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物流供应链管理论文:北京地区智能电表的自动化仓储设计

添加时间:2018-01-07 20:31:05   浏览:次   作者: www.dxlwwang.com
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第 1 章 绪论

 
1.1 课题研究的背景和意义
北京电力科学研究院计量中心(以下简称计量中心)负责北京地区智能电表、电力互感器、电能采集装置等计量设备的集中采购、集中检测、集中仓储、集中配送。计量中心自取得北京市质量技术监督局法定计量检定机构授权以来,严格按照 JJF1069《法定计量检定机构考核规范》和计量中心管理体系开展工作,加强对智能电表检定全过程的监督管理,质量管理水平得到大幅提升,保证了智能电表准确可靠。受制于自然条件、地域环境、设备配置等因素,智能电表的管理存在一定不足,主要表现在计量检测设备、工作场地与配送能力等方面,不能电力计量器具快速、大量的检定需求。检定场地较小,尚不能按工厂化、流水线方式作业,仓储空间偏小,现代化管理水平不高,难以适应社会快速增长的电力计量器具的需要。为了全面地贯彻落实国家计量法律、法规和监管管理要求,以“公平、公正、公开”三公准则,以“智能化、自动化、信息化”三化为手段,建设“区域集中、独立运转、整体授权”的现代化计量中心,实现国家电网计量器具和用电信息采集设备的“集中检定、集中仓储、统一配送、统一监督”四项核心要求,达到“整体式授权、自动化检定、智能化仓储、物流化配送”的核心业务要求,智能电表自动化仓储的优化设计工作,为进一步完善北京地区计量基础设施,推动计量集约化管理水平的进一步提升提供了技术支撑,对于其他地区和行业的自动化仓储建设和运行具有一定的理论和实践指导意义。
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1.2 国内外研究现状
随着经济的告诉发展和高新技术的广泛应用[1],极大地推动了信息化、智能化技术的应用,不仅实现了人们生活质量与水平的提升,更加带来了人们生存生活方式的颠覆性转变。智能化、自动化使人们生产生活变得快捷高效,被广泛地应用于国民生产的各个领域。国内外对这方面的相关研究日益增多,在构建智能化平台,智能计量表的相关研究,自动化智能仓储方面研究日益成熟。对现代的电能表自动检定技术严格规定进行了相关介绍[2]。对其基本原理中的相对误差,检定流水线,通过设置上下料缓存区避免拥堵。在到货的整箱电表存储方面,有以周转箱为承载单元的智能仓储系统设置。现有的自动化检定调度平台系统软件结构涵盖了包括数据管理及信息交互等多种功能。RFID识别标签实现了远程精确定位和信息共享,全过程节拍计算和自动化检定流水线与仓储平行的设计方法为电表流转提高了效率[3-8]。文献[9]对一种智能电能表自动化流水线检定系统的设计和实现进行了介绍,对电能表的全自动检定及智能分拣[10]系统和检定完成后的密匙修改[11]等进行了描述,还对自动拆线装置单元[12]和自动耐压单元[13]的原理进行了详细阐述。智能仓储技术应用于电力系统,将促成电力系统的智能化。本论文主要对智能仓储管理系统在电力行业的应用进行探讨进行探讨[14],结合计量中心仓储管理智能化的[15]应用特点和需求,设计并实现基于现代物流技术[16]和智能技术的计量器具智能仓储系统[9]。阐述了某电能计量中心通过智能仓储管理及物流系统[10]的应用,实现了电力计量器具和信息采集设备仓储管理的自动化、智能化、信息化,大大提高了仓储管理工作的效率,有效降低了差错率。在电能表的计量检定平台研究方面,智能电力计量器具仓储系统[1-3]将信息技术、自动控制技术、物联网技术及人工智能技术等应用到计量器具检定业务中,使计量器具检定能够按照标准化的流程自动进行[17],智能、高效地进行高性能计量器具检定[14,18,19]。文献设计实现了一种电力计量器具流水线自动检定系统,这个电力计量器具流水线自动检定系统,能够实现自动输送、自动拆包、自动检测校定、自动加铅封、自定贴标和自动分拣入库等功能,并且可以实现计量器具检定全过程的自动化和智能化[20-23],有效地避免人工操作带来的误差,提高计量器具检定的质量和效率。计量器具智能仓储管理与检定一体化系,将先进、高效、成熟的仓储物流技术与的计量器具智能检定系统有机结合,实现计量器具检定出库、上线检定、下线装箱、入库、物流配送等作业全过程作智能、自动,形成电力计量器具和信息采集设备的仓储管理和检定系统的一体化管理。
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第 2 章 智能计量器具自动化仓储的应用与理论
 
2.1 自动化仓储的现状分析
2.1.1 省级计量中心建设分析
在国网公司开展“三集五大”工作后,各省计量器具数量猛增,而且对配送效率提出了较高要求,河南、冀北、重庆、天津等地陆续开展了省级计量中心规划建设。重庆公司计量中心于 2009 年建成,为国内最早。重庆电能计量中心建筑面积 22889 平方米,主要由试验办公综合楼(10096 平米)、校验车间(7000平米)及附属楼两座(5482 平米、311 平米)组成。校验车间设有单相自动检定装置年检定能力为 200 万只;三相电表的半自动形式的检定设备年检定能力9 万只,电表监测校定系统由监测校定机器人、自动检测校定装置构成。低电压等级互感器的自动检定系统,共有 72 表位,年检定能力 15 万只;采集半自动监测校定装置,共有 48 表位,年能力 15 万只。设有一个智能化立体仓库,其中托盘库存储容量为 43 万只,周转箱库存储容量为 13 万只,周转采用自动导航机器人(AGV)来完成。天津公司计量中心,规划占地面积达 18392 平方米,总体的建筑面积达19683 平方米,其中一期建设电能表检测仓储楼 9617 平方米,土建总投资 7200万元,主体四层,地下一层,建筑物主体高度约为 19.6 米;二期建设互感器检测生产楼 10050 平方米,土建总投资约 8000 万元,主体五层,地下一层,建筑物主体高度约为 20.55 米。单相电能表、三相电能表、低压互感器自动化监测校定流水作业线,智能立库,中央控制室控室以及计量器具的功能及性能实验室布置在检测仓储楼内,其它的实验室及部分办公区域布置在互感器的检测生产楼内。单相自动化检测鉴定线 1 套,共 600 表位,年达 75 万只,三相电能表检测鉴定线 1 套,共 200 表位,年达 10 万只,低电压等级互感器的自动化监测校定线 1 套,共 24 测试位,年达 20 万只。设有立体库房 2 个,其中托盘库用作到货后的表计的暂存、周转箱库用于待检表计和成品表计的暂存,仓储总能力为 18 万只。天津公司省级计量中心还建设了完整的计量设备全性能试验室,面积约为 3400 平米。
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2.2 自动化仓储的相关理论简述
自动化仓储在设计过程中需要考虑两个方面的设计理论,一是在自动化仓储规模确定过程中引入需求预测理论,计量器具的仓储规模与业务需求紧密相关,相对精确的年度、月度智能计量器具业务需求是自动化仓库的规划基础。二是在智能电表的存储过程中引入非线性规划算法进行货位的优化分配,在常规设计中,往往采用顺序方式进行智能电表的入库和出库操作,通过非线性规划的方式,可以寻找到在一定约束条件下的,仓位最优化调度方式,更加提高了智能仓储的作业效率。需求的预测(Demand Forecast)对企业运营十分重要,时间序列分析是需求的预测行为的一种主要方式。构建时间序列模型是进行时间序列分析过程中最重要一环。构建时间序列模型过程中,首先观察时间序列具有哪些具体特征,然后这些特征进行有效分析。时间序列有三大类特征:首先是最为常见的,也就是时间序列的相关性;其次是用到最多的一类特征,也就是时间序列的平稳性;再者就是时间序列的波动聚集性。设定模型是进行计量分析首先工作。众多因素会影响经济现象,这也就致使了经济现象变得非常复杂。在进行计量分析时,我们通常只考虑主要影响因素,在模型里面,变量之间的关系有可能是线性的,可是在大多数情况下,是非线性的。鉴于变量之间复杂的关系,首先,需要对经济现象做详细分析,然后再通过各种各样的经济理论进行模型设定。时间序列的分析和计量经济分析有很大不同,主要在于前者不需要经济理论来作为支撑,仅需要根据序列的历史数据的统计特征,就可以来进行设定模型。故此,对于时间序列分析来说,第一步就是对时间序列的统计特征进行分析,根据统计特征是气候拟合相关的模型关键,这就是模型的识别,也就是时间序列分析的第一步。
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第 3 章 智能电表自动化仓储的存储规模优化设计..........12
3.1 设计思路........12
3.2 年度需求数量预测.......... 13
3.2.1 指数平滑算法.......13
3.2.2 计算过程........15
3.2.3 计算结果及验证....15
3.3 季度需求占比预测.......... 18
3.3.1 多参数季节算法(Holt-Winters)........18
3.3.2 计算过程........18
3.3.3 计算结果及验证....19
3.4 北京地区智能电表自动化仓储的规模确定............21
第 4 章 智能电表自动化仓储的方案选型及系统设计........22
4.1 方案选型.........22
4.2 系统设计........32
第 5 章 智能表自动化仓储调度运行优化设计............36
5.1 调度运行优化问题.........36
5.2 基于模拟退火算法的最优化模型............37
5.3 储位优化模型计算分析...........40
 
第 5 章 智能表自动化仓储调度运行优化设计
 
5.1 调度运行优化问题
在省计量中心中,自动化检定和智能化仓储是主要的工作设备,两者相辅相成,配套使用。智能化仓储设备主要负责新品电能表的检定前仓储和检定完成后的合格品仓储,并能够匹配省级计量中心生产调度平台进行出入库的操作。自动化检定系统主要负责完成智能电能表、采集设备的检定工作,按照省级计量中心生产调度平台的计划,从智能化立体库房获取计量设备进行检定,检定合格后返回智能化立体库房。自动化仓储一般由堆垛机、货架、托盘、输送机、AGV 小车以及 PLC 控制系统和仓储信息管理系统组成,之后与省级计量中心生产调度平台进行接口。货架是自动化立体库房的主要仓储设备,一般情况下会有多个巷道的货架,每个巷道会有由一个或多个通过轨道运行的堆垛机进行存取操作。整个货架区会由高层货架、周转箱托盘和穿梭机共同构成一个有机的整体。其中高层货架具有一定的承重要求,周转箱托盘采用相同外形,主要用于存放货物,同时便于巷道堆垛机存取。高层货架一般采用不锈钢件组装而成。堆垛机借鉴叉车的设计理念,可以在 PLC 的控制下进行自动进出货物。一般分为单立柱型、双立柱型。同时考虑支撑方式,进一步细分为地面支撑型、悬挂型和货架支撑型。传输系统的作用是将计量设备运送至堆垛机,或者是在堆垛机完成设备取出操作后,将货物运输出来,一般安置在立体仓库的货架区外,按照类型分类,有装补一体式传输机、皮带传输机、斗式传输机以及链条式传输机。近些年来,AGV 小车也逐渐应用于自动仓储系统,特别是重庆电力公司在此方面应用较为成熟。AGV 小车一般通过激光和感应的方式进行引导和运行。
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结论
 
智能电表的自动化仓储是全面落实国家电网公司“三集五大”工作总体部署,进一步优化整合计量资源,推进和完善大营销体制变革的具体实现,项目的建设,能够在更大范围内优化配置计量资源,进一步提高计量工作的透明度、公正性、准确性,大大增强公司计量工作的控制力、影响力,具有非常好的示范作用、带头作用。同时,集中检定、自动化流水作业、统一物流配送有利于发挥规模效应。通过对北京地区的智能电表自动化仓储优化设计的研究,本文形成了以下成果:
(1)通过智能电能表需求预测确定智能电表自动化仓储规模。提出了以指数平滑算法的年度需求预测和以多参数季节算法的季度需求占比预测,分别建立了预测模型并进行了计算及验证,通过数据挖掘和分析规律,确定了自动化仓储的规模。
(2)提出了适合北京地区的自动化仓储方案选型。对于提出的两种自动化仓储建设方案,在布局设计、物流方式、技术指标和关键技术四个方面进行比对,确定了技术方案,并对仓储系统各组成部分布局和工作流程进行了设计,确保了自动化仓储设备高效运行。
(3)通过模拟退火算法实现了智能电表自动仓储储位调度优化。在智能电表的存储过程中,自动仓库的货位分配是影响仓储运行效率的关键。本文应用非线性规划中的模拟退火算法,以最小时间为目标实现了货位最优分配,能够节省堆垛机工作的时间,提高自动化库房的工作效率;同时该算法在寻优过程中收敛速度快,准确性高,为后续其他单位的自动化库房的优化运行提供了参考。
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参考文献(略)

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