CN110991949A - 一种航天控制系统产品库存智能管理系统 - Google Patents

Abstract

一种航天控制系统产品库存智能管理系统，包括产品入库管理规划模块和智能存储模块，产品入库管理规划模块包括产品自动识别系统和存储空间规划系统，产品自动识别系统包括产品信息采集装置、产品数据库和条码生成器，产品信息采集装置将产品外观图像和铭牌进行采集，与产品库中标准模板相匹配，生成唯一产品编码，存储空间规划系统通过空间规划算法，根据产品信息，对尺寸、重量、使用频率信息设定不同的权重，根据当前货柜中剩余库存容量设计出最优存储方案，智能存储模块由产品存取执行系统、柔性智能立体货柜和库存数据管理系统组成。

Description

一种航天控制系统产品库存智能管理系统

技术领域

本项目涉及航天系统集成测试，特别是测试单机、工装、电缆等设备的管理，具体为一种航天控制系统产品库存智能管理系统。

背景技术

随着生产能力的提升，航天产品批产任务量也随之增大。航天控制系统测试流程复杂多样测试过程中需要用到大量的参试产品、测试工装、电缆等设备。不同的阶段、状态所用产品也多有不同，所以参试设备、电缆种类多。特别是批产型号产品数量大，产品更换频繁。在此背景下，产品设备的存取、库存管理是一项艰巨的任务。

目前航天控制系统测试过程中，所有产品的库房管理均采用人工纸质化记录方式。填写产品交接单后将设备成箱堆放在库房或试验室。对于某些存放时间较长的产品，需要使用时往往需要花费大量的时间精力去寻找。而且由于产品存放位置不固定，特别是试验室存储设备管理不严格，使用时不填写取用表单，长时间不归还易出现遗失情况，且查找困难。目前的参试产品库存管理方法需要较大的库房空间，存取效率低，可靠性较差，不利于科研生产工作的有序进行。

综上所述，传统的库存管理方法逐渐难以应对日益增长的测试需求，在这种情况下如何研制一套效率高、操作简单的智能化库房管理系统，能够对航天控制系统参试设备、电缆进行管理。标准化产品存取流程，实现操作全过程记录，将设备、电缆集中管理。使测试人员可以高效准确的查找所需产品，提高存储效率。自动记录存取时间、人员。降低管理设备所需时间精力，提高设备管理的可靠性和先进性。同时缩减大量库房占地，降低管理成本是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为解决目前产品库存管理占地面积大，产品放置位置不固定难以查找，缺少系统化、科学的管理方法等问题。满足种类多样、数量庞大的航天控制系统产品库存管理需求，提升产品存储效率，提高管理可靠性、便捷性，降低耗费时间和精力，同时缩小库存占地面积。

本发明通过以下技术方案实现的：一种航天控制系统产品库存智能管理系统，包括产品入库管理规划模块和智能存储模块，产品入库管理规划模块包括产品自动识别系统和存储空间规划系统，产品自动识别系统包括产品信息采集装置、产品数据库和条码生成器，产品信息采集装置将产品外观图像和铭牌进行采集，利用图像识别技术与产品库中标准模板相匹配，识别出产品信息后生成唯一产品编码。存储空间规划系统通过空间规划算法，根据产品信息，对尺寸、重量、使用频率信息设定不同的权重，根据当前货柜中剩余库存容量设计出最优存储方案。智能存储模块由产品存取执行系统、柔性智能立体货柜和库存数据管理系统组成，产品存取执行机构完成产品的存放、取出；智能立体货柜实现产品存放和产品状态显示；库存数据管理系统完成产品从入库到出库全过程的信息记录

产品入库管理规划模块包括产品自动识别和存储空间规划。可实现所有产品入库前，根据预先建立的产品资料库信息利用图像识别技术自动识别产品类型、标牌，并自动生成产品唯一编码，便于产品的入库出库信息记录。通过建立存储空间的多目标整数规划模型，根据产品类型、尺寸、重量，自动规划出该批次产品存储的最优方案，并在库存数据管理系统可视化界面中显示出模拟存储示意图。

产品智能存储模块可实现产品的智能化存储，包括存取执行系统、智能货柜和库存数据管理系统组成。需要完成执行机构、货柜机械结构、承重装置、库存数据管理系统最优设计，根据产品设备的存储需求，设计立体式货柜结构、存储容量、承重程度、保证能够满足多类型多尺寸产品设备的存储要求。柜体内设计抽屉式、托盘式、盘柱式、挂钩式等多种，根据设备产品的尺寸范围及形状特点，确定其存储方式，充分利用货柜空间。获得货柜使用权限的试验人员可通过磁卡、密码登陆查询界面，进行产品存储操作，并将在库产品编号与存储位置一一对应，可通过查询界面输入产品类型、产品编号等信息查找所需产品存储位置。

库存数据管理系统可实现库存信息的全过程电子记录。主要包括两部分：库存产品存取记录系统和库存产品数据查询系统。库存产品存取记录系统实现库存产品入库、出库、存取人、存储位置、时间的记录，便于查找所需产品，解决误记漏记难以查询问题的发生。库存产品数据查询系统将每一个产品编号与试验流程相关联，实现在选择流程后库存数据管理系统自动显示参试设备，并表明其所在位置、库存数量、产品编号等信息。便于试验人员明晰产品齐套情况。库存数据管理系统用于对库存信息统一化管理，实现自动记录产品存储状态变化记录功能，减少人工记录、整理的繁琐的过程。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明解决了由于目前航天设备库存管理过程依靠人工记录，管理工作数据量大的问题，解放了劳动力；

(2)采用托盘式、抽屉式、挂钩式多种存储方法，适用于不同单机电缆的存储需求，并且在托盘式的存储方法中采用柔性可变化存储空间，更合理的适用于多尺寸多类型产品存储；

(3)采用存储空间规划方法可以实现产品摆放的最优存储方案，能够充分利用存储空间。

(4)智能立体货柜可实现产品入库时将产品编号、类型等信息与存储位置相对应，便于产品查找；

(5)智能立体式货柜通过根据产品类型、尺寸、重量、使用频率进行科学的处理，充分的利用货柜存储空间，减少库房场地面积。

(6)库存数据管理系统设计防止由于人员漏记存取记录，长时间未归还导致产品难查找、丢失等现象的发生；

(7)库存数据管理系统可实现库存产品存取的全过程记录，将库存数据集中管理起来，解决了以往纸质记录难以管理、查询的问题

(8)检验数据管理系统提供多条件、多维度查询功能，使得库存信息查询更为方便快捷，提高产品利用率，缩短产品齐套时间，提高测试效率。

(9)将库存数据保存在采用带有冗余备份的服务器集中存储，避免存储设备损坏导致数据丢失现象，提高数据存储的可靠性。

附图说明

图1产品入库流程图。

图2产品出库流程图。

图3存储空间规划模块信息交互示意图。

具体实施方式

本发明的目的是改善库存管理人员工作现状，通过对库存智能管理系统的研究，实现产品的自动入库出库，并将产品存取过程中各种型号、时间、操作人员、数量等信息科学、有序的管理起来，有效提升对库存产品的存储能力，提升产品查找效率，避免产品遗失情况的发生，确保科研生产进度。

一、产品入库管理规划模块

产品入库管理规划模块包括两个部分：产品自动识别系统和存储空间规划系统，产品识别系统用于识别待入库产品类型，自动生成唯一编码。存储空间规划系统根据识别出产品信息自动规划出产品最优存储位置。

产品自动识别系统首先在建立产品数据库，产品数据库内容包括所有单机电缆类型、重量、单机产品尺寸、表面图像等信息，建立完善的产品数据库保存成标准模板。产品入库前将依次通过摄像设备采集产品外观图像和铭牌字印，依靠图像识别系统，识别出铭牌字印具体文字，并将待入库产品与产品库中标准模板相匹配，自动识别出产品类型、尺寸、重量等信息，生成唯一产品编码便于后续产品存储和信息记录。

储存空间规划模块主要由空间规划算法实现，经过产品自动识别后即获取了该批次产品各单机类型、尺寸、重量信息，为了充分利用有限的货柜存储空间，将产品合理有序的放置入货柜中，设计存储空间规划算法。设计原则如下：

(1)采取由下至上的原则，首先利用货柜底部空间存放，然后往上放，货柜位置自下而上位置权重系数β_i由大至小；

(2)采用由高到低的原则，首先放置较高较大的产品，尺寸较小的产品后安置，产品高度越高，高度系数α_l越大；

(3)按产品流动频率，在满足空间需求的基础上根据产品使用频次，将使用频率高的产品存放在容易存取位置，将使用频率低产品放置较高位置，产品使用频率越高，频率系数α_f越大；

(4)按产品质量大小，质量大的产品放在较低位置，质量轻的产品放在较高位置，产品重量越大，重量系数α_w越大；

根据上述原则确定各入库产品权重系数，系数越大说明产品需要放置在越低的位置。将货柜存储空间建立多目标整数规划模型，根据图像自动识别出的产品高度，将产品尺寸按照格挡的间距取整，根据当前货柜中剩余库存容量设计出最优存储方案。

货柜档格总行数：s

货柜档格总列数：q

入库产品数量：M

入库产品高度：L

货柜存储区各列剩余连续空格数:A_j(j为列数，最后一列j＝q)

产品系数：α_L＝α_l+α_w+α_f

存放位置系数：

(i为盛物托盘安插在档格的位置,托盘在最底层i＝1，最高层i＝s)

建立目标函数如下：

约束条件如下：

利用遗传算法、线性功效系数法等多种方法均可以求解多目标整数规划问题，从而实现柔性存储方法的最佳方式。

立体货柜中托盘式存储格采用柔性存储方法，人工规划存储方法容易造成空间的浪费，通过智能空间规划算法可以合理的计算出当前批次产品最优的空间设计，同时为后续产品留出尽可能多的存储空间。

二、智能存储模块

智能存储模块由三部分组成：产品存取执行系统、柔性智能立体货柜和库存数据管理系统组成。产品存取执行系统完成产品的存放、取出；智能立体货柜实现产品存放和产品状态显示；库存数据管理系统完成产品从入库到出库全过程的信息记录。

1.产品存取执行系统

产品存取执行系统有两种工作模式，人工存取和自动存取。

人工存取时首先获得授权的试验人员通过身份识别卡和密码可以进行产品设备存储操作。执行产品入库操作时，通过存储空间规划或者定制化抽屉挂钩所在位置状态显示系统指示灯闪烁，操作人员可根据状态指示灯提示将产品存放到相应位置。当执行产品出库操作时选择取用设备，状态显示系统指示灯闪烁，操作人员可根据状态指示灯提示将产品取出。人工存取方式适用于入库产品数量小、质量轻的情况。

自动存取机构由两部分组成：机械臂和机械臂控制系统。机械臂端部带有抓手和承重托板，抓手上带有防滑胶垫，抓取产品时既起到增加摩擦力的作用同时防止刮伤设备。承重托板辅助抓手承托产品，避免产品质量较大时抓手力度不足导致产品掉落。控制系统是实现自动化存取的关键，与存储空间规划系统相连接，控制系统将整个货柜各存储格定位，设置原点位置，每个存储位置都有相应的坐标。根据存储空间规划方案，首先将托盘插入至规划的波纹槽，然后将产品推入至托盘内。产品取出时根据系统所记录的产品位置转化成坐标，实现自动取出。

2.柔性智能立体货柜

柔性智能立体货柜包括柜体支撑框架，托盘、抽屉、挂钩等存储格，操作面板构成和感应显示终端。智能货柜柜体支撑框架是重要的承重部件，承受所有托盘、抽屉和产品的重量。采用高强度钢架以满足支撑重量的需求，并将支撑框架做成波纹墙板形式，波纹墙的加工过程是将高强度钢板冲压出浮波纹状焊接在支撑框架上，两侧焊接的波纹突起水平对称，托盘型存板可以插入不同的波纹槽内使其获得不同的存储格高度。

存储格主要有三种形式：托盘型存储格主要用于存放流动性较强的单机设备，由于此类单机类型尺寸差别大，存储时间不固定，所以为其专门定制存储格可能造成长时间无产品单元格闲置的问题，浪费存储空间，根据这类产品特点采用托盘式存储结构，通过入库时的存储空间规划灵活调整存储格大小，存储更多的设备。抽屉式存储格用于存放长期在库的产品或工具等设备，此类产品的特点是在库时间长、使用较为频繁，为了使用的便捷性该类产品放置在定制化抽屉中。挂钩式存储方式主要用于存放电缆，将电缆悬挂在挂钩上便于拿取。根据产品尺寸和类型采用不同的存储方式，存储空间采用柔性化存储方案，合理安排各存储货格的排布，做到最大程度利用存储空间且方便人员安放产品。

感应显示终端是提升库存产品管理和存储效率的重要组成部分，主要功能是感应产品存储位置，在拿取产品时给予位置提示。实现方法为：每个存储格上均安装重力感应系统和状态显示系统，对于托盘式存储格由于托盘需要经常变换位置，所以感应系统安装于冲压式波纹托槽上，托盘上放置产品时重量增加，托槽所受压力增加，重力传感器即可感知到当前状态为空、存在托盘或存在产品三种不同的状态。抽屉式存储格传感器安置在抽屉底部，挂钩式安装在挂钩上，便于感应重力的变化。状态显示系统与重力感应系统相连接，用于显示当前存储情况，并在各存储格表面安装指示灯，通过闪烁提醒试验人员物品存放位置，当采取人工拿取产品时通过选择所需产品，产品所在位置状态显示系统会发出闪烁光亮，使得操作人员直观清晰的找到产品。感应显示终端还有一重要功能为保证自动化存取机构执行存取功能的正确性，产放置到存储格后所在存储格重力感应器感受到重力变化，执行机构正常操作时存储格重力变化与产品重量相匹配系统认为所存产品放置位置正确，自动记录产品位置信息。存取过程中若执行机构出现故障未严格按照空间规划系统存储方案执行，重力感应系统将实际承重情况与规划情况相比较，重力偏差超过一定范围时即认为自动存取执行机构发生故障，及时发出声光警报提醒库房管理人员对执行机构进行维护。

3.库存数据管理系统

库存数据管理系统包括库存数据上传系统、库存数据存储系统、库存数据的查询系统和库存数据安全管理系统，可实现库存数据自动导入、存储、分类、归档，并提供多条件查询、下载等功能。

库存数据存储系统，与产品入库识别系统相连接，自动获取待入库产品类型、编号、数量等信息，无需库房管理人员手动导入，自动处理并上传为带有产品名称、代号、入库时间、入库人员等信息的格式。产品出库时自动获取取用人员、取用时间等信息。

库存数据的查询系统，对存储的产品信息提供多维度查询功能，能够根据存取时间、产品类型、编号、存取人等多关键词进行检索查看，可以高效的查询各产品的库存状态信息。便于取用的同时可以还增加了试验状态查询功能，事先将试验流程与所需产品相关联，当选择试验流程时查询系统可以自动显示试验所需产品库存数量，便于试验人员更直观的了解产品齐套情况。

Claims (9)

1.一种航天控制系统产品库存智能管理系统，包括产品入库管理规划模块和智能存储模块，其特征在于，产品入库管理规划模块包括产品自动识别系统和存储空间规划系统，产品自动识别系统包括产品信息采集装置、产品数据库和条码生成器，产品信息采集装置将产品外观图像和铭牌进行采集，与产品库中标准模板相匹配，生成唯一产品编码，存储空间规划系统通过空间规划算法，建立存储空间的多目标整数规划模型进行动态规划，根据产品信息，对尺寸、重量、使用频率信息设定不同的权重，根据当前货柜中剩余库存容量设计出最优存储方案，智能存储模块由产品存取执行系统、柔性智能立体货柜和库存数据管理系统组成，产品存取执行机构完成产品的存放、取出；智能立体货柜实现产品存放和产品状态显示；库存数据管理系统完成产品从入库到出库全过程的信息记录。

2.根据权利要求1所述的智能管理系统，其特征在于，所述最优存储方案设计如下：

(1)采取由下至上的原则，首先利用货柜底部空间存放，然后往上放，货柜位置自下而上位置权重系数β_i由大至小；

(2)采用由高到低的原则，首先放置较高较大的产品，尺寸较小的产品后安置，产品高度越高，高度系数α_l越大；

(3)按产品流动频率，在满足空间需求的基础上根据产品使用频次，将使用频率高的产品存放在容易存取位置，将使用频率低产品放置较高位置，产品使用频率越高，频率系数α_f越大；

(4)按产品质量大小，质量大的产品放在较低位置，质量轻的产品放在较高位置，产品重量越大，重量系数α_w越大；

根据上述原则确定各入库产品权重系数，系数越大说明产品需要放置在越低的位置，将货柜存储空间建立多目标整数规划模型，根据图像自动识别出的产品高度，将产品尺寸按照格挡的间距取整，根据当前货柜中剩余库存容量设计出最优存储方案，

货柜档格总行数：s

货柜档格总列数：q

入库产品数量：M

入库产品高度：L

货柜存储区各列剩余连续空格数:A_j(j为列数，最后一列j＝q)

产品系数：α_L＝α_l+α_w+α_f

存放位置系数：

(i为盛物托盘安插在档格的位置,托盘在最底层i＝1，最高层i＝s)

建立目标函数如下：

约束条件如下：

利用遗传算法、线性功效系数法多种方法均可以求解多目标整数规划问题，从而实现柔性存储方法的最佳方式。

3.根据权利要求1所述的智能管理系统，其特征在于，所述产品存取执行机构由机械臂和机械臂控制系统两部分组成，控制系统将整个货柜各存储格定位，设置原点位置，每个存储位置都有相应的坐标，产品取出时机械臂根据系统所记录的产品位置转化成坐标，实现自动取出。

4.根据权利要求2所述的智能管理系统，其特征在于，所述机械臂端部带有抓手和承重托板，抓手上带有防滑胶垫，承重托板辅助抓手承托产品。

5.根据权利要求1所述的智能管理系统，其特征在于，所述柔性智能立体货柜包括柜体支撑框架、存储格、操作面板和感应显示终端，支撑框架承受所有托盘、抽屉和产品的重量，支撑框架为波纹墙板形式，托盘型存板可以插入不同的波纹槽内使其获得不同的存储格高度，感应显示终端感应产品存储位置，在拿取产品时给予位置提示。

6.根据权利要求5所述的智能管理系统，其特征在于，所述存储格主要有三种形式：托盘型存储格、抽屉式存储格和挂钩式存储格。

7.根据权利要求5所述的智能管理系统，其特征在于，所述感应显示终端实现方法为：每个存储格上均安装重力感应系统和状态显示系统，托盘式存储格感应系统安装于冲压式波纹托槽上，托盘上放置产品时重量增加，托槽所受压力增加，重力传感器能够感知到当前状态为空、存在托盘或存在产品三种不同的状态，状态显示系统与重力感应系统相连接，用于显示当前存储情况，并在各存储格表面安装指示灯，通过闪烁提醒试验人员物品存放位置，当采取人工拿取产品时通过选择所需产品，产品所在位置状态显示系统会发出闪烁光亮，使得操作人员直观清晰的找到产品。

8.根据权利要求5所述的智能管理系统，其特征在于，所述感应显示终端根据所在存储格重力感应器感受到重力变化，执行机构正常操作时存储格重力变化与产品重量相匹配系统认为所存产品放置位置正确，自动记录产品位置信息，存取过程中若执行机构出现故障未严格按照空间规划系统存储方案执行，重力感应系统将实际承重情况与规划情况相比较，重力偏差超过一定范围时即认为自动存取执行机构发生故障，及时发出声光警报提醒库房管理人员对执行机构进行维护。

9.根据权利要求1所述的智能管理系统，其特征在于，库存数据管理系统包括库存数据上传模块、库存数据存储模块、库存数据的查询模块和库存数据安全管理模块，能够实现库存数据自动导入、存储、分类、归档，并提供多条件查询、下载功能，库存数据存储模块，与产品入库识别系统相连接，自动获取待入库产品类型、编号、数量信息，库存数据的查询模块，对存储的产品信息提供多维度查询功能。

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