智能計量物流一體化管控平臺研究

吳 江 杜 維 程敦胤 史曉飛

（1.貴州松河煤業發展有限責任公司；2.山西長治維特衡器有限公司）

衡器作為重要的計量工具已經廣泛應用于工業、農業、交通等各個領域。目前，多數汽車運輸行業的計量員進行手動檢斤計量工作，但這種分散的工作模式難以統籌管理，需要多名計量人員的高效協同來保障所有衡器的正常運轉。這種運作模式不僅極大地增加了計量人員的工作難度，同時容易使計量人員產生疲勞，從而導致計量錯誤，甚至增加計量作弊的可能［1］。

自1991 年國際法治計量組織制定了計量國際標準以來［2］，汽車衡的研究也逐漸趨于規范，相關的計量規程也趨于嚴格，以滿足現代化運輸需求。隨著物聯網和云計算的興起，絕大多數企業對信息化和工業化融合型項目產生了濃厚的興趣［3］。當前，國內外的企業和研究學者都在積極探索無人值守計量應用的可行性，通過建立自動化和智能化的軟件平臺，幫助企業減少損失并節約物力和人力資源。Henau A D等［4］研究了不同車輛狀態對汽車衡的受力影響，為提高動態汽車衡稱重精度提供了參考。賴朝暉等［5］為了滿足連續動態稱重需求，設計了一種緩沖限位減振裝置，提高了汽車衡稱重的穩定性和準確性。本文設計開發了智能計量物流一體化管控平臺，以期實現遠程智能計量功能，加強對計量全程的監控，提高計量作業的效率和可控度，降低人員成本。

1 系統設計

1.1 系統需求

為了規范和優化汽車運輸行業計量作業流程，通過引入RFID、身份證多種識別方式，實現計量數據的中央管理、計量業務的集中處理、計量操作人員的協調以及計量管理的集中監督，有助于確保物資計量全過程可控，實現透明操作，保障數據的準確性、時效性和透明性，最大程度減少人為因素對計量過程的干擾。計量平臺的具體目標如下。

（1）采用線上方式進行合同管理、物流計劃制定，計劃準確實時下達，客商或貨車在線派車，用電子派車單替代紙質提煤單，減少時間成本，提高溝通效率。

（2）車輛運輸狀態全程可視，車輛實際承接運單實時顯示，對未完成的計劃靈活調整補單，保證供銷任務精準完成。分時接單助力車輛入場數量可控，減少車輛等待時間和堵車風險，提升物流效率。

（3）皮重計量、裝車計量全程無人化，單車過磅時間30 s，單車裝車時間160 s（雙裝車站設計），8 h工作時間可發運360 車次，日發運量12 000 t，滿足礦方升級改造需求。

（4）數據全程可視化，管理人員全面實時掌握計劃、派車、入場、計量、裝卸、出場各環節的實時數據和狀態，計劃靈活調整，提升企業管理效率。

（5）采用無人化系統，全程管控的門禁、過磅、裝車無人化，監控中心按照銷售管理、物流管理、計量管理、裝車管理、設備管理配備集中監管人員2～3名，減少人員成本。

（6）車輛入場、過衡、裝車、打票、出場采用多種先進的防作弊措施，重要節點和數據配備對比功能，杜絕人為作弊現象，減少企業損失。

（7）采用智能衡器遠程運維服務平臺，對衡器和計量設備進行數據采集、分析，及時發現故障并處理，減少企業設備維護運營成本。

1.2 設計方案

智能計量物流一體化管控平臺主要由高效供應鏈管理云平臺、智能計量信息管理系統、智能衡器遠程運維服務系統組成。通過平臺和配套的智能衡器、智能終端等硬件設備實現客商、銷售、合同、計量、裝卸車、派車調度業務環節的信息化和自動化。

（1）高效供應鏈管理云平臺。通過高效供應鏈管理云平臺將客商管理、合同管理、計劃量管理、車輛管理、派車管理等線上化。聯通供應鏈各個環節的信息，優化資源配置，構建全新的產業生態鏈，實現司機信息、車輛信息、運單信息的線上數據對接。

（2）智能計量信息管理系統。通過使用無人值守稱重管理系統，企業在無人值守的情況下能夠智能、精確、安全地完成企業產、供、銷、裝車等的車輛出入管理、計量管理、裝車管理、質量管理、內部物流管理，杜絕人為作弊，提升工作效率。

（3）智能衡器遠程運維服務系統。通過智能衡器遠程運維服務系統，完成計量設備和計量系統的運行數據采集、分析，智能報警與可視化管理可實現衡器及系統全生命周期管理的遠程預測性維護。

1.3 系統架構

為加強新一代信息技術和企業產供銷計量業務的深度融合，系統采用工業互聯網平臺架構，整合企業全過程，優化組織架構和梳理業務流程。智能計量物流一體化管控平臺系統架構見圖1。

由圖1 可見，數據層采集智能衡器、自助終端等硬件數據和企業管理系統、供銷計劃等業務數據，通過采集層上傳至數據中心，之后對數據管理、分析、建模，開發基于客戶實際需求的大宗物資管理控制系統及相關移動端。

1.4 功能實現

（1）高效供應鏈管理云平臺。通過API接口采集系統數據，優化企業內外部供應鏈的組織架構和業務流程，建立業務數據模型，建立基于角色定義的供應鏈管理APP。

（2）智能門禁管理系統。司機APP 簽到排隊，系統告知司機預計入場時間，同時系統根據庫存車輛限制，自動語音叫號入場，司機可安心睡眠，不用擔心錯過叫號入場。同時采用RFID、身份證多種識別方式，車輛可快速通關。

（3）物聯網汽車衡無人值守稱重管理系統。基于物聯網汽車衡，通過部署終端設備、業務流程、系統管理、網絡傳輸組成自動化系統，實現無人值守管控稱重計量過程并有效防止作弊現象，從而取代傳統人工計量管理工作。

（4）無人值守定量裝車站。無人值守定值裝車系統應用物聯網、大數據、高精度稱重、激光檢測、自動控制等高新技術，可實現物料裝車過程的智能化、無人化運行。系統具有車牌自動識別、車輛自動定位、裝車智能定量控制、裝車系統智能運維、裝車數據實時上傳、歷史數據分析、防作弊等功能。

（5）計量物流數據監管中心。平臺用于管理運輸車輛從進場到出廠全過程的計量物流業務，通過人機交互、智能識別檢測、物聯網等技術實現計量裝備無人值守、業務流程智能化、數據信息化、數據可視化。

2 智能計量物流一體化管控平臺應用

將智能計量物流一體化管控平臺應用于貴州松河煤業發展有限公司煤炭裝車站，以驗證其性能及可靠性，煤炭裝車站結構見圖2。

2.1 系統組成

智能計量物流一體化管理平臺在煤炭裝車站運行過程中，由多個針對性開發的子系統組成，包括定值料斗秤子系統、物料輸送子系統、車輛定位控制系統等，平臺各組成系統協同運行。

（1）定值料斗秤子系統可進行定量稱重、稱重檢測、缺料檢測，系統安裝于往復式給煤機落料口下方，電氣設備采用防爆設計，具備物聯網功能。

（2）物料輸送子系統由提升皮帶機、轉載皮帶機、布料皮帶機組成，完成物料輸送和裝車。

（3）車號識別子系統安裝于裝車站車道內側，可進行車輛身份驗證、物料品種驗證、物料倉位驗證。

（4）車輛定位控制系統安裝于筒倉車道頂部和側面，可進行車輛停車定位管控、車輛移動位置管控、車輛行駛偏離檢測。

（5）料位高度檢測系統安裝于裝車站車道頂部，可實時檢測車廂料位數據輸出。

（6）車輛智慧指引系統可進行語音提示+大屏幕提示。

（7）數據顯示+實時落料視頻顯示安裝于筒倉車道，車輛行駛方向正前方。

（8）PLC裝車控制系統安裝在裝車站一樓操作室內，可采集數據、執行流程、監控設備。

（9）計算機管理系統安裝在裝車站一樓操作室內，對接汽車衡過磅數據、定量裝車控制、數據匯總查詢等。

2.2 平臺運行流程

智能計量物流一體化管控平臺運行流程見圖3。

由圖3可見，智能計量物流一體化管控平臺運行流程如下。

（1）物料預裝（裝車總裝載量32.5 t）。運銷系統啟動后，系統下發定量值到料斗秤稱重控制儀表，其中1號精煤料斗秤定量值為17.5 t，2號料斗秤定量值為10 t，總計定量質量為27.5 t。料斗秤通過定量稱重控制儀表和PLC 控制2臺往復式給煤機給料，到達設定值停止往復式給煤機。

（2）任務確認。車輛到達裝車站下，系統識別讀取車輛信息，通過卡片信息對接獲取來車信息，包括煤種信息、目標載重、空車車重、車輛尺寸等信息。如果車輛信息正確則允許車輛進入裝車，如果發現為非法車輛，則報警不允許進入。調取裝煤車輛的裝載數據，對比物料正確后，系統將裝載量的剩余量（5 t）下發至2號料斗秤稱重控制儀表，料斗秤通過定量稱重控制儀表和PLC 控制2臺往復式給煤機給料，到達設定值停止往復式給煤機。

（3）車輛定位。司機根據指揮系統第一次行駛至裝車位置，系統檢測車輛是否到位，行駛過程中車輛定位系統實時定位車輛位置，大屏及語音交互系統實時提示司機與目標位置的偏差，確保司機能夠一次性停至預設位置，車輛不到位，語音大屏幕將提示司機移動車輛。車輛定位后，系統開始進行裝車作業。

（4）自動裝車。移動布料機至車廂尾部落料點，系統順序移動布料機、裝載皮帶機、提升皮帶機、定值料斗秤、平板放料閘門，以完成裝車作業。

（5）自動平煤。車輛到達裝車點后，系統啟動平煤器，平推至車廂頂部，開始裝車，裝車完成后，通過液壓平煤方式，將物料壓實，完成平煤作業。

（6）裝車結束。系統根據目標載重，自動控制結束裝車，大屏幕顯示車輛滿載信息，語音播報裝車結束。司機開車駛離通道，系統自動保存數據，將裝車數據推送至運銷系統。

智能裝車系統投入使用后，改變了以往每個裝車點派1 位現場操作人員的現狀，可對多個裝車點進行集中監控、監管，制作多用戶層次與權限的交互模式，用戶可實時查看裝車狀態，并在出現異常時第一時間在交互前端發出報警。平臺實現了無人值守汽裝車系統數據的實時采集、運行狀態的實時監控、故障實時報警、遠程故障處理等功能。

2.3 平臺測試

松河煤業的煤炭裝車站以往采用機械式汽車衡，至少需要18 名崗位人員。裝車作業流程包括定量裝車、平煤壓實等，耗時約400 s，且需要司機多次上下車配合計量稱重。將智能計量物流一體化管控平臺應用于煤炭裝車站后，對平臺性能進行測試，測試現場軟件界面見圖4。

智能計量物流一體化管控平臺應用測試試驗包括定量裝車效率和人員使用效率。

（1）定量裝車效率。對現場的裝車時間進行測量，取每個工序的裝車時間均值，定量裝車時間見表1。

?

由表1可知，單車裝車時間為233 s，每小時可裝車15 輛，雙裝車站每小時裝車能力1 020 t，12 h裝車能力12 000 t；與傳統裝車時間相比，效率提高了41.75%。

（2）人員使用效率。通過對現場裝車人員進行安排，以智能計量物流一體化管控平臺連續運行24 h以上進行計算，人員需求見表2。

?

由表2可知，采用集中監管和線上化管理相結合的模式，通過智能計量物流一體化管控平臺對原系統操作人員崗位進行優化，可實現降本增效，人員成本降低70%。

3 結 論

基于工業互聯網平臺架構設計了智能計量物流一體化管控平臺，不僅可以實現無人值守計量物流作業，而且具有防作弊報警提示功能，可避免作業時車輛監控漏洞造成的不必要損失。平臺應用效果表明，可在煤炭裝卸作業時實現磅房人員優化70%以上，運輸效率提升150%以上。智能平臺對提高汽車衡作業效率和信息數據監管具有重要意義，有利于促進工礦、運輸、物流行業的數字化和智能化轉型。