要备件的时候一般是日常维修和设备故障时，当发生故障时，备件的不同属性会导致查找备件的时间延长，甚至会出现因缺少备件影响生产停机的情况。

五是备件库的安全管理。工具都放置在备件库，工作人员或外来运维人员一旦缺少工具就会从备件库查找，但却不一定及时归还，每年都要遗失一定数量的工具。

六是备件老化问题。备件都有使用寿命限制，比如橡胶产品，出厂六年后都会老化，因对备件的入库时间并不清晰，备件是否老化，还能用多久也不清晰，目前的备件库出库基本是有什么拿什么，没有严格按照先进先出的思路使用备件，降低了备件的使用寿命。

七是库存不合理。备件价值各不一样，价值高的达到几十万，价值低的只有几毛钱。购买备件是按照经验来采购，是否合理，是否有必要还有待进一步验证。而每个备件都要占用一定的资金，不合理的库存导致成本上升。

3 研究路线

数字化转型应该分为管理上转型和技术上的转型[5]。企业在数字化转型过程中首先要明确的是具体的管理目标，再根据管理目标采用合适的数字化技术备件管理的，因此重要的不是选择什么技术，首要是解决备件管理中存在的问题。备件库管理的首要问题是备件管理和库位管理两个方面。备件管理主要是按照备件的属性进行管理,库位管理主要是对仓库的规划、货区的布置、存储位置的设置及优化等管理。针对备件库管理存在的问题，按照数字转型要求，备件库的数字化转型可分为以下四个阶段：

第一阶段是备件分类和编码。备件种类较多，对备件合理的分类和编码是开展备件库数字化管理的第一步。根据备件最稳定的属性、工艺特性以及工作需要对其进行分类，可以按照其特性分为机械件、电气件、工具类以及信息类资产等。其中机械件包含紧固件、连结件、传动件、气动元件、密封件、润滑件、轴承、弹簧等；电气件包含电机、控制电器、主令电器、检测电器、保护电器、执行电器和电子元件等；工具主要指手动工具，测量工具、电气工具以及气动工具等。信息类主要是指服务器，台式机以及笔记本以及相关的零配件。

图1 备件分类代码图

备件编码采用十位数字进行编码，共分五层。如下图所示。

第二阶段备件库合理规划。优化备件库的备件存放位置，按影响程度大小、机械/电气，消耗速度、所属区域等将备品备件库存结构进行合理规划。备库库库房主要划分为四个区域：一是工具和耗材专区，存放日常工具和耗材；二是报废、返修专区，用于存放报废和返修的备件；三是机械零配件区，主要是按照区域存放机械零配件；四是电气件区，主要是按照电气性能存放电气设备。

第三阶段是建立信息化系统。主要包含四个部分：一是通过对物流配送中心的备件日常出入库跟踪调研，完成备件日常出入库流程梳理，建设符合物流配送中心的备件日常管理体系。二是安装机械视觉识别摄像头，完成备件图片数据采集入库，建立备件图形模型库。三是通过应用物联网技术和数字传感器收集数据，将货架与备件类型通过RFID进行关联绑定，完成备件数据的整体录入，通过对备件的采购、贴标入库、日常使用相关出库和还库自助操作、盘点、查询等环节进行标记、识别、信息追加、追踪与监管，实现备件的智能识别、全面感知、全程追溯和实时管控。四是信息共享。作为设备管理系统的一个终端，备件库系统需要打破信息孤岛，与其它管理系统做好接口，保证备件系统的信息流实施传到到其它管理系统，为决策提供数据支撑。系统架构图如下图所示：

图2 备件库系统架构图

第四阶段是数字化阶段。首先是数据收集阶段。数据主要来源于四个方面，一是从其它系统对接过来的设备数据、备件信息、作业计划等；二是备件库历史数据；三是通过RFID等传感器收集的数据；四是备件库本系统产生的数据（1、备件属性信息，比如采购成本、数量、国产/进口、电子/机械、自然老化周期、关键程度、采购周期、更换频率、可替代性等属性，2、供应商信息、3、出入库信息等），要尽可能根据工作需要，选择适合自己的数据范围，形成有效的数据信息库。其次是数据加工和分析阶段，通过对已有的数据进行梳理、分析、加工，并进一步对数据进行分类和描述，对数据进行挖掘与探索，找出其中的关联。最后是智能分析阶段。对数据利用的本质是实现合理库存的目标，通过数据的利用，建立备件库智能分析模型，提高备件利用效率，降低资金占用成本。

4 关键技术研究

RFID技术。RFID技术是自动化的，大量数据批量采集技术，使企业能够更有效地追踪产品和资产，相比传统条码扫描，提升数据采集效率可达10倍以上，数据准确率至99.5%。基于RFID的信息化系统可以统一数据描述规范、统一数据交换标准、减少重复投入[6]。

备件入库时，每个备件都安装RFID标签，标签里详细记录备件的产地，价格，所属设备，型号、参数、电子/机械设备，国产/进口、供应商等信息，出库时需要扫描标签并移除，相关信息从系统中做出库操作。在备件库出口安装RFID门，当备件未按照流程出库，将会出现报警。备件库里安装RFID天线，能够自动感知在库的RFID标签信息，能够更有效的追踪物流配送中心的备件出入库情况，改善备件出入库无迹可寻的现状，实现备件管理的全面感知、全程追溯，为物流配送中心掌握备件库存数据提供支持。如下图所示：

图3 RFID备件管理流程图

机器视觉技术。机器视觉是采用8个高清摄像头将被检测的备品备件转换成图像信号，传送给专用的智能网关，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，智能网关对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、外观、尺寸、颜色、文字，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、类型、库存数、存放位置，实现自动识别和计算功能。主要步骤分为四步：

第一步：备件分类建模。每个备件手工拍摄超过100张以上照片，定义备件数据集，将同类图片按照一个数据集进行导入，对数据集中的图片进行去模糊、去近似、旋转、镜像等多种基础清洗服务，对数据标注类型设定，可设定不同的图像分类，对备件按照不同、形状进行分类定义，完成图像建模工作。以螺钉为例，如下图所示：

图4 螺钉3D模型建模图

第二步：备件分类标签。为各备件增加标签，实现标签与图像的对应，定义备件分类标签，将标签与分类建模绑定，通过自定义标签用于完善数据集中每张图片的标签，可以按照不同类别进行大小类区分，实现快速从标签中查询备件外形、外观。

第三步：备件分类识别。训练完成的模型存储在本地服务器。备件库的专用操作台上安装八个高清摄像头，高清摄像头拍摄图片后向控制器发起请求，控制器接收照片，通过图像分析引擎对图片分类进行判断，主要算法采用相关性、卡方、交叉核、巴氏距离四种计算方式，同类比较采用训练库中图片进行比较，再通过AI计算，取阈值最高项，识别出结果后将结果推送到系统中，完成了图像识别阶段工作。

周转箱改造。周转箱改造的前提是规范标签即对货架的各个货格号做好命名，然后按照命名规则在货架横梁上贴好标签。周转箱改造的目的是实现备件的ABC分类管理和方便备件查找。对于C类物品，主要是一些价值不高、数量大的物品，比如螺丝，垫片等只要分类集中放置在周转箱就可以，不需要做改造。对于B类物品，主要是指一些使用相对不频繁，价值也不太高的物品，只要在周转箱上安装一个2A电源、LED灯、一路继电器开关，当查找备件时，实现简单的声光报警功能即可。对于A类价值高物品，要在原有B类改造的基础上新增一个485智能锁，若要取出备件，需要通过系统或专人开锁才能取出物品。部分重要物品可以根据情况加装一个MIN显示屏。所有的周转箱上都粘贴一个二维码标签，结合RFID功能，通过扫描二维码可以查询目前周转箱的备件基本信息。如下图所示：