基于物聯網的礦山智能倉儲快遞服務系統設計與應用

吳勁松

(內蒙古智能煤炭有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017000)

我國以煤炭為主體的能源結構形式，將在相當長的一段時間內繼續保持。但是目前煤炭企業面臨人力資源短缺、運營成本高、本質安全礦井建設不完善等問題[1-2]。基于煤礦企業面臨的現狀，結合飛速發展互聯網技術，建設以礦山智能倉儲物流系統為代表的智慧礦山勢在必行[3-4]。丁叢師等[5]通過將Web Service技術與ERP系統進行無縫對接，設計了一種基于物聯網的煤礦倉儲管理系統，有效提高了煤礦倉儲管理水平。王小濱等[6]研究了基于物聯網的煤炭企業物資超市管理系統。隨后，有關學者[7-10]從簡化物料配送流程，提高工時效率的角度出發，研究了智能化倉儲系統的構建與應用。因此，充分利用互聯網與物聯網技術，建立高效、便捷的智能倉儲管理系統將是提高煤炭企業管理水平和核心競爭力的關鍵。

本文以麻地梁煤礦智慧礦山建設為工程背景，介紹了傳統礦井倉儲管理系統在存在的問題，結合RFID技術、傳感技術和物聯網技術，提出了一種基于物聯網的礦山智能倉儲快遞服務系統，并進行現場應用，該系統提高了礦井倉儲管理水平，降低了生產成本，為新型礦井倉儲管理系統的設計與應用提供參考。

1 傳統礦井倉儲系統概況

礦井生產系統多，過程復雜，安全要求程度高，其倉儲是否充足，供應是否及時，成為礦井安全生產的主要影響因素。為保證礦井正常運行，煤礦物資倉儲需要隨時向井下生產單位提供各類配件和材料，各生產單位配備專門人員成立物料配送隊，負責本單位所需物料的申請、驗收與配送，形成各自的物料配送物流圈。另外，倉庫管理人員一般采用人工手動的方式對貨物進行入庫、出庫和盤庫操作，主要過程為人工錄入、人工存放、人工查找、人工清點與人工更新[5]。 然而，傳統礦井倉儲系統在實際運用過程中存在諸多問題，嚴重影響了礦井安全、高效生產。

1) 物料種類復雜，易于混亂。礦井生產系統分為地面生產系統和井下生產系統，其中，井下生產系統主要包括運輸、通風、排水、提升、供電等子系統。各系統在安全運行過程中，需要大量零件、材料及設備，導致倉儲物料種類復雜，易于混亂，給物料配送帶來困難。

2) 操作人員多，出錯率高。礦井倉儲物資的種類多、數量大，則必然需要大量的操作人員進行管理，人工手動式的管理方式，不僅增加了操作人員的工作強度，而且物料錯發、誤發的幾率大大增加，影響了礦井正常物料供應。

3) 運輸能力差異性大，工作效率低。礦井各生產單位配備的運輸人員較多，但物料的申請、驗收過程復雜，等待時間長，降低了工時效率。同時，由于各單位運輸能力不同，經常造成急件不能及時配送到位的現象。

4) 庫存更新慢，反饋不及時。礦井庫存過多與過少均會對礦井安全、高效生產帶來影響，其中，庫存過多，造成資源浪費、成本消耗；庫存過少，導致供應緊張、影響生產[5]。人工統計的方法更新庫存，時間長、效率低，不能有效保證物料的可持續供應。

針對傳統礦井倉儲系統存在的不足，除了采取完善制度與機制、強化過程管控等措施外，亟需提高礦井倉儲系統的智能化水平，實現智能化減人的目標，降低運營成本、提高物流效率。

2 礦山智能倉儲快遞服務系統實現

2.1 系統概述

礦山智能倉儲快遞服務系統采用RFID標簽、GPS、傳感器等設備，結合工業現場設備，通過聯網處理的方式，結合RFID技術、傳感技術和物聯網技術對運輸設備、貨物的數據采集和射頻跟蹤，對倉庫貨物的屬性進行標簽記錄，通過讀取數據傳輸到各個執行原件，完成倉儲物料的各流程對應操作。在RFID標簽當中，所存儲的信息具有互用性和規范性，能夠在無線通訊網絡支持下，將所有信息自動歸納至中央管理平臺當中，智能化識別物品，并利用計算機網絡的開放性特征進行信息的共享和互換，以此透明化管理物品。

2.2 系統組成

基于物聯網技術的礦山智能倉儲快遞服務系統，主要受中央管理平臺控制，中央管理平臺包括貨物領取管理模塊、基礎數據管理模塊、貨物標簽管理模塊、標簽掃描管理模塊、車間終端裝置管理模塊、入庫管理模塊、出庫管理模塊以及物流跟蹤管理模塊，如圖1所示。

圖1 礦山智能倉儲快遞服務系統組成

Fig.1 Composition of mine intelligent storage express service system

2.3 功能設計

1) 物料基本信息功能。RIFD電子標簽識別器與中央處理器連接，通過手持無線射頻識別設備對揀貨下架(揀貨上架)貨物預先設置的RIFD電子標簽進行掃描出庫(入庫)，生成出庫單(入庫單)，并及時更新庫存信息。

2) 終端手持機功能。中央處理器通過無線連接的方式與貨物領用申請請求終端手持機、基礎信息錄入終端手持機相連接，貨物領用申請請求終端手持機上設置有申請輸入鍵盤和貨物領用申請顯示器；基礎信息錄入終端手持機上設置有貨物種類規格信息輸入鍵盤以及基礎信息錄入顯示器。

3) 自動揀貨功能。中央處理器與智能無線AGV小車通過無線連接，智能無線AGV小車根據貨物基礎信息錄入終端手持機提前錄入的貨物存儲位置信息，實現物料自動揀貨下架和自動揀貨上架。

4) 快遞功能。根據貨物領用申請請求，由帶有GPS定位裝置的專門運送車輛將物料配送至指定地點，并通過GPS定位實時監控貨物運送情況，貨物運送至目的地后完成配送服務。

5) 更新庫存功能。當庫存充足時，庫房人員將中央處理器形成的提貨單指令返回至中央處理器，根據中央處理器指令完成物料快遞服務；當庫存緊缺時，領用部門將材料需求計劃發送至采購部門，采購部門根據材料需求計劃采購貨物，采購到貨后根據物料基本信息功能完成入庫，更新庫存信息。

2.4 系統運行過程

基于物聯網技術的礦山智能倉儲快遞服務系統的智能倉儲快遞服務方法，其方法如下：領用部門使用貨物領用申請請求終端手持機發出領料請求，并填寫配送需求，貨物領用申請請求終端手持機的領料請求信息發送至中央處理器，由中央處理器將領料請求信息歸納至中央聯網計算機。

當庫存充足時，庫房人員參照中央聯網計算機中存儲的領料請求信息生成提貨單，并將提貨單指令返回至中央處理器，由中央處理器將指令發送給智能無線AGV小車，智能無線AGV小車根據貨物基礎信息錄入終端手持機提前錄入的貨物存儲位置信息自動揀貨下架，并將需要的貨物運行至指定位置，通過手持無線射頻識別設備對揀貨下架后的貨物預先設置的RIFD電子標簽進行掃描出庫，成出庫單并存儲出庫單信息，當需要配送時，生成配送單，由帶有GPS定位裝置的運送車輛配送至指定地點，并通過GPS定位實時監控貨物運送情況，貨物運送至目的地后完成配送服務，在生成出庫單之后，不需要配送作業時， 由領用部門的領用人員自行領取。

當庫存緊缺時，領用部門參照中央聯網計算機中存儲的領料請求信息提交物料需求計劃，并將物料需求計劃發送至采購部門，采購部門根據物料需求計劃采購貨物，采購到貨后在貨物包裝體上粘貼RIFD電子標簽，庫房人員通過手持無線射頻識別設備對粘貼的RIFD電子標簽進行掃描入庫，并通過貨物基礎信息錄入終端手持機將掃描后的信息錄入中央處理器，由中央處理器將指令發送指令給智能無線AGV小車，智能無線AGV小車將貨物運送至庫房空缺位置，完成自動揀貨上架，再按照上述方法完成出庫配送服務。

圖2 礦山智能倉儲快遞服務系統運行過程

Fig.2 Operation process of mine intelligent storage express service system

3 現場應用

基于物聯網的礦山智能倉儲快遞服務系統在內蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤礦實施已來，在解放人力資源、提高物料周轉效率、降低生產成本、保證生產安全方面發揮了重要的作用，表現在以下兩個方面。

1) 礦山智能倉儲快遞服務系統的應用，取消礦井各單位二級庫房，實行物料集中管理，實現了網上立庫、網上下單、“一卡式”服務；取消了各生產單位下料隊，成立專業化的物料配送隊伍，建立井下物料配送2小時物流圈；減少了物資倉儲管理過程中錯發、誤發事故的發生，實現了礦井安全、高效生產的本質安全。

2) 與礦山智能倉儲快遞服務系統設計應用前相比，麻地梁煤礦的各類成本均出現下降。其中，庫存成本減低了約60%，物料管理用工減少了約30%，為礦山進一步實現智慧礦山的發展目標奠定堅實的基礎。

4 結 論

1) 礦山智能倉儲快遞服務系統利用工業現場設備，結合RFID技術、傳感技術和物聯網對運輸設備、貨物的數據采集和射頻跟蹤，對倉庫貨物的屬性進行標簽記錄，通過讀取數據傳輸到各個執行原件，完成倉儲物料的各流程自動操作，為企業的生產提供了可靠的物資供應和保證。

2) 礦山智能倉儲快遞服務系統現場應用結果表明，該新型倉儲管理系統有效提高了物資配送效率，減少了庫存物資積壓，基本實現了礦井“零庫存”管理理念，另外，各類成本均出現下降，其中，庫存成本減低了約60%，物料管理用工減少了約30%，具有顯著的經濟效益，為礦井進一步實現智慧礦山的發展目標奠定堅實的基礎。