航空装备智能外挂库设计研究
2023-02-22崔利杰拓明福
李 薛,崔利杰,拓明福
(1.空军工程大学研究生院,陕西 西安 710052;2.空军工程大学装备管理与无人机学院,陕西 西安 710052)
0 引言
工业革命迭代升级、武器装备加速更新、高新技术飞速发展,催生着装备物资保障领域向信息化、智能化快速演进。智能仓储[1]作为现代仓储的一种新型理念和手段,其目的是通过信息化、物联网和机电一体化共同实现智慧物流,从而降低仓储成本、提高运营效率、提升仓储管理能力。国内以京东[2]、顺丰[3]等大型物流企业为代表,已经取得了智能仓储物流的较大成果,引领了智能仓库建设的发展方向;国外,以波音、洛马公司[4]为代表的大型航空公司在美国国防部基于性能的保障要求下,也不断升级其航材仓库的智能化水平。在相关的学术领域,智能仓库的建设与系统设计也是当前物资仓储领域研究的热点。如薛劭节[5]、吴房胜等[6]在仓库的系统设计领域,将物联网技术运用到传统的仓库上,分别实现了仓储体系智能化、集约化管理和对仓库的红外报警、温湿度监测、烟雾和火焰监测及报警业务。孙茹树[7]从智能化机器人、电气设备、立体化货架、计算机控制和管理系统提出了多方面立体化智能仓库的设计思路和实施方案。在具体技术方面,张星[8]提出了基于RFID 技术的智能仓库三维定位设计与实现方法,杨利[9]提出了基于PLC 和工业机器人的智能仓库设计。
随着科技水平的不断提高,军事装备及其智能化发展迅速,各类军事任务的增加,装备物资的种类和数量大幅增加,仓库管理难度加大,传统仓储模式无法满足实际需求,一定程度上限制和制约了保障能力的提升。智能仓储的应用很大程度上提高仓库管理效率、透明度和安全性[10]。本文尝试以航空装备外挂设备为例,探索开展智能仓储库房的功能需求分析,提出传统仓储库房的升级改造思路与方法,为后续装备物资保障领域信息化、智能化建设提供借鉴和参考。
1 航空装备外挂设备智能仓储需求
1.1 航空装备外挂设备仓储现状和问题
外挂设备是航空装备系统的重要组成部分,随着飞机武器平台的发展进步和任务需求的不断变化,使用频率不断加大,应对不同任务时需要频繁倒换,存在的问题也逐步显现,存在较大安全隐患。主要表现为:一是管理模式较原始,各类登记统计使用手工登记,数据采集、收集、分析、核算困难。任务需求较大时,易出现登记统计不及时,登记信息错误等情况。二是质检依靠人工核验,质量把控与质检人员业务能力、责任心密切相关,质量控制水平不稳定,不同质检员检查结果差异较大。质检标准不一致,存在较大安全隐患。三是搬运、装卸等工作依靠人力,工作效率低、危险系数大。四是支撑决策的数据信息提取困难,数据质量较低,决策人员通常根据经验人工整理分析数据,制定各类方案易出现数据信息错误,指挥决策智能化水平低。
1.2 航空装备外挂设备仓储智能化改造目的
航空装备外挂库房的信息化智能化升级改造,将会大幅提高库房管理水平,实时监控外挂设备存储与技术状态情况,有力提高保障效率,减少工作失误,确保物资进出库的安全性,为管理决策提供准确有价值的数据信息。在此基础上,通过建立科学规范的保障管理模式,可以实现装备物资供应保障的精细化管理,最大限度保持和恢复飞机外挂设备的战术、技术性能,以期达到服务作战、高效保障的目的。
2 基于能力的智能外挂库建设
2.1 任务场景分析
通过分析,航空装备外挂设备库房的任务场景如图1 所示。
图1 任务场景图
首先,作战训练任务下达至机务指挥中心后,机务指挥中心将根据任务需求,结合基于大数据开展包含外挂设备在内的航空装备保障资源可视化分析预测,通过自动匹配任务所需设备、快速生成资源保障方案并形成指令下达至各保障机组和人员。其次,机组人员接到指令后,通过智能仓储管理系统查询相关设备数量、状态、位置等信息,根据下达至仓库的配置方案,指挥AGV 机器人到对应货架抓取所需外挂设备,经质检登记后,通过外场AGV 送至机务一线,完成出库并协助一线人员开展设备安装。第三,飞机完成任务后,由保障人员申请,经维修、保养、质检、登记等程序履行入库手续;第四,指挥人员、库房管理人员可实时调取外挂设备数量、状态等信息,库房管理系统能够对库房所属系统实施自动盘点、故障预测、寿命预警、补货信息推送等功能,辅助各类人员开展分析决策。此外,在外出执行任务时,系统能够针对任务类型、结合历史数据和相关算法,开展设备外出携行方案的自主推送,经审批后自动由AGV 配送设备至携行方舱。
2.2 智能外挂库建设需求分析
智能外挂库的建设,就是要满足机务保障人员、指挥决策人员和仓库运维管理人员的作业需求,通过仓储管理系统以及各类设施、设备将外挂库房的出入库、日常管理、飞行一线安装、全资可视决策、携行转场装载等任务场景智能衔接,提高运转效率,外挂库的功能将进一步延伸至一线作业部分和指挥决策层面,从各个维度提高智能化管理水平。
为便于分析,以下从外挂库任务场景包含的人员与实体角度开展智能外挂的功能需求分析。
2.2.1 人员的需求分析
外挂库开展业务工作时涉及人员包括:库房运维管理人员、机务保障人员和指挥决策人员等。库房运维管理人员主要任务是开展设备出入库管理、定期盘点、状态查询、日常维护、设备在库房中的倒换架、根据任务指令开展外出携行物资的装载等;机务保障人员主要任务为根据外场一线飞行任务到外挂库房领取设备和归还设备;指挥决策人员主要任务为做到随时对外挂设备数量、状态进行全面掌控,开展对设备补充、维修、报废等决策处理,并结合任务情况向一线保障人员下达挂载方案、向库房保管人员提出携行装载方案等保障任务。根据各类人员任务情况,分析其工作需求如下:
(1)仓库运维管理人员主要需求[11]
①出入库管理:对出入库设备器材的性能、状态、编号等信息进行检查登记,并实时上传至系统,按照存放规定装卸至指定区域货架[12]。
②库存管理:全面掌握库存、设备状态、设备寿命、有无缺货等情况;可达到多人、多地进行盘库和自动盘点。
③信息管理:可以对实时或历史时段的对设备、库存、出入库信息、用户信息、设备信息、维护保养信息等各类信息进行查询检索。
④安全管理:库房做到防火、防盗、防破坏。配备门禁、人脸识别、视频监控等的安防设备;安装温度、湿度检测,消防报警等相关传感设备,确保仓库的温度、湿度符合设备物资存储要求[13]。
⑤设备维护保养和质检管理:可实时了解入库设备状态并及时按照保养维修手册要求进行维护保养,做好登记统计。
⑥智能管理:根据使用人员上传的任务信息生成物资装备配备、配送方案;结合库存情况和当季任务情况,生成调拨、采购方案等。
(2)机务保障人员主要需求
①信息查询:可按照权限查询库存及调拨时间。
②设备配送:仓库可根据任务需求,按时准确做好设备物资准备并及时配送至指定地域。
③程序便捷:便捷高效的出入库程序。
(3)决策人员层面主要需求
①数据查询。可以实时掌握仓库、人员、设备、器材、库存等各类信息(任务信息、维修信息、寿命信息)为制定方案计划决策做支撑。
②用户管理;掌握各类用户数据,划分用户权限,掌握各级用户动态。
③信息管理:根据工作要求,生成各类信息报表。
④辅助决策:根据仓库各类数据开展当前状态监控、历史数据分析、故障趋势预测、个性化维修方案生成、携行外出方案推送、设备器材需求预测分析等。
2.2.2 任务实体功能需求分析
智能外挂库涉及的物理实体包括:仓储管理系统、智能外挂库、指挥控制中心等。通过分析,库房内各类信息在任务实体间的信息流传关系如图2 所示,各任务实体内外功能如图3、图4 所示。
图2 外挂库房运转流程图
图3 内部功能图
图4 外部功能图
2.3 功能需求分析
根据外挂库任务需求,分析其内部流程关系和功能,可有针对性的设计智能外挂库房管理系统的功能框架[14]如图5 所示。其功能共分为4 个一级功能,12 个二级功能。
图5 智能外挂库系统功能框图
3 智能外挂库建设技术框架
根据以上分析,为有效实施航空装备外挂库信息化、智能化升级改造,提出智能外挂库建设技术框架。
3.1 总体架构
智能外挂图总体架构如图6 所示,由基础设施、历年基础数据、智能仓储的关键技术作为支撑,实现仓储的四个功能模块组成,主要通过对外挂仓储库房业务平台的升级完成。
图6 构架图
其实施基本情况如下:(1)基础设施层:通过对库房土建改造,常规配套仓储设备的更新,再到网络设备线路搭建布设(服务器、防火墙)服务器的构建等,以及智能化设备的升级(监控、门禁、AGV 及配套设备、人脸识别)为外挂库的升级改造打好物质基础。(2)基础数据层:整理录入历年的仓储数据、相关工作人员信息数据、视频数据、监控数据、设备数据等,为仓储的管理、改造、决策提供数据支撑。(3)关键技术层[15]:利用AGV 技术[16]、数据加密技术[17-18]、状态识别技术、二维码技术、射频技术、智能算法[19]、自动控制技术等技术支持,保证智能化功能实现。(4)功能模块层:根据人员需求分析及各实体功能分析,智能外挂库分为四个功能模块、智能仓储管控模块、智能运输传送模块、携行方舱模块和辅助决策模块。(5)业务平台层:为实现各项功能,通过构建以智能仓储管理系统为核心的智能化系统,升级当前业务平台。并且包含外挂库射频识别系统及无人搬运装卸载系统的功能,能较好的兼容上下级指挥控制系统,协助各类业务人员完成相关工作,保障任务完成。
在完善各类基础数据及基础设施后,即可实现智能仓储及其配套功能。同时,提前预留充足的可扩展模块,后续可根据任务需要和技术升级增加更多功能。
3.2 各类设备设施改造升级
3.2.1 库房设施改造
主要为基础设施层的改造,包含各类设备和土建工程:(1)分区改造:按照库房承担任务,划分多个功能区:交接区、存放区、装载区、附件存放间和控制监控中心。(2)土建工程:库房安装两侧开门,便于车辆运输时直行通过;安装消防、供排水设施;室内墙面粉刷,地面喷涂具有耐磨、耐压、防静电和阻燃功能的环氧地坪漆。库房墙体内侧应根据实际需要安装电源插座、网络端口及接线柱。(3)常规设备:库房内设置防静电桩、除湿机、通风、暖气设施等。
3.2.2 智能设备布置
主要为关键技术层和功能模块层的实现以及基础设施的完善和智能化升级,确保化功能模块实现包含以下内容:(1)智能搬运机器人(AGV)及充电桩。(2)信息化需求的网络信息服务器、RFID 装置及各类手持终端、条形打码机。(3)智能安防相关的监控及报警设备、人脸识别设备、智能温湿度监控设备等。(4)智能携行方舱的改造及一体化搬运设施的构建。
3.2.3 信息管理系统开发
外挂库房信息管理系统的构建,既是业务平台的支撑,也为智能仓库管理、智能辅助决策功能、携行方舱管理提供软件支持。同时做到与上级保障系统连接兼容,以智能仓储信息管理系统为主体,还包含外挂库射频识别系统、无人搬运装卸载系统等。
4 总结
智能外挂库的实现既需要开展系统的需求分析和功能设计,也需要结合无线组网、RFID、图像识别等技术,从现代物联网发展及对仓储物流的发展角度开展升级改造。本文通过分析适用于部队日常驻训、外出演训、携行转场任务的外挂存储与转运需求,提出智能外挂库的功能性设计需求和改造思路,并在针对外挂转运多、挂载难、存取难的特点基础上,设计了智能外挂库的改造设计方案和流程方法,一定程度上是部队智能仓储建设的一次实践和尝试,为后续智能化作战条件下的装备保障建设与发展提供借鉴与参考。