摘要:隨著國家制造業(yè)和運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展,物流倉儲裝備逐漸走向大型化和復雜化,對倉儲貨架的設計、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險的考慮,探索了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術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)安全風險隱患,為人工干預提供預判性決策依據(jù)及預防性維修依據(jù),有效降低貨架安全事故風險。
關鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)、在線監(jiān)測、預判性決策、高位貨架、立柱垂直度
近年來,隨著國家工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展,倉儲物流裝備與新技術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在各行各業(yè)廣泛應用[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,提高了對貨架的結構設計、安裝質量的要求,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)對于貨架運行安全方面的管控比較缺乏,針對因產(chǎn)品質量、安裝精度、外力因素等造成的貨架結構性損傷,引起的安全生產(chǎn)事故隱患,很難做到及時的預判及預防。
本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術,以及對貨架結構算法的理解,通過傳感器設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)對高位貨架運行中的實時在線監(jiān)測,實時觀察安全風險數(shù)據(jù)的變化趨勢,及超標異常數(shù)據(jù)的主動預警,為提前干預提供預判性決策依據(jù)和預防性維修依據(jù),降低高位貨架安全風險事故的發(fā)生概率。
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)也因為劣勢貨架設備、不規(guī)范設計或使用帶來的事故付出慘痛代價。目前高位貨架安全風險的問 題主要體現(xiàn)在立柱垂直度傾斜超標、貨架結構變形、存取功能受限、地坪沉降不均勻等方面,其原因分析如下:
(1)結構設計不滿足 通常以貨架公司提供的為準,或者按照以往采購經(jīng)驗比較多家供應商的規(guī)格,確定一個選型選材要求,并沒有經(jīng)過合理的結構計算,對貨架承載要求、選型選材、抗震要求等按照合規(guī)的標準進行設計。
(2)地坪設計不滿足 高位貨架在進行規(guī)劃設計時,并沒有更多的考慮地坪因素,提前評估地面荷載、平整度等關鍵指標是否滿足行業(yè)標準。
(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,沒有要求貨架供應商提供產(chǎn)品的材料材質、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、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準依據(jù),以致無法保證安裝質量。
鑒于以上原因,現(xiàn)狀下往往沒有合適的解決措施,無法及時獲取關于高位貨架使用狀態(tài)安全相關的參數(shù)數(shù)據(jù),為人工提前干預提供決策依據(jù)、干預調整的方法,對此無奈的解決辦法主要有:
(1)設備遷就貨架,前期貨架問題不明顯的時候,會以保證能用為前提,通過調整操作設備性能參數(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)域儲位的應對方式(儲能損失)。
(3)停用甚至拆除,貨架問題從點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行安全管控難的行業(yè)現(xiàn)狀。
采用“傳感器數(shù)據(jù)采集+精細算法信息轉換+后臺系統(tǒng)分析預警”的總體方案,基于物聯(lián)網(wǎng)技術,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,將結果實時呈現(xiàn)在軟件前端,實現(xiàn)對高位貨架進行24小時實時監(jiān)測和預警,為人為干預及修復提供數(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數(shù)據(jù)主動預警報警,也能夠對一段時間周期內的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢作出健康風險判定,整體方案如圖1所示。
圖1:在線監(jiān)測方案架構圖
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)標準進行健康&超標的判定,超標數(shù)據(jù)實時觸發(fā)預警。同時,針對一段時間周期內的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況,作出安全風險的趨勢預判分析,為貨架安全解決方案提供依據(jù)。傾角儀需嚴格按照立柱點位圖設計方案進行安裝,監(jiān)測點位布置參考《鋼結構現(xiàn)場檢測技術標準》GB/T50621-2010的要求,并結合現(xiàn)場實際情況作出布點調整。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)標準進行健康&超標的判定,超標數(shù)據(jù)預警、數(shù)據(jù)變化趨勢預判分析等分析邏輯類似立柱垂直度參數(shù)監(jiān)測。水準儀需嚴格按照地面點位圖設計方案進行安裝,監(jiān)測點位布置參考《鋼貨架倉儲系統(tǒng)容差變形與凈距標準》BS EN 15620:2008要求,并結合現(xiàn)場實際情況作出布點調整。水準儀需水平安裝,通過專用連接配件及電線布設配藥安裝在地面上,如下圖3所示。
圖3:水準儀水平安裝示意圖
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)傳感器對關鍵參數(shù)的健康、超標、嚴重超標等狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時采集,并及時呈現(xiàn)在系統(tǒng)應用端。貨架立柱垂直度行業(yè)標準:普通橫梁式1/120、自動化立庫1/1000,符合標準的為健康、超出標準且在2倍標準以內的為超標、超出2倍標準的為嚴重超標。
(2)超標數(shù)據(jù)的提醒、預警,以及數(shù)據(jù)安全風險的分析。超標數(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,則需人工干預調整;嚴重超標數(shù)據(jù)給予紅燈預警,需要人工干預調整。
(3)超標數(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
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)進行本地化部署,系統(tǒng)應用端部署在本地服務上,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)進行呈現(xiàn)及預警,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,可結合現(xiàn)場需要在適合的區(qū)域進行靈活部署,滿足后期庫房貨架設施增加的補充需求。同時,根據(jù)原監(jiān)測點位的數(shù)據(jù)監(jiān)測情況,可對點位做靈活調整。
鑒于以上特點,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天以內完成項目的整體交付。
3.5. 實施步驟
(1)項目調研,調研客戶現(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)域進行初步分析;
(2)初始數(shù)據(jù)確認,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)進行確認;
(3)監(jiān)測區(qū)域硬件安裝,設計監(jiān)測點位布局方案、硬件安裝方案,以及傳感器硬件現(xiàn)場安裝與調試;
(4)軟件系統(tǒng)部署,系統(tǒng)后臺完成數(shù)據(jù)對接、基礎數(shù)據(jù)導入,現(xiàn)場部署系統(tǒng)應用端及操作培訓;
(5)系統(tǒng)維護,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)健康風險評估報告及安全解決方案。
智能化倉儲貨架安全監(jiān)測可以廣泛應用于消費電子、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險評估及預防有很強的應用價值。
4.1. 案例應用
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)測點位布置如下圖5所示。
圖5:監(jiān)測點位布局方案圖
● 監(jiān)測區(qū)域:堆垛機立庫貨架區(qū)域,面積為1000平方米
● 貨架及貨位:8排、9層設計,合計2500個貨位
● 監(jiān)測點位數(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),了解貨架當下的立柱傾斜情況與周期內的變化趨勢,及時對貨架健康風險作出判定。
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)自身的風險管控上,也幫助其貨架過保后的問題責任更好的合理定位,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流程更加合規(guī)。
(1)風險管控,隨時觀察貨架立柱傾斜的關鍵參數(shù),及時作出貨架健康風險判定,得出是否需要人工干預及解決方案。
(2)責任確認,對于運行過程中出現(xiàn)的功能性障礙,判斷屬于操作設備,還是貨架的責任上,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-->風險判定-->責任確認-->維保方案的售后機制搭建,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備的運行安全監(jiān)測,并不包含其他倉儲設備,比如堆垛機、輸送分揀設備等,從整個倉儲運行安全的角度考慮,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。
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)技術的安全監(jiān)測解決方案,實時監(jiān)測貨架安全風險關鍵參數(shù),及時了解貨 架運行健康風險狀態(tài),以及潛在的安全風險,為倉儲管理者調整干預提供預判性決策依據(jù)及預防性維修依據(jù)。未來,我們會進一步加強物聯(lián)網(wǎng)技術在倉儲設備安全監(jiān)測中的研究和應用,推動倉儲安全監(jiān)測技術的發(fā)展,降低倉儲安全風險發(fā)生的概率。
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本文已全文發(fā)表在國家級優(yōu)秀學術期刊《探索科學》2023年第19期。
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