基于流程再造的煤炭智能裝車系統的研究與設計?

譚章祿 韓 茜

(中國礦業大學(北京),北京市海淀區,100083)

★煤炭科技·機電與信息化★

基于流程再造的煤炭智能裝車系統的研究與設計?

譚章祿 韓 茜

(中國礦業大學(北京),北京市海淀區,100083)

針對煤炭在公路運輸裝車過程中存在的偷煤和換煤現象,以兗州煤業股份有限公司為研究背景,引入流程再造理論對裝車流程進行優化,在此基礎上構建了煤炭智能裝車系統,介紹了該系統的流程以及系統的軟件和硬件設計。該系統的應用能夠根本改善煤炭裝車過程中偷煤、換煤和環境污染現狀,提高裝載效率和稱重精度,進而降低企業生產成本。

煤炭企業 流程再造 智能裝車系統 煤炭運輸

目前,我國煤炭運輸方式包括公路運輸、鐵路運輸和水路運輸,其中公路運輸發揮著不可替代的作用,煤炭運往鐵路運銷基地或者中轉港口往往需要中、短距離的公路運輸。因此,解決煤炭公路運銷過程中出現的偷煤換煤問題,能夠有效降低煤炭企業的經濟損失。煤炭公路運輸包括裝車、運輸和卸車3個環節,而大多數學者主要研究運輸和卸車環節的防控體系,鮮有學者對裝車環節的問題進行研究的學者較少。如何保障裝車過程的安全、高效顯然成為煤炭企業亟需解決的重要問題。

煤炭裝車的一般流程為:車輛駛入煤場—登記車輛信息—空車稱重—裝煤—重車稱重—駛出煤場。本文將根據這一流程對煤炭裝車過程中存在的問題進行分析,并提出相應的改善措施。

1 煤炭裝車過程中存在的問題分析

1.1 偷煤、換煤現象嚴重

煤炭裝車過程中偷煤、換煤現象嚴重,手段花樣百出。如通過更換車牌拉不同煤質的煤炭,獲取重量上的差額;司磅員與拉煤司機在稱重時合伙舞弊;不完全上稱、車未停穩上稱或者多輛車同時上稱以達到增加車皮重的目的;稱皮重時人為添加重物,然后丟棄重物以達到偷煤的目的等等。

1.2 裝載效率低

一般情況下,1輛拉煤車需要2輛裝載機同時作業,這對裝載機的數量和效率提出較高的要求。雖然裝滿車的時間一般維持在3 min左右,但是有時會出現一些突發情況,如裝載機無油或加油狀態、裝載機故障無法行駛且無替代車輛、裝載機處于維護保養狀態等,這都使得傳統裝載機裝煤的綜合效率較為低下。

1.3 裝載成本高

傳統礦用裝載機大多是柴油動力,屬于高耗能設備,能源消耗強度大,這無形中增加了煤炭企業的作業成本。此外,還需給裝載車配備一定數量的司機,增加了人力成本,而且裝載機需要定期保養和維護,增加了企業維修和管理費用。

1.4 裝載誤差大

裝載機司機根據經驗判斷每鏟斗鏟煤的重量,從而控制裝車次數,這種裝煤方式存在一定的人為誤差。雖然煤炭企業允許這種誤差的存在,但同時也明確了誤差范圍:4軸車裝煤重量不超過標噸6 t,6軸車裝煤重量不超過標噸8 t。然而,超過誤差范圍和未達到標噸的現象時常出現,這就需要對這些拉煤車進行卸煤或補煤作業,無疑增加了裝載機司機、司磅員和監磅員的工作量,進而影響煤場秩序。

1.5 環境污染嚴重

開放式裝車導致裝煤過程中產生大量煤塵,而且裝載機自身也要排放大量污染性尾氣,不僅造成環境污染,也對現場工作人員的健康造成一定影響。在當前霧霾現象嚴重和全民對大氣污染關注的背景下,國家對尾氣污染排放的標準也將越來越嚴格。

1.6 稱重精度低

公路運輸中煤炭計量是通過空車稱重和裝煤后重車稱重計算兩者的差值獲取,這種計量方式需要兩次稱重。雖然任何一種稱重方式都存在一定的誤差,但是兩次稱重求差值會使得誤差累加,從而造成稱重精度下降。

2 流程再造

流程再造是以客戶為中心,以流程管理為核心,對流程進行系統化改造或者全新設計。系統化改造就是在現有流程的基礎上通過減少流程步驟、消除流程瓶頸、提高活動效率等步驟對流程進行改造。全新設計就是以流程要取得的結果為目的,設計新的流程。

流程再造的基本思路是現狀調研、流程分析和流程重建。現狀調研是深入了解改造對象的業務流程現狀和組織結構;流程分析是采取系統化改造法或者全新設計法對現有流程的每個環節進行分析,并對流程存在的問題提出改進方案;流程重建是在流程分析的基礎上建立優化后的流程。本文以兗州煤業股份有限公司為研究對象,對該公司的裝車環節進行流程再造。

2.1 現狀調研

通過調研,兗州煤業股份有限公司的運輸方式包括鐵路運輸、公路運輸和水路運輸。由于煤場和鐵路運銷基地或中轉港口分隔兩地,鐵路運輸和水路運輸需要中、短距離的公路運輸,因此煤場裝車環節對任何一種運輸方式而言都是極其重要的。兗州煤業股份有限公司現有的裝車環節流程如圖1所示。

圖1 現有裝車環節流程圖

車輛駛入煤場后,使用RFID技術識別車輛,登記電子車牌信息;過地衡,由司磅員和監磅員負責稱空車重,拉煤司機領取具有車牌號和車皮重等信息的裝車單;駛入裝煤區域,有兩輛裝載車同時裝煤;裝完煤后過地衡,司磅員和監磅員負責二次稱重,拉煤司機領取運銷業務單,駛出煤場,前往運銷目的地。

2.2 流程分析

由于兗州煤業股份有限公司正處于快速發展時期,內外環境基本穩定,因此采用系統化改造法進行流程分析。

(1)減少流程步驟。兗州煤業股份有限公司原有的計量流程需要稱空車重,裝完煤后再次稱重,這種稱重模式不僅繁瑣,還會為舞弊者提供可乘之機,可以采取一次稱重的計量方式以簡化流程。

(2)消除流程瓶頸。正如同“木桶原理”中那塊最短的板決定了桶的最大容量,流程中的瓶頸決定了流程效率的上限。清除流程瓶頸就要找到流程中的短板,如多余的檢查環節等,然后對流程中的短板進行分析,并提出相應的優化方案。對于裝車流程,稱量車皮重后才能夠領取裝車單,這一環節為偷煤換煤行為提供條件。可以通過系統之間的數據共享,從而實現識別電子車牌信息后直接獲取煤種和皮重等裝車信息

(3)提高活動效率。流程是由一系列活動組成,提高每個活動的效率有利于提高流程的整體效率。在整個裝車環節,拉煤司機需要到固定地點領取兩次單據,費時費力而且容易造成交通堵塞。針對這一問題,可以改為拉煤司機出入煤場時領取,由系統管理人員遠程控制打印,這樣將大大提高領取單據的效率。

2.3 流程重建

通過上述方法對流程進行優化,得到改造后的裝車環節流程如圖2所示。裝煤汽車駛入煤場,登記電子車牌信息后自動獲取裝車單;為了避免二次稱重,將稱好重量的煤智能裝入車中;裝車完成后自動獲取運銷業務單據,汽車駛出煤場。

圖2 改造后裝車環節流程圖

對比圖1和圖2,改造后的流程只需要門衛和系統管理人員2個人進行控制,取代了現有的7個工作人員的局面,大大降低了人力成本;同時,智能裝車也使得流程得到了簡化和優化,進而提高了流程的整體效率。

3 煤炭智能裝車系統的構建

在流程再造的基礎上,針對煤炭裝車過程中存在的問題,本文提出構建煤炭智能裝車系統,提高裝載效率以降低裝載成本,減少偷煤換煤現象,同時也為煤場工作人員提供了一個無塵的工作環境。

3.1 煤炭智能裝車系統流程設計

煤炭智能裝車系統由硬件系統和軟件系統組成,硬件系統包括車輛自動檢測系統、稱重系統、除塵裝置、在線煤質檢測系統和視頻監測控制系統;軟件系統包括智能控制系統和稱重管理系統。該智能系統的裝車流程如圖3所示。

由圖3可以看出,裝煤汽車刷卡進門后,在入口處通過車輛自動檢測系統檢測提前登記的電子車牌信息,識別后由遠程控制系統自動打印裝車單;拉煤司機獲取裝車單后駛入裝煤場地,使用稱重計量系統進行裝車,一次性裝載完成,在裝載過程中實時檢測煤質,并將相關信息寫入RFID電子標簽中,信息通過網絡實時傳輸至遠程控制系統;裝煤汽車行駛至出口處,通過車輛自動檢測系統檢測,獲取運銷業務單據后駛出煤場。

3.2 煤炭智能裝車系統功能設計

3.2.1 硬件系統設計

(1)車輛自動檢測系統。車輛自動檢測系統采用RFID識別技術,車輛駛入和駛出煤場,需要進行兩次車輛檢測。駛入時根據讀出的電子車牌信息自動生成裝車信息形成裝車單,并自動打印;駛出時根據讀出的電子車牌信息自動生成運銷信息形成運銷業務單,并自動打印。

(2)稱重系統。稱重系統由稱重傳感器、緩沖倉和定量倉等組成。其中,緩沖倉和定量倉都采用圓柱－圓錐形設計,其結構穩定且煤炭流動性好,而且能夠有效避免自燃事故的發生。

圖3 系統裝車流程圖

(3)除塵裝置。除塵裝置是對稱重系統的緩沖倉、定量倉和溜槽之間采用防塵布和阻燃尼龍橡膠連接,實現全封閉式防塵。

(4)在線煤質檢測系統。在線煤質檢測系統可以采用多通道激光發射的高能光譜照射煤炭產品,使之發出特征性光譜,并通過對該光譜信號的攝取記錄及分析,實現對定量裝車過程中的煤質進行實時在線檢測。

(5)視頻監測控制系統。視頻監測控制系統用于監控煤場現場,有助于系統管理人員及時掌握裝車情況,并進行遠程控制。

3.2.2 軟件系統設計

(1)稱重管理系統。稱重管理系統是對稱重系統各個部件進行管理控制,具有閘門控制模塊、稱重計量模塊和卸煤控制等模塊。不同的拉煤車需要裝載的煤炭重量以及煤種不同,該系統能夠實現遠程控制不同的儲煤倉閘門開關和控制卸煤裝置等功能。

(2)智能控制系統。智能控制系統由PCL控制系統和視頻監控管理系統組成,對車輛自動檢測系統、在線煤質檢測系統和視頻監測控制系統等硬件進行系統管理,并對稱重管理系統進行有效集成,以實現識別車輛信息后自動打印單據、實時監測煤質檢測數據和煤場運轉情況以及智能裝車等功能。

4 效益分析

4.1 社會效益

煤炭智能裝車系統采用定量裝車,根除了稱重過程中偷煤、換煤的現象,并提高了稱重精度。煤炭智能裝車系統采用無塵裝置,不僅員工工作環境得到改善,而且不會給周邊環境帶來污染,履行了煤炭企業的社會責任,進而提高了煤炭企業的社會形象。煤炭智能裝車系統的全面實施能夠有效提升煤炭裝載效率,提高煤場的管理水平。

4.2 經濟效益

應用煤炭智能裝車系統能夠大大減少裝煤過程中的偷煤換煤可能性,減少煤炭企業的經濟損失。借助于煤炭智能裝車系統,整個煤場只需要一個系統管理人員,大大降低了人力資源成本。若按兗州煤業股份有限公司每年煤炭銷售量為3000萬t、地銷占比約為60%以及平均每車裝運煤炭30 t計算,那么地銷的發運量為60萬車/a。按照我國煤炭裝車環節竊換1～3 t/車和煤炭價格為450元/t計算,兗州煤業股份有限公司借助于煤炭智能裝車系統每年能夠減少2.7億元的損失,經濟效益顯著。

[1] 趙新平.選煤廠裝車自動平煤裝置的研究與應用[J].中國煤炭,2013(12)

[2] 司金虎,謝新兵.環保型煤炭戰略裝車基地的推廣應用[J].中國煤炭,2010(12)

[3] 閆艷.智能汽車裝車技術研究[J].工礦自動化, 2015(3)

[4] 楊麗.煤礦汽運智能定量裝車系統[J].煤炭工程, 2012(6)

[5] 譚章祿,韓茜,任超.面向智慧礦山的綜合調度指揮集成平臺的設計與應用研究[J].中國煤炭, 2014(9)

[6] 郭欣,寧建民.全自動智能調度與裝車系統的開發[J].工礦自動化,2012(9)

Research and design of intelligent coal-loading system with process reengineering

Tan Zhanglu,Han Qian
(China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

Aiming at the serious problem that coal was stolen or changed during loading and transportation by road,the paper takes Yanzhou Coal Mining Company Limited as the research object to optimize the loading process with the business process reengineering.On this basis,the intelligent loading system is established,and the process of this system and the designation of the related hardware and software are introduced.The application of this system can solve the problem of stealing or changing coal;reduce the pollution;improve the coal loading efficiency and the weighing accuracy and thus reduce the production cost.

coal mining enterprise,process reengineering,intelligent loading system,coal transport

TD－918

A

譚章祿(1962－),男,江西贛縣人,教授、博士生導師,工程管理博士點首席學科帶頭人,研究方向為管理信息系統、人力資源管理和企業信息化等。

(責任編輯 路 強)

國家自然科學基金資助項目(61471362),中央高校基本科研業務費資助項目(2011YG02)