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我國(guó)以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)形式，將在相當(dāng)長(zhǎng)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(yíng)成本高、本質(zhì)安全礦井建設(shè)不完善等問(wèn)題[1,2]。基于煤礦企業(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(cāng)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(guò)將Web Service技術(shù)與ERP系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，有效提高了煤礦倉(cāng)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(cāng)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)在存在的問(wèn)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)管理水平，降低了生產(chǎn)成本，為新型礦井倉(cāng)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(guò)程復(fù)雜，安全要求程度高，其倉(cāng)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(cāng)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(cāng)庫(kù)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(kù)、出庫(kù)和盤庫(kù)操作，主要過(guò)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(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中存在諸多問(wèn)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(guò)程中，需要大量零件、材料及設(shè)備，導(dǎo)致倉(cāng)儲(chǔ)物料種類復(fù)雜，易于混亂，給物料配送帶來(lái)困難。

2）操作人員多，出錯(cuò)率高。礦井倉(cāng)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(guò)程復(fù)雜，等待時(shí)間長(zhǎng)，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(kù)存更新慢，反饋不及時(shí)。礦井庫(kù)存過(guò)多與過(guò)少均會(huì)對(duì)礦井安全、高效生產(chǎn)帶來(lái)影響，其中，庫(kù)存過(guò)多，造成資源浪費(fèi)、成本消耗；庫(kù)存過(guò)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(kù)存，時(shí)間長(zhǎng)、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(cāng)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(guò)程管控等措施外，亟需提高礦井倉(cāng)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(yíng)成本、提高物流效率。

礦山智能倉(cāng)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(guò)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(cāng)庫(kù)貨物的屬性進(jìn)行標(biāo)簽記錄，通過(guò)讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)執(zhí)行原件，完成倉(cāng)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(wú)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(kāi)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(cāng)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(kù)管理模塊、出庫(kù)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(cāng)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(guò)手持無(wú)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(kù)（入庫(kù)），生成出庫(kù)單（入庫(kù)單），并及時(shí)更新庫(kù)存信息。

2）終端手持機(jī)功能。中央處理器通過(guò)無(wú)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(wú)線AGV小車通過(guò)無(wú)線連接，智能無(wú)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(guò)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(kù)存功能。當(dāng)庫(kù)存充足時(shí)，庫(kù)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(kù)存緊缺時(shí)，領(lǐng)用部門將材料需求計(jì)劃發(fā)送至采購(gòu)部門，采購(gòu)部門根據(jù)材料需求計(jì)劃采購(gòu)貨物，采購(gòu)到貨后根據(jù)物料基本信息功能完成入庫(kù)，更新庫(kù)存信息。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的礦山智能倉(cāng)儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)的智能倉(cāng)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(xiě)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(kù)存充足時(shí)，庫(kù)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(wú)線AGV小車，智能無(wú)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(guò)手持無(wú)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(kù)，成出庫(kù)單并存儲(chǔ)出庫(kù)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(guò)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(kù)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(kù)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(gòu)部門，采購(gòu)部門根據(jù)物料需求計(jì)劃采購(gòu)貨物，采購(gòu)到貨后在貨物包裝體上粘貼RIFD電子標(biāo)簽，庫(kù)房人員通過(guò)手持無(wú)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(kù)，并通過(guò)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(wú)線AGV小車，智能無(wú)線AGV小車將貨物運(yùn)送至庫(kù)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(kù)配送服務(wù)。

圖2 礦山智能倉(cāng)儲(chǔ)快遞服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(cāng)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(lái)，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(cāng)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(kù)房，實(shí)行物料集中管理，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上立庫(kù)、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(cāng)儲(chǔ)管理過(guò)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(cāng)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(kù)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(cāng)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(cāng)庫(kù)貨物的屬性進(jìn)行標(biāo)簽記錄，通過(guò)讀取數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁鱾€(gè)執(zhí)行原件，完成倉(cāng)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(cāng)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(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)有效提高了物資配送效率，減少了庫(kù)存物資積壓，基本實(shí)現(xiàn)了礦井“零庫(kù)存”管理理念，另外，各類成本均出現(xiàn)下降，其中，庫(kù)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)。