板坯庫智慧物流管理探析與展望

李會朝，楊愛華，郭海光，鄧書明

（河鋼集團邯寶公司熱軋廠，河北 邯鄲 056015）

1 引言

智慧物流是利用信息、網(wǎng)絡、通訊技術，使物流系統(tǒng)智能化。智慧物流管理系統(tǒng)能夠模仿人在物流運行過程中獲取信息從而分析信息做出決策，使商品從源頭開始被實施跟蹤與管理，實現(xiàn)信息流快于實物流。板坯庫作為熱軋板材生產(chǎn)過程中儲存板坯的作業(yè)單元，是軋鋼廠和煉鋼廠的緩沖地帶，在熱連軋鋼鐵生產(chǎn)物流中，其作用至關重要。如果板坯庫物流不暢，不但影響軋鋼和煉鋼廠的生產(chǎn)運行，對企業(yè)煉鐵、燒結、焦化物流體系也會造成影響[1]。眾所周知，鋼鐵物流是以“鋼鐵”為載體，以“物流”為運作，以“信息”為核心，集鋼材貿易、電子商務、三方物流為一體，資金流、信息流、物流相互促進、相互融合，涵蓋冶金行業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代物流三大行業(yè)的交叉行業(yè)。面對經(jīng)濟新常態(tài)、為了進一步獲得盈利空間，壓減運營成本，更多的鋼鐵企業(yè)管理者把精益管理的目光轉向了物流環(huán)節(jié)。精益物流管理是鋼鐵企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)過程、提升競爭力的重要手段，也是鋼鐵企業(yè)適應經(jīng)濟發(fā)展模式變化、實現(xiàn)綠色發(fā)展的必然選擇。

2 現(xiàn)狀與不足

2.1 板坯庫概況

某2250產(chǎn)線，年設計產(chǎn)能480萬t、日產(chǎn)15 000t。產(chǎn)品涵蓋汽車板、家電板、耐候鋼、低合金高強鋼等板材產(chǎn)品，原料為板坯，尺寸規(guī)格為厚度230mm-250mm，長度 5 500mm-11 000mm，寬度 1 100-2 150mm，最大板坯重量40t。該產(chǎn)線配置有一個板坯庫，總建筑面積為4.32萬m2。分三個跨，單跨跨距40m，長度360m。庫內設置有301個跺位，可容納冷熱板坯10萬t。板坯庫設置有四條輥道，其中兩條為煉鋼廠生產(chǎn)板坯下線專用，另外兩條既用于煉鋼生產(chǎn)板坯下線，也用于熱軋生產(chǎn)所需板坯上料。配置有8部94t天車，一部94t龍門吊車，其作用是把上料板坯從兩塊疊放狀態(tài)分置成單塊[2]，該產(chǎn)線板坯庫布局如圖1所示。

圖1 某2250熱軋產(chǎn)線板坯庫布局圖

板坯庫作業(yè)人員采用24h不間斷作業(yè)，每班配置有8名職工，共計32人。板坯庫日常物流業(yè)務內容包括五部分：（1）煉鋼生產(chǎn)出來的板坯接收、入庫、儲存；（2）熱軋生產(chǎn)所需原料板坯核對、上料；（3）外購和外賣板坯的出庫和入庫；（4）軋線由于事故、軋甩等原因造成的退庫板坯接收入庫；（5）日常庫內板坯移動、倒跺、翻坯以及板坯質量處理等。

2.2 問題與不足

（1）物流信息沒有跟蹤，依靠人力識別。板坯生產(chǎn)出來，離開輥道后沒有信息跟蹤，板坯身份信息由操作人員通過目測方式識別、記錄到記錄本上，集中用電腦手動輸入系統(tǒng)，建立生產(chǎn)實績臺賬。生產(chǎn)訂單通過系統(tǒng)傳到板坯庫電腦后，操作工打印出上料清單，持清單到板坯庫內核對板坯，然后用便攜式對講機喊話，通知天車工，天車工在駕駛室通過目測識別垛位和板坯，進行上料。

（2）物流信息管理不能統(tǒng)籌安排。煉鋼生產(chǎn)板坯入庫后放置的位置、上料過程中的倒垛策略、上料計劃的提前準備等準備工作，均由當值操作工依據(jù)個人經(jīng)驗決斷，沒有可存儲優(yōu)化積累經(jīng)驗的媒介，不能做到有效循序漸進積累和優(yōu)化。

（3）庫內物流移動信息不可追溯。由于庫內板坯、天車等物流要素移動均依靠操作工人力識別、記錄、維護，因此以上要素的實際移動軌跡沒有有效記錄，一旦出現(xiàn)混料、板坯找不到實物、職工責任心不強或不做記錄，則物流信息無法追溯。

（4）物流信息準確率低。庫內板坯識別和移動節(jié)點建立全部依靠人力完成，在此過程中，一旦發(fā)生識別、輸入等操作錯誤，無法有效監(jiān)管，在此機制下，為了避免上料錯誤，只能安排不同人員多次重復核對板坯信息，增加了人力資源配置。

（5）天車吊運作業(yè)時需要地面人員指揮，不僅存在安全隱患，而且會降低板坯搬運的效率，定位精度較低，操作出錯率較高，出現(xiàn)查找?guī)靺^(qū)板坯困難，生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)不能與庫區(qū)板坯信息數(shù)據(jù)完全同步等問題[3]。

3 板坯庫智慧物流概述

板坯庫智慧物流系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術，通過自主集成實現(xiàn)物流管控信息、儲運信息、生產(chǎn)調度信息互聯(lián)互通，在物聯(lián)網(wǎng)思想下，通過運用大數(shù)據(jù)分析、運籌學、信息通訊等技術提高整條物流供應鏈物流績效，改變原來各自分治、沒有協(xié)同、同一單元信息閉塞的落后管理模式[4]，板坯庫智慧物流管理系統(tǒng)共分三層。

（1）計劃層。通過分析相應倉庫的作業(yè)類型及物料作用，有計劃的制定物料的倉儲位置以及分配最優(yōu)天車進行作業(yè)，并進行庫區(qū)所有板坯自動定位及板坯信息跟蹤。（2）任務層。依據(jù)作業(yè)計劃，對板坯邏輯地址向物理地址轉換，將天車復雜的動作分解成容易執(zhí)行的單個動作，并具體解決多部天車的避讓、防撞控制。（3）執(zhí)行層。具體執(zhí)行天車的單個動作，通過天車主鉤微擺動控制、加減速控制等實現(xiàn)大車、小車位置精確控制；夾具高度控制，實現(xiàn)無人駕駛。

在板坯庫智慧物流系統(tǒng)管理下，能夠實現(xiàn)板坯信息的自動識別、跟蹤及定位；天車實現(xiàn)無人駕駛（為節(jié)省投資，可以根據(jù)庫區(qū)天車實際作業(yè)效率，將部分天車具備無人駕駛功能，其它天車采用人工駕駛模式），天車作業(yè)標準、安全、高效，降低人力資源成本；規(guī)范庫區(qū)管理，實現(xiàn)庫存物品的數(shù)量、放置位置準確管理，將高效成熟的管理策略不斷在現(xiàn)場管理實踐中沉淀、積累，最終實現(xiàn)通過管理創(chuàng)效增益。板坯庫智慧物流管理系統(tǒng)的架構設計如圖2所示。

圖2 板坯庫智慧物流管理架構

4 智慧物流管理組成

4.1 設置覆蓋庫區(qū)的無線網(wǎng)絡

無線網(wǎng)庫內全覆蓋，保證天車PLC與L2級之間、天車PLC與地面PLC之間、L2級與便攜式手持終端之間通訊暢通。天車PLC與L2級之間、天車PLC與地面PLC之間通訊采用5G無線網(wǎng)絡通訊。L2級與便攜式手持終端之間采用5G無線網(wǎng)絡通訊。視頻傳輸采用單獨的無線網(wǎng)絡與工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)連接[5]。

4.2 物流跟蹤模塊

板坯物流跟蹤模塊依托工業(yè)以太網(wǎng)接收一級板坯微跟蹤信息，結合與物流管理有關的設備狀態(tài)信息，對待入庫作業(yè)、倒庫作業(yè)、待出庫作業(yè)在執(zhí)行時的數(shù)據(jù)進行追蹤并反饋到庫管控制大數(shù)據(jù)處理電腦，為庫區(qū)物流管理提供全流程、可視化、可靠的實時數(shù)據(jù)。庫管人員通過顯示器可以實時監(jiān)視天車的運行狀態(tài)、設備狀態(tài)、通訊狀態(tài)、庫區(qū)分布狀態(tài)、板坯信息、運輸車輛信息等，同時允許操作工對工作中的天車進行手動工單下達、天車暫停、設備故障恢復等手動干預。全流程可視化物流跟蹤是操作人員與天車無人化之間的橋梁，符合人對天車工作的傳統(tǒng)認知。

4.3 天車定位模塊

天車是板坯庫物流轉移、移動的主要設備，為了實現(xiàn)庫內物流的高效管理，必須對天車行動軌跡全程記錄。為此需要建立通訊接口，包括與煉鋼二級、MES三級、加熱爐一級、天車終端、現(xiàn)場輥道PLC、小卷揚PLC等的通訊接口。在天車運行軌跡中增加X軸定位，采用編碼電纜技術；增加Y軸定位，采用激光測距傳感器，用于檢測小車位置；增加Z軸定位，采用絕對值編碼器，用于檢測夾鉗高度位置；增加稱重傳感器用于檢測起吊板坯重量；增加天車擺角傳感器、控制器，用于控制板坯夾鉗的擺角；增加天車間防撞傳感器，采用激光測距，同步增設主鉤凸輪開關，主鉤重錘開關，大車減速、停止位傳感器，小車減速、停止位傳感器，艙門開關傳感器，實現(xiàn)板坯自煉鋼切斷后，有跟蹤入庫。庫內板坯下線后，在庫內移動、存儲有信息，實現(xiàn)移動信息可追溯，板坯裝鋼前信息可追蹤[6]。為了便于生產(chǎn)組織，天車需要配置三種運行模式：

（1）自動模式。天車的運行方式選擇為自動方式，天車執(zhí)行無人作業(yè)，保證兩個主鉤同步控制。（2）遙控模式。打開遙控操作開關時，天車切換成遙控運行模式，遙控按鈕操作有效。（3）手動模式。天車工進入天車駕駛室，選擇手動操作模式后，天車按照天車工的操作模式運行。遙控操作和手動操作模式下，摘掉夾鉗，天車兩個主鉤可以分別控制。

4.4 庫區(qū)智能管理系統(tǒng)

4.4.1 庫區(qū)智能管理系統(tǒng)簡介。庫區(qū)智能管理系統(tǒng)是庫區(qū)管理的中樞與大腦，它的終極目標是實現(xiàn)板坯在庫區(qū)流動高效，最大限度支撐連鑄與加熱爐生產(chǎn)。主要功能包含板坯入庫堆垛排程、板坯出庫排程、板坯庫內移動排程、庫區(qū)設備調度管理、庫區(qū)設備協(xié)同管理、庫區(qū)邏輯位置管理。系統(tǒng)特點：①開放性。采用開放式庫區(qū)庫位配置界面，結合生產(chǎn)實際及專家團隊經(jīng)驗，根據(jù)板坯鋼種參數(shù)、寬度參數(shù)、厚度參數(shù)等信息配置庫區(qū)，操作人員也可以根據(jù)實際情況及時修改配置。②高效性。根據(jù)板坯的上料計劃，天車提前進行備料作業(yè)，保證上料及時[7]。

4.4.2 庫區(qū)智能管理系統(tǒng)的主要功能

（1）庫配置。設置庫的名稱、編號以及大小。（2）跨配置。與庫配置銜接，設置分為兩個跨。（3）區(qū)配置。根據(jù)庫區(qū)內不同作業(yè)類型的配置，將跨內區(qū)域分為多個區(qū)，內容包括：名稱、編碼、區(qū)域范圍、區(qū)域功能、區(qū)域優(yōu)先級等。（4）垛位配置。與跨配置銜接，設置垛位的物理坐標以及庫位的功能，庫位功能區(qū)的劃分將影響物料的放置策略。（5）天車配置。設置天車的名稱、編號。（6）過跨車配置。設置過跨車的活動范圍，過跨車名稱、編碼、起、停點位置坐標信息等。（7）外采板坯停車位配置。設置發(fā)運停車位置、編號。（8）維修區(qū)配置。每部天車配置維修區(qū)域，當維修區(qū)域使用時相鄰天車的工單不可以進入維修區(qū)域作業(yè)。（9）去向配置。根據(jù)板坯表面檢驗結果、板坯計劃、物料屬性（鋼種、規(guī)格）等信息，配置板坯流向，完成天車自動作業(yè)指令。

4.5 天車智能調度系統(tǒng)

天車智能調度系統(tǒng)能夠快速幫助系統(tǒng)運算出合理的庫存地點以及快速的倒垛移庫和上線策略[8]，主要功能包括：

（1）自動庫位預約分配。根據(jù)庫區(qū)庫位的分配原則，按照鋼種、厚度、寬度等信息，自動預約分配板坯庫位。（2）自動生成天車工單。天車工單的自動生成包括下線工單、上線工單以及上線工單衍生的倒庫工單等。（3）工單請求序列管理。自動生成的工單和操作工手動輸入的工單形成一個工單池，根據(jù)工單的相互聯(lián)系、請求時序、工單緊迫性等因素將這些工單進行排序。（4）天車自動調度。當天車執(zhí)行在重載或完成狀態(tài)時，天車自動調度功能自動從工單請求序列管理中尋找適合該天車的下一個工單，主要依據(jù)是位置驅動，即下線時使用目標位置調度天車，上線時使用源位置調度天車；同時調度系統(tǒng)還考慮下一單的源位置距離本天車最近的原則實現(xiàn)“重去重回”的物流理念。（5）工單狀態(tài)管理。根據(jù)當前工單的狀態(tài)，可以手動干預分配天車、修改目的地等。

4.6 工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)

為了實現(xiàn)庫內物流可追溯、可查詢，除了建立完備的信息流追蹤系統(tǒng)外，還需要建立視頻追蹤系統(tǒng)，為此在庫區(qū)設置工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)包括高清數(shù)字電視機、監(jiān)控主機、硬盤錄像機、交換機、高清數(shù)字攝像機等。現(xiàn)場采用高清數(shù)字攝像機采集監(jiān)控信號，監(jiān)控覆蓋整個庫區(qū)，分別在操作臺、板坯運輸輥道、加熱爐出口退庫輥道、卸車停車位、每跨庫區(qū)、板坯修磨入出口臺架、運行天車等位置安裝高清數(shù)字攝像機。影像數(shù)據(jù)傳輸采用單獨無線網(wǎng)絡。該系統(tǒng)設置有板坯號自動識別功能，能夠自動識別噴涂號碼，記錄進入和離開庫區(qū)板坯數(shù)據(jù)信息，杜絕目測識別誤差，自動識別采集數(shù)據(jù)與整個管理系統(tǒng)信息共享[9]。

5 安全事項

5.1 庫區(qū)安全

為確保安全，無人天車作業(yè)區(qū)域內禁止任何人出入，通過安全護欄的設置實現(xiàn)管控。安全護欄高度1.3m以上，設置出入口門并設置門關閉傳感器、按鈕盒（請求按鈕、進入允許顯示燈、取消按鈕）及安全鎖等設備，只有經(jīng)過允許后的人員才能進入無人天車作業(yè)區(qū)域。在無人天車作業(yè)過程中如允許人員出入，要停止無人天車作業(yè)，并把一個跨分別定義為“田”字模型，分上下區(qū)間，針對一個區(qū)域的出入允許情況，規(guī)避該區(qū)域繼續(xù)進行天車作業(yè)。安全門設置考慮手動修磨區(qū)、運輸車輛停車位的設置。針對進出許可問題，可通過庫區(qū)管理畫面選擇相應的區(qū)域，把允許人員進出的部分進行紅色標注，取消時重新點擊解開按鈕，消除紅色。安全門傳感器、按鈕盒信號、安全鎖信號接入地面PLC中。

5.2 吊裝安全

設置主鉤微擺動控制功能、夾鉗位置控制功能，該功能主要根據(jù)Z軸傳感器控制夾鉗高度。同時設置天車橫向、縱向、主鉤升降協(xié)同控制功能，速度控制、位置控制及計算停止距離功能以及安全高度控制功能，天車運行自我診斷功能（判斷天車是否有故障，根據(jù)天車故障狀態(tài)決定是否進行下一步動作）。

5.3 車輛安全

為了提高裝卸車作業(yè)安全系數(shù)，增設車輛識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車輛識別控制柜、掃描箱等組成，用于掃描外購板坯車輛外形尺寸及裝載的板坯外形尺寸，最后形成車載板坯的X軸、Y軸、Z軸坐標，用于天車卸車、裝車作業(yè)。

5.4 輥道傳輸安全

（1）每塊板坯只在一組輥道上停留；（2）輥道移動具有留出板坯上料位置的功能；（3）輥道移動具有消除輥道上吊運走板坯位置的功能，提高輥道運輸效率；（4）實現(xiàn)熱送輥道的自動升降、自動啟停和板坯在熱送輥道上的自動定位；（5）增加熱送輥道段與連鑄段輥道的連鎖功能，連接段有板坯的情況下，連鑄輥道應禁止向第一段運送板坯；（6）實現(xiàn)向加熱爐直送板坯在裝鋼機輥道處的自動定位[10]。

6 結語

當今世界伴隨物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計算、第五代移動通信（5G）等前沿信息、網(wǎng)絡技術的發(fā)展和應用，生產(chǎn)要素和人員可以通過各類可能的網(wǎng)絡接入，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在連接，實現(xiàn)對物品和過程的智能化感知、識別和管理[11]。以上技術幾乎讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。板坯庫物流作為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)運行的物流瓶頸，應該積極探索、主動接納新思維、新技術、新管理。如果前沿技術得以應用，板坯庫將從瓶頸工序轉變?yōu)橐I工序，帶動整個生產(chǎn)線物流的高效運轉。