基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的倉儲貨架安全監(jiān)測解決方案

• event2024-04-03 09:50:54
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摘要：隨著國家制造業(yè)和運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，物流倉儲裝備逐漸走向大型化和復(fù)雜化，對倉儲貨架的設(shè)計、安全管理和狀態(tài)監(jiān)測提出了新的要求。然而，目前各行業(yè)仍然缺乏對貨架運(yùn)行安全管控方面行之有效的在線監(jiān)測方法，使大型貨架在失效甚至坍塌前無法察覺，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡。本文主要鑒于現(xiàn)狀下倉儲高位貨架使用安全風(fēng)險的考慮，探索了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的倉儲貨架安全在線監(jiān)測解決方案，讓肉眼無法觀察到的貨架局部形變和傾斜，通過傳感器實時獲取安全參數(shù)數(shù)據(jù)，并顯示在軟件系統(tǒng)上，及時發(fā)現(xiàn)安全風(fēng)險隱患，為人工干預(yù)提供預(yù)判性決策依據(jù)及預(yù)防性維修依據(jù)，有效降低貨架安全事故風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、在線監(jiān)測、預(yù)判性決策、高位貨架、立柱垂直度

1 引言

近年來，隨著國家工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，倉儲物流裝備與新技術(shù)的深度融合不斷加速[1]，以物聯(lián)網(wǎng)[2]、人工智能為核心的新興技術(shù)在各行各業(yè)廣泛應(yīng)用[3]，倉儲貨架發(fā)展出現(xiàn)越建越高、密集存儲高、智能化及自動化程度高的趨勢，提高了對貨架的結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝質(zhì)量的要求，凸顯了貨架使用過程中的安全屬性[4,5]。但是，目前各行業(yè)對于貨架運(yùn)行安全方面的管控比較缺乏，針對因產(chǎn)品質(zhì)量、安裝精度、外力因素等造成的貨架結(jié)構(gòu)性損傷，引起的安全生產(chǎn)事故隱患，很難做到及時的預(yù)判及預(yù)防。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及對貨架結(jié)構(gòu)算法的理解，通過傳感器設(shè)備獲取貨架安全狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)并上傳至系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)對高位貨架運(yùn)行中的實時在線監(jiān)測，實時觀察安全風(fēng)險數(shù)據(jù)的變化趨勢，及超標(biāo)異常數(shù)據(jù)的主動預(yù)警，為提前干預(yù)提供預(yù)判性決策依據(jù)和預(yù)防性維修依據(jù)，降低高位貨架安全風(fēng)險事故的發(fā)生概率。

2 主要問題及原因分析

倉儲貨架傾斜、變形隱患引發(fā)的事故數(shù)不勝數(shù)，企業(yè)也因為劣勢貨架設(shè)備、不規(guī)范設(shè)計或使用帶來的事故付出慘痛代價。目前高位貨架安全風(fēng)險的問 題主要體現(xiàn)在立柱垂直度傾斜超標(biāo)、貨架結(jié)構(gòu)變形、存取功能受限、地坪沉降不均勻等方面，其原因分析如下：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計不滿足 通常以貨架公司提供的為準(zhǔn)，或者按照以往采購經(jīng)驗比較多家供應(yīng)商的規(guī)格，確定一個選型選材要求，并沒有經(jīng)過合理的結(jié)構(gòu)計算，對貨架承載要求、選型選材、抗震要求等按照合規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

（2）地坪設(shè)計不滿足 高位貨架在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計時，并沒有更多的考慮地坪因素，提前評估地面荷載、平整度等關(guān)鍵指標(biāo)是否滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）加工精度不滿足 立庫貨架在安裝后加工精度、加工缺陷往往很難發(fā)現(xiàn)，且部件參數(shù)無法落實，目前通常容易忽略貨架出廠檢驗，沒有要求貨架供應(yīng)商提供產(chǎn)品的材料材質(zhì)、出廠合格證明，甚至第三方廠驗報告。

（4）初始安裝不滿足 一般對于高位貨架的施工資質(zhì)、安裝方案、施工人員職業(yè)證書、人員保險等沒有做明確的要求，并且沒有給出確切的安裝標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，以致無法保證安裝質(zhì)量。

鑒于以上原因，現(xiàn)狀下往往沒有合適的解決措施，無法及時獲取關(guān)于高位貨架使用狀態(tài)安全相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)，為人工提前干預(yù)提供決策依據(jù)、干預(yù)調(diào)整的方法，對此無奈的解決辦法主要有：

（1）設(shè)備遷就貨架，前期貨架問題不明顯的時候，會以保證能用為前提，通過調(diào)整操作設(shè)備性能參數(shù)來遷就貨架（逃避只能讓問題越加凸顯）。

（2）鎖閉部分儲位，隨著貨架問題日趨積累，導(dǎo)致存取作業(yè)功能障礙，大部分會通過倉儲系統(tǒng)鎖閉問題區(qū)域儲位的應(yīng)對方式（儲能損失）。

（3）停用甚至拆除，貨架問題從點(diǎn)線惡化到面狀的時候，無奈之下直接停用該區(qū)域的貨架甚至拆除（大大影響倉儲運(yùn)營）。

通過以上的問題及原因分析，倉儲行業(yè)迫切需要一種有效針對高位貨架使用狀態(tài)安全監(jiān)測的解決方案，有效的改善高位貨架運(yùn)行安全管控難的行業(yè)現(xiàn)狀。

3 倉儲高位貨架安全監(jiān)測方案說明

采用“傳感器數(shù)據(jù)采集+精細(xì)算法信息轉(zhuǎn)換+后臺系統(tǒng)分析預(yù)警”的總體方案，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器硬件獲取數(shù)據(jù)，并上傳至后臺系統(tǒng)處理分析后，將結(jié)果實時呈現(xiàn)在軟件前端，實現(xiàn)對高位貨架進(jìn)行24小時實時監(jiān)測和預(yù)警，為人為干預(yù)及修復(fù)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

高位貨架安全在線監(jiān)測方案由“軟件系統(tǒng)+傳感器設(shè)備”組成，針對高位貨架立柱垂直度及倉庫地坪沉降兩個參數(shù)的實時監(jiān)測，安全風(fēng)險數(shù)據(jù)做到實時獲取并可視化呈現(xiàn)，不僅能夠做到對超標(biāo)數(shù)據(jù)主動預(yù)警報警，也能夠?qū)σ欢螘r間周期內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢作出健康風(fēng)險判定，整體方案如圖1所示。

圖1：在線監(jiān)測方案架構(gòu)圖

3.1. 高位貨架立柱垂直度監(jiān)測

立柱垂直度參數(shù)監(jiān)測主要是采用傾角儀（傳感器）對關(guān)鍵立柱的垂直度傾斜數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，按照自動化立庫的立柱垂直度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行健康&超標(biāo)的判定，超標(biāo)數(shù)據(jù)實時觸發(fā)預(yù)警。同時，針對一段時間周期內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，作出安全風(fēng)險的趨勢預(yù)判分析，為貨架安全解決方案提供依據(jù)。傾角儀需嚴(yán)格按照立柱點(diǎn)位圖設(shè)計方案進(jìn)行安裝，監(jiān)測點(diǎn)位布置參考《鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50621-2010的要求，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況作出布點(diǎn)調(diào)整。傾角儀需水平安裝，通過專用連接配件安裝在立柱頂端，如下圖2所示。

圖2：傾角儀水平安裝示意圖

3.2. 高位貨架區(qū)域地坪沉降參數(shù)監(jiān)測

地坪沉降參數(shù)監(jiān)測主要是采用靜力水準(zhǔn)儀（傳感器）對立庫貨架區(qū)的地面不均勻沉降數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，按照自動化立庫的地面水平度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行健康&超標(biāo)的判定，超標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)警、數(shù)據(jù)變化趨勢預(yù)判分析等分析邏輯類似立柱垂直度參數(shù)監(jiān)測。水準(zhǔn)儀需嚴(yán)格按照地面點(diǎn)位圖設(shè)計方案進(jìn)行安裝，監(jiān)測點(diǎn)位布置參考《鋼貨架倉儲系統(tǒng)容差變形與凈距標(biāo)準(zhǔn)》BS EN 15620:2008要求，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況作出布點(diǎn)調(diào)整。水準(zhǔn)儀需水平安裝，通過專用連接配件及電線布設(shè)配藥安裝在地面上，如下圖3所示。 

圖3：水準(zhǔn)儀水平安裝示意圖

3.3. 高位貨架安全在線監(jiān)測系統(tǒng)

高位貨架安全在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包含關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)測、監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、報表查詢等功能模塊。

（1）傳感器對關(guān)鍵參數(shù)的健康、超標(biāo)、嚴(yán)重超標(biāo)等狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集，并及時呈現(xiàn)在系統(tǒng)應(yīng)用端。貨架立柱垂直度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):普通橫梁式1/120、自動化立庫1/1000，符合標(biāo)準(zhǔn)的為健康、超出標(biāo)準(zhǔn)且在2倍標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的為超標(biāo)、超出2倍標(biāo)準(zhǔn)的為嚴(yán)重超標(biāo)。

（2）超標(biāo)數(shù)據(jù)的提醒、預(yù)警，以及數(shù)據(jù)安全風(fēng)險的分析。超標(biāo)數(shù)據(jù)給予黃燈提醒，隨時觀察監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢，若向壞趨勢明顯，則需人工干預(yù)調(diào)整；嚴(yán)重超標(biāo)數(shù)據(jù)給予紅燈預(yù)警，需要人工干預(yù)調(diào)整。

（3）超標(biāo)數(shù)據(jù)報表查詢，方便對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的便捷查詢，以及數(shù)據(jù)報告、安全解決方案的下載。高位貨架安全在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理如圖4所示。

圖4：在線監(jiān)測系統(tǒng)工作原理圖 

3.4 高位貨架安全在線監(jiān)測解決方案特點(diǎn)

監(jiān)測系統(tǒng)可接入移動、電信等公有云平臺，支持TCP協(xié)議，做到快速、便捷、穩(wěn)定交付。同時，也支持企業(yè)局域網(wǎng)進(jìn)行本地化部署，系統(tǒng)應(yīng)用端部署在本地服務(wù)上，采用通用數(shù)據(jù)接口對接企業(yè)數(shù)據(jù)中心。

 （1）時效性，針對被監(jiān)測測貨架立柱、地面沉降的數(shù)據(jù)實時采集，24小時上傳一次數(shù)據(jù)，后臺系統(tǒng)第一時間對數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)及預(yù)警，及時做到防患于未然。

（2）實用性，傳感器硬件及軟件系統(tǒng)實施便捷，性能穩(wěn)定，成本可控，數(shù)據(jù)顯示簡單明了。

（3）靈活性，可結(jié)合現(xiàn)場需要在適合的區(qū)域進(jìn)行靈活部署，滿足后期庫房貨架設(shè)施增加的補(bǔ)充需求。同時，根據(jù)原監(jiān)測點(diǎn)位的數(shù)據(jù)監(jiān)測情況，可對點(diǎn)位做靈活調(diào)整。

鑒于以上特點(diǎn)，高位貨架安全在線監(jiān)測解決方案整體實施部署的工期較短，通?？梢栽?5天以內(nèi)完成項目的整體交付。

3.5. 實施步驟

（1）項目調(diào)研，調(diào)研客戶現(xiàn)有貨架模式，收集貨架布局圖紙、立柱及貨位信息，對計劃部署監(jiān)測系統(tǒng)的貨架區(qū)域進(jìn)行初步分析；

（2）初始數(shù)據(jù)確認(rèn)，確定具體監(jiān)測區(qū)域，采集監(jiān)測區(qū)域的貨架立柱垂直度及地坪沉降初始數(shù)據(jù)，同時，雙方對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)；

（3）監(jiān)測區(qū)域硬件安裝，設(shè)計監(jiān)測點(diǎn)位布局方案、硬件安裝方案，以及傳感器硬件現(xiàn)場安裝與調(diào)試；

（4）軟件系統(tǒng)部署，系統(tǒng)后臺完成數(shù)據(jù)對接、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，現(xiàn)場部署系統(tǒng)應(yīng)用端及操作培訓(xùn)；

（5）系統(tǒng)維護(hù)，按月度生成數(shù)據(jù)分析報告、按季度生成監(jiān)測數(shù)據(jù)健康風(fēng)險評估報告及安全解決方案。

4 智能化倉儲貨架安全監(jiān)測應(yīng)用及價值分析

智能化倉儲貨架安全監(jiān)測可以廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、化工、能源、快消、汽車零配件、第三方物流等多個行業(yè)，尤其是對于使用高位貨架的用戶，上線部署安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，對其使用過程中的安全風(fēng)險評估及預(yù)防有很強(qiáng)的應(yīng)用價值。 

4.1. 案例應(yīng)用

某電力行業(yè)自動化立庫高位貨架安全在線監(jiān)測項目，40天完成項目的上線交付，監(jiān)測點(diǎn)位布置如下圖5所示。

圖5：監(jiān)測點(diǎn)位布局方案圖

● 監(jiān)測區(qū)域：堆垛機(jī)立庫貨架區(qū)域，面積為1000平方米

● 貨架及貨位：8排、9層設(shè)計，合計2500個貨位

● 監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量：立柱垂直度，24個；地坪沉降，10個 ● 高位貨架安全在線監(jiān)測系統(tǒng)1套

● 監(jiān)測數(shù)據(jù)趨勢曲線如下圖6所示

圖6：監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢曲線圖

通過高位貨架安全監(jiān)測解決方案的實施，該客戶可以隨時觀察立柱垂直度、地坪沉降參數(shù)數(shù)據(jù)，了解貨架當(dāng)下的立柱傾斜情況與周期內(nèi)的變化趨勢，及時對貨架健康風(fēng)險作出判定。

4.2. 意義和價值

對于部署高位貨架安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的用戶來說，其帶來的價值不僅體現(xiàn)在貨架系統(tǒng)自身的風(fēng)險管控上，也幫助其貨架過保后的問題責(zé)任更好的合理定位，為后續(xù)貨架維保提供專業(yè)的數(shù)據(jù)依撐，從而讓貨架售后體系化建設(shè)流程更加合規(guī)。

（1）風(fēng)險管控，隨時觀察貨架立柱傾斜的關(guān)鍵參數(shù)，及時作出貨架健康風(fēng)險判定，得出是否需要人工干預(yù)及解決方案。

（2）責(zé)任確認(rèn)，對于運(yùn)行過程中出現(xiàn)的功能性障礙，判斷屬于操作設(shè)備，還是貨架的責(zé)任上，提供了數(shù)據(jù)舉證。

（3）維保依據(jù)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢分析，定期提供貨架健康（風(fēng)險）數(shù)據(jù)分析報告， 作為維修保養(yǎng)的數(shù)據(jù)依撐。

（4）流程合規(guī)，實時監(jiān)測-->風(fēng)險判定-->責(zé)任確認(rèn)-->維保方案的售后機(jī)制搭建，使得整套流程更加合規(guī)。

綜合以上，倉儲高位貨架安全在線監(jiān)測解決方案主要是針對倉儲貨架設(shè)備的運(yùn)行安全監(jiān)測，并不包含其他倉儲設(shè)備，比如堆垛機(jī)、輸送分揀設(shè)備等，從整個倉儲運(yùn)行安全的角度考慮，監(jiān)測參數(shù)數(shù)量存在一定的局限性，后續(xù)需要拓寬監(jiān)測范圍，助力于倉儲安全行業(yè)的發(fā)展。

5 結(jié)論

本文針對倉儲貨架使用過程出現(xiàn)的貨架傾斜、變形的問題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的安全監(jiān)測解決方案，實時監(jiān)測貨架安全風(fēng)險關(guān)鍵參數(shù)，及時了解貨 架運(yùn)行健康風(fēng)險狀態(tài)，以及潛在的安全風(fēng)險，為倉儲管理者調(diào)整干預(yù)提供預(yù)判性決策依據(jù)及預(yù)防性維修依據(jù)。未來，我們會進(jìn)一步加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉儲設(shè)備安全監(jiān)測中的研究和應(yīng)用，推動倉儲安全監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，降低倉儲安全風(fēng)險發(fā)生的概率。

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本文已全文發(fā)表在國家級優(yōu)秀學(xué)術(shù)期刊《探索科學(xué)》2023年第19期。

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