無人值守汽車衡在礦山企業(yè)的應用

馬 振， 滿金平， 唐海亮， 熊智兵， 蘆 海， 翁 軍

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

隨著國外的集成電子技術、智能傳感技術、網絡技術以及管理系統(tǒng)等率先的發(fā)展，企業(yè)早已將互聯(lián)網技術、信息技術與稱重計量結合，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)”并應用于實際生產中。ABB公司研發(fā)了應用于冶金工業(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，國內整體的信息化、智能化發(fā)展相對較晚，隨著國外技術的涌進與國內信息化的發(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。重慶公路科學研究所最早進行自動稱重系統(tǒng)的研究工作，研究出 SM2000 等車輛自動稱重技術，隨著國內技術不斷的積累，山西計量測試研究所與太原理工大學也聯(lián)合研發(fā)了軸計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任公司以自身發(fā)展需求為基礎，將企業(yè)物流計量由傳統(tǒng)的人工計量轉變成無人值守計量模式，提高企業(yè)物流運輸效率和管控水平[1-3]。目前，傳統(tǒng)計量方式主要以紙質單據為依據，貫穿整個物料的計量流程，無法保障數據的準確性、完整性、真實性、及時性。這種依賴于計量員人工介入的方式，不僅耗費巨大的人力、物力的投入，而且由于人工操作容易導致數據滯后、數據錯誤、人為作弊等問題的發(fā)生，給企業(yè)帶來巨大的經濟損失[4-5]。

針對礦山企業(yè)物流計量管理現(xiàn)狀，充分利用車牌識別、智能道閘、遠程對講、語音播報、視頻監(jiān)控、紅外感應等先進的智能感知技術，結合企業(yè)物流管控的業(yè)務流程，實現(xiàn)流程管控與智能設備的融合，建立數據實時交換、高速流通的無人值守汽車衡智能管控系統(tǒng)[6-8]。系統(tǒng)支持數據實時采集、共享、跨平臺傳遞及全方位的視頻監(jiān)控，提升了企業(yè)的計量效率與管理水平，實現(xiàn)無紙化、自動化、智能化計量，為MES、ERP等系統(tǒng)提供強大數據支撐，形成物流與計量的一體化管控模式[9]。

1 企業(yè)計量現(xiàn)狀

1)秤房分布較廣，管理難度大，計量人員投入較多，人員成本較大。

2)秤房每日計量車輛多，工作任務繁重，勞動強度較大。

3)秤房的自動化、信息化水平相對較低，物流效率低、數據易出錯。上下游數據流嚴重脫節(jié)，無法保證數據的一致性、真實性，同時存在大量數據人工錄入、重復錄入的情況，增加計量人員工作量。

4)計量過程需全程人員參與，人工確認車輛的派車單、計量單及相關證件，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)帶來不必要的經濟損失。

5)計量過程中主要依據人工監(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，事后難以做到進行計量過程的追蹤。

6)紙質單據的記錄、數據的保存，無法保障數據的追根溯源及數據的真實性，同時數據的共享以及為其他業(yè)務系統(tǒng)提供系統(tǒng)支撐與數據支撐也將無法實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)概述

2.1 計量業(yè)務流程設計

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

圖1 無人值守稱重業(yè)務流程

2.2 系統(tǒng)整體架構設計

系統(tǒng)架構充分考慮系統(tǒng)的擴展性、靈活性、穩(wěn)定性，采用以下5層架構的模式進行系統(tǒng)的整體設計[10-11]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體架構

2.2.1 感知層

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

感知層包括諸多先進的物流感知設備，實現(xiàn)物流作業(yè)基礎數據收集，通過車牌識別、智能道閘、手持PDA的方式采集入廠、計量、裝卸貨、出廠各節(jié)點的關鍵信息，基于現(xiàn)場設置的自動化業(yè)務流程設備提高現(xiàn)場工作效率、加速廠區(qū)車輛流轉。

2.2.2 傳輸層

傳輸層是對感知層的物流采集信息進行智能化處理和網絡傳輸的環(huán)節(jié)，其主要包括工業(yè)以太網、企業(yè)局域網、無線網絡、虛擬專用網以及各種網絡設備等。基于企業(yè)已有的網絡基礎設施，合理利用網絡、設備資源，構建完善的網絡傳輸層，保證系統(tǒng)的正常運行。

2.2.3 基礎設施層

建立企業(yè)服務器集群，圍繞以數據為中心，深度整合計算、存儲、網絡與軟件資源，為系統(tǒng)的運行提供環(huán)境支撐。

2.2.4 平臺層

本系統(tǒng)以業(yè)務組件化、組件能力化及服務化為主要設計思路，基于混合架構設計，實現(xiàn)將分散的功能資源轉化為集中的功能服務，最大限度實現(xiàn)功能復用，實現(xiàn)硬件資源的統(tǒng)一調配和管理，為上層應用提供開發(fā)、運行、監(jiān)控以及安全各方面的支撐，保障業(yè)務的有序運行。

2.2.5 應用層

基于平臺層核心業(yè)務服務組件提供的各類標準化接口，搭建無人值守稱重系統(tǒng)的應用，為企業(yè)用戶提供定制化的業(yè)務應用需求。

2.3 系統(tǒng)網絡拓撲設計

考慮到礦山企業(yè)的實際情況以及業(yè)務需求，系統(tǒng)采用建立專用網絡應用的模式。這種模式具備系統(tǒng)網絡的專用性、穩(wěn)定性強的優(yōu)勢，不會因為企業(yè)局部斷網或局部網絡不穩(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)的整體網絡拓撲如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)網絡拓撲圖

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)計量集控中心對各個分散的計量點、門崗實現(xiàn)集中一體化管控，通過各個視頻監(jiān)控與專用網絡的交互，能夠針對各計量點進行分布監(jiān)測，配合稱重系統(tǒng)協(xié)調工作，實現(xiàn)現(xiàn)場視頻、音頻及其他數據的統(tǒng)一管理。為了提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，采用遠程控制與現(xiàn)場控制相結合的方式，各計量點稱重、視頻、紅外感應等數據即可以遠程自動采集、控制，也可以現(xiàn)場人工控制、上傳數據。整體的網絡設計體現(xiàn)了模塊化設計原則，充分考慮到網絡的擴展性，當需要建立新的計量點時，可以將新的硬件設備直接掛載在相應網絡上，以滿足企業(yè)計量點擴充的需求。

2.4 系統(tǒng)功能介紹

搭建無人計量一體化管控流程，實現(xiàn)從派車到收貨全流程的閉合管理，利用先進的智能控制設備，保證各個環(huán)節(jié)的可控、可管。以下是系統(tǒng)主要功能。

2.4.1 派車計劃

當企業(yè)簽訂銷售或采購合同后，相關部門工作人員通過客商管理平臺添加合同訂單，物流公司依據訂單信息通過企業(yè)微信制定派車計劃，如車號、司機、派車時間、拉運物料等信息，并提交供銷中心進行審核，審核通過后系統(tǒng)自動完成信息的登記，數據關聯(lián)到系統(tǒng)。

派車信息作為車牌識別信息比對的基礎，若車輛信息發(fā)生變動需要在系統(tǒng)上提前進行申請修改，否則會影響車輛的正常入廠。運輸車輛的進廠嚴格按照系統(tǒng)提交的車輛信息執(zhí)行，保證物料運輸的安全性與流程執(zhí)行的嚴謹性。

2.4.2 進出廠管理

車牌識別系統(tǒng)主要利用光電技術、圖像識別算法對進出廠的車牌信息進行捕捉，將識別出來的車牌數據傳到系統(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，準確的判斷進出廠車輛信息。同時充分考慮到礦山企業(yè)環(huán)境的惡劣性，車牌識別、道閘設備存在較高故障的風險，為了保證企業(yè)物流的正常運行，支持線上人工確認進行入廠車輛信息，保證業(yè)務流程的完整性。

2.4.3 無人計量管理

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用，實現(xiàn)車輛無人值守過磅的管理模式，減少人員的參與、干預。同時通過軟件、硬件相結合的手段防止運輸車輛的作弊行為，保證數據的真實性、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，結合設置好的誤差范圍，系統(tǒng)自動提供預警、報警提示功能，防止司機作弊行為的發(fā)生。

流程環(huán)節(jié)控制：自動記錄車輛的一次計量、二次計量的詳細信息，車輛若沒有按照流程完成相應的計量環(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的業(yè)務直接出廠。

紅外監(jiān)控管理：基于紅外對射裝置，設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)。車輛進入稱重區(qū)域后，視頻監(jiān)控攝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據，自動判斷數據是否穩(wěn)定，防止人為因素的干預。

2.4.4 取制樣管理

為了打通物流與取制樣之間的數據孤島，取樣業(yè)務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的樣品試管上，以便業(yè)務員進行檢化驗數據的掃碼錄入。通過車牌號能夠實現(xiàn)計量數據、檢化驗數據的關聯(lián)，方便企業(yè)進行數據的查詢、核對。

2.4.5 裝卸貨管理

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

2.4.6 收貨確認

基于計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取系統(tǒng)計量數據，業(yè)務員與磅單上的數據核對進行收貨信息的確認，從而保證整個物流環(huán)節(jié)的安全性、完整性。

3 經濟效益分析

無人值守汽車衡稱重系統(tǒng)以無人化、智能化為基本原則，應用于礦山企業(yè)取得了很好的應用效果。車牌識別、智能道閘的應用，減少了人員的投入，節(jié)約了企業(yè)人力成本；視頻監(jiān)控、紅外感應等技術的使用，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)務管理水平。基于全流程的嚴格把控，進行關鍵環(huán)節(jié)的監(jiān)控，打通各個環(huán)節(jié)、各個設備、各個系統(tǒng)的數據流，以便企業(yè)在流程上、數據上、管理上進行物流運輸的管控，提高企業(yè)物流運輸效率、計量效率。結合礦山企業(yè)的業(yè)務特征，合理應用無人值守汽車衡系統(tǒng)，減少了企業(yè)在人力、物力、財力方面的投入，實現(xiàn)了企業(yè)高收益、低能耗的需求。經濟效益分析見表1。

表1 經濟效益分析

3.1 直接經濟效益分析

基于無人值守稱重系統(tǒng)的應用效果進行直接經濟效益分析，主要從運營成本、人力投入、稱重效益與業(yè)務管控4個方面闡述。

1)運營成本：系統(tǒng)的應用極大程度地減少了企業(yè)物流運營成本的投入，提高了企業(yè)物流運輸效率、計量效率。據統(tǒng)計，系統(tǒng)正式上線使用后，實現(xiàn)企業(yè)每年產量運輸差額降低5%，公司整體物流、計量運營成本降低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%，同時搭建遠程集控中心，無需要現(xiàn)場安排值守人員，真正實現(xiàn)了減員增效、遠程管控、無人值守。

3)稱重效益：智能硬件設備的應用提高了門崗過車效率與稱重計量效率。門崗過車時間由5 min減少至1 min，稱重時間由4 min降低至1 min；報表統(tǒng)計時間也由5 d/月縮短至8 h/月；實現(xiàn)了企業(yè)整體稱重管理費降低了25%，稱重業(yè)務員的勞動生產率也相應提高了一倍。

4)業(yè)務管控：在系統(tǒng)建設前，企業(yè)沒有有效的管控手段、管控流程進行計量流程的管理。系統(tǒng)建設后，打通企業(yè)物流管控與無人計量的流程，將企業(yè)業(yè)務流程梳理優(yōu)化為銷售計量、采購計量流程，更加貼合企業(yè)實際應用的需求。增加18余項防作弊控制點，充分保證流程的安全性和數據的可靠性，企業(yè)的計量管控能力整體提升了70%。

3.2 間接經濟效益分析

無人值守汽車衡的應用為企業(yè)打通物流數據、檢化驗數據、計量數據間的孤島，實現(xiàn)了企業(yè)以流程管控、數據驅動的管控模式，保證企業(yè)物流作業(yè)各個環(huán)節(jié)的高效性與有序性，也確保了計量數據的真實性和可靠性，有利于企業(yè)進行物流運輸車輛的管理，提升企業(yè)的核心競爭力。

4 結論

無人值守汽車衡相對于傳統(tǒng)的人工過磅物流模式，節(jié)省了車輛進出廠時間、稱重時間、裝卸貨時間，提高了企業(yè)的物流運輸及計量效率。通過車牌識別、智能道閘、視頻監(jiān)控等智能硬件的應用，減少了企業(yè)人員投入，提高了企業(yè)物流計量管控能力，避免計量過程的作弊行為，實現(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)的經濟效益。

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