基于物联网技术的仓储货架安全监测解决方案

• event2024-04-03 09:50:54
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摘要：随着国家制造业和运输业的蓬勃发展，物流仓储装备逐渐走向大型化和复杂化，对仓储货架的设计、安全管理和状态监测提出了新的要求。然而，目前各行业仍然缺乏对货架运行安全管控方面行之有效的在线监测方法，使大型货架在失效甚至坍塌前无法察觉，造成财产损失和人员伤亡。本文主要鉴于现状下仓储高位货架使用安全风险的考虑，探索了一种基于物联网技术下的仓储货架安全在线监测解决方案，让肉眼无法观察到的货架局部形变和倾斜，通过传感器实时获取安全参数数据，并显示在软件系统上，及时发现安全风险隐患，为人工干预提供预判性决策依据及预防性维修依据，有效降低货架安全事故风险。

关键词：物联网、在线监测、预判性决策、高位货架、立柱垂直度

1 引言

近年来，随着国家工业和经济的发展，仓储物流装备与新技术的深度融合不断加速[1]，以物联网[2]、人工智能为核心的新兴技术在各行各业广泛应用[3]，仓储货架发展出现越建越高、密集存储高、智能化及自动化程度高的趋势，提高了对货架的结构设计、安装质量的要求，凸显了货架使用过程中的安全属性[4,5]。但是，目前各行业对于货架运行安全方面的管控比较缺乏，针对因产品质量、安装精度、外力因素等造成的货架结构性损伤，引起的安全生产事故隐患，很难做到及时的预判及预防。

本文基于物联网技术，以及对货架结构算法的理解，通过传感器设备获取货架安全状态参数数据并上传至系统后台，实现对高位货架运行中的实时在线监测，实时观察安全风险数据的变化趋势，及超标异常数据的主动预警，为提前干预提供预判性决策依据和预防性维修依据，降低高位货架安全风险事故的发生概率。

2 主要问题及原因分析

仓储货架倾斜、变形隐患引发的事故数不胜数，企业也因为劣势货架设备、不规范设计或使用带来的事故付出惨痛代价。目前高位货架安全风险的问 题主要体现在立柱垂直度倾斜超标、货架结构变形、存取功能受限、地坪沉降不均匀等方面，其原因分析如下：

（1）结构设计不满足 通常以货架公司提供的为准，或者按照以往采购经验比较多家供应商的规格，确定一个选型选材要求，并没有经过合理的结构计算，对货架承载要求、选型选材、抗震要求等按照合规的标准进行设计。

（2）地坪设计不满足 高位货架在进行规划设计时，并没有更多的考虑地坪因素，提前评估地面荷载、平整度等关键指标是否满足行业标准。

（3）加工精度不满足 立库货架在安装后加工精度、加工缺陷往往很难发现，且部件参数无法落实，目前通常容易忽略货架出厂检验，没有要求货架供应商提供产品的材料材质、出厂合格证明，甚至第三方厂验报告。

（4）初始安装不满足 一般对于高位货架的施工资质、安装方案、施工人员职业证书、人员保险等没有做明确的要求，并且没有给出确切的安装标准依据，以致无法保证安装质量。

鉴于以上原因，现状下往往没有合适的解决措施，无法及时获取关于高位货架使用状态安全相关的参数数据，为人工提前干预提供决策依据、干预调整的方法，对此无奈的解决办法主要有：

（1）设备迁就货架，前期货架问题不明显的时候，会以保证能用为前提，通过调整操作设备性能参数来迁就货架（逃避只能让问题越加凸显）。

（2）锁闭部分储位，随着货架问题日趋积累，导致存取作业功能障碍，大部分会通过仓储系统锁闭问题区域储位的应对方式（储能损失）。

（3）停用甚至拆除，货架问题从点线恶化到面状的时候，无奈之下直接停用该区域的货架甚至拆除（大大影响仓储运营）。

通过以上的问题及原因分析，仓储行业迫切需要一种有效针对高位货架使用状态安全监测的解决方案，有效的改善高位货架运行安全管控难的行业现状。

3 仓储高位货架安全监测方案说明

采用“传感器数据采集+精细算法信息转换+后台系统分析预警”的总体方案，基于物联网技术，通过传感器硬件获取数据，并上传至后台系统处理分析后，将结果实时呈现在软件前端，实现对高位货架进行24小时实时监测和预警，为人为干预及修复提供数据依据。

高位货架安全在线监测方案由“软件系统+传感器设备”组成，针对高位货架立柱垂直度及仓库地坪沉降两个参数的实时监测，安全风险数据做到实时获取并可视化呈现，不仅能够做到对超标数据主动预警报警，也能够对一段时间周期内的监测数据变化趋势作出健康风险判定，整体方案如图1所示。

图1：在线监测方案架构图

3.1. 高位货架立柱垂直度监测

立柱垂直度参数监测主要是采用倾角仪（传感器）对关键立柱的垂直度倾斜数据实时监测，按照自动化立库的立柱垂直度行业标准进行健康&超标的判定，超标数据实时触发预警。同时，针对一段时间周期内的监测数据变化情况，作出安全风险的趋势预判分析，为货架安全解决方案提供依据。倾角仪需严格按照立柱点位图设计方案进行安装，监测点位布置参考《钢结构现场检测技术标准》GB/T50621-2010的要求，并结合现场实际情况作出布点调整。倾角仪需水平安装，通过专用连接配件安装在立柱顶端，如下图2所示。

图2：倾角仪水平安装示意图

3.2. 高位货架区域地坪沉降参数监测

地坪沉降参数监测主要是采用静力水准仪（传感器）对立库货架区的地面不均匀沉降数据实时监测，按照自动化立库的地面水平度行业标准进行健康&超标的判定，超标数据预警、数据变化趋势预判分析等分析逻辑类似立柱垂直度参数监测。水准仪需严格按照地面点位图设计方案进行安装，监测点位布置参考《钢货架仓储系统容差变形与净距标准》BS EN 15620:2008要求，并结合现场实际情况作出布点调整。水准仪需水平安装，通过专用连接配件及电线布设配药安装在地面上，如下图3所示。 

图3：水准仪水平安装示意图

3.3. 高位货架安全在线监测系统

高位货架安全在线监测系统主要包含关键参数监测、监测数据的分析、报表查询等功能模块。

（1）传感器对关键参数的健康、超标、严重超标等状态数据的实时采集，并及时呈现在系统应用端。货架立柱垂直度行业标准:普通横梁式1/120、自动化立库1/1000，符合标准的为健康、超出标准且在2倍标准以内的为超标、超出2倍标准的为严重超标。

（2）超标数据的提醒、预警，以及数据安全风险的分析。超标数据给予黄灯提醒，随时观察监测数据变化趋势，若向坏趋势明显，则需人工干预调整；严重超标数据给予红灯预警，需要人工干预调整。

（3）超标数据报表查询，方便对历史监测数据的便捷查询，以及数据报告、安全解决方案的下载。高位货架安全在线监测系统工作原理如图4所示。

图4：在线监测系统工作原理图 

3.4 高位货架安全在线监测解决方案特点

监测系统可接入移动、电信等公有云平台，支持TCP协议，做到快速、便捷、稳定交付。同时，也支持企业局域网进行本地化部署，系统应用端部署在本地服务上，采用通用数据接口对接企业数据中心。

 （1）时效性，针对被监测测货架立柱、地面沉降的数据实时采集，24小时上传一次数据，后台系统第一时间对数据进行呈现及预警，及时做到防患于未然。

（2）实用性，传感器硬件及软件系统实施便捷，性能稳定，成本可控，数据显示简单明了。

（3）灵活性，可结合现场需要在适合的区域进行灵活部署，满足后期库房货架设施增加的补充需求。同时，根据原监测点位的数据监测情况，可对点位做灵活调整。

鉴于以上特点，高位货架安全在线监测解决方案整体实施部署的工期较短，通常可以在45天以内完成项目的整体交付。

3.5. 实施步骤

（1）项目调研，调研客户现有货架模式，收集货架布局图纸、立柱及货位信息，对计划部署监测系统的货架区域进行初步分析；

（2）初始数据确认，确定具体监测区域，采集监测区域的货架立柱垂直度及地坪沉降初始数据，同时，双方对初始数据进行确认；

（3）监测区域硬件安装，设计监测点位布局方案、硬件安装方案，以及传感器硬件现场安装与调试；

（4）软件系统部署，系统后台完成数据对接、基础数据导入，现场部署系统应用端及操作培训；

（5）系统维护，按月度生成数据分析报告、按季度生成监测数据健康风险评估报告及安全解决方案。

4 智能化仓储货架安全监测应用及价值分析

智能化仓储货架安全监测可以广泛应用于消费电子、化工、能源、快消、汽车零配件、第三方物流等多个行业，尤其是对于使用高位货架的用户，上线部署安全在线监测系统，对其使用过程中的安全风险评估及预防有很强的应用价值。 

4.1. 案例应用

某电力行业自动化立库高位货架安全在线监测项目，40天完成项目的上线交付，监测点位布置如下图5所示。

图5：监测点位布局方案图

● 监测区域：堆垛机立库货架区域，面积为1000平方米

● 货架及货位：8排、9层设计，合计2500个货位

● 监测点位数量：立柱垂直度，24个；地坪沉降，10个 ● 高位货架安全在线监测系统1套

● 监测数据趋势曲线如下图6所示

图6：监测数据变化趋势曲线图

通过高位货架安全监测解决方案的实施，该客户可以随时观察立柱垂直度、地坪沉降参数数据，了解货架当下的立柱倾斜情况与周期内的变化趋势，及时对货架健康风险作出判定。

4.2. 意义和价值

对于部署高位货架安全在线监测系统的用户来说，其带来的价值不仅体现在货架系统自身的风险管控上，也帮助其货架过保后的问题责任更好的合理定位，为后续货架维保提供专业的数据依撑，从而让货架售后体系化建设流程更加合规。

（1）风险管控，随时观察货架立柱倾斜的关键参数，及时作出货架健康风险判定，得出是否需要人工干预及解决方案。

（2）责任确认，对于运行过程中出现的功能性障碍，判断属于操作设备，还是货架的责任上，提供了数据举证。

（3）维保依据，通过监测数据变化趋势分析，定期提供货架健康（风险）数据分析报告， 作为维修保养的数据依撑。

（4）流程合规，实时监测-->风险判定-->责任确认-->维保方案的售后机制搭建，使得整套流程更加合规。

综合以上，仓储高位货架安全在线监测解决方案主要是针对仓储货架设备的运行安全监测，并不包含其他仓储设备，比如堆垛机、输送分拣设备等，从整个仓储运行安全的角度考虑，监测参数数量存在一定的局限性，后续需要拓宽监测范围，助力于仓储安全行业的发展。

5 结论

本文针对仓储货架使用过程出现的货架倾斜、变形的问题，提出了基于物联网技术的安全监测解决方案，实时监测货架安全风险关键参数，及时了解货 架运行健康风险状态，以及潜在的安全风险，为仓储管理者调整干预提供预判性决策依据及预防性维修依据。未来，我们会进一步加强物联网技术在仓储设备安全监测中的研究和应用，推动仓储安全监测技术的发展，降低仓储安全风险发生的概率。

参考文献

[1] 于江华.物联网在物流仓储管理中的运用探究[J].中国物流与采购, 2021(11).

[2] 卢志恒,罗福侠.基于智能传感平台实现物联网应用技术, 2022(06).

[3] 卢珺珺，白香芳.浅谈无线传感器的检测研究.文化科学, 2014(5).

[4] 李武镇.自动仓库堆垛机轨道与货架状态的监测.建筑科技, 2017(12).

[5] 范俊伟.自动化立体仓库货架和堆垛机的结构设计.建筑技术科学, 2023(11).

本文已全文发表在国家级优秀学术期刊《探索科学》2023年第19期。

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