我國以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)形式,將在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)保持。但是目前煤炭企業(yè)面臨人力資源短缺、運(yùn)營成本高、本質(zhì)安全礦井建設(shè)不完善等問題[1,2]?;诿旱V企業(yè)面臨的現(xiàn)狀,結(jié)合飛速發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建設(shè)以礦山智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)為代表的智慧礦山勢(shì)在必行[3,4]。丁叢師等[5]通過將Web Service技術(shù)與ERP系統(tǒng)進(jìn)行無縫對(duì)接,設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦倉儲(chǔ)管理系統(tǒng),有效提高了煤礦倉儲(chǔ)管理水平。王小濱等[6]研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的煤炭企業(yè)物資超市管理系統(tǒng)。隨后,有關(guān)學(xué)者[7,8,9,10]從簡(jiǎn)化物料配送流程,提高工時(shí)效率的角度出發(fā),研究了智能化倉儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用。因此,充分利用互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),建立高效、便捷的智能倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)將是提高煤炭企業(yè)管理水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。
本文以麻地梁煤礦智慧礦山建設(shè)為工程背景,介紹了傳統(tǒng)礦井倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)在存在的問題,結(jié)合RFID技術(shù)、傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng),并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,該系統(tǒng)提高了礦井倉儲(chǔ)管理水平,降低了生產(chǎn)成本,為新型礦井倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供參考。
礦井生產(chǎn)系統(tǒng)多,過程復(fù)雜,安全要求程度高,其倉儲(chǔ)是否充足,供應(yīng)是否及時(shí),成為礦井安全生產(chǎn)的主要影響因素。為保證礦井正常運(yùn)行,煤礦物資倉儲(chǔ)需要隨時(shí)向井下生產(chǎn)單位提供各類配件和材料,各生產(chǎn)單位配備專門人員成立物料配送隊(duì),負(fù)責(zé)本單位所需物料的申請(qǐng)、驗(yàn)收與配送,形成各自的物料配送物流圈。另外,倉庫管理人員一般采用人工手動(dòng)的方式對(duì)貨物進(jìn)行入庫、出庫和盤庫操作,主要過程為人工錄入、人工存放、人工查找、人工清點(diǎn)與人工更新[5]。然而,傳統(tǒng)礦井倉儲(chǔ)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過程中存在諸多問題,嚴(yán)重影響了礦井安全、高效生產(chǎn)。
1)物料種類復(fù)雜,易于混亂。礦井生產(chǎn)系統(tǒng)分為地面生產(chǎn)系統(tǒng)和井下生產(chǎn)系統(tǒng),其中,井下生產(chǎn)系統(tǒng)主要包括運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、提升、供電等子系統(tǒng)。各系統(tǒng)在安全運(yùn)行過程中,需要大量零件、材料及設(shè)備,導(dǎo)致倉儲(chǔ)物料種類復(fù)雜,易于混亂,給物料配送帶來困難。
2)操作人員多,出錯(cuò)率高。礦井倉儲(chǔ)物資的種類多、數(shù)量大,則必然需要大量的操作人員進(jìn)行管理,人工手動(dòng)式的管理方式,不僅增加了操作人員的工作強(qiáng)度,而且物料錯(cuò)發(fā)、誤發(fā)的幾率大大增加,影響了礦井正常物料供應(yīng)。
3)運(yùn)輸能力差異性大,工作效率低。礦井各生產(chǎn)單位配備的運(yùn)輸人員較多,但物料的申請(qǐng)、驗(yàn)收過程復(fù)雜,等待時(shí)間長,降低了工時(shí)效率。同時(shí),由于各單位運(yùn)輸能力不同,經(jīng)常造成急件不能及時(shí)配送到位的現(xiàn)象。
4)庫存更新慢,反饋不及時(shí)。礦井庫存過多與過少均會(huì)對(duì)礦井安全、高效生產(chǎn)帶來影響,其中,庫存過多,造成資源浪費(fèi)、成本消耗;庫存過少,導(dǎo)致供應(yīng)緊張、影響生產(chǎn)[5]。人工統(tǒng)計(jì)的方法更新庫存,時(shí)間長、效率低,不能有效保證物料的可持續(xù)供應(yīng)。
針對(duì)傳統(tǒng)礦井倉儲(chǔ)系統(tǒng)存在的不足,除了采取完善制度與機(jī)制、強(qiáng)化過程管控等措施外,亟需提高礦井倉儲(chǔ)系統(tǒng)的智能化水平,實(shí)現(xiàn)智能化減人的目標(biāo),降低運(yùn)營成本、提高物流效率。
礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)采用RFID標(biāo)簽、GPS、傳感器等設(shè)備,結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,通過聯(lián)網(wǎng)處理的方式,結(jié)合RFID技術(shù)、傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備、貨物的數(shù)據(jù)采集和射頻跟蹤,對(duì)倉庫貨物的屬性進(jìn)行標(biāo)簽記錄,通過讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)執(zhí)行原件,完成倉儲(chǔ)物料的各流程對(duì)應(yīng)操作。在RFID標(biāo)簽當(dāng)中,所存儲(chǔ)的信息具有互用性和規(guī)范性,能夠在無線通訊網(wǎng)絡(luò)支持下,將所有信息自動(dòng)歸納至中央管理平臺(tái)當(dāng)中,智能化識(shí)別物品,并利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開放性特征進(jìn)行信息的共享和互換,以此透明化管理物品。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng),主要受中央管理平臺(tái)控制,中央管理平臺(tái)包括貨物領(lǐng)取管理模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、貨物標(biāo)簽管理模塊、標(biāo)簽掃描管理模塊、車間終端裝置管理模塊、入庫管理模塊、出庫管理模塊以及物流跟蹤管理模塊,如圖1所示。
圖1 礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)組成 下載原圖
Fig.1 Composition of mine intelligent storage express service system
1)物料基本信息功能。RIFD電子標(biāo)簽識(shí)別器與中央處理器連接,通過手持無線射頻識(shí)別設(shè)備對(duì)揀貨下架(揀貨上架)貨物預(yù)先設(shè)置的RIFD電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描出庫(入庫),生成出庫單(入庫單),并及時(shí)更新庫存信息。
2)終端手持機(jī)功能。中央處理器通過無線連接的方式與貨物領(lǐng)用申請(qǐng)請(qǐng)求終端手持機(jī)、基礎(chǔ)信息錄入終端手持機(jī)相連接,貨物領(lǐng)用申請(qǐng)請(qǐng)求終端手持機(jī)上設(shè)置有申請(qǐng)輸入鍵盤和貨物領(lǐng)用申請(qǐng)顯示器;基礎(chǔ)信息錄入終端手持機(jī)上設(shè)置有貨物種類規(guī)格信息輸入鍵盤以及基礎(chǔ)信息錄入顯示器。
3)自動(dòng)揀貨功能。中央處理器與智能無線AGV小車通過無線連接,智能無線AGV小車根據(jù)貨物基礎(chǔ)信息錄入終端手持機(jī)提前錄入的貨物存儲(chǔ)位置信息,實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)揀貨下架和自動(dòng)揀貨上架。
4)快遞功能。根據(jù)貨物領(lǐng)用申請(qǐng)請(qǐng)求,由帶有GPS定位裝置的專門運(yùn)送車輛將物料配送至指定地點(diǎn),并通過GPS定位實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物運(yùn)送情況,貨物運(yùn)送至目的地后完成配送服務(wù)。
5)更新庫存功能。當(dāng)庫存充足時(shí),庫房人員將中央處理器形成的提貨單指令返回至中央處理器,根據(jù)中央處理器指令完成物料快遞服務(wù);當(dāng)庫存緊缺時(shí),領(lǐng)用部門將材料需求計(jì)劃發(fā)送至采購部門,采購部門根據(jù)材料需求計(jì)劃采購貨物,采購到貨后根據(jù)物料基本信息功能完成入庫,更新庫存信息。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)的智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)方法,其方法如下:領(lǐng)用部門使用貨物領(lǐng)用申請(qǐng)請(qǐng)求終端手持機(jī)發(fā)出領(lǐng)料請(qǐng)求,并填寫配送需求,貨物領(lǐng)用申請(qǐng)請(qǐng)求終端手持機(jī)的領(lǐng)料請(qǐng)求信息發(fā)送至中央處理器,由中央處理器將領(lǐng)料請(qǐng)求信息歸納至中央聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)。
當(dāng)庫存充足時(shí),庫房人員參照中央聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的領(lǐng)料請(qǐng)求信息生成提貨單,并將提貨單指令返回至中央處理器,由中央處理器將指令發(fā)送給智能無線AGV小車,智能無線AGV小車根據(jù)貨物基礎(chǔ)信息錄入終端手持機(jī)提前錄入的貨物存儲(chǔ)位置信息自動(dòng)揀貨下架,并將需要的貨物運(yùn)行至指定位置,通過手持無線射頻識(shí)別設(shè)備對(duì)揀貨下架后的貨物預(yù)先設(shè)置的RIFD電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描出庫,成出庫單并存儲(chǔ)出庫單信息,當(dāng)需要配送時(shí),生成配送單,由帶有GPS定位裝置的運(yùn)送車輛配送至指定地點(diǎn),并通過GPS定位實(shí)時(shí)監(jiān)控貨物運(yùn)送情況,貨物運(yùn)送至目的地后完成配送服務(wù),在生成出庫單之后,不需要配送作業(yè)時(shí),由領(lǐng)用部門的領(lǐng)用人員自行領(lǐng)取。
當(dāng)庫存緊缺時(shí),領(lǐng)用部門參照中央聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的領(lǐng)料請(qǐng)求信息提交物料需求計(jì)劃,并將物料需求計(jì)劃發(fā)送至采購部門,采購部門根據(jù)物料需求計(jì)劃采購貨物,采購到貨后在貨物包裝體上粘貼RIFD電子標(biāo)簽,庫房人員通過手持無線射頻識(shí)別設(shè)備對(duì)粘貼的RIFD電子標(biāo)簽進(jìn)行掃描入庫,并通過貨物基礎(chǔ)信息錄入終端手持機(jī)將掃描后的信息錄入中央處理器,由中央處理器將指令發(fā)送指令給智能無線AGV小車,智能無線AGV小車將貨物運(yùn)送至庫房空缺位置,完成自動(dòng)揀貨上架,再按照上述方法完成出庫配送服務(wù)。
圖2 礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行過程 下載原圖
Fig.2 Operation process of mine intelligent storage express service system
基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)在內(nèi)蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤礦實(shí)施已來,在解放人力資源、提高物料周轉(zhuǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證生產(chǎn)安全方面發(fā)揮了重要的作用,表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。
1)礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用,取消礦井各單位二級(jí)庫房,實(shí)行物料集中管理,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上立庫、網(wǎng)上下單、“一卡式”服務(wù);取消了各生產(chǎn)單位下料隊(duì),成立專業(yè)化的物料配送隊(duì)伍,建立井下物料配送2小時(shí)物流圈;減少了物資倉儲(chǔ)管理過程中錯(cuò)發(fā)、誤發(fā)事故的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)了礦井安全、高效生產(chǎn)的本質(zhì)安全。
2)與礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用前相比,麻地梁煤礦的各類成本均出現(xiàn)下降。其中,庫存成本減低了約60%,物料管理用工減少了約30%,為礦山進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智慧礦山的發(fā)展目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1)礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)利用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,結(jié)合RFID技術(shù)、傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備、貨物的數(shù)據(jù)采集和射頻跟蹤,對(duì)倉庫貨物的屬性進(jìn)行標(biāo)簽記錄,通過讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)執(zhí)行原件,完成倉儲(chǔ)物料的各流程自動(dòng)操作,為企業(yè)的生產(chǎn)提供了可靠的物資供應(yīng)和保證。
2)礦山智能倉儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,該新型倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)有效提高了物資配送效率,減少了庫存物資積壓,基本實(shí)現(xiàn)了礦井“零庫存”管理理念,另外,各類成本均出現(xiàn)下降,其中,庫存成本減低了約60%,物料管理用工減少了約30%,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,為礦井進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智慧礦山的發(fā)展目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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