風(fēng)電機(jī)組大部件運(yùn)輸智慧物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文 | 戴建軍，廖賴明，郝赫，徐燕杰

兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組大部件需要從整機(jī)廠和外協(xié)廠的各生產(chǎn)基地根據(jù)需要發(fā)運(yùn)到指定風(fēng)電場(chǎng)，其中貨物運(yùn)輸任務(wù)包含主機(jī)艙運(yùn)輸、葉片運(yùn)輸、輪轂主控柜等散件打包運(yùn)輸?shù)取Ｈ~片主要從兩三個(gè)供應(yīng)商工廠運(yùn)輸?shù)饺珖?guó)各地的風(fēng)電場(chǎng)。每單個(gè)車程，大概7～30天為一個(gè)周期。運(yùn)輸時(shí)間的主要影響因素包括距離、路況、天氣、各類合規(guī)檢查、司機(jī)行為方式、車輛狀況、轉(zhuǎn)運(yùn)條件等。整機(jī)廠商、業(yè)主對(duì)于外包的貨物運(yùn)輸任務(wù)，一直處于原始的管理狀態(tài)。貨物出廠前手工記錄一些基本信息，在途運(yùn)輸過程中僅靠電話溝通，貨物到目的地后，工程人員通知收貨單位進(jìn)行接貨。全部環(huán)節(jié)都依靠電話、郵件、短信溝通，物流信息非常不及時(shí)。

本文設(shè)計(jì)了一套針對(duì)風(fēng)電大部件（整車）進(jìn)行管理的物流管理系統(tǒng)，依托于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)物流數(shù)據(jù)的采集，并且在云端進(jìn)行計(jì)算和輸出，使所有運(yùn)輸任務(wù)參與人員都能實(shí)時(shí)獲得準(zhǔn)確信息。特別地，設(shè)計(jì)了一套能對(duì)運(yùn)輸質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控的智能終端。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、需求分析

（1）需要一個(gè)管理系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)貨物運(yùn)輸過程進(jìn)行統(tǒng)籌管理，并根據(jù)每個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目建立多個(gè)關(guān)聯(lián)運(yùn)輸任務(wù)單，依據(jù)每個(gè)運(yùn)輸任務(wù)單建立發(fā)貨計(jì)劃和到貨計(jì)劃。系統(tǒng)能輸入前期路勘數(shù)據(jù)和建立路徑計(jì)劃。

（2）運(yùn)輸任務(wù)的全鏈參與者，包括項(xiàng)目工程部、葉片廠、貨運(yùn)公司、司機(jī)、業(yè)主，所有參與者都能獲取授權(quán)范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)信息，提高溝通效率。系統(tǒng)管理員在后臺(tái)進(jìn)行日常管理，其他參與者都利用手機(jī)APP、短信報(bào)警信息獲取實(shí)時(shí)信息。

（3）對(duì)在途運(yùn)輸?shù)呢浳锟蓪?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的地理位置、車輛狀態(tài)（行駛中、停車、久停）信息的獲取并生成地圖軌跡，與計(jì)劃時(shí)間、運(yùn)輸路徑進(jìn)行比對(duì)，把握進(jìn)度并完成目標(biāo)。對(duì)運(yùn)輸質(zhì)量的要求，包括運(yùn)輸車輛超速、急剎、久停、事故、顛簸數(shù)信息實(shí)時(shí)獲取并結(jié)合司機(jī)電話反饋推演實(shí)際情況。現(xiàn)場(chǎng)圖像和視頻數(shù)據(jù)依賴于司機(jī)手機(jī)終端上傳，或?qū)Ｓ迷O(shè)備自動(dòng)上傳。

圖1 風(fēng)電智慧物流系統(tǒng)框圖

（4）系統(tǒng)能生成單任務(wù)運(yùn)輸?shù)娜請(qǐng)?bào)、完結(jié)報(bào)告，并按設(shè)置好的郵箱自動(dòng)發(fā)送給需要的管理人員。系統(tǒng)能生成運(yùn)輸完成質(zhì)量報(bào)告，可包含超速次數(shù)、超速百分率、按計(jì)劃路徑完成率、震動(dòng)數(shù)據(jù)、到達(dá)節(jié)點(diǎn)完成率等信息。并以此生成整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)輸KPI報(bào)告，用于考核運(yùn)輸公司的合同完成業(yè)績(jī)情況，并作為付款、再招標(biāo)的依據(jù)。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

基于上文的需求分析，設(shè)計(jì)如圖1所示的系統(tǒng)。由圖可知，整個(gè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成了數(shù)據(jù)采集層、云計(jì)算層和應(yīng)用層。

（1）數(shù)據(jù)采集層：主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作。智慧物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來(lái)源豐富，主要包含了系統(tǒng)后臺(tái)的人工錄入、司機(jī)端手機(jī)微信公眾號(hào)錄入、智慧物流采集終端等。

系統(tǒng)后臺(tái)的人工錄入，包含運(yùn)輸訂單的建立、運(yùn)輸訂單內(nèi)各數(shù)據(jù)字段如車輛號(hào)、車次、物料名稱、數(shù)量、路勘數(shù)據(jù)、司機(jī)姓名、電話，以及運(yùn)輸計(jì)劃時(shí)間、起始和目的地等信息。

司機(jī)端微信公眾號(hào)錄入，主要是由司機(jī)主動(dòng)操作錄入的數(shù)據(jù)，公眾號(hào)不采集手機(jī)終端的GIS信息，也不采集手機(jī)內(nèi)的隱私信息。司機(jī)進(jìn)入微信公眾號(hào)后，會(huì)在指定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，如發(fā)運(yùn)時(shí)刻、路勘指定必過點(diǎn)時(shí)刻、車輛異常情況點(diǎn)時(shí)刻、貨物到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)刻等，上傳照片和少量文字說(shuō)明信息。

智能數(shù)據(jù)采集終端，是一臺(tái)定制化的、專為滿足風(fēng)電機(jī)組大部件運(yùn)輸使用的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集終端，是一臺(tái)典型的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器。硬件內(nèi)置GPRS/GSM模塊用于傳輸數(shù)據(jù)，內(nèi)置GPS和北斗模塊用于定位系統(tǒng)位置，內(nèi)置震動(dòng)傳感器用于獲取車輛震動(dòng)情況，進(jìn)而計(jì)算出車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過內(nèi)置的芯片計(jì)算出車輛平均5秒實(shí)時(shí)速度。

（2）云計(jì)算層：本系統(tǒng)部署于阿里云上，依托于阿里云核心的ECS（Elastic Compute Service云服務(wù)器）、RDS（Relational Database Service云數(shù)據(jù)庫(kù)）、OSS（Object Storage Service對(duì)象存儲(chǔ)）和VPC（Virtual Private Cloud專有網(wǎng)絡(luò)）服務(wù)，智慧物流系統(tǒng)的理論可靠性達(dá)到了99.999%。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)向高可靠性、可用性與彈性擴(kuò)展、容錯(cuò)與災(zāi)難恢復(fù)、備份與恢復(fù)、負(fù)載均衡、虛擬專有網(wǎng)絡(luò)的平滑過渡。

本系統(tǒng)部署環(huán)境采用開源軟件組合LAMP（Linux+Apache+MySQL+Python）架構(gòu)，架構(gòu)高效、實(shí)用和安全。通過在阿里云建立專有網(wǎng)絡(luò)VPC，將采集的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入云服務(wù)器ECS后存入OSS，智慧物流系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和整理后，輸出到ECS發(fā)布服務(wù)器。

除了采集和發(fā)布的各類接口，系統(tǒng)對(duì)外接口還包括與微信公眾號(hào)后臺(tái)API、與阿里通信的短信網(wǎng)關(guān)API等。在云端的部署讓整個(gè)系統(tǒng)變得非常簡(jiǎn)單、安全和高效，按需購(gòu)買服務(wù)的模式讓整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性得到了很好保障。

（3）應(yīng)用層：應(yīng)用軟件是智慧物流系統(tǒng)的核心，將具體實(shí)現(xiàn)以下業(yè)務(wù)功能：

風(fēng)電機(jī)組廠商在項(xiàng)目管理階段要進(jìn)行招標(biāo)，在運(yùn)輸計(jì)劃階段將訂單下達(dá)給承運(yùn)商，且要提前做好路勘，并將路勘數(shù)據(jù)錄入到智慧物流系統(tǒng)，在系統(tǒng)新建運(yùn)輸計(jì)劃。

在運(yùn)輸執(zhí)行階段，需要承運(yùn)商配合進(jìn)行調(diào)度管理，承運(yùn)商派單給司機(jī)到指定工廠提貨。

司機(jī)提貨后就進(jìn)入了在途管理階段。這個(gè)階段數(shù)據(jù)都在智慧物流系統(tǒng)內(nèi)體現(xiàn)，司機(jī)在途的運(yùn)輸起始時(shí)間、地點(diǎn)、車速、震動(dòng)等數(shù)據(jù)通過智慧物流采集終端自動(dòng)上傳到云端。中途關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)照片和文字信息都通過司機(jī)手機(jī)微信端的公眾號(hào)系統(tǒng)手動(dòng)上傳。整個(gè)過程承運(yùn)商管理者有接口可以跟蹤監(jiān)控，風(fēng)電機(jī)組廠商則由可視化的圖形系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤，如圖2所示。同時(shí)實(shí)現(xiàn)事件管理，如故障停車、緊急報(bào)警等事項(xiàng)。當(dāng)車輛到達(dá)目的地后，業(yè)主將進(jìn)行收貨確認(rèn)。

運(yùn)輸任務(wù)完成后，業(yè)主將通過微信公眾號(hào)對(duì)該運(yùn)單任務(wù)進(jìn)行滿意度評(píng)價(jià)，同時(shí)給司機(jī)發(fā)送一個(gè)回單。承運(yùn)商將根據(jù)整個(gè)運(yùn)輸任務(wù)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，風(fēng)電機(jī)組廠商則對(duì)承運(yùn)商進(jìn)行KPI考核，并為下一次的招標(biāo)提供依據(jù)。

圖2 運(yùn)單實(shí)時(shí)跟蹤

整個(gè)運(yùn)輸任務(wù)的參與者都將根據(jù)各自不同的權(quán)限獲得數(shù)據(jù)。

風(fēng)電機(jī)組廠商擁有整個(gè)系統(tǒng)的最高管理權(quán)限，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的部署、維護(hù)與使用。其建立的子賬戶要負(fù)責(zé)輸入訂單信息、發(fā)車信息和報(bào)表輸出等任務(wù)。同時(shí)，風(fēng)電機(jī)組廠商的管理員、領(lǐng)導(dǎo)和項(xiàng)目經(jīng)理都有開設(shè)微信公眾號(hào)的權(quán)限，為前端的生產(chǎn)任務(wù)組織、現(xiàn)場(chǎng)的吊裝和道路修建進(jìn)度作參考。

業(yè)主方和項(xiàng)目經(jīng)理通過微信公眾號(hào)，可以查看與自己項(xiàng)目相關(guān)的運(yùn)輸任務(wù)的發(fā)運(yùn)情況、在途情況和簽收情況，及時(shí)協(xié)調(diào)整機(jī)廠商生產(chǎn)資源、承運(yùn)商資源以及該項(xiàng)目業(yè)主方的人力和設(shè)備資源，為現(xiàn)場(chǎng)施工組織做好人員和車輛準(zhǔn)備，避免浪費(fèi)高昂的設(shè)備租賃費(fèi)用，同時(shí)精確把握工程進(jìn)度，為風(fēng)電場(chǎng)早日投產(chǎn)發(fā)電產(chǎn)生效益奠定基礎(chǔ)。

司機(jī)端則通過微信公眾號(hào)確認(rèn)裝車發(fā)運(yùn)、在途拍照和寫下備注，根據(jù)路勘要求提供關(guān)鍵地點(diǎn)的照片信息，將貨物運(yùn)輸?shù)男畔l(fā)送給系統(tǒng)。同時(shí)，司機(jī)也將在微信公眾號(hào)看到與自己運(yùn)輸任務(wù)相關(guān)的所有信息，以隨時(shí)調(diào)整運(yùn)輸質(zhì)量，安全生產(chǎn)。如震動(dòng)報(bào)警短信發(fā)給司機(jī)后，司機(jī)就會(huì)注意控制速度、控制急剎等行為。如行程進(jìn)度偏快或偏慢提醒發(fā)給司機(jī)后，司機(jī)將會(huì)調(diào)整住宿、修車等事項(xiàng)的進(jìn)度，以免KPI考核分?jǐn)?shù)不高從而影響運(yùn)輸企業(yè)的評(píng)分。

關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

風(fēng)電智慧物流系統(tǒng)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)包含智能數(shù)據(jù)采集終端的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、對(duì)外接口的設(shè)計(jì)和微信公眾號(hào)的設(shè)計(jì)。

一、智能數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)

智能數(shù)據(jù)采集終端集成了主計(jì)算MCU模塊、GPS和北斗定位模塊、震動(dòng)傳感器模塊、GPRS/GSM無(wú)線通信模塊以及電源蓄電模塊。區(qū)別于常見的車載終端，風(fēng)電智能數(shù)據(jù)采集終端外觀被設(shè)計(jì)成一個(gè)長(zhǎng)方形的小盒子，對(duì)外沒有顯示屏幕，僅設(shè)計(jì)一個(gè)RS232串口接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信用于故障診斷和參數(shù)配置。外殼堅(jiān)固耐用，IP65防水等級(jí)，可在-40～70℃之間不充電正常工作30天。具備實(shí)時(shí)震動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，能設(shè)定震動(dòng)強(qiáng)度并分級(jí)。此外，終端還有盲區(qū)補(bǔ)點(diǎn)和應(yīng)急定位功能，在遇無(wú)衛(wèi)星信號(hào)情況下提供LBS基站定位，遇無(wú)手機(jī)信號(hào)或網(wǎng)絡(luò)中斷情況下進(jìn)行 fl ash內(nèi)部存儲(chǔ)并在重新連接網(wǎng)絡(luò)后自動(dòng)上報(bào)信息。

通過GPS/北斗接收天線，終端將定位信號(hào)NMEA-0183格式的地理信息進(jìn)行處理后，結(jié)合時(shí)鐘模塊，可計(jì)算出車輛的速度信息，同時(shí)也有了經(jīng)度、緯度、方向、時(shí)間等數(shù)據(jù)。

震動(dòng)模塊是終端的一個(gè)重要組成，是通過震動(dòng)量g值結(jié)合時(shí)間信息來(lái)判斷的，震動(dòng)量g的取值可以根據(jù)震動(dòng)儀回程后的數(shù)據(jù)分析采集而來(lái)。具體判斷規(guī)則如表1 所示。

表1 震動(dòng)工況定義

智能數(shù)據(jù)采集終端的通信工作原理如圖3所示，系統(tǒng)對(duì)外空分接口主要是GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)，MCU將生成的數(shù)據(jù)以串口格式打包后，通過內(nèi)置的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，使用TCP/IP協(xié)議透明傳輸?shù)较到y(tǒng)后臺(tái)，同時(shí)后臺(tái)也可以通過空分接口尋址并給系統(tǒng)下達(dá)簡(jiǎn)單指令。

在移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸方面，考慮到風(fēng)電場(chǎng)所處的環(huán)境大多為風(fēng)況較好的沙漠、高山、海洋等環(huán)境，這些環(huán)境往往人跡罕至，所以移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的3G/4G信號(hào)覆蓋較少，因此模塊設(shè)計(jì)時(shí)仍采用基站信號(hào)覆蓋更成熟的GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用阿里云RDS MYSQL版，提供了容災(zāi)、備份、恢復(fù)、監(jiān)控、遷移等方面的全套解決方案，無(wú)需自行安裝和部署，購(gòu)買后可直接使用。根據(jù)前述系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了名為“l(fā)ogistics-all”的數(shù)據(jù)庫(kù)用于存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)，共有8張表，限于篇幅僅列其中一張，如表2 所示。

圖3 智能數(shù)據(jù)采集終端通信流程

表2 運(yùn)單信息定義

微信公眾號(hào)

智慧物流系統(tǒng)采用微信公眾號(hào)作為用戶入口，司機(jī)可以上傳信息、其他人（只讀權(quán)限）可以查詢和推送信息。其中只讀權(quán)限的微信公眾號(hào)分為以下模塊：

“項(xiàng)目信息”包含：項(xiàng)目一覽、當(dāng)日發(fā)貨、在途統(tǒng)計(jì)。

“設(shè)備一覽”包含：在途設(shè)備、待用設(shè)備。

“我的賬戶”包含：新用戶注冊(cè)、用戶登錄。

微信公眾號(hào)采用JAVA語(yǔ)言編寫，在微信公眾號(hào)后臺(tái)通過第三方服務(wù)器配置的方式調(diào)用阿里云ECS上的程序。

結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)相比于普通物流系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)是具有運(yùn)輸質(zhì)量監(jiān)控能力，包括運(yùn)輸準(zhǔn)點(diǎn)率、駕駛穩(wěn)定性等特殊需求。由于風(fēng)電機(jī)組在途運(yùn)輸損傷將會(huì)給未來(lái)機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)很大安全隱患，因此數(shù)據(jù)采集依賴于特別設(shè)計(jì)的風(fēng)電行業(yè)專用的車載終端，該終端含有震動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器并能根據(jù)傳回的震動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行車輛狀態(tài)分析。

本系統(tǒng)目前數(shù)據(jù)源還比較少，沒有與ERP/CRM系統(tǒng)的信息共享，此部分會(huì)讓智慧物流系統(tǒng)通過開放的API接口讀取數(shù)據(jù)，比如風(fēng)電場(chǎng)客戶名稱、地址、電話、項(xiàng)目經(jīng)理，風(fēng)電機(jī)組大部件名稱、物料編碼、BOM號(hào)等。

在風(fēng)電行業(yè)降本增效形勢(shì)異常嚴(yán)峻的今天，粗放式的物流運(yùn)輸管理方式顯然已經(jīng)非常落后，無(wú)論是工程管理的精益化需求，還是質(zhì)量管理精益化需求，都無(wú)法得到滿足。本文所述的風(fēng)電機(jī)組大部件智慧物流系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中很好地幫助了企業(yè)掌控風(fēng)電機(jī)組大部件的運(yùn)輸過程，對(duì)精細(xì)化組織安排機(jī)組生產(chǎn)、降低庫(kù)存有很大幫助，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

攝影：蘇雷