航空裝備智能外掛庫設計研究

李 薛，崔利杰，拓明福

（1.空軍工程大學研究生院，陜西 西安 710052；2.空軍工程大學裝備管理與無人機學院，陜西 西安 710052）

0 引言

工業革命迭代升級、武器裝備加速更新、高新技術飛速發展，催生著裝備物資保障領域向信息化、智能化快速演進。智能倉儲[1]作為現代倉儲的一種新型理念和手段，其目的是通過信息化、物聯網和機電一體化共同實現智慧物流，從而降低倉儲成本、提高運營效率、提升倉儲管理能力。國內以京東[2]、順豐[3]等大型物流企業為代表，已經取得了智能倉儲物流的較大成果，引領了智能倉庫建設的發展方向；國外，以波音、洛馬公司[4]為代表的大型航空公司在美國國防部基于性能的保障要求下，也不斷升級其航材倉庫的智能化水平。在相關的學術領域，智能倉庫的建設與系統設計也是當前物資倉儲領域研究的熱點。如薛劭節[5]、吳房勝等[6]在倉庫的系統設計領域，將物聯網技術運用到傳統的倉庫上，分別實現了倉儲體系智能化、集約化管理和對倉庫的紅外報警、溫濕度監測、煙霧和火焰監測及報警業務。孫茹樹[7]從智能化機器人、電氣設備、立體化貨架、計算機控制和管理系統提出了多方面立體化智能倉庫的設計思路和實施方案。在具體技術方面，張星[8]提出了基于RFID 技術的智能倉庫三維定位設計與實現方法，楊利[9]提出了基于PLC 和工業機器人的智能倉庫設計。

隨著科技水平的不斷提高，軍事裝備及其智能化發展迅速，各類軍事任務的增加，裝備物資的種類和數量大幅增加，倉庫管理難度加大，傳統倉儲模式無法滿足實際需求，一定程度上限制和制約了保障能力的提升。智能倉儲的應用很大程度上提高倉庫管理效率、透明度和安全性[10]。本文嘗試以航空裝備外掛設備為例，探索開展智能倉儲庫房的功能需求分析，提出傳統倉儲庫房的升級改造思路與方法，為后續裝備物資保障領域信息化、智能化建設提供借鑒和參考。

1 航空裝備外掛設備智能倉儲需求

1.1 航空裝備外掛設備倉儲現狀和問題

外掛設備是航空裝備系統的重要組成部分，隨著飛機武器平臺的發展進步和任務需求的不斷變化，使用頻率不斷加大，應對不同任務時需要頻繁倒換，存在的問題也逐步顯現，存在較大安全隱患。主要表現為：一是管理模式較原始，各類登記統計使用手工登記，數據采集、收集、分析、核算困難。任務需求較大時，易出現登記統計不及時，登記信息錯誤等情況。二是質檢依靠人工核驗，質量把控與質檢人員業務能力、責任心密切相關，質量控制水平不穩定，不同質檢員檢查結果差異較大。質檢標準不一致，存在較大安全隱患。三是搬運、裝卸等工作依靠人力，工作效率低、危險系數大。四是支撐決策的數據信息提取困難，數據質量較低，決策人員通常根據經驗人工整理分析數據，制定各類方案易出現數據信息錯誤，指揮決策智能化水平低。

1.2 航空裝備外掛設備倉儲智能化改造目的

航空裝備外掛庫房的信息化智能化升級改造，將會大幅提高庫房管理水平，實時監控外掛設備存儲與技術狀態情況，有力提高保障效率，減少工作失誤，確保物資進出庫的安全性，為管理決策提供準確有價值的數據信息。在此基礎上，通過建立科學規范的保障管理模式，可以實現裝備物資供應保障的精細化管理，最大限度保持和恢復飛機外掛設備的戰術、技術性能，以期達到服務作戰、高效保障的目的。

2 基于能力的智能外掛庫建設

2.1 任務場景分析

通過分析，航空裝備外掛設備庫房的任務場景如圖1 所示。

圖1 任務場景圖

首先，作戰訓練任務下達至機務指揮中心后，機務指揮中心將根據任務需求，結合基于大數據開展包含外掛設備在內的航空裝備保障資源可視化分析預測，通過自動匹配任務所需設備、快速生成資源保障方案并形成指令下達至各保障機組和人員。其次，機組人員接到指令后，通過智能倉儲管理系統查詢相關設備數量、狀態、位置等信息，根據下達至倉庫的配置方案，指揮AGV 機器人到對應貨架抓取所需外掛設備，經質檢登記后，通過外場AGV 送至機務一線，完成出庫并協助一線人員開展設備安裝。第三，飛機完成任務后，由保障人員申請，經維修、保養、質檢、登記等程序履行入庫手續；第四，指揮人員、庫房管理人員可實時調取外掛設備數量、狀態等信息，庫房管理系統能夠對庫房所屬系統實施自動盤點、故障預測、壽命預警、補貨信息推送等功能，輔助各類人員開展分析決策。此外，在外出執行任務時，系統能夠針對任務類型、結合歷史數據和相關算法，開展設備外出攜行方案的自主推送，經審批后自動由AGV 配送設備至攜行方艙。

2.2 智能外掛庫建設需求分析

智能外掛庫的建設，就是要滿足機務保障人員、指揮決策人員和倉庫運維管理人員的作業需求，通過倉儲管理系統以及各類設施、設備將外掛庫房的出入庫、日常管理、飛行一線安裝、全資可視決策、攜行轉場裝載等任務場景智能銜接，提高運轉效率，外掛庫的功能將進一步延伸至一線作業部分和指揮決策層面，從各個維度提高智能化管理水平。

為便于分析，以下從外掛庫任務場景包含的人員與實體角度開展智能外掛的功能需求分析。

2.2.1 人員的需求分析

外掛庫開展業務工作時涉及人員包括：庫房運維管理人員、機務保障人員和指揮決策人員等。庫房運維管理人員主要任務是開展設備出入庫管理、定期盤點、狀態查詢、日常維護、設備在庫房中的倒換架、根據任務指令開展外出攜行物資的裝載等；機務保障人員主要任務為根據外場一線飛行任務到外掛庫房領取設備和歸還設備；指揮決策人員主要任務為做到隨時對外掛設備數量、狀態進行全面掌控，開展對設備補充、維修、報廢等決策處理，并結合任務情況向一線保障人員下達掛載方案、向庫房保管人員提出攜行裝載方案等保障任務。根據各類人員任務情況，分析其工作需求如下：

（1）倉庫運維管理人員主要需求[11]

①出入庫管理：對出入庫設備器材的性能、狀態、編號等信息進行檢查登記，并實時上傳至系統，按照存放規定裝卸至指定區域貨架[12]。

②庫存管理：全面掌握庫存、設備狀態、設備壽命、有無缺貨等情況；可達到多人、多地進行盤庫和自動盤點。

③信息管理：可以對實時或歷史時段的對設備、庫存、出入庫信息、用戶信息、設備信息、維護保養信息等各類信息進行查詢檢索。

④安全管理：庫房做到防火、防盜、防破壞。配備門禁、人臉識別、視頻監控等的安防設備；安裝溫度、濕度檢測，消防報警等相關傳感設備，確保倉庫的溫度、濕度符合設備物資存儲要求[13]。

⑤設備維護保養和質檢管理：可實時了解入庫設備狀態并及時按照保養維修手冊要求進行維護保養，做好登記統計。

⑥智能管理：根據使用人員上傳的任務信息生成物資裝備配備、配送方案；結合庫存情況和當季任務情況，生成調撥、采購方案等。

（2）機務保障人員主要需求

①信息查詢：可按照權限查詢庫存及調撥時間。

②設備配送：倉庫可根據任務需求，按時準確做好設備物資準備并及時配送至指定地域。

③程序便捷：便捷高效的出入庫程序。

（3）決策人員層面主要需求

①數據查詢。可以實時掌握倉庫、人員、設備、器材、庫存等各類信息（任務信息、維修信息、壽命信息）為制定方案計劃決策做支撐。

②用戶管理；掌握各類用戶數據，劃分用戶權限，掌握各級用戶動態。

③信息管理：根據工作要求，生成各類信息報表。

④輔助決策：根據倉庫各類數據開展當前狀態監控、歷史數據分析、故障趨勢預測、個性化維修方案生成、攜行外出方案推送、設備器材需求預測分析等。

2.2.2 任務實體功能需求分析

智能外掛庫涉及的物理實體包括：倉儲管理系統、智能外掛庫、指揮控制中心等。通過分析，庫房內各類信息在任務實體間的信息流傳關系如圖2 所示，各任務實體內外功能如圖3、圖4 所示。

圖2 外掛庫房運轉流程圖

圖3 內部功能圖

圖4 外部功能圖

2.3 功能需求分析

根據外掛庫任務需求，分析其內部流程關系和功能，可有針對性的設計智能外掛庫房管理系統的功能框架[14]如圖5 所示。其功能共分為4 個一級功能，12 個二級功能。

圖5 智能外掛庫系統功能框圖

3 智能外掛庫建設技術框架

根據以上分析，為有效實施航空裝備外掛庫信息化、智能化升級改造，提出智能外掛庫建設技術框架。

3.1 總體架構

智能外掛圖總體架構如圖6 所示，由基礎設施、歷年基礎數據、智能倉儲的關鍵技術作為支撐，實現倉儲的四個功能模塊組成，主要通過對外掛倉儲庫房業務平臺的升級完成。

圖6 構架圖

其實施基本情況如下：（1）基礎設施層：通過對庫房土建改造，常規配套倉儲設備的更新，再到網絡設備線路搭建布設（服務器、防火墻）服務器的構建等，以及智能化設備的升級（監控、門禁、AGV 及配套設備、人臉識別）為外掛庫的升級改造打好物質基礎。（2）基礎數據層：整理錄入歷年的倉儲數據、相關工作人員信息數據、視頻數據、監控數據、設備數據等，為倉儲的管理、改造、決策提供數據支撐。（3）關鍵技術層[15]：利用AGV 技術[16]、數據加密技術[17-18]、狀態識別技術、二維碼技術、射頻技術、智能算法[19]、自動控制技術等技術支持，保證智能化功能實現。（4）功能模塊層：根據人員需求分析及各實體功能分析，智能外掛庫分為四個功能模塊、智能倉儲管控模塊、智能運輸傳送模塊、攜行方艙模塊和輔助決策模塊。（5）業務平臺層：為實現各項功能，通過構建以智能倉儲管理系統為核心的智能化系統，升級當前業務平臺。并且包含外掛庫射頻識別系統及無人搬運裝卸載系統的功能，能較好的兼容上下級指揮控制系統，協助各類業務人員完成相關工作，保障任務完成。

在完善各類基礎數據及基礎設施后，即可實現智能倉儲及其配套功能。同時，提前預留充足的可擴展模塊，后續可根據任務需要和技術升級增加更多功能。

3.2 各類設備設施改造升級

3.2.1 庫房設施改造

主要為基礎設施層的改造，包含各類設備和土建工程：（1）分區改造：按照庫房承擔任務，劃分多個功能區：交接區、存放區、裝載區、附件存放間和控制監控中心。（2）土建工程：庫房安裝兩側開門，便于車輛運輸時直行通過；安裝消防、供排水設施；室內墻面粉刷，地面噴涂具有耐磨、耐壓、防靜電和阻燃功能的環氧地坪漆。庫房墻體內側應根據實際需要安裝電源插座、網絡端口及接線柱。（3）常規設備：庫房內設置防靜電樁、除濕機、通風、暖氣設施等。

3.2.2 智能設備布置

主要為關鍵技術層和功能模塊層的實現以及基礎設施的完善和智能化升級，確保化功能模塊實現包含以下內容：（1）智能搬運機器人（AGV）及充電樁。（2）信息化需求的網絡信息服務器、RFID 裝置及各類手持終端、條形打碼機。（3）智能安防相關的監控及報警設備、人臉識別設備、智能溫濕度監控設備等。（4）智能攜行方艙的改造及一體化搬運設施的構建。

3.2.3 信息管理系統開發

外掛庫房信息管理系統的構建，既是業務平臺的支撐，也為智能倉庫管理、智能輔助決策功能、攜行方艙管理提供軟件支持。同時做到與上級保障系統連接兼容，以智能倉儲信息管理系統為主體，還包含外掛庫射頻識別系統、無人搬運裝卸載系統等。

4 總結

智能外掛庫的實現既需要開展系統的需求分析和功能設計，也需要結合無線組網、RFID、圖像識別等技術，從現代物聯網發展及對倉儲物流的發展角度開展升級改造。本文通過分析適用于部隊日常駐訓、外出演訓、攜行轉場任務的外掛存儲與轉運需求，提出智能外掛庫的功能性設計需求和改造思路，并在針對外掛轉運多、掛載難、存取難的特點基礎上，設計了智能外掛庫的改造設計方案和流程方法，一定程度上是部隊智能倉儲建設的一次實踐和嘗試，為后續智能化作戰條件下的裝備保障建設與發展提供借鑒與參考。