仓库管理探究
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摘要：为了解决自动化立体仓库在出、入库货物时信息处理和系统响应用时较长的问题，采用组态软件结合Access数据库并以PLC为控制器的方式，开发了一套自动立体仓库信息管理系统。依托三维力控组态软件平台设计了管理系统系统操作界面，Access数据库作为数据存储工具，PLC作为核心控制器，实现了出入库货物信息的自动录入、已入库货物的信息化查询、自动监控管理货仓状态、准确快速找到合适仓位。运行结果表明：使用组态软件结合Access数据库和PLC的方法与同类系统相比，完成一次出、入库平均用时较短，运输效率提升20％左右。该系统可以有效地减少信息处理和系统响应的时间同时使立体仓库管理和运行起来更加便捷、快速、稳定，满足当今对立体仓库智能化的要求，最终对提高工业综合智能化具有一定的参考价值。
关键词：管理信息系统立体仓库数据库信息化PLC
第四次工业革命之后，智能化成为各个领域努力的方向和追求的目标，工业领域尤为明显，智能化制造车间的建造就是重要体现之一。智能化车间不仅可以避免因人为因素带来的误差，还是现代装备制造业提高产品质量和生产效率的重要途径，而自动化立体仓库是智能化制造车间任务连接的重要的组成部分和关键环节。自动化立体仓库管理系统是体现立体仓库“智能化”的重要环节之一。在传统的立体仓库中每当有货物存入或者取出时，需要库管员手动记录货物以及仓位的相关信息，然后再进行出入库操作，这极大地增加了因人为因素导致的失误，同时也增加工人的工作量；在同类的立体仓库管理系统中，大部分采用C#作为开发平台，这导致系统的研发周期长、开发过程复杂同时对开发人员有较高的要求[1]。基于这种情况，研究选用三维力控组态软件结合微软自带的Access数据库并以PLC为控制器的方式，设计开发全新的自动化立体仓库信息管理系统，经过模拟仿真证明，该系统可以实现出入库货物信息的输入、查询、监控等功能，减少了工人劳动强度，有效提高了货物运输效率。
1自动化立体仓库系统的构成
1.1立体仓库的硬件结构根据图1可知，实验用的立体仓库模型由左右两排货架组成，每排货架是10列8行，货架之间是堆垛机的巷道，堆垛机在巷道上可在X、Y、Z这3个方向上自由移动，实现对货架上任意仓位的存取操作。货物的输入端和输出端由AGV无人自动导引小车实现，机械臂作为连接无人小车和堆垛机的桥梁，将待出库的货物送到AGV小车上，同时将待入库的货物从小车上运输到堆垛机上。
1.2管理系统的组织结构仓库信息管理系统作为系统的核心部分，应该具备以下基本功能，即系统信息、出入库操作、查询管理、信息统计、帮助。系统信息功能主要是对整个管理系统基本信息的管理，包括登录系统人员的信息管理以及在货物进行入库操作之前，提前输入货物的名称、重量、材料等相关信息的管理等；出入库操作主要的功能是为货物选择最优的存储方案，实现该功能需配合PLC完成，系统收到入库申请时，作为控制器的PLC进行快速运算，规划出最佳的路线方案，堆垛机依据方案对货物进行出入库操作；查询功能主要是为库管员提供查询工具，可以实现对每个仓位的存储状态的监控，也可以查询具体某个货仓已存储货物的所有信息；信息统计功能主要是将货物的出入库的信息自动生成日志信息供库管员随时调用查看，同时作为管理系统自学习的数据资料；帮助的功能主要是关于该管理系统的基本介绍[2]。主要的组织结构图如图2所示。
1.3管理系统总体设计北京三维力控公司开发的Forcecontrolv7.1组态软件操作简单、功能强大，内置很多组件、控件，可实现与外部数据的连接和交换，还有很多模型可供选择，所以信息管理系统拟采用该软件开发人机交互界面，要求界面既可以作为控制器的上位机又可以实现立体仓库信息的管理。自动化立体仓库的仓位多，每个需要被存储的货物又有若干属性信息，还需要对登录信息、货物信息、出入库记录等信息进行汇总、统计[3]。这就要求管理系统需要快速处理成千上万条信息，如果单使用组态软件存储这些信息，需要占用大量的中间变量，导致信息存储和查询的速度变慢。微软办公软件自带的Access数据库作为专业的数据处理软件，可以实现对数量庞大货物信息的快速处理工作，通过在组态软件中编写程序的方法，可以实现对Access数据库的访问、修改，满足使用要求。立体仓库信息管理系统还需要与控制器配合实现对堆垛机的运动控制。PLC最为工业中最常用的控制器，具有功能丰富的集中、通信能力极强、成本较低的特点，并且可按照用户编写的逻辑程序执行相应的动作，所以选择使用西门子200SmartPLC作为控制器。
2管理系统实现的关键问题
2.1管理系统监控组态设计系统监控部分主要实现的功能是首次运行系统对数据库的创建、打开，并将数据库的状态反馈给系统；提供给用户待入库货物信息的输入对话框以及对已入库货物信息检索的输出显示框；在手动模式下，设置了供管理人员对数据库内信息进行插入、删除等操作以及手动对货物进行入库、出库操作的按钮；可以实时监控每一个货位的存储状态；接收管理系统发送的命令和反馈信息并直接控制下位机完成动作[4]。采用Forcecontrolv7.1组态软件开发监控系统。软件提供了丰富的组件，可以与多种数据库进行链接访问，支持多种通信协议，可与西门子、欧姆龙等多种控制器进行数据交换，并且软件中也提供了C语言脚本编辑器，供开发人员完成复杂控制要求。选择西门子200smartPLC作为系统的控制单元。其中需要控制的设备主要有堆垛机、机械臂、AGV小车。具体工作流程程是：AGV小车载货到位→入库申请→系统的管理层发出入库指令→启动机械臂→堆垛机载货到空仓位→堆垛机返回原点。出库与入库的过程相似。
2.2编程完成数据库链接MicrosoftOfficeAccess是微软公司开发设计的一套关系数据库管理系统，具有强大的数据处理、统计分析的能力，同时access数据库还为用户提供便于查询的工具，可以方便快捷实现各种汇总、平均等统计操作，也可以用数据库开发各种数据管理类软件[5]。人机交互界面需要配合Access数据库才能实现信息的快速存储。首先按照要求创建一个空的Access数据库，选择使用组态软件中后台组件中的ADO组件，按照提示对组件进行相关配置，完成后实现与数据库的链接，完成连接后，点击“测试”按钮后会提示“测试连接成功”。完成组态软件与外部数据库的连接后，需通过编写程序实现人机界面对外部数据库的访问。如图3左上角所示，这些程序主要实现的功能是用鼠标点击该按钮时，将输入对话框中的信息存储到数据库中。图3右上角所示的程序主要实现通过点击鼠标删除一条已经查询到的信息，需配合出库功能使用。图3左下角所示的程序可以实现查找某货位号的货位里存在的货物信息并显示在输出框当中，图3右下角所示的程序可以实现当某一货位中存入货物时右边矩形框内对应货位会显示红色否则显示黄色。
2.3最优路径规划在仓库管理系统中，当管理员发出入库指令时，堆垛机需要用最短的时间把货物放到合适的仓位中，这就要求管理系统在收到入库申请的时候为每一个货物规划一条最优的路径，同时系统应该具有自处理功能，如果出现货物在仓库中长时间放置没有使用的情况，系统会自动将货物放置到距堆垛机较远的货仓中，可极大的提高货物运输效率，按照要求对PLC控制器编写逻辑程序可以实现[6]。根据系统需要，货物需要入库时，控制器首先需要是判断某仓位是否有货，进而决定是否将货物放到该货位中。使用PLC中的位操作表示仓位的存储状态，若某一货位存入货物则将表示该货位状态位置位，若取出货物则对状态位复位操作，当系统收到入库申请时，控制器需要对货位的状态位进行逐一扫描，直到找到空位为止。系统还会自动记录每一个货仓的使用次数、货物的储存时间，如果有货物超过设定时间没有使用，控制器会将货物移动到仓库的的最远端，提高了距离仓库入口较近货位的使用率，也提高系统的运输效率。
3运行与仿真
采用虚实结合的技术对管理系统进行模拟仿真。用组态软件结合虚拟仿真软件以及西门子编程软件V4.0STEP7MicroWINSP9，可以模拟真实立体仓库的动作。其中使用虚拟仿真软件按照真实仓库结构建模型并设置接口，用西门子smart200PLC编写自动化立体仓库控制梯形图，下载到真实PLC中，实现对虚拟模型的运动控制，使用力控组态软件既作为控制器的上位机又可以实现对立体仓信息的管理。联合模拟仿真过程如图4所示。
4结语
基于组态软件开发的自动化立体仓库管理系统可以实现预期功能，符合工厂“智能化”理念，相比于传统人工登记的立体仓库，该系统可以大大提高工作效率，也节省了大量人力、物力成本。相比于同类产品，该系统具有程序响应速度较快、存储空间可无限拓展、开发周期较短、功能强大并且开发成本较低等一系列优点，但是仍有可改进的地方，下一步可以将二维码技术应用在该存储系统中，可进一步解放人工，提高效率。
作者:鹿有杰 任有志 胡涛 单位:河北科技大学机械工程学院
仓库管理探究2
针对目前集装箱多式联运智能化和信息化发展的迫切需求，各组织之间信息沟通不畅的瓶颈，以物联网、数据仓库和大数据技术为依托，面向物流各相关方，构建一套开放、安全、可信的追踪监管、信息共享与应用服务平台。平台可为铁、公、水、航等不同承运载体、承运单位提供货物在途追踪监测数据与定制化应用服务，提高数据的一致性和运行效率，实现物流信息交换与共享，有效提升多式联运业务衔接效率。现阶段，集装箱物流管理系统的应用已经较为广泛，且相对成熟。集装箱多式联运行业相关的部门或企业如航运、铁路、船运、代理、码头、仓储和物流中心等都建立了自身独立的信息管理系统。但是，不同行业和不同部门之间存在着信息化水平不一的情况，信息管理上还是较为原始的操作方法。随着时间的推移，数据信息内容逐渐增多，行业之间缺乏有效的信息协同和合作，导致不能充分利用数据信息，造成资源浪费的情况。为了从容面对激烈的市场竞争，行业需要将信息管理系统平台化，将各个系统的行业信息等原始数据进行取样、整合、存储和建模，以图表形式提供集装箱多式联运分析、监测和监督等服务，对接其他系统，实现实时数据的交换与共享，提升信息管理与决策能力。
1数据仓库的特性
数据仓库属于一种数据管理技术，主要面向数据的应用，提供了数据管理功能，能够管理完备的、及时的、准确的和可理解的业务信息，并把这种信息提交给授权的个人，使他们有效地做出决策，支持综合性的数据分析，尤其是对战略分析。数据仓库具有面向主题、管理大量信息、不同介质信息存储、跨越数据库模式和信息的概括和聚集等特征，还具有集成性、不可更新和随时间变化的特性[1]。数据仓库技术的应用能够为集装箱多式联运的可持续发展提供积极影响，能够根据决策者的不同需要，按照不同的应用主题对数据信息进行组织支持，从而将分散在不同地域以及不同部门之间的信息内容进行有机融合，然后在对其进行合理的转换以及加工，并将其存储到数据仓库当中。随后，在利用恰当的分析技术，对数据仓库内的数据内容进行分析，其在大量的物流信息中，寻找到一定的规律，为管理人员提供有利的数据信息支持，从而做出准确合理的决策。
2系统总体设计
系统总体设计流程分为数据对接、数据仓库建模、ETL（Extract-Transform-Load，抽取-转换-加载）和数据展示4个部分。数据对接用于采集来自口岸办系统、GPS监管系统、物流园区系统等数据。数据仓库建模包括设计并搭建数据仓库用于集成所有行业数据。ETL用于对行业原始数据进行处理并装载至数据仓库。数据展示是以数据可视化作为关键技术，基于数据仓库构造的互联网应用系统，实现了对集装箱行业数据的展示。系统总体设计如图1所示。
3数据仓库主题
数据仓库的主要特点之一是面向主题，所以在数据仓库的设计工作中，确定主题域是一项很重要的工作[2]。集装箱多式联运信息管理平台是为各个子系统提供信息服务的，主要面向的对象有用户（如，货主、货代、承运人、集装箱租赁公司、港口堆场、货运站）、政府监管部门以及金融保险相关行业，为其提供基于不同数据要素、数据维度、时间跨度与表现形式的系列化服务与数据展现，如集装箱跟踪、集装箱调度、供应链管理、市场运行监测、行业预测、效能评估等综合性服务。集装箱多式联运信息管理平台主要面向的主题如图2所示。
4具体模块设计
本平台采用维度数据仓库，它由一系列星型模型组成，并由它们获取尽可能详尽的数据。我们从其他行业信息系统中抽取出维度数据，获取事实数据，例如可以从各集装箱物流园区系统抽取集装箱车辆的作业时间等来形成车辆作业事实表。通过各种维度表和事实表的创建，可以形成多个星型模型，从而实现对集装箱行业数据的面向主题的集成，方便对于数据的查询、展示与分析[3]。
4.1数据仓库建模数据仓库建模主要分为选取业务流程、定义粒度和维度、确定事实三个部分。（1）结合对业务需求和原始数据的理解，确定建模的业务处理内容。集装箱多式联运涉及委托运输、订立合同、提箱报关装箱、签发多式联运单据、交付货物、装车发运、短驳和订舱送箱等。（2）数据仓库的粒度大小是数据仓库设计中需要考虑的重点问题，其不但影响到数据仓库中数据存储量的大小和存储架构，而且还会影响到其与数据仓库应用者的交互方式和问答类型。由于原子型数据可为分析提供最大限度的灵活性，所以应优先考虑用业务流程记录最细粒度的信息开发维度模型。粒度确定后形成基本维度。选择年度分布维、货物类型维、地域分布维和揽货方式维四个维度，其中货物类型维度是由货物类别和货物名称构成的复合维度，地域分布维是由地、市、办事处构成的复合维度[4]。（3）确定事实，即要分析的度量。在数据仓库粒度分割中需要考虑的因素主要包括数据对象和数据量的大小、数据分割标准的难易程度以及数据分割标准与数据粒度划分策略的统一程度等。事实表和维度表的物流作业星形逻辑模块结构模式如图3所示。最后，在信息表和事实表的基础之上，采用MOLAP的方式建立数据立方体，即包含度量值和维的数据包，如图4所示，并根据该立方体创建不同主题的计算成员，从而能够为业务的开展提供更多的决策支持信息。
4.2抽取—转换—加载将数据源中的数据使用一定的要求和规则来予以过滤和清理。将完成数据转换后的目标数据加载到数据仓库中，并实时更新数据仓库数据，如图5所示。数据仓库技术的应用，能够根据决策者的不同需要，按照不同的应用主题对不同的数据信息进行组织支持，按照种类不同，进行重新分类组合，从而将分散在不同地域以及不同部门之间的信息内容进行有机融合，然后在对其进行合理的转换以及加工，并将其存储到数据仓库当中。随后，在利用恰当的分析技术，对数据仓库内的数据内容进行分析，建立数学评价模型，为决策者进行决策提供有利数据支持[5]。
4.3数据展示数据可视化技术将大型数据集中起来以图形、图像形式加以表示，并利用数据分析和开发工具发现其中未知的信息，清晰有效地传达信息。数据可视化有助于促进全员围绕关键数据分享协作以及管理层以全局性视角观察问题，从而最终形成数据驱动工作、数据支撑管理决策的良性循环。数据可视化技术还与手机终端相结合，方便用户随时随地查看生产作业情况，实现多层次的数据上钻和下钻，强化分析功能，数据可视化从生产领域延伸至财务、人力资源等领域。除了可视化服务外，平台还可以提供数据挖掘服务、数据在线分析处理服务、控制面板服务和数据报告等服务。
5结语
基于数据仓库的集装箱多式联运信息管理平台通过对数据仓库的建模，抽取原始数据，转换并加载到仓库中，实现了对集装箱多式联运行业数据的有机整合，实现了数据的共享，使数据具有可视化价值，视觉元素多元化，信息传递更直观，提高相关部门的决策能力。
作者:王玲 单位:重庆电子工程职业学院
仓库管理探究3
随着新老设备的增多，电气试验班组作为以注重数据运用的班组，试验数据也越来越多；以往的数据通常采用纸质化记录，但是试验新数据常常需要比对旧数据，不但翻阅查找麻烦，容易遗失，而且在数据传递过程中容易失真，也不方便对设备进行科学分析和评价。电气试验班组仓库仪器和试验的管理同样缺乏科学手段，严重影响了电气试验班组的运转效率。本文通过问题剖析，得出变电设备仓库管理困境的原因在于试验数据多，班组人员减少，人员老龄化加剧，App存在固有弊端，纸质数据管理存在显著弊端，仓库的智能化建设起步晚、突破少。基于此，笔者提出“以数字化建设”进行变电设备和仓库仪器管理的设想，并对如何深入推进电气试验班组的数字化转型提供了系统的分析和解决方案，以更好地实现电气试验班组的提质增效。
1面临问题
1.1海量试验数据成为沉重的管理负担以国网岳阳变电检修公司为例，投运超过20年的变电站有35座，变电一次设备为1963组，这些变电一次设备以5年试验一次为例，过去20年间，这些一次设备就有近8000份试验报告，以一组变电一次设备假定需要平均做3项试验，每项试验需要摘录3个数据为例，就有多达72000个数据。而且每次做试验，都需要翻阅过去几次的试验数据，进行纵向对比，以求最真实地反映设备的运行状况。这就要求班组投入人力资源对试验数据进行妥善维护，还要防止在生产和调阅数据的过程中遗失试验报告，并且在每次去现场进行试验前，需要将过去几次的试验数据调出来，将试验数据调出来后还要进行人工计算和比对分析。这不但造成了很大的数据管理负担，而且对设备真实状况的诊断也不符合科学性要求。
1.2传统的数据运维不适应节能减排要求每次去现场进行试验，不但要打印记录纸，还要打印作业卡。每年电气试验组需要消耗超过50包打印纸，耗费超过20个硒鼓，损坏或维修超过2台打印机。随着国家出台的一系列节能减排举措，公司对无纸化办公的要求也越来越高，这就要求电气试验人员在数据运维上追求绿色办公方向，而且试验报告的整理归档和存储也是一个难题。
1.3仓库仪器、零部件的纸质化管理存在天然缺陷以岳阳电气试验一班为例，试验仓库有各类仪器200多套，各种工器具20多种，像螺丝、电池等备品，备件计20种左右。仪器的出入库管理也只是纸质化登记，常常出现借出去登记了，还回来的时候忘记登记，时间一久就忘记了仪器是否归还，造成部分仪器丢失的现象。而且以往消耗备品备件都不会进行登记，由于缺乏有效的预警机制，常常造成备品备件短缺。而且每年仪器都需要送检，部分损坏的仪器还需要返厂维修，常常造成不知什么时候送检了什么仪器，也不清楚仪器是否校验超期，仪器返厂维修1至2年却不知道与厂家联系催还。
1.4仓库临时试验管理问题突出电气试验班组仓库试验大厅需要进行安全工器具试验、油耐压、油介损试验、物资抽检试验和一些交接和诊断性试验。但是仓库的试验记录往往是随意记在一张纸或一个本子上，原始数据经常丢失。而且每次试验都需要出电子档的试验报告，从纸质档到电子档，常常也出现录入错误情况。
2问题剖析
试验数据和仓库管理混乱的原因从表面看，是由于班组管理不细致，班组成员执行力不强，从而造成试验数据管理的混乱和仓库运维的漏洞。但是深究其内因，是变电设备和试验数据增多和设备精益化管理水平提高，对数据价值的挖掘要求也越来越高。虽然设备增多，但是班组人员短缺和老龄化的程度却逐渐加深，因此现场和仓库的管理困难也是常理之中的事情。
2.1基层班组缩员严重，班组年龄层次老化逐渐加深以国网岳阳变电检修公司为例，20年前，整个岳阳仅有35座110kV及以上的变电站，但是当时公司正式人员就有200多人。而在20年后的今天，虽然变电专业管理的变电站增加至84座，每个变电站设备数量都有不同程度增加，但是公司人员却缩减到了150多人。而且班组的年轻人越来越少，老同志越来越多，在资料管理工作上缺乏精力和动能。
2.2数据改革理念没有深入基层班组虽然目前各种App和小程序开发越来越多，但是在基层的运用和推广却阻力重重。首要原因是大部分App实用性差且存在各种漏洞，没有形成体系，没有充分经过市场检验，程序成熟度还不够；其次很多App不够人性化，学习起来较为吃力，且缺乏持续的培训；另外老员工对软件运用兴趣较低，而且理解和包容接纳性较低，造成App的推广困难，使用率低。2.3仓库的智能化建设仍未实施目前在众多的App中，对于仓库智能化、数字化建设相关的App还较少。这是由于大部分开发者都未充分意识到仓库智能化改造的重要性，而且智能仓库管理系统考虑和涉及的面较广，研发需投入经费较多，灵活性较大，因此存在开发方面的问题。随着试验数据和仓库管理的问题层出不穷，探索科学的管理方法，构建智能化的设备仓库管理模式势在必行。
3创新思路
电气试验班组要大力开展智能化和数据化建设，充分调动数据优势，充分挖掘数据潜力，逐步建立专家分析系统和智能预警系统，逐步推行绿色无纸化移动终端作业，数据云存储和云调用，节省日趋紧张的劳动力资源，实现数据传递过程中失真度低，实现数据的省时省力运维。电气试验班组要注重智慧化仓库的建设，为仪器、备品备件、安全工器具等的科学管理和仓库试验的推行提供更好的便利化服务。
3.1作业卡和试验报告可以采用移动作业App录入现场纸质化试验报告和作业卡不但容易脏污、丢失，回来后往往需要将纸质化的试验报告录成电子档的试验报告，然后再将纸质版的试验报告录入到PMS中，存在繁重的重复性试验报告录入劳动。采用移动作业App后，不但能节省纸张，避免纸质化记录存在的各种弊病，还能直接判断试验数据录入是否错误，并给出智能结果的判断；还能直接生成电子档，如开通生产过程控制管理系统PMS权限接口后，还可以直接生成PMS报告，省去反复录入试验数据这一件苦差事。
3.2将试验数据通过移动作业App上传至数据云现场通过移动作业App，可以直接将现场的试验数据上传到大数据云平台，还能直接调用历史的试验数据。通过建立专家云分析系统，形成直观的设备数据分析曲线，可以自动给出所试验设备的状态诊断，并为检修决策提供支撑。
3.3建立变电一、二次设备的二维码台账信息，从而实现变电设备全寿命周期的科学管理每个二维码都是设备唯一的名片，该二维码涵盖了从设计、生产、型号、厂家、具体参数、运输、安装、调试等各个环节的信息。在现场做试验时，只需要采用移动作业App扫描设备二维码，就能方便地录入设备铭牌，省去了铭牌抄录错误，录入不全等问题，还能直接查看设备各个环节的信息和出厂试验报告，从而不但方便了现场试验人员比对，还能方便公司的资产管理。
3.4进行仓库、试验大厅电子化智慧管理在仓库和试验大厅装设智慧管理软件，此软件有以下功能：（1）班组仓库仪器的出入库信息记录和归还提醒。（2）试验仪器台账录入、维护。（3）试验仪器、安全防护用品等检验周期信息录入、过期提醒等。（4）大厅试验数据记录、智能统计和分析，同步上数据云。（5）安全工器具送检记录、试验记录、智能统计等。（6）相关试验所需仪器清单查看、各类现场注意事项查看等查询功能。（7）仓库卫生、仪器清理、工具箱整理等工作自动排班。（8）仪器设备二维码出入库系统台账信息。
作者:傅杰林 张闻玺 单位:吉林建筑大学电气与计算机学院 国网岳阳供电公司