基於物聯網技術的倉儲貨架安全監測解決方案

• event2024-04-03 09:50:54
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摘要：隨著國家製造業(ye) 和運輸業(ye) 的蓬勃發展，物流倉(cang) 儲(chu) 裝備逐漸走向大型化和複雜化，對倉(cang) 儲(chu) 貨架的設計、安全管理和狀態監測提出了新的要求。然而，目前各行業(ye) 仍然缺乏對貨架運行安全管控方麵行之有效的在線監測方法，使大型貨架在失效甚至坍塌前無法察覺，造成財產(chan) 損失和人員傷(shang) 亡。本文主要鑒於(yu) 現狀下倉(cang) 儲(chu) 高位貨架使用安全風險的考慮，探索了一種基於(yu) 物聯網技術下的倉(cang) 儲(chu) 貨架安全在線監測解決(jue) 方案，讓肉眼無法觀察到的貨架局部形變和傾(qing) 斜，通過傳(chuan) 感器實時獲取安全參數數據，並顯示在軟件係統上，及時發現安全風險隱患，為(wei) 人工幹預提供預判性決(jue) 策依據及預防性維修依據，有效降低貨架安全事故風險。

關(guan) 鍵詞：物聯網、在線監測、預判性決(jue) 策、高位貨架、立柱垂直度

1 引言

近年來，隨著國家工業(ye) 和經濟的發展，倉(cang) 儲(chu) 物流裝備與(yu) 新技術的深度融合不斷加速[1]，以物聯網[2]、人工智能為(wei) 核心的新興(xing) 技術在各行各業(ye) 廣泛應用[3]，倉(cang) 儲(chu) 貨架發展出現越建越高、密集存儲(chu) 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(ye) 對於(yu) 貨架運行安全方麵的管控比較缺乏，針對因產(chan) 品質量、安裝精度、外力因素等造成的貨架結構性損傷(shang) ，引起的安全生產(chan) 事故隱患，很難做到及時的預判及預防。

本文基於(yu) 物聯網技術，以及對貨架結構算法的理解，通過傳(chuan) 感器設備獲取貨架安全狀態參數數據並上傳(chuan) 至係統後台，實現對高位貨架運行中的實時在線監測，實時觀察安全風險數據的變化趨勢，及超標異常數據的主動預警，為(wei) 提前幹預提供預判性決(jue) 策依據和預防性維修依據，降低高位貨架安全風險事故的發生概率。

2 主要問題及原因分析

倉(cang) 儲(chu) 貨架傾(qing) 斜、變形隱患引發的事故數不勝數，企業(ye) 也因為(wei) 劣勢貨架設備、不規範設計或使用帶來的事故付出慘痛代價(jia) 。目前高位貨架安全風險的問 題主要體(ti) 現在立柱垂直度傾(qing) 斜超標、貨架結構變形、存取功能受限、地坪沉降不均勻等方麵，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(wei) 準，或者按照以往采購經驗比較多家供應商的規格，確定一個(ge) 選型選材要求，並沒有經過合理的結構計算，對貨架承載要求、選型選材、抗震要求等按照合規的標準進行設計。

（2）地坪設計不滿足 高位貨架在進行規劃設計時，並沒有更多的考慮地坪因素，提前評估地麵荷載、平整度等關(guan) 鍵指標是否滿足行業(ye) 標準。

（3）加工精度不滿足 立庫貨架在安裝後加工精度、加工缺陷往往很難發現，且部件參數無法落實，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(chan) 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 一般對於(yu) 高位貨架的施工資質、安裝方案、施工人員職業(ye) 證書(shu) 、人員保險等沒有做明確的要求，並且沒有給出確切的安裝標準依據，以致無法保證安裝質量。

鑒於(yu) 以上原因，現狀下往往沒有合適的解決(jue) 措施，無法及時獲取關(guan) 於(yu) 高位貨架使用狀態安全相關(guan) 的參數數據，為(wei) 人工提前幹預提供決(jue) 策依據、幹預調整的方法，對此無奈的解決(jue) 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(hui) 以保證能用為(wei) 前提，通過調整操作設備性能參數來遷就貨架（逃避隻能讓問題越加凸顯）。

（2）鎖閉部分儲(chu) 位，隨著貨架問題日趨積累，導致存取作業(ye) 功能障礙，大部分會(hui) 通過倉(cang) 儲(chu) 係統鎖閉問題區域儲(chu) 位的應對方式（儲(chu) 能損失）。

（3）停用甚至拆除，貨架問題從(cong) 點線惡化到麵狀的時候，無奈之下直接停用該區域的貨架甚至拆除（大大影響倉(cang) 儲(chu) 運營）。

通過以上的問題及原因分析，倉(cang) 儲(chu) 行業(ye) 迫切需要一種有效針對高位貨架使用狀態安全監測的解決(jue) 方案，有效的改善高位貨架運行安全管控難的行業(ye) 現狀。

3 倉儲高位貨架安全監測方案說明

采用“傳(chuan) 感器數據采集+精細算法信息轉換+後台係統分析預警”的總體(ti) 方案，基於(yu) 物聯網技術，通過傳(chuan) 感器硬件獲取數據，並上傳(chuan) 至後台係統處理分析後，將結果實時呈現在軟件前端，實現對高位貨架進行24小時實時監測和預警，為(wei) 人為(wei) 幹預及修複提供數據依據。

高位貨架安全在線監測方案由“軟件係統+傳(chuan) 感器設備”組成，針對高位貨架立柱垂直度及倉(cang) 庫地坪沉降兩(liang) 個(ge) 參數的實時監測，安全風險數據做到實時獲取並可視化呈現，不僅(jin) 能夠做到對超標數據主動預警報警，也能夠對一段時間周期內(nei) 的監測數據變化趨勢作出健康風險判定，整體(ti) 方案如圖1所示。

圖1：在線監測方案架構圖

3.1. 高位貨架立柱垂直度監測

立柱垂直度參數監測主要是采用傾(qing) 角儀(yi) （傳(chuan) 感器）對關(guan) 鍵立柱的垂直度傾(qing) 斜數據實時監測，按照自動化立庫的立柱垂直度行業(ye) 標準進行健康&超標的判定，超標數據實時觸發預警。同時，針對一段時間周期內(nei) 的監測數據變化情況，作出安全風險的趨勢預判分析，為(wei) 貨架安全解決(jue) 方案提供依據。傾(qing) 角儀(yi) 需嚴(yan) 格按照立柱點位圖設計方案進行安裝，監測點位布置參考《鋼結構現場檢測技術標準》GB/T50621-2010的要求，並結合現場實際情況作出布點調整。傾(qing) 角儀(yi) 需水平安裝，通過專(zhuan) 用連接配件安裝在立柱頂端，如下圖2所示。

圖2：傾(qing) 角儀(yi) 水平安裝示意圖

3.2. 高位貨架區域地坪沉降參數監測

地坪沉降參數監測主要是采用靜力水準儀(yi) （傳(chuan) 感器）對立庫貨架區的地麵不均勻沉降數據實時監測，按照自動化立庫的地麵水平度行業(ye) 標準進行健康&超標的判定，超標數據預警、數據變化趨勢預判分析等分析邏輯類似立柱垂直度參數監測。水準儀(yi) 需嚴(yan) 格按照地麵點位圖設計方案進行安裝，監測點位布置參考《鋼貨架倉(cang) 儲(chu) 係統容差變形與(yu) 淨距標準》BS EN 15620:2008要求，並結合現場實際情況作出布點調整。水準儀(yi) 需水平安裝，通過專(zhuan) 用連接配件及電線布設配藥安裝在地麵上，如下圖3所示。 

圖3：水準儀(yi) 水平安裝示意圖

3.3. 高位貨架安全在線監測係統

高位貨架安全在線監測係統主要包含關(guan) 鍵參數監測、監測數據的分析、報表查詢等功能模塊。

（1）傳(chuan) 感器對關(guan) 鍵參數的健康、超標、嚴(yan) 重超標等狀態數據的實時采集，並及時呈現在係統應用端。貨架立柱垂直度行業(ye) 標準:普通橫梁式1/120、自動化立庫1/1000，符合標準的為(wei) 健康、超出標準且在2倍標準以內(nei) 的為(wei) 超標、超出2倍標準的為(wei) 嚴(yan) 重超標。

（2）超標數據的提醒、預警，以及數據安全風險的分析。超標數據給予黃燈提醒，隨時觀察監測數據變化趨勢，若向壞趨勢明顯，則需人工幹預調整；嚴(yan) 重超標數據給予紅燈預警，需要人工幹預調整。

（3）超標數據報表查詢，方便對曆史監測數據的便捷查詢，以及數據報告、安全解決(jue) 方案的下載。高位貨架安全在線監測係統工作原理如圖4所示。

圖4：在線監測係統工作原理圖 

3.4 高位貨架安全在線監測解決(jue) 方案特點

監測係統可接入移動、電信等公有雲(yun) 米兰体育官网入口，支持TCP協議，做到快速、便捷、穩定交付。同時，也支持企業(ye) 局域網進行本地化部署，係統應用端部署在本地米兰体育官方网站首页入口上，采用通用數據接口對接企業(ye) 數據中心。

 （1）時效性，針對被監測測貨架立柱、地麵沉降的數據實時采集，24小時上傳(chuan) 一次數據，後台係統第一時間對數據進行呈現及預警，及時做到防患於(yu) 未然。

（2）實用性，傳(chuan) 感器硬件及軟件係統實施便捷，性能穩定，成本可控，數據顯示簡單明了。

（3）靈活性，可結合現場需要在適合的區域進行靈活部署，滿足後期庫房貨架設施增加的補充需求。同時，根據原監測點位的數據監測情況，可對點位做靈活調整。

鑒於(yu) 以上特點，高位貨架安全在線監測解決(jue) 方案整體(ti) 實施部署的工期較短，通常可以在45天以內(nei) 完成項目的整體(ti) 交付。

3.5. 實施步驟

（1）項目調研，調研客戶現有貨架模式，收集貨架布局圖紙、立柱及貨位信息，對計劃部署監測係統的貨架區域進行初步分析；

（2）初始數據確認，確定具體(ti) 監測區域，采集監測區域的貨架立柱垂直度及地坪沉降初始數據，同時，雙方對初始數據進行確認；

（3）監測區域硬件安裝，設計監測點位布局方案、硬件安裝方案，以及傳(chuan) 感器硬件現場安裝與(yu) 調試；

（4）軟件係統部署，係統後台完成數據對接、基礎數據導入，現場部署係統應用端及操作培訓；

（5）係統維護，按月度生成數據分析報告、按季度生成監測數據健康風險評估報告及安全解決(jue) 方案。

4 智能化倉儲貨架安全監測應用及價值分析

智能化倉(cang) 儲(chu) 貨架安全監測可以廣泛應用於(yu) 消費電子、化工、能源、快消、汽車零配件、第三方物流等多個(ge) 行業(ye) ，尤其是對於(yu) 使用高位貨架的用戶，上線部署安全在線監測係統，對其使用過程中的安全風險評估及預防有很強的應用價(jia) 值。 

4.1. 案例應用

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

圖5：監測點位布局方案圖

● 監測區域：堆垛機立庫貨架區域，麵積為(wei) 1000平方米

● 貨架及貨位：8排、9層設計，合計2500個(ge) 貨位

● 監測點位數量：立柱垂直度，24個(ge) ；地坪沉降，10個(ge) ● 高位貨架安全在線監測係統1套

● 監測數據趨勢曲線如下圖6所示

圖6：監測數據變化趨勢曲線圖

通過高位貨架安全監測解決(jue) 方案的實施，該客戶可以隨時觀察立柱垂直度、地坪沉降參數數據，了解貨架當下的立柱傾(qing) 斜情況與(yu) 周期內(nei) 的變化趨勢，及時對貨架健康風險作出判定。

4.2. 意義(yi) 和價(jia) 值

對於(yu) 部署高位貨架安全在線監測係統的用戶來說，其帶來的價(jia) 值不僅(jin) 體(ti) 現在貨架係統自身的風險管控上，也幫助其貨架過保後的問題責任更好的合理定位，為(wei) 後續貨架維保提供專(zhuan) 業(ye) 的數據依撐，從(cong) 而讓貨架售後體(ti) 係化建設流程更加合規。

（1）風險管控，隨時觀察貨架立柱傾(qing) 斜的關(guan) 鍵參數，及時作出貨架健康風險判定，得出是否需要人工幹預及解決(jue) 方案。

（2）責任確認，對於(yu) 運行過程中出現的功能性障礙，判斷屬於(yu) 操作設備，還是貨架的責任上，提供了數據舉(ju) 證。

（3）維保依據，通過監測數據變化趨勢分析，定期提供貨架健康（風險）數據分析報告， 作為(wei) 維修保養(yang) 的數據依撐。

（4）流程合規，實時監測-->風險判定-->責任確認-->維保方案的售後機製搭建，使得整套流程更加合規。

綜合以上，倉(cang) 儲(chu) 高位貨架安全在線監測解決(jue) 方案主要是針對倉(cang) 儲(chu) 貨架設備的運行安全監測，並不包含其他倉(cang) 儲(chu) 設備，比如堆垛機、輸送分揀設備等，從(cong) 整個(ge) 倉(cang) 儲(chu) 運行安全的角度考慮，監測參數數量存在一定的局限性，後續需要拓寬監測範圍，助力於(yu) 倉(cang) 儲(chu) 安全行業(ye) 的發展。

5 結論

本文針對倉(cang) 儲(chu) 貨架使用過程出現的貨架傾(qing) 斜、變形的問題，提出了基於(yu) 物聯網技術的安全監測解決(jue) 方案，實時監測貨架安全風險關(guan) 鍵參數，及時了解貨 架運行健康風險狀態，以及潛在的安全風險，為(wei) 倉(cang) 儲(chu) 管理者調整幹預提供預判性決(jue) 策依據及預防性維修依據。未來，我們(men) 會(hui) 進一步加強物聯網技術在倉(cang) 儲(chu) 設備安全監測中的研究和應用，推動倉(cang) 儲(chu) 安全監測技術的發展，降低倉(cang) 儲(chu) 安全風險發生的概率。

參考文獻

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本文已全文發表在國家級優(you) 秀學術期刊《探索科學》2023年第19期。

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