基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山物流管理技術(shù)研究

吳鳳民 拓萬(wàn)兵

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 銀川學(xué)院機(jī)電動(dòng)力系，寧夏 銀川 750011；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 銀川學(xué)院礦業(yè)工程系，寧夏 銀川 750011）

0 引言

以射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）為基礎(chǔ)，對(duì)所有的貨物或物品賦予其唯一的編號(hào)方案，來(lái)進(jìn)行唯一的標(biāo)識(shí)。這一標(biāo)識(shí)方案采用數(shù)字編碼，并且通過(guò)實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品信息的查詢。這一技術(shù)催生了EPC（產(chǎn)品電子代碼）和物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，即利用數(shù)字編碼，通過(guò)一個(gè)開(kāi)放的、全球的標(biāo)準(zhǔn)體系，借助與低價(jià)位的電子標(biāo)簽，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)物品信息的追蹤和即時(shí)交換處理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)信息的收集，整合和交互，并利于生產(chǎn)物流決策和提高物流效益[1]。

RFID在物流管理領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用引起了科技界和工業(yè)界的極大關(guān)注，被認(rèn)為是進(jìn)一步降低供應(yīng)鏈成本和增加利潤(rùn)的手段[2]。目前全球在零售業(yè)超市、服裝業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品、機(jī)場(chǎng)建設(shè)等行業(yè)都成功的使用了這一技術(shù)并取得了良好的效宜。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)礦山資源日益短缺，提高我國(guó)礦山物流管理能力、礦山資源生產(chǎn)監(jiān)督能力和礦山資源可跟蹤能力，已勢(shì)在必行。因此，本文利用RFID技術(shù)，參照產(chǎn)品電子代碼EPC(Electronic Product Code)標(biāo)準(zhǔn)[3]，設(shè)計(jì)貫穿礦山供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售鏈的實(shí)時(shí)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)與訪問(wèn)等時(shí)效信息框架，為礦山物流供應(yīng)鏈管理和生產(chǎn)、銷售管理提供了必要的信息。

1 礦山物流的特點(diǎn)和存在問(wèn)題

1.1 礦山物流的特點(diǎn)

礦山企業(yè)多數(shù)遠(yuǎn)離城市和交通要道,地理位置偏,所以各種燃料、配件的庫(kù)存量大,種類多,資金占用也多。同時(shí)礦山采裝、運(yùn)輸、礦物加工成本占生產(chǎn)成本的比例高,選礦和混礦對(duì)礦產(chǎn)品售價(jià)影響極大。礦山企業(yè)的這些特性使得供、產(chǎn)、銷各個(gè)環(huán)節(jié)的物流管理顯得極為重要。所以，礦山物流是一個(gè)系統(tǒng)物流,屬于工業(yè)物流范疇,是發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)方式、提高企業(yè)利潤(rùn)空間的有效手段。它存在于礦業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備、生產(chǎn)過(guò)程和銷售活動(dòng)的全過(guò)程之中,是生產(chǎn)礦業(yè)產(chǎn)品以及組織礦物銷售等一系列物料實(shí)體的運(yùn)送搬運(yùn)等動(dòng)態(tài)流轉(zhuǎn)過(guò)程,是一個(gè)由礦業(yè)的供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收物流、廢棄物物流構(gòu)成的物流跟蹤環(huán)節(jié)流程,如圖1。

礦物產(chǎn)品物流跟蹤環(huán)節(jié)流程圖中的每一環(huán)節(jié)都由不同組織載體構(gòu)成：生產(chǎn)資料供應(yīng)環(huán)節(jié)組織載體為與礦山生產(chǎn)資料相關(guān)的供應(yīng)商；礦產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)組織載體為生產(chǎn)礦企；礦產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)組織載體為礦山企業(yè)或中間商；送輸環(huán)節(jié)組織載體為送輸中心或配送企業(yè)；銷售環(huán)節(jié)組織載體為中間商和用戶；回收和廢物處理環(huán)節(jié)組織又為礦企本身。

1.2 礦山物流存在的問(wèn)題

長(zhǎng)期以來(lái),礦山生產(chǎn)管理主要關(guān)注生產(chǎn)的工藝過(guò)程,而忽視了將每一個(gè)工藝環(huán)節(jié)連在一起的、并且伴隨每個(gè)工藝環(huán)節(jié)同時(shí)出現(xiàn)的物流活動(dòng),還沒(méi)有樹(shù)立起生產(chǎn)物流的觀念。沒(méi)有認(rèn)識(shí)到物流作為企業(yè)的“第三利潤(rùn)源泉”在降低成本、提高效益、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力中的作用,將物流活動(dòng)置于附屬地位,沒(méi)有從物流管理的信息化、實(shí)時(shí)化、高效化實(shí)現(xiàn)供應(yīng)物流、生產(chǎn)物流、銷售物流、回收物流、廢棄物流進(jìn)行綜合管理[4-5]。

圖1 礦物產(chǎn)品物流跟蹤環(huán)節(jié)流程圖Fig1 Mineral products logistics flow chart to track links

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦山物流

為了給礦山生產(chǎn)整個(gè)供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售鏈及廢物處理的各環(huán)節(jié)提供有關(guān)生產(chǎn)資料、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、礦產(chǎn)品生產(chǎn)、裝卸、加工、配送和銷售等方面的實(shí)時(shí)全面的電子化信息，利用RFID技術(shù)和EPC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行信息采集、傳輸和處理，使礦山物質(zhì)流與信息流進(jìn)行快速高效地轉(zhuǎn)換、處理和反饋，構(gòu)成了礦山物聯(lián)網(wǎng)，即礦山EPC系統(tǒng)，基本組成如圖2所示。

圖2 礦山EPC系統(tǒng)Fig2 Mine EPC system

3 EPC/RFID的礦山物流時(shí)效信息框架設(shè)計(jì)

3.1 EPC系統(tǒng)的基本組成

EPC系統(tǒng)是一個(gè)非常先進(jìn)的、綜合的復(fù)雜系統(tǒng)，它由產(chǎn)品電子代碼（EPC）的編碼體系、射頻識(shí)別系統(tǒng)及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三部分組成，主要包括六方面見(jiàn)表1[6]。

表1 EPC系統(tǒng)構(gòu)成圖Tab1 The configuration diagram of EPC system

EPC代碼由標(biāo)頭、廠商識(shí)別代碼、對(duì)象分類代碼和序列號(hào)等數(shù)據(jù)字段組成的一組96位數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是電子標(biāo)簽上標(biāo)識(shí)物品的編碼，記錄著每個(gè)物品的全球唯一標(biāo)識(shí)，也是廠商在生產(chǎn)過(guò)程中給物品打上的唯一標(biāo)識(shí)。EPC只是一個(gè)信息參考 （指針），由這個(gè)信息參考可以從Internet上找到IP地址，并獲取該地址中存放的相關(guān)物品信息。

圖3 礦山物流時(shí)效框架圖Fig3 Framework chart of mining aging logistics

EPC射頻識(shí)別系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)EPC代碼采集的功能模塊，主要由射頻標(biāo)簽和射頻讀寫器組成。電子標(biāo)簽是EPC的信息載體，主要由天線和芯片組成。EPC標(biāo)簽中存儲(chǔ)的唯一信息是96位或者64位產(chǎn)品電子代碼。為了降低成本，電子標(biāo)簽采用被動(dòng)式射頻標(biāo)簽。讀寫器由讀寫模塊和天線組成，它是用來(lái)識(shí)別電子標(biāo)簽的電子裝置，可與信息系統(tǒng)相連，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。讀寫器使用多種方式與電子標(biāo)簽交換信息，近距離讀取被動(dòng)標(biāo)簽最常用的方法是電感耦合方式，只要靠近，盤繞讀寫器的天線與盤繞標(biāo)簽的天線之間就形成了一個(gè)磁場(chǎng)。射頻脈沖為電子標(biāo)簽提供工作能量，同時(shí)電子標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)調(diào)制部分從接收到的射頻脈沖中解調(diào)出數(shù)據(jù)并送入控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲(chǔ)、發(fā)送數(shù)據(jù)以及其他操作。電子標(biāo)簽利用這個(gè)磁場(chǎng)發(fā)送電磁波給讀寫器，返回的電磁波被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息，也就是電子標(biāo)簽中包含的EPC代碼。

EPC信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由本地網(wǎng)絡(luò)和全球互聯(lián)網(wǎng)組成，是實(shí)現(xiàn)信息管理與信息流通的功能模塊。EPC系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在全球互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)EPC中間件、對(duì)象命名稱解析服務(wù)和物理標(biāo)記語(yǔ)言等來(lái)實(shí)現(xiàn)全球“實(shí)物互聯(lián)”。

3.2 礦山物流時(shí)效信息框架設(shè)計(jì)

為了說(shuō)明礦山物流鏈中單個(gè)環(huán)節(jié)的信息流程，以礦產(chǎn)品銷售鏈中的裝載環(huán)節(jié)和配送環(huán)節(jié)為例，說(shuō)明各個(gè)環(huán)節(jié)的工作流程。

3.2.1 礦產(chǎn)品裝載

在礦產(chǎn)品運(yùn)貨出口中，用讀寫器將所包含產(chǎn)品的生產(chǎn)礦名、批號(hào)和序列號(hào)等信息的EPC寫入標(biāo)簽，在產(chǎn)品的運(yùn)輸單元（火車、貨車）貼上記載該產(chǎn)品的EPC電子標(biāo)簽，而將其他產(chǎn)品信息(如煤塊或煤粉)、品質(zhì)、生產(chǎn)投入、生產(chǎn)日期、產(chǎn)地以及物流信息等輸入礦產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并以PML的形式存放在礦山企業(yè)的網(wǎng)站服務(wù)器上。

3.2.2 礦產(chǎn)品配送

應(yīng)用軟件管理由安裝在配送倉(cāng)庫(kù)各處的讀寫器采集來(lái)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能被轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)的信息。例如，在配送環(huán)節(jié)，當(dāng)運(yùn)輸單元（火車、貨車）經(jīng)過(guò)安裝在倉(cāng)庫(kù)門口的讀寫器時(shí)，其EPC數(shù)據(jù)就被讀寫器采集，應(yīng)用軟件收集到由讀寫器跟蹤采集的產(chǎn)品EPC后，由ONS機(jī)制自動(dòng)找到存儲(chǔ)有關(guān)產(chǎn)品信息的Web地址，并根據(jù)需要更新其中的信息；另外，將與倉(cāng)庫(kù)操作相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄（出貨的數(shù)量、讀寫器的位置等）保存到礦企的產(chǎn)品銷售數(shù)據(jù)庫(kù)，更新的產(chǎn)品信息可置于中心數(shù)據(jù)庫(kù)或分布式數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)?shù)V產(chǎn)品到達(dá)安裝有RFID設(shè)備的配送地后，應(yīng)用軟件不斷地從讀寫器獲取礦產(chǎn)品的EPC信息。假如獲取到新的EPC記錄，它立即協(xié)調(diào)ONS獲取EPC保存的Web地址，并從該Web地址中獲取有關(guān)的產(chǎn)品信息。應(yīng)用軟件能再次更新本地有關(guān)礦產(chǎn)品的信息，如礦產(chǎn)品當(dāng)前的位置、時(shí)間及運(yùn)輸單元的信息，并能將這些信息及時(shí)返回礦企生產(chǎn)單位，以便生產(chǎn)單位合理的調(diào)度車輛和配置資源。

3.3 整個(gè)礦山物流鏈全程時(shí)效信息框架

礦山物流鏈的時(shí)效信息框架如圖3所示。

在供應(yīng)、生產(chǎn)、銷售和廢物處理各環(huán)節(jié)中，讀寫器獲得數(shù)據(jù)后，應(yīng)用軟件將信息更新和儲(chǔ)存于相應(yīng)環(huán)節(jié)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)整個(gè)物流鏈中各合作伙伴間所約定的共享和保密信息，將需要共享的信息通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸，更新相應(yīng)的EPC碼存儲(chǔ)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。政府管理部門、合作企業(yè)和消費(fèi)群體可以根據(jù)所授的權(quán)限去訪問(wèn)、查詢共享的EPC碼礦產(chǎn)品生產(chǎn)銷售信息數(shù)據(jù)庫(kù)和各個(gè)環(huán)節(jié)的本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，以便為實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦山建設(shè)做出合理的供應(yīng)鏈決策和安全生產(chǎn)監(jiān)督及銷售信息查詢等。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用RFID自動(dòng)識(shí)別與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，參照EPC標(biāo)準(zhǔn)，基于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了礦山物流鏈全程時(shí)效信息框架。一方面，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)資料供應(yīng)商品、礦山資源生產(chǎn)、銷售的信息與信息系統(tǒng)非接觸式交互與處理，從根本上架起了溝通礦山物質(zhì)世界與信息世界的橋梁，構(gòu)成了礦山物聯(lián)網(wǎng)，使礦山物質(zhì)流與信息流可以進(jìn)行快速高效的轉(zhuǎn)換、處理和反饋，進(jìn)一步使礦山物流企業(yè)能對(duì)運(yùn)送的資源、派出的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)與準(zhǔn)確的跟蹤，對(duì)目的地能否及時(shí)到達(dá)的監(jiān)控以及在途中異常狀況的及時(shí)反映，特別是在途的空閑運(yùn)力，進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的監(jiān)控，進(jìn)而可按路線距離進(jìn)行優(yōu)化，降低運(yùn)輸成本，提高服務(wù)質(zhì)量。另一方面，有利于廢舊物資的回收利用，礦山生產(chǎn)設(shè)備價(jià)值較高,發(fā)動(dòng)機(jī)、總成、輪胎等價(jià)格昂貴。利用RFID技術(shù)開(kāi)發(fā)配件壽命跟蹤系統(tǒng)軟件,對(duì)價(jià)格昂貴、附加值高、可重復(fù)利用的配件進(jìn)行使用、維修、報(bào)廢等跟蹤,提高了再生資源利用水平。最后，也有利于推動(dòng)EPC/RFID技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用和推廣。

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