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設備狀態的語音提示系統在自動化立體倉庫中的應用

發布時間:2020-09-03

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摘 要:在立體庫系統運營的過程中,不可避免地會發生因設備異常導致停機的情況。由于組成立體倉庫系統的設備多,特別是移動設備結構復雜,以蜂鳴器和聲光報警器為dai表的傳統的設備報警裝置不能讓維護人員迅速獲取具體的設備異常原因。能否及時處理異常,會影響到立體庫的運營效率。文中以某企業的立體庫改造項目為依托,采用微軟的TTS 語音引擎技術開發了立體庫設備語音報警系統,使維護人員能夠迅速地掌握設備異常的詳細信息。通過對該立體庫運營數據進行統計分析,表明該語音報警系統可以有效地提高維護人員工作效率。

0 引言

立體倉庫在生產制造業的應用已經有相當長的時間,隨著社會的發展,信息技術的不斷進步,立體倉庫在實現自動化的基礎之上,正逐步朝著智能化方向前進,在滿足工作低的需求的基礎上,用戶對技術更新帶來使用體驗的重視程度也不斷提高,而信息技術的更新加速了立體倉庫智能化的進度。語音播報是指用自然語音將信息朗讀輸出來,是一種非常接近人類自然交互信息模式,極大地方便了人員獲取信息,近些年已經廣泛應用于工業、醫療、服務等行業。

以往的立體倉庫設備發生異常報警,通常是由設備附近的報警器發出特定警聲提醒維護人員進行故障處理。由于立體倉庫的設備數量大,設備結構復雜,發生異常的種類眾多,電氣設備驅動的報警器難以使維修人員快速地定位異常發生點以及異常原因,所以在立體庫運營期間經常會發生設備的異常導致立體庫運行效率降低。本文依托于某醫藥企業的立體庫改造項目,采用微軟的TTS(Text To Speech) 語音引擎,在Visual Studio 平臺下開發了適用于該企業立體倉庫的設備報警語音播報系統。

1 需求背景

近期某醫藥生產企業對其立體庫的信息化系統進行了改造,本文主要針對立體庫控制系統(WarehouseControl System,以下簡稱WCS)的改造工作,在新WCS 系統試用期間,用戶提出需求能否減少因設備報警而產生的中控室操作員和設備維護人員之間的交流。

原有的工作模式是立體庫系統的設備產生異常后,有蜂鳴器在立體庫空間內發出報警聲音通知設備維護人員,由于整個立體庫的占地面積較大,如圖1,故障位置不易快速定位,聽到報警聲音后,維護人員需要通過對講系統詢問中控室的WCS 操作員故障點的位置以及具體故障信息。得到WCS 操作員反饋后,再對故障設備進行處理。交互過程參見圖2。

在此交互流程模式下,如果中控室值班人員反饋信息不夠及時,就會出現維修人員等待,設備故障不能及時處理的情況。如果在反饋故障信息時,個別文字發音相近或人員口音的原因,也可能導致維護人員對于反饋信息的錯誤理解。特別是該企業的立體庫自2004 年投入使用到2019 年底已經運行了15 年,現場機械設備的老化引起異常發生的頻率較高,導致維修人員與中控室人員每天會因設備故障而產生多次的交互。如果傳遞信息的過程中多次發生信息的延遲或是信息的失真,對于整個立體庫的運行效率都會產生不利的影響。

2 解決思路及方案

語音播報功能在工業中已有應用案例。文獻[1] 描述了一種基于科大訊飛嵌入式中文語音合成器開發的用于西門子S7-200 系列PLC 的功能擴展,是一種利用商業硬件模塊實現的語音播報功能,但這種方式需要單獨的采購硬件模塊,同時還要對單片機、PLC 的編程設計能力有一定的要求。文獻[2] 描述的分布式語音報警系統,適用于多現場或是大空間的環境,但基于串口通訊的硬件模塊需要開發人員掌握串口編程的能力。考慮立體倉庫的空間大,為保障生產原有的WCS 系統不宜做改動,考慮在立體庫空間增加一個廣播系統,現有WCS 負責底層PLC 通訊[3],采集PLC 信號,在設備產生報警時,通過信息系統發出語音提示并循環播放,通知設備維護人員進行后續的操作。當設備產生異常,PLC 會向WCS 發出dai表設備異常的指令,指令中含有不同的編碼,表示不同類型的異常。WCS接收到指令后,將編碼轉換成對應的文字顯示在屏幕上,同時增加一個獨立的將文字轉換成語音輸出的程序,該程序循環播放故障信息,直到故障設備恢復正常。新WCS 系統是基于西門子WinCC 平臺的,主控制程序使用該平臺的VBS 腳本進行開發,這種腳本程序對于主程序的線程不易控制,所以語音播報功能使用微軟的VisualStudioC# 進行開發,作為一個單獨的程序運行。具體的方案是WCS 采集到設備的故障指令,將指令轉換成漢字,寫入到數據庫的設備故障表中,語音程序周期性的查詢設備故障表,將查詢到的結果以字符串的格式顯示在程序主界的TextBox 中,然后利用微軟的TTS 語音引擎將TextBox 的文字循環播放出來。

TTS 包含在Windows Speech SDK 開發包中,編程人員可以使用此開發包開發滿足自己需求的程序。TheMicrosoft Speech API(以下簡稱SAPI)是微軟的語音API, 由Windows Speech SDK 提供。Windows SpeechSDK 包含語音識別引擎(SR)和語音合成引擎(SS) 兩種語音引擎。SR 引擎用來識別自然語音的輸入,實現語音控制;SS 引擎用于將文字轉換成語音進行輸出。

具體的程序中建立兩個定時器,定時器1 用來周期性的從數據庫的設備故障表查詢是否有故障信息,周期是固定的500 ms,如果查詢有結果,將信息顯示到程序窗口的TextBox 中;定時器2 用來周期性的播放TextBox 中的故障信息,周期可以根據用戶的選擇來進行調節,為了方便用戶操作,給用戶提供了三個周期選項。另外提供播報時的語速調節功能,語速是利用SpVoice 的Rate 屬性賦值,程序中設定為快、中、慢三擋,分別對應Rate 的1,0,-2 三個值,用戶可以根據具體工作需要在程序的設置菜單中進行調整。程序運行后,初始化的語音播報周期(即定時器2)是1 min,播報語速(即spVoice.Rate 值)是0。播放語音的代碼

Type type = Type.GetTypeFromProgID("SAPI.SpVoice");

dynamic spVoice = Activator.CreateInstance(type);

spVoice.Rate = speakSpeed;

// 語速從慢-10,快10,操作員手動設置,默認0

if (textBox.Text.Length != 0)

// 文本框中的文字長度不為0

{

spVoice.Speak(textBox.Text);

// 播放textBox.Text

}

程序窗口中設置兩個按鈕,其中一個用來暫停、開始故障信息查詢,此按鈕被按下時,定時器1 失效停止運行,窗口中的故障信息將會一直維持不變,此時操作員可以在textBox 中手動輸入將要播放的信息;另一個按鈕通過控制定時器2 的功能以實現暫停、開始語音播報。程序窗口界面如圖3 所示。

3 應用效果

在用戶使用語音播報程序之后,每日因為設備故障發生的工作交互次數大幅下降。設備產生故障后,維修人員在工作區內根據語音朗讀的故障信息可以快速地到達故障點進行維修,循環播放的信息使人員不會錯過任何一個故障,標準的發音也可以避免信息傳遞過程中的失真。

根據數據庫中的設備歷史故障記錄表進行了一個故障統計,以每星期的5 個工作日作為一個統計周期,連續的10 個周期的記錄。

在過去的10 個周期生產過程中,該立體庫平均每天的故障次數是107 次,10 個周期平均的故障率為0.091,即平均每100 個作業,設備就會產生約9 次故障異常。可見這座運行了15 年的立體庫故障率較高,故每日因故障交互信息的次數較多。在沒有語音播報系統的原有交互模式下,若多次出現反饋信息延遲或是信息失真,不僅會降低立體庫系統的工作效率,可能還會產生不同部門人員之間的工作矛盾。假設未來該企業立體庫繼續保持現有的工作量運行,同時假設每次人員交互所需要的時間是0.5 min,平均107 次/d 的異常,語音播報系統的使用會減少53.5 min 的人員交互時間。

4 結論與展望

設備故障的語音播報程序給企業現場人員帶來良好的“用戶體驗”,且能有效提高維護人員的工作效率。在立體庫系統中,信息的輸出不僅僅局限在設備的異常范圍,例如現有的入庫口、出庫口的托盤信息顯示,也是一種需要現場人員關注的信息輸出。現有的方式是在出入庫口上方安置LED 屏幕將托盤信息顯示,這需要人員主動的看顯示屏,如果這里設置語音播報功能,當托盤在出入庫口時,由程序來播放托盤信息的語音,也可以給未在出入庫口附近的工作人員提醒,盡快處理出入口上的托盤。所以語音播報的功能可以應用在企業生產運營的多種場景中。

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