摘 要：在立體庫(kù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，不可避免地會(huì)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(cāng)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)備多，特別是移動(dòng)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(shí)處理異常，會(huì)影響到立體庫(kù)的運(yùn)營(yíng)效率。文中以某企業(yè)的立體庫(kù)改造項(xiàng)目為依托，采用微軟的TTS 語(yǔ)音引擎技術(shù)開發(fā)了立體庫(kù)設(shè)備語(yǔ)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(guò)對(duì)該立體庫(kù)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，表明該語(yǔ)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(cāng)庫(kù)在生產(chǎn)制造業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，隨著社會(huì)的發(fā)展，信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，立體倉(cāng)庫(kù)在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)技術(shù)更新帶來(lái)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(cāng)庫(kù)智能化的進(jìn)度。語(yǔ)音播報(bào)是指用自然語(yǔ)音將信息朗讀輸出來(lái)，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(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)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(dòng)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(kù)運(yùn)營(yíng)期間經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)備的異常導(dǎo)致立體庫(kù)運(yùn)行效率降低。本文依托于某醫(yī)藥企業(yè)的立體庫(kù)改造項(xiàng)目，采用微軟的TTS(Text To Speech) 語(yǔ)音引擎，在Visual Studio 平臺(tái)下開發(fā)了適用于該企業(yè)立體倉(cāng)庫(kù)的設(shè)備報(bào)警語(yǔ)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(duì)其立體庫(kù)的信息化系統(tǒng)進(jìn)行了改造，本文主要針對(duì)立體庫(kù)控制系統(tǒng)（WarehouseControl System，以下簡(jiǎn)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(kù)系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生異常后，有蜂鳴器在立體庫(kù)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(gè)立體庫(kù)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(guò)對(duì)講系統(tǒng)詢問(wèn)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(duì)故障設(shè)備進(jìn)行處理。交互過(guò)程參見(jiàn)圖2。

圖1 立體庫(kù)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(shí)，就會(huì)出現(xiàn)維修人員等待，設(shè)備故障不能及時(shí)處理的情況。如果在反饋故障信息時(shí)，個(gè)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(duì)于反饋信息的錯(cuò)誤理解。特別是該企業(yè)的立體庫(kù)自2004 年投入使用到2019 年底已經(jīng)運(yùn)行了15 年，現(xiàn)場(chǎng)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(huì)因設(shè)備故障而產(chǎn)生多次的交互。如果傳遞信息的過(guò)程中多次發(fā)生信息的延遲或是信息的失真，對(duì)于整個(gè)立體庫(kù)的運(yùn)行效率都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

　　2 解決思路及方案

　　語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)音播報(bào)功能，但這種方式需要單獨(dú)的采購(gòu)硬件模塊，同時(shí)還要對(duì)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(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，適用于多現(xiàn)場(chǎng)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(cāng)庫(kù)的空間大，為保障生產(chǎn)原有的WCS 系統(tǒng)不宜做改動(dòng)，考慮在立體庫(kù)空間增加一個(gè)廣播系統(tǒng)，現(xiàn)有WCS 負(fù)責(zé)底層PLC 通訊[3]，采集PLC 信號(hào)，在設(shè)備產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，通過(guò)信息系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)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(huì)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(duì)應(yīng)的文字顯示在屏幕上，同時(shí)增加一個(gè)獨(dú)立的將文字轉(zhuǎn)換成語(yǔ)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(tái)的，主控制程序使用該平臺(tái)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(yǔ)音播報(bào)功能使用微軟的VisualStudioC# 進(jìn)行開發(fā)，作為一個(gè)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(kù)的設(shè)備故障表中，語(yǔ)音程序周期性的查詢?cè)O(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(yǔ)音引擎將TextBox 的文字循環(huán)播放出來(lái)。

　　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(jiǎn)稱SAPI）是微軟的語(yǔ)音API， 由Windows Speech SDK 提供。Windows SpeechSDK 包含語(yǔ)音識(shí)別引擎（SR）和語(yǔ)音合成引擎(SS) 兩種語(yǔ)音引擎。SR 引擎用來(lái)識(shí)別自然語(yǔ)音的輸入，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制；SS 引擎用于將文字轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音進(jìn)行輸出。

　　具體的程序中建立兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器1 用來(lái)周期性的從數(shù)據(jù)庫(kù)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(shí)器2 用來(lái)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(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了方便用戶操作，給用戶提供了三個(gè)周期選項(xiàng)。另外提供播報(bào)時(shí)的語(yǔ)速調(diào)節(jié)功能，語(yǔ)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(duì)應(yīng)Rate 的1，0，-2 三個(gè)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(yǔ)音播報(bào)周期（即定時(shí)器2）是1 min，播報(bào)語(yǔ)速（即spVoice.Rate 值）是0。播放語(yǔ)音的代碼

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

　　dynamic spVoice = Activator.CreateInstance(type);

　　spVoice.Rate = speakSpeed;

　　// 語(yǔ)速?gòu)淖盥?10，最快10，操作員手動(dòng)設(shè)置，默認(rèn)0

　　if (textBox.Text.Length != 0)

　　// 文本框中的文字長(zhǎng)度不為0

　　{

　　spVoice.Speak(textBox.Text);

　　// 播放textBox.Text

　　}

　　程序窗口中設(shè)置兩個(gè)按鈕，其中一個(gè)用來(lái)暫停、開始故障信息查詢，此按鈕被按下時(shí)，定時(shí)器1 失效停止運(yùn)行，窗口中的故障信息將會(huì)一直維持不變，此時(shí)操作員可以在textBox 中手動(dòng)輸入將要播放的信息；另一個(gè)按鈕通過(guò)控制定時(shí)器2 的功能以實(shí)現(xiàn)暫停、開始語(yǔ)音播報(bào)。程序窗口界面如圖3 所示。

圖3 語(yǔ)音播報(bào)程序窗口

　　3 應(yīng)用效果

　　在用戶使用語(yǔ)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(yǔ)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(huì)錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)故障，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)音也可以避免信息傳遞過(guò)程中的失真。

　　根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的設(shè)備歷史故障記錄表進(jìn)行了一個(gè)故障統(tǒng)計(jì)，以每星期的5 個(gè)工作日作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)周期，連續(xù)的10 個(gè)周期的記錄，見(jiàn)表1。

　　在過(guò)去的10 個(gè)周期生產(chǎn)過(guò)程中，該立體庫(kù)平均每天的故障次數(shù)是107 次，10 個(gè)周期平均的故障率為0.091，即平均每100 個(gè)作業(yè)，設(shè)備就會(huì)產(chǎn)生約9 次故障異常。可見(jiàn)這座運(yùn)行了15 年的立體庫(kù)故障率較高，故每日因故障交互信息的次數(shù)較多。在沒(méi)有語(yǔ)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(huì)降低立體庫(kù)系統(tǒng)的工作效率，可能還會(huì)產(chǎn)生不同部門人員之間的工作矛盾。假設(shè)未來(lái)該企業(yè)立體庫(kù)繼續(xù)保持現(xiàn)有的工作量運(yùn)行，同時(shí)假設(shè)每次人員交互所需要的時(shí)間是0.5 min，平均107 次/d 的異常，語(yǔ)音播報(bào)系統(tǒng)的使用會(huì)減少53.5 min 的人員交互時(shí)間。

　　4 結(jié)論與展望

　　設(shè)備故障的語(yǔ)音播報(bào)程序給企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)人員帶來(lái)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(kù)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(kù)口、出庫(kù)口的托盤信息顯示，也是一種需要現(xiàn)場(chǎng)人員關(guān)注的信息輸出。現(xiàn)有的方式是在出入庫(kù)口上方安置LED 屏幕將托盤信息顯示，這需要人員主動(dòng)的看顯示屏，如果這里設(shè)置語(yǔ)音播報(bào)功能，當(dāng)托盤在出入庫(kù)口時(shí)，由程序來(lái)播放托盤信息的語(yǔ)音，也可以給未在出入庫(kù)口附近的工作人員提醒，盡快處理出入口上的托盤。所以語(yǔ)音播報(bào)的功能可以應(yīng)用在企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的多種場(chǎng)景中。