無人值守汽車衡在礦山企業(yè)的應(yīng)用

馬 振， 滿金平， 唐海亮， 熊智兵， 蘆 海， 翁 軍

(1.北京瑞太智聯(lián)技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司， 云南 迪慶 674400)

隨著國外的集成電子技術(shù)、智能傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及管理系統(tǒng)等率先的發(fā)展，企業(yè)早已將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)與稱重計(jì)量結(jié)合，形成了全流程管控的智能稱重平臺。如80年代，法國研發(fā)了 “Vibracoax”的車輛動態(tài)稱重系統(tǒng)。1985年，美國研發(fā)了 “低成本動態(tài)稱重系統(tǒng)”并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。ABB公司研發(fā)了應(yīng)用于冶金工業(yè)的稱重控制系統(tǒng)，專門用于工業(yè)環(huán)境下的在線稱重。與國外相比，國內(nèi)整體的信息化、智能化發(fā)展相對較晚，隨著國外技術(shù)的涌進(jìn)與國內(nèi)信息化的發(fā)展，在2000年之后，中國也融入了車輛自動稱重系統(tǒng)研發(fā)的熱潮。重慶公路科學(xué)研究所最早進(jìn)行自動稱重系統(tǒng)的研究工作，研究出 SM2000 等車輛自動稱重技術(shù)，隨著國內(nèi)技術(shù)不斷的積累，山西計(jì)量測試研究所與太原理工大學(xué)也聯(lián)合研發(fā)了軸計(jì)量式自動稱重汽車衡[1-3]。近幾年，在“中國制造2025”“兩化融合”等政策的指引下，云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司以自身發(fā)展需求為基礎(chǔ)，將企業(yè)物流計(jì)量由傳統(tǒng)的人工計(jì)量轉(zhuǎn)變成無人值守計(jì)量模式，提高企業(yè)物流運(yùn)輸效率和管控水平[1-3]。目前，傳統(tǒng)計(jì)量方式主要以紙質(zhì)單據(jù)為依據(jù)，貫穿整個(gè)物料的計(jì)量流程，無法保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、真實(shí)性、及時(shí)性。這種依賴于計(jì)量員人工介入的方式，不僅耗費(fèi)巨大的人力、物力的投入，而且由于人工操作容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)滯后、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、人為作弊等問題的發(fā)生，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4-5]。

針對礦山企業(yè)物流計(jì)量管理現(xiàn)狀，充分利用車牌識別、智能道閘、遠(yuǎn)程對講、語音播報(bào)、視頻監(jiān)控、紅外感應(yīng)等先進(jìn)的智能感知技術(shù)，結(jié)合企業(yè)物流管控的業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)流程管控與智能設(shè)備的融合，建立數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換、高速流通的無人值守汽車衡智能管控系統(tǒng)[6-8]。系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、共享、跨平臺傳遞及全方位的視頻監(jiān)控，提升了企業(yè)的計(jì)量效率與管理水平，實(shí)現(xiàn)無紙化、自動化、智能化計(jì)量，為MES、ERP等系統(tǒng)提供強(qiáng)大數(shù)據(jù)支撐，形成物流與計(jì)量的一體化管控模式[9]。

1 企業(yè)計(jì)量現(xiàn)狀

1)秤房分布較廣，管理難度大，計(jì)量人員投入較多，人員成本較大。

2)秤房每日計(jì)量車輛多，工作任務(wù)繁重，勞動強(qiáng)度較大。

3)秤房的自動化、信息化水平相對較低，物流效率低、數(shù)據(jù)易出錯(cuò)。上下游數(shù)據(jù)流嚴(yán)重脫節(jié)，無法保證數(shù)據(jù)的一致性、真實(shí)性，同時(shí)存在大量數(shù)據(jù)人工錄入、重復(fù)錄入的情況，增加計(jì)量人員工作量。

4)計(jì)量過程需全程人員參與，人工確認(rèn)車輛的派車單、計(jì)量單及相關(guān)證件，眾多的人為參與環(huán)節(jié)無法避免徇私舞弊的行為發(fā)生，容易給企業(yè)帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

5)計(jì)量過程中主要依據(jù)人工監(jiān)控車輛、約束車輛，整體效果不佳。人為因素的介入及缺乏信息化管控手段，事后難以做到進(jìn)行計(jì)量過程的追蹤。

6)紙質(zhì)單據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)的保存，無法保障數(shù)據(jù)的追根溯源及數(shù)據(jù)的真實(shí)性，同時(shí)數(shù)據(jù)的共享以及為其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供系統(tǒng)支撐與數(shù)據(jù)支撐也將無法實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)概述

2.1 計(jì)量業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

針對云南迪慶有色金屬有限責(zé)任公司礦山業(yè)務(wù)的計(jì)量特征，將業(yè)務(wù)分為采購計(jì)量、銷售計(jì)量兩種業(yè)務(wù)類型，企業(yè)能夠依據(jù)不同的業(yè)務(wù)安排不同的人員負(fù)責(zé)，更能體現(xiàn)企業(yè)精細(xì)化的管理需求。如圖1所示，通過無人計(jì)量業(yè)務(wù)與智能硬件的結(jié)合，形成了派車、入廠、計(jì)量、取制樣、裝卸貨、出廠、收貨的閉合管理模式，方便企業(yè)進(jìn)行物流運(yùn)輸環(huán)節(jié)的把控，提高企業(yè)的物流運(yùn)輸安全性、可靠性。

圖1 無人值守稱重業(yè)務(wù)流程

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)充分考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展性、靈活性、穩(wěn)定性，采用以下5層架構(gòu)的模式進(jìn)行系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)[10-11]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.2.1 感知層

感知層主要是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理等操作的載體，此部分信息既可以通過傳感器采集，也可以通過現(xiàn)場自動化設(shè)備采集，該層主要負(fù)責(zé)對物流作業(yè)環(huán)節(jié)中物流客體對象屬性信息進(jìn)行識別和采集，是系統(tǒng)的信息輸入和感知末梢節(jié)點(diǎn)。

感知層包括諸多先進(jìn)的物流感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物流作業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集，通過車牌識別、智能道閘、手持PDA的方式采集入廠、計(jì)量、裝卸貨、出廠各節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵信息，基于現(xiàn)場設(shè)置的自動化業(yè)務(wù)流程設(shè)備提高現(xiàn)場工作效率、加速廠區(qū)車輛流轉(zhuǎn)。

2.2.2 傳輸層

傳輸層是對感知層的物流采集信息進(jìn)行智能化處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，其主要包括工業(yè)以太網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、虛擬專用網(wǎng)以及各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。基于企業(yè)已有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，合理利用網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備資源，構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)傳輸層，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.2.3 基礎(chǔ)設(shè)施層

建立企業(yè)服務(wù)器集群，圍繞以數(shù)據(jù)為中心，深度整合計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)與軟件資源，為系統(tǒng)的運(yùn)行提供環(huán)境支撐。

2.2.4 平臺層

本系統(tǒng)以業(yè)務(wù)組件化、組件能力化及服務(wù)化為主要設(shè)計(jì)思路，基于混合架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)將分散的功能資源轉(zhuǎn)化為集中的功能服務(wù)，最大限度實(shí)現(xiàn)功能復(fù)用，實(shí)現(xiàn)硬件資源的統(tǒng)一調(diào)配和管理，為上層應(yīng)用提供開發(fā)、運(yùn)行、監(jiān)控以及安全各方面的支撐，保障業(yè)務(wù)的有序運(yùn)行。

2.2.5 應(yīng)用層

基于平臺層核心業(yè)務(wù)服務(wù)組件提供的各類標(biāo)準(zhǔn)化接口，搭建無人值守稱重系統(tǒng)的應(yīng)用，為企業(yè)用戶提供定制化的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

考慮到礦山企業(yè)的實(shí)際情況以及業(yè)務(wù)需求，系統(tǒng)采用建立專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的模式。這種模式具備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的專用性、穩(wěn)定性強(qiáng)的優(yōu)勢，不會因?yàn)槠髽I(yè)局部斷網(wǎng)或局部網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定而影響系統(tǒng)的通暢性，保障具備較好的魯棒性。系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

無人值守汽車衡稱重系統(tǒng)整體采用“集中管控，分布監(jiān)測”的模式，建立企業(yè)計(jì)量集控中心對各個(gè)分散的計(jì)量點(diǎn)、門崗實(shí)現(xiàn)集中一體化管控，通過各個(gè)視頻監(jiān)控與專用網(wǎng)絡(luò)的交互，能夠針對各計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行分布監(jiān)測，配合稱重系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場視頻、音頻及其他數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。為了提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，采用遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場控制相結(jié)合的方式，各計(jì)量點(diǎn)稱重、視頻、紅外感應(yīng)等數(shù)據(jù)即可以遠(yuǎn)程自動采集、控制，也可以現(xiàn)場人工控制、上傳數(shù)據(jù)。整體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)原則，充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，當(dāng)需要建立新的計(jì)量點(diǎn)時(shí)，可以將新的硬件設(shè)備直接掛載在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)上，以滿足企業(yè)計(jì)量點(diǎn)擴(kuò)充的需求。

2.4 系統(tǒng)功能介紹

搭建無人計(jì)量一體化管控流程，實(shí)現(xiàn)從派車到收貨全流程的閉合管理，利用先進(jìn)的智能控制設(shè)備，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的可控、可管。以下是系統(tǒng)主要功能。

2.4.1 派車計(jì)劃

當(dāng)企業(yè)簽訂銷售或采購合同后，相關(guān)部門工作人員通過客商管理平臺添加合同訂單，物流公司依據(jù)訂單信息通過企業(yè)微信制定派車計(jì)劃，如車號、司機(jī)、派車時(shí)間、拉運(yùn)物料等信息，并提交供銷中心進(jìn)行審核，審核通過后系統(tǒng)自動完成信息的登記，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到系統(tǒng)。

派車信息作為車牌識別信息比對的基礎(chǔ)，若車輛信息發(fā)生變動需要在系統(tǒng)上提前進(jìn)行申請修改，否則會影響車輛的正常入廠。運(yùn)輸車輛的進(jìn)廠嚴(yán)格按照系統(tǒng)提交的車輛信息執(zhí)行，保證物料運(yùn)輸?shù)陌踩耘c流程執(zhí)行的嚴(yán)謹(jǐn)性。

2.4.2 進(jìn)出廠管理

車牌識別系統(tǒng)主要利用光電技術(shù)、圖像識別算法對進(jìn)出廠的車牌信息進(jìn)行捕捉，將識別出來的車牌數(shù)據(jù)傳到系統(tǒng)中。系統(tǒng)自動比對提前錄入的派車信息，從而自動控制智能道閘的起落，準(zhǔn)確的判斷進(jìn)出廠車輛信息。同時(shí)充分考慮到礦山企業(yè)環(huán)境的惡劣性，車牌識別、道閘設(shè)備存在較高故障的風(fēng)險(xiǎn)，為了保證企業(yè)物流的正常運(yùn)行，支持線上人工確認(rèn)進(jìn)行入廠車輛信息，保證業(yè)務(wù)流程的完整性。

2.4.3 無人計(jì)量管理

通過車牌識別、智能道閘、稱重控制器、紅外對射、紅綠燈等智能硬件應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)車輛無人值守過磅的管理模式，減少人員的參與、干預(yù)。同時(shí)通過軟件、硬件相結(jié)合的手段防止運(yùn)輸車輛的作弊行為，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性[12]。無人稱重系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 無人稱重系統(tǒng)界面

車輛皮重監(jiān)控：系統(tǒng)通過獲取同一車牌的歷史皮重均值作為基準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)置好的誤差范圍，系統(tǒng)自動提供預(yù)警、報(bào)警提示功能，防止司機(jī)作弊行為的發(fā)生。

流程環(huán)節(jié)控制：自動記錄車輛的一次計(jì)量、二次計(jì)量的詳細(xì)信息，車輛若沒有按照流程完成相應(yīng)的計(jì)量環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會自動聯(lián)動出廠道閘，防止車輛沒有完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)直接出廠。

紅外監(jiān)控管理：基于紅外對射裝置，設(shè)置好車輛稱重的位置區(qū)域，防止車輛沒有完全上稱、稱重位置不合理等問題的出現(xiàn)。車輛進(jìn)入稱重區(qū)域后，視頻監(jiān)控?cái)z像頭自動抓拍多角度的圖像，系統(tǒng)自動采集稱重控制器的數(shù)據(jù)，自動判斷數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定，防止人為因素的干預(yù)。

2.4.4 取制樣管理

為了打通物流與取制樣之間的數(shù)據(jù)孤島，取樣業(yè)務(wù)員通過手持終端錄入車牌號，系統(tǒng)自動生成取樣條形碼粘貼至取樣袋，化驗(yàn)員通過掃碼方式獲取樣品信息，并生成制樣條碼粘貼至相應(yīng)的樣品試管上，以便業(yè)務(wù)員進(jìn)行檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)的掃碼錄入。通過車牌號能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)、檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，方便企業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢、核對。

2.4.5 裝卸貨管理

車輛到達(dá)貨場后，現(xiàn)場人員通過手持終端輸入車牌號、是否取樣、裝貨地點(diǎn)等信息，系統(tǒng)自動將車輛裝貨時(shí)間、貨物品名以及操作人等寫入系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)流與業(yè)務(wù)流的控制，自動判定車輛是否進(jìn)行了皮重稱重，以保證流程的可控性，提高業(yè)務(wù)員作業(yè)效率。

2.4.6 收貨確認(rèn)

基于計(jì)量信息自動生成磅單二維碼，收貨方通過掃描磅單上的二維碼調(diào)取系統(tǒng)計(jì)量數(shù)據(jù)，業(yè)務(wù)員與磅單上的數(shù)據(jù)核對進(jìn)行收貨信息的確認(rèn)，從而保證整個(gè)物流環(huán)節(jié)的安全性、完整性。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

無人值守汽車衡稱重系統(tǒng)以無人化、智能化為基本原則，應(yīng)用于礦山企業(yè)取得了很好的應(yīng)用效果。車牌識別、智能道閘的應(yīng)用，減少了人員的投入，節(jié)約了企業(yè)人力成本；視頻監(jiān)控、紅外感應(yīng)等技術(shù)的使用，很大程度上避免了稱重過程作弊行為的出現(xiàn)，提升了企業(yè)稱重業(yè)務(wù)管理水平?；谌鞒痰膰?yán)格把控，進(jìn)行關(guān)鍵環(huán)節(jié)的監(jiān)控，打通各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)設(shè)備、各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，以便企業(yè)在流程上、數(shù)據(jù)上、管理上進(jìn)行物流運(yùn)輸?shù)墓芸?，提高企業(yè)物流運(yùn)輸效率、計(jì)量效率。結(jié)合礦山企業(yè)的業(yè)務(wù)特征，合理應(yīng)用無人值守汽車衡系統(tǒng)，減少了企業(yè)在人力、物力、財(cái)力方面的投入，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)高收益、低能耗的需求。經(jīng)濟(jì)效益分析見表1。

表1 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 直接經(jīng)濟(jì)效益分析

基于無人值守稱重系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行直接經(jīng)濟(jì)效益分析，主要從運(yùn)營成本、人力投入、稱重效益與業(yè)務(wù)管控4個(gè)方面闡述。

1)運(yùn)營成本：系統(tǒng)的應(yīng)用極大程度地減少了企業(yè)物流運(yùn)營成本的投入，提高了企業(yè)物流運(yùn)輸效率、計(jì)量效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)正式上線使用后，實(shí)現(xiàn)企業(yè)每年產(chǎn)量運(yùn)輸差額降低5%，公司整體物流、計(jì)量運(yùn)營成本降低6%。

2)人力投入：通過無人值守秤房的搭建，整體物流管控各環(huán)節(jié)投入人員由10人減少至3人，人員投入減少了66%，同時(shí)搭建遠(yuǎn)程集控中心，無需要現(xiàn)場安排值守人員，真正實(shí)現(xiàn)了減員增效、遠(yuǎn)程管控、無人值守。

3)稱重效益：智能硬件設(shè)備的應(yīng)用提高了門崗過車效率與稱重計(jì)量效率。門崗過車時(shí)間由5 min減少至1 min，稱重時(shí)間由4 min降低至1 min；報(bào)表統(tǒng)計(jì)時(shí)間也由5 d/月縮短至8 h/月；實(shí)現(xiàn)了企業(yè)整體稱重管理費(fèi)降低了25%，稱重業(yè)務(wù)員的勞動生產(chǎn)率也相應(yīng)提高了一倍。

4)業(yè)務(wù)管控：在系統(tǒng)建設(shè)前，企業(yè)沒有有效的管控手段、管控流程進(jìn)行計(jì)量流程的管理。系統(tǒng)建設(shè)后，打通企業(yè)物流管控與無人計(jì)量的流程，將企業(yè)業(yè)務(wù)流程梳理優(yōu)化為銷售計(jì)量、采購計(jì)量流程，更加貼合企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的需求。增加18余項(xiàng)防作弊控制點(diǎn)，充分保證流程的安全性和數(shù)據(jù)的可靠性，企業(yè)的計(jì)量管控能力整體提升了70%。

3.2 間接經(jīng)濟(jì)效益分析

無人值守汽車衡的應(yīng)用為企業(yè)打通物流數(shù)據(jù)、檢化驗(yàn)數(shù)據(jù)、計(jì)量數(shù)據(jù)間的孤島，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)以流程管控、數(shù)據(jù)驅(qū)動的管控模式，保證企業(yè)物流作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的高效性與有序性，也確保了計(jì)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，有利于企業(yè)進(jìn)行物流運(yùn)輸車輛的管理，提升企業(yè)的核心競爭力。

4 結(jié)論

無人值守汽車衡相對于傳統(tǒng)的人工過磅物流模式，節(jié)省了車輛進(jìn)出廠時(shí)間、稱重時(shí)間、裝卸貨時(shí)間，提高了企業(yè)的物流運(yùn)輸及計(jì)量效率。通過車牌識別、智能道閘、視頻監(jiān)控等智能硬件的應(yīng)用，減少了企業(yè)人員投入，提高了企業(yè)物流計(jì)量管控能力，避免計(jì)量過程的作弊行為，實(shí)現(xiàn)了礦山企業(yè)信息流與物流的現(xiàn)代化管理模式，大力提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

無人值守汽車衡在礦山企業(yè)中進(jìn)行了成功的應(yīng)用，為礦山企業(yè)物流數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供借鑒。本系統(tǒng)充分考慮到移植性和可復(fù)制性，能夠應(yīng)用于各類礦山企業(yè)中，可以縮短項(xiàng)目實(shí)施周期，節(jié)約成本，提高質(zhì)量與應(yīng)用效果。