• event2024-04-03 09:50:54
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摘要：隨著國家制造業和運輸業的蓬勃發展，物流倉儲裝備逐漸走向大型化和復雜化，對倉儲貨架的設計、安全管理和狀態監測提出了新的要求。然而，目前各行業仍然缺乏對貨架運行安全管控方面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，造成財產損失和人員傷亡。本文主要鑒于現狀下倉儲高位貨架使用安全風險的考慮，探索了一種基于物聯網技術下的倉儲貨架安全在線監測解決方案，讓肉眼無法觀察到的貨架局部形變和傾斜，通過傳感器實時獲取安全參數數據，并顯示在軟件系統上，及時發現安全風險隱患，為人工干預提供預判性決策依據及預防性維修依據，有效降低貨架安全事故風險。

關鍵詞：物聯網、在線監測、預判性決策、高位貨架、立柱垂直度

1 引言

近年來，隨著國家工業和經濟的發展，倉儲物流裝備與新技術的深度融合不斷加速[1]，以物聯網[2]、人工智能為核心的新興技術在各行各業廣泛應用[3]，倉儲貨架發展出現越建越高、密集存儲高、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，目前各行業對于貨架運行安全方面的管控比較缺乏，針對因產品質量、安裝精度、外力因素等造成的貨架結構性損傷，引起的安全生產事故隱患，很難做到及時的預判及預防。

本文基于物聯網技術，以及對貨架結構算法的理解，通過傳感器設備獲取貨架安全狀態參數數據并上傳至系統后臺，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，為提前干預提供預判性決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

倉儲貨架傾斜、變形隱患引發的事故數不勝數，企業也因為劣勢貨架設備、不規范設計或使用帶來的事故付出慘痛代價。目前高位貨架安全風險的問 題主要體現在立柱垂直度傾斜超標、貨架結構變形、存取功能受限、地坪沉降不均勻等方面，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，確定一個選型選材要求，并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，并沒有更多的考慮地坪因素，提前評估地面荷載、平整度等關鍵指標是否滿足行業標準。

（3）加工精度不滿足 立庫貨架在安裝后加工精度、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 一般對于高位貨架的施工資質、安裝方案、施工人員職業證書、人員保險等沒有做明確的要求，并且沒有給出確切的安裝標準依據，以致無法保證安裝質量。

鑒于以上原因，現狀下往往沒有合適的解決措施，無法及時獲取關于高位貨架使用狀態安全相關的參數數據，為人工提前干預提供決策依據、干預調整的方法，對此無奈的解決辦法主要有：

（1）設備遷就貨架，前期貨架問題不明顯的時候，會以保證能用為前提，通過調整操作設備性能參數來遷就貨架（逃避只能讓問題越加凸顯）。

（2）鎖閉部分儲位，隨著貨架問題日趨積累，導致存取作業功能障礙，大部分會通過倉儲系統鎖閉問題區域儲位的應對方式（儲能損失）。

（3）停用甚至拆除，貨架問題從點線惡化到面狀的時候，無奈之下直接停用該區域的貨架甚至拆除（大大影響倉儲運營）。

通過以上的問題及原因分析，倉儲行業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方案，有效的改善高位貨架運行安全管控難的行業現狀。

3 倉儲高位貨架安全監測方案說明

采用“傳感器數據采集+精細算法信息轉換+后臺系統分析預警”的總體方案，基于物聯網技術，通過傳感器硬件獲取數據，并上傳至后臺系統處理分析后，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，為人為干預及修復提供數據依據。

高位貨架安全在線監測方案由“軟件系統+傳感器設備”組成，針對高位貨架立柱垂直度及倉庫地坪沉降兩個參數的實時監測，安全風險數據做到實時獲取并可視化呈現，不僅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的監測數據變化趨勢作出健康風險判定，整體方案如圖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角儀（傳感器）對關鍵立柱的垂直度傾斜數據實時監測，按照自動化立庫的立柱垂直度行業標準進行健康&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的監測數據變化情況，作出安全風險的趨勢預判分析，為貨架安全解決方案提供依據。傾角儀需嚴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，并結合現場實際情況作出布點調整。傾角儀需水平安裝，通過專用連接配件安裝在立柱頂端，如下圖2所示。

圖2：傾角儀水平安裝示意圖

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（傳感器）對立庫貨架區的地面不均勻沉降數據實時監測，按照自動化立庫的地面水平度行業標準進行健康&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。水準儀需嚴格按照地面點位圖設計方案進行安裝，監測點位布置參考《鋼貨架倉儲系統容差變形與凈距標準》BS EN 15620:2008要求，并結合現場實際情況作出布點調整。水準儀需水平安裝，通過專用連接配件及電線布設配藥安裝在地面上，如下圖3所示。 

圖3：水準儀水平安裝示意圖

3.3. 高位貨架安全在線監測系統

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

（1）傳感器對關鍵參數的健康、超標、嚴重超標等狀態數據的實時采集，并及時呈現在系統應用端。貨架立柱垂直度行業標準:普通橫梁式1/120、自動化立庫1/1000，符合標準的為健康、超出標準且在2倍標準以內的為超標、超出2倍標準的為嚴重超標。

（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，則需人工干預調整；嚴重超標數據給予紅燈預警，需要人工干預調整。

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

圖4：在線監測系統工作原理圖 

3.4 高位貨架安全在線監測解決方案特點

監測系統可接入移動、電信等公有云平臺，支持TCP協議，做到快速、便捷、穩定交付。同時，也支持企業局域網進行本地化部署，系統應用端部署在本地服務上，采用通用數據接口對接企業數據中心。

 （1）時效性，針對被監測測貨架立柱、地面沉降的數據實時采集，24小時上傳一次數據，后臺系統第一時間對數據進行呈現及預警，及時做到防患于未然。

（2）實用性，傳感器硬件及軟件系統實施便捷，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，滿足后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。

鑒于以上特點，高位貨架安全在線監測解決方案整體實施部署的工期較短，通常可以在45天以內完成項目的整體交付。

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，對計劃部署監測系統的貨架區域進行初步分析；

（2）初始數據確認，確定具體監測區域，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，以及傳感器硬件現場安裝與調試；

（4）軟件系統部署，系統后臺完成數據對接、基礎數據導入，現場部署系統應用端及操作培訓；

（5）系統維護，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

智能化倉儲貨架安全監測可以廣泛應用于消費電子、化工、能源、快消、汽車零配件、第三方物流等多個行業，尤其是對于使用高位貨架的用戶，上線部署安全在線監測系統，對其使用過程中的安全風險評估及預防有很強的應用價值。 

4.1. 案例應用

某電力行業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，面積為1000平方米

● 貨架及貨位：8排、9層設計，合計2500個貨位

● 監測點位數量：立柱垂直度，24個；地坪沉降，10個 ● 高位貨架安全在線監測系統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斜情況與周期內的變化趨勢，及時對貨架健康風險作出判定。

4.2. 意義和價值

對于部署高位貨架安全在線監測系統的用戶來說，其帶來的價值不僅體現在貨架系統自身的風險管控上，也幫助其貨架過保后的問題責任更好的合理定位，為后續貨架維保提供專業的數據依撐，從而讓貨架售后體系化建設流程更加合規。

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

（2）責任確認，對于運行過程中出現的功能性障礙，判斷屬于操作設備，還是貨架的責任上，提供了數據舉證。

（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， 作為維修保養的數據依撐。

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

綜合以上，倉儲高位貨架安全在線監測解決方案主要是針對倉儲貨架設備的運行安全監測，并不包含其他倉儲設備，比如堆垛機、輸送分揀設備等，從整個倉儲運行安全的角度考慮，監測參數數量存在一定的局限性，后續需要拓寬監測范圍，助力于倉儲安全行業的發展。

5 結論

本文針對倉儲貨架使用過程出現的貨架傾斜、變形的問題，提出了基于物聯網技術的安全監測解決方案，實時監測貨架安全風險關鍵參數，及時了解貨 架運行健康風險狀態，以及潛在的安全風險，為倉儲管理者調整干預提供預判性決策依據及預防性維修依據。未來，我們會進一步加強物聯網技術在倉儲設備安全監測中的研究和應用，推動倉儲安全監測技術的發展，降低倉儲安全風險發生的概率。

參考文獻

[1] 于江華.物聯網在物流倉儲管理中的運用探究[J].中國物流與采購, 2021(11).

[2] 盧志恒,羅福俠.基于智能傳感平臺實現物聯網應用技術, 2022(06).

[3] 盧珺珺，白香芳.淺談無線傳感器的檢測研究.文化科學, 2014(5).

[4] 李武鎮.自動倉庫堆垛機軌道與貨架狀態的監測.建筑科技, 2017(12).

[5] 范俊偉.自動化立體倉庫貨架和堆垛機的結構設計.建筑技術科學, 2023(11).

本文已全文發表在國家級優秀學術期刊《探索科學》2023年第19期。

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