摘 要：在立體庫系統(tǒng)運(yùn)營的過程中，不可避免地會發(fā)生因設(shè)備異常導(dǎo)致停機(jī)的情況。由于組成立體倉庫系統(tǒng)的設(shè)備多，特別是移動設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以蜂鳴器和聲光報(bào)警器為代表的傳統(tǒng)的設(shè)備報(bào)警裝置不能讓維護(hù)人員迅速獲取具體的設(shè)備異常原因。能否及時處理異常，會影響到立體庫的運(yùn)營效率。文中以某企業(yè)的立體庫改造項(xiàng)目為依托，采用微軟的TTS 語音引擎技術(shù)開發(fā)了立體庫設(shè)備語音報(bào)警系統(tǒng)，使維護(hù)人員能夠迅速地掌握設(shè)備異常的詳細(xì)信息。最后通過對該立體庫運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表明該語音報(bào)警系統(tǒng)可以有效地提高維護(hù)人員工作效率。

　　0 引言

　　立體倉庫在生產(chǎn)制造業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的時間，隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉庫在實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)之上，正逐步朝著智能化方向前進(jìn)，在滿足工作最低需求的基礎(chǔ)上，用戶對技術(shù)更新帶來使用體驗(yàn)的重視程度也不斷提高，而信息技術(shù)的更新加速了立體倉庫智能化的進(jìn)度。語音播報(bào)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(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)等行業(yè)。

　　以往的立體倉庫設(shè)備發(fā)生異常報(bào)警，通常是由設(shè)備附近的報(bào)警器發(fā)出特定警聲提醒維護(hù)人員進(jìn)行故障處理。由于立體倉庫的設(shè)備數(shù)量大，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生異常的種類眾多，電氣設(shè)備驅(qū)動的報(bào)警器難以使維修人員快速地定位異常發(fā)生點(diǎn)以及異常原因，所以在立體庫運(yùn)營期間經(jīng)常會發(fā)生設(shè)備的異常導(dǎo)致立體庫運(yùn)行效率降低。本文依托于某醫(yī)藥企業(yè)的立體庫改造項(xiàng)目，采用微軟的TTS(Text To Speech) 語音引擎，在Visual Studio 平臺下開發(fā)了適用于該企業(yè)立體倉庫的設(shè)備報(bào)警語音播報(bào)系統(tǒng)。

　　1 需求背景

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

　　原有的工作模式是立體庫系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生異常后，有蜂鳴器在立體庫空間內(nèi)發(fā)出報(bào)警聲音通知設(shè)備維護(hù)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(bào)警聲音后，維護(hù)人員需要通過對講系統(tǒng)詢問中控室的WCS 操作員故障點(diǎn)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(shè)備進(jìn)行處理。交互過程參見圖2。

圖1 立體庫平面

圖2 設(shè)備故障后原有的人員交互流程

　　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(xiàn)維修人員等待，設(shè)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(fā)音相近或人員口音的原因，也可能導(dǎo)致維護(hù)人員對于反饋信息的錯誤理解。特別是該企業(yè)的立體庫自2004 年投入使用到2019 年底已經(jīng)運(yùn)行了15 年，現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備的老化引起異常發(fā)生的頻率較高，導(dǎo)致維修人員與中控室人員每天會因設(shè)備故障而產(chǎn)生多次的交互。如果傳遞信息的過程中多次發(fā)生信息的延遲或是信息的失真，對于整個立體庫的運(yùn)行效率都會產(chǎn)生不利的影響。

　　2 解決思路及方案

　　語音播報(bào)功能在工業(yè)中已有應(yīng)用案例。文獻(xiàn)[1] 描述了一種基于科大訊飛嵌入式中文語音合成器開發(fā)的用于西門子S7-200 系列PLC 的功能擴(kuò)展，是一種利用商業(yè)硬件模塊實(shí)現(xiàn)的語音播報(bào)功能，但這種方式需要單獨(dú)的采購硬件模塊，同時還要對單片機(jī)、PLC 的編程設(shè)計(jì)能力有一定的要求。文獻(xiàn)[2] 描述的分布式語音報(bào)警系統(tǒng)，適用于多現(xiàn)場或是大空間的環(huán)境，但基于串口通訊的硬件模塊需要開發(fā)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(chǎn)原有的WCS 系統(tǒng)不宜做改動，考慮在立體庫空間增加一個廣播系統(tǒng)，現(xiàn)有WCS 負(fù)責(zé)底層PLC 通訊[3]，采集PLC 信號，在設(shè)備產(chǎn)生報(bào)警時，通過信息系統(tǒng)發(fā)出語音提示并循環(huán)播放，通知設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行后續(xù)的操作。當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生異常，PLC 會向WCS 發(fā)出代表設(shè)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(zhuǎn)換成對應(yīng)的文字顯示在屏幕上，同時增加一個獨(dú)立的將文字轉(zhuǎn)換成語音輸出的程序，該程序循環(huán)播放故障信息，直到故障設(shè)備恢復(fù)正常。新WCS 系統(tǒng)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(jìn)行開發(fā)，這種腳本程序?qū)τ谥鞒绦虻木€程不易控制，所以語音播報(bào)功能使用微軟的VisualStudioC# 進(jìn)行開發(fā)，作為一個單獨(dú)的程序運(yùn)行。具體的方案是WCS 采集到設(shè)備的故障指令，將指令轉(zhuǎn)換成漢字，寫入到數(shù)據(jù)庫的設(shè)備故障表中，語音程序周期性的查詢設(shè)備故障表，將查詢到的結(jié)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(huán)播放出來。

　　TTS 包含在Windows Speech SDK 開發(fā)包中，編程人員可以使用此開發(fā)包開發(fā)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(shí)現(xiàn)語音控制；SS 引擎用于將文字轉(zhuǎn)換成語音進(jìn)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(shù)據(jù)庫的設(shè)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(jié)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(jù)用戶的選擇來進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了方便用戶操作，給用戶提供了三個周期選項(xiàng)。另外提供播報(bào)時的語速調(diào)節(jié)功能，語速是利用SpVoice 的Rate 屬性賦值，程序中設(shè)定為快、中、慢三擋，分別對應(yīng)Rate 的1，0，-2 三個值，用戶可以根據(jù)具體工作需要在程序的設(shè)置菜單中進(jìn)行調(diào)整。程序運(yùn)行后，初始化的語音播報(bào)周期（即定時器2）是1 min，播報(bào)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;

　　// 語速從最慢-10，最快10，操作員手動設(shè)置，默認(rèn)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(shè)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(yùn)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(shí)現(xiàn)暫停、開始語音播報(bào)。程序窗口界面如圖3 所示。

圖3 語音播報(bào)程序窗口

　　3 應(yīng)用效果

　　在用戶使用語音播報(bào)程序之后，每日因?yàn)樵O(shè)備故障發(fā)生的工作交互次數(shù)大幅下降。設(shè)備產(chǎn)生故障后，維修人員在工作區(qū)內(nèi)根據(jù)語音朗讀的故障信息可以快速地到達(dá)故障點(diǎn)進(jìn)行維修，循環(huán)播放的信息使人員不會錯過任何一個故障，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)音也可以避免信息傳遞過程中的失真。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備歷史故障記錄表進(jìn)行了一個故障統(tǒng)計(jì)，以每星期的5 個工作日作為一個統(tǒng)計(jì)周期，連續(xù)的10 個周期的記錄，見表1。

　　在過去的10 個周期生產(chǎn)過程中，該立體庫平均每天的故障次數(shù)是107 次，10 個周期平均的故障率為0.091，即平均每100 個作業(yè)，設(shè)備就會產(chǎn)生約9 次故障異常。可見這座運(yùn)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(shù)較多。在沒有語音播報(bào)系統(tǒng)的原有交互模式下，若多次出現(xiàn)反饋信息延遲或是信息失真，不僅會降低立體庫系統(tǒng)的工作效率，可能還會產(chǎn)生不同部門人員之間的工作矛盾。假設(shè)未來該企業(yè)立體庫繼續(xù)保持現(xiàn)有的工作量運(yùn)行，同時假設(shè)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(bào)系統(tǒng)的使用會減少53.5 min 的人員交互時間。

　　4 結(jié)論與展望

　　設(shè)備故障的語音播報(bào)程序給企業(yè)現(xiàn)場人員帶來良好的“用戶體驗(yàn)”，且能有效提高維護(hù)人員的工作效率。在立體庫系統(tǒng)中，信息的輸出不僅僅局限在設(shè)備的異常范圍，例如現(xiàn)有的入庫口、出庫口的托盤信息顯示，也是一種需要現(xiàn)場人員關(guān)注的信息輸出。現(xiàn)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(shè)置語音播報(bào)功能，當(dāng)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(bào)的功能可以應(yīng)用在企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的多種場景中。