基于物聯網的礦山物流管理技術研究

吳鳳民 拓萬兵

（1.中國礦業大學 銀川學院機電動力系，寧夏 銀川 750011；2.中國礦業大學 銀川學院礦業工程系，寧夏 銀川 750011）

0 引言

以射頻識別技術（RFID）為基礎，對所有的貨物或物品賦予其唯一的編號方案，來進行唯一的標識。這一標識方案采用數字編碼，并且通過實物互聯網來實現對物品信息的查詢。這一技術催生了EPC（產品電子代碼）和物聯網概念的提出，即利用數字編碼，通過一個開放的、全球的標準體系，借助與低價位的電子標簽，經由互聯網來實現物品信息的追蹤和即時交換處理，在此基礎上進一步加強信息的收集，整合和交互，并利于生產物流決策和提高物流效益[1]。

RFID在物流管理領域中的研究和應用引起了科技界和工業界的極大關注，被認為是進一步降低供應鏈成本和增加利潤的手段[2]。目前全球在零售業超市、服裝業、農產品、機場建設等行業都成功的使用了這一技術并取得了良好的效宜。隨著經濟的快速發展，我國礦山資源日益短缺，提高我國礦山物流管理能力、礦山資源生產監督能力和礦山資源可跟蹤能力，已勢在必行。因此，本文利用RFID技術，參照產品電子代碼EPC(Electronic Product Code)標準[3]，設計貫穿礦山供應、生產、銷售鏈的實時采集、轉換、存儲與訪問等時效信息框架，為礦山物流供應鏈管理和生產、銷售管理提供了必要的信息。

1 礦山物流的特點和存在問題

1.1 礦山物流的特點

礦山企業多數遠離城市和交通要道,地理位置偏,所以各種燃料、配件的庫存量大,種類多,資金占用也多。同時礦山采裝、運輸、礦物加工成本占生產成本的比例高,選礦和混礦對礦產品售價影響極大。礦山企業的這些特性使得供、產、銷各個環節的物流管理顯得極為重要。所以，礦山物流是一個系統物流,屬于工業物流范疇,是發展現代工業化生產方式、提高企業利潤空間的有效手段。它存在于礦業產品的開發準備、生產過程和銷售活動的全過程之中,是生產礦業產品以及組織礦物銷售等一系列物料實體的運送搬運等動態流轉過程,是一個由礦業的供應物流、生產物流、銷售物流、回收物流、廢棄物物流構成的物流跟蹤環節流程,如圖1。

礦物產品物流跟蹤環節流程圖中的每一環節都由不同組織載體構成：生產資料供應環節組織載體為與礦山生產資料相關的供應商；礦產品生產環節組織載體為生產礦企；礦產品加工環節組織載體為礦山企業或中間商；送輸環節組織載體為送輸中心或配送企業；銷售環節組織載體為中間商和用戶；回收和廢物處理環節組織又為礦企本身。

1.2 礦山物流存在的問題

長期以來,礦山生產管理主要關注生產的工藝過程,而忽視了將每一個工藝環節連在一起的、并且伴隨每個工藝環節同時出現的物流活動,還沒有樹立起生產物流的觀念。沒有認識到物流作為企業的“第三利潤源泉”在降低成本、提高效益、增強市場競爭力中的作用,將物流活動置于附屬地位,沒有從物流管理的信息化、實時化、高效化實現供應物流、生產物流、銷售物流、回收物流、廢棄物流進行綜合管理[4-5]。

圖1 礦物產品物流跟蹤環節流程圖Fig1 Mineral products logistics flow chart to track links

2 基于物聯網的礦山物流

為了給礦山生產整個供應、生產、銷售鏈及廢物處理的各環節提供有關生產資料、運輸、倉儲、礦產品生產、裝卸、加工、配送和銷售等方面的實時全面的電子化信息，利用RFID技術和EPC標準進行信息采集、傳輸和處理，使礦山物質流與信息流進行快速高效地轉換、處理和反饋，構成了礦山物聯網，即礦山EPC系統，基本組成如圖2所示。

圖2 礦山EPC系統Fig2 Mine EPC system

3 EPC/RFID的礦山物流時效信息框架設計

3.1 EPC系統的基本組成

EPC系統是一個非常先進的、綜合的復雜系統，它由產品電子代碼（EPC）的編碼體系、射頻識別系統及信息網絡系統三部分組成，主要包括六方面見表1[6]。

表1 EPC系統構成圖Tab1 The configuration diagram of EPC system

EPC代碼由標頭、廠商識別代碼、對象分類代碼和序列號等數據字段組成的一組96位數據結構。它是電子標簽上標識物品的編碼，記錄著每個物品的全球唯一標識，也是廠商在生產過程中給物品打上的唯一標識。EPC只是一個信息參考 （指針），由這個信息參考可以從Internet上找到IP地址，并獲取該地址中存放的相關物品信息。

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

EPC射頻識別系統是實現EPC代碼采集的功能模塊，主要由射頻標簽和射頻讀寫器組成。電子標簽是EPC的信息載體，主要由天線和芯片組成。EPC標簽中存儲的唯一信息是96位或者64位產品電子代碼。為了降低成本，電子標簽采用被動式射頻標簽。讀寫器由讀寫模塊和天線組成，它是用來識別電子標簽的電子裝置，可與信息系統相連，從而實現數據的交換。讀寫器使用多種方式與電子標簽交換信息，近距離讀取被動標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簽的天線之間就形成了一個磁場。射頻脈沖為電子標簽提供工作能量，同時電子標簽內部的數據調制部分從接收到的射頻脈沖中解調出數據并送入控制邏輯，控制邏輯接受指令完成存儲、發送數據以及其他操作。電子標簽利用這個磁場發送電磁波給讀寫器，返回的電磁波被轉換為數據信息，也就是電子標簽中包含的EPC代碼。

EPC信息網絡系統由本地網絡和全球互聯網組成，是實現信息管理與信息流通的功能模塊。EPC系統的信息網絡系統是在全球互聯網的基礎上，通過EPC中間件、對象命名稱解析服務和物理標記語言等來實現全球“實物互聯”。

3.2 礦山物流時效信息框架設計

為了說明礦山物流鏈中單個環節的信息流程，以礦產品銷售鏈中的裝載環節和配送環節為例，說明各個環節的工作流程。

3.2.1 礦產品裝載

在礦產品運貨出口中，用讀寫器將所包含產品的生產礦名、批號和序列號等信息的EPC寫入標簽，在產品的運輸單元（火車、貨車）貼上記載該產品的EPC電子標簽，而將其他產品信息(如煤塊或煤粉)、品質、生產投入、生產日期、產地以及物流信息等輸入礦產品生產數據庫，并以PML的形式存放在礦山企業的網站服務器上。

3.2.2 礦產品配送

應用軟件管理由安裝在配送倉庫各處的讀寫器采集來的數據，這些數據可能被轉化為實時的信息。例如，在配送環節，當運輸單元（火車、貨車）經過安裝在倉庫門口的讀寫器時，其EPC數據就被讀寫器采集，應用軟件收集到由讀寫器跟蹤采集的產品EPC后，由ONS機制自動找到存儲有關產品信息的Web地址，并根據需要更新其中的信息；另外，將與倉庫操作相關的數據記錄（出貨的數量、讀寫器的位置等）保存到礦企的產品銷售數據庫，更新的產品信息可置于中心數據庫或分布式數據庫。當礦產品到達安裝有RFID設備的配送地后，應用軟件不斷地從讀寫器獲取礦產品的EPC信息。假如獲取到新的EPC記錄，它立即協調ONS獲取EPC保存的Web地址，并從該Web地址中獲取有關的產品信息。應用軟件能再次更新本地有關礦產品的信息，如礦產品當前的位置、時間及運輸單元的信息，并能將這些信息及時返回礦企生產單位，以便生產單位合理的調度車輛和配置資源。

3.3 整個礦山物流鏈全程時效信息框架

礦山物流鏈的時效信息框架如圖3所示。

在供應、生產、銷售和廢物處理各環節中，讀寫器獲得數據后，應用軟件將信息更新和儲存于相應環節的本地數據庫，并根據整個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Internet網絡傳輸，更新相應的EPC碼存儲站點的數據庫。政府管理部門、合作企業和消費群體可以根據所授的權限去訪問、查詢共享的EPC碼礦產品生產銷售信息數據庫和各個環節的本地數據庫，以便為實現數字礦山建設做出合理的供應鏈決策和安全生產監督及銷售信息查詢等。

4 結束語

本文利用RFID自動識別與互聯網絡技術，參照EPC標準，基于物聯網設計了礦山物流鏈全程時效信息框架。一方面，可實現生產資料供應商品、礦山資源生產、銷售的信息與信息系統非接觸式交互與處理，從根本上架起了溝通礦山物質世界與信息世界的橋梁，構成了礦山物聯網，使礦山物質流與信息流可以進行快速高效的轉換、處理和反饋，進一步使礦山物流企業能對運送的資源、派出的車輛進行實時與準確的跟蹤，對目的地能否及時到達的監控以及在途中異常狀況的及時反映，特別是在途的空閑運力，進行實時、精確的監控，進而可按路線距離進行優化，降低運輸成本，提高服務質量。另一方面，有利于廢舊物資的回收利用，礦山生產設備價值較高,發動機、總成、輪胎等價格昂貴。利用RFID技術開發配件壽命跟蹤系統軟件,對價格昂貴、附加值高、可重復利用的配件進行使用、維修、報廢等跟蹤,提高了再生資源利用水平。最后，也有利于推動EPC/RFID技術在數字礦山建設中的應用和推廣。

［1］任志宇,任沛然.物聯網與 EPC/RFIC 技術[J].森林工程，2006，22(1)66～67.

［2］Yogesh V,Joshi.Information visibility and its effect on supply chain dynamics[M[.Massachusetts：Institute of Technology,2000.

［3］Aono.EPC global簡介[EB/OL].[2007-04-22].http：//www.epcglobal.org.cn/zhishi_epc/gaishu .aspx.

［4］陶莉,方海秋.礦山物流系統中若干問題的討論[J].IM&P化工礦物與加工 ，2007，3：32－34.

［5］孫效玉,王喜富.基于數字礦山建設的煤炭物流管理技術及應用研究[J].物流技術，2008，27(6)：100～103.

［6］英萬達.EPC 系統詳細介紹[EB/OL].[2007-01-11].http：//tech.rfidworld.com.cn/2007111224211865.htm.