李會朝，楊愛華，郭海光，鄧書明

（河鋼集團(tuán)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(luò)、通訊技術(shù)，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(yùn)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(shí)施跟蹤與管理，實(shí)現(xiàn)信息流快于實(shí)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(guān)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(yùn)行，對企業(yè)煉鐵、燒結(jié)、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(yùn)作，以“信息”為核心，集鋼材貿(mào)易、電子商務(wù)、三方物流為一體，資金流、信息流、物流相互促進(jìn)、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(jì)新常態(tài)、為了進(jìn)一步獲得盈利空間，壓減運(yùn)營成本，更多的鋼鐵企業(yè)管理者把精益管理的目光轉(zhuǎn)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(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式變化、實(shí)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(shè)計(jì)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(qiáng)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(nèi)設(shè)置有301個跺位，可容納冷熱板坯10萬t。板坯庫設(shè)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(jì)32人。板坯庫日常物流業(yè)務(wù)內(nèi)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(nèi)板坯移動、倒跺、翻坯以及板坯質(zhì)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(shí)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(nèi)核對板坯，然后用便攜式對講機(jī)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(jìn)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(jì)劃的提前準(zhǔn)備等準(zhǔn)備工作，均由當(dāng)值操作工依據(jù)個人經(jīng)驗(yàn)決斷，沒有可存儲優(yōu)化積累經(jīng)驗(yàn)的媒介，不能做到有效循序漸進(jìn)積累和優(yōu)化。

（3）庫內(nèi)物流移動信息不可追溯。由于庫內(nèi)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(hù)，因此以上要素的實(shí)際移動軌跡沒有有效記錄，一旦出現(xiàn)混料、板坯找不到實(shí)物、職工責(zé)任心不強(qiáng)或不做記錄，則物流信息無法追溯。

（4）物流信息準(zhǔn)確率低。庫內(nèi)板坯識別和移動節(jié)點(diǎn)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(jī)制下，為了避免上料錯誤，只能安排不同人員多次重復(fù)核對板坯信息，增加了人力資源配置。

（5）天車吊運(yùn)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(yùn)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(shù)，通過自主集成實(shí)現(xiàn)物流管控信息、儲運(yùn)信息、生產(chǎn)調(diào)度信息互聯(lián)互通，在物聯(lián)網(wǎng)思想下，通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析、運(yùn)籌學(xué)、信息通訊等技術(shù)提高整條物流供應(yīng)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(jì)劃層。通過分析相應(yīng)倉庫的作業(yè)類型及物料作用，有計(jì)劃的制定物料的倉儲位置以及分配最優(yōu)天車進(jìn)行作業(yè)，并進(jìn)行庫區(qū)所有板坯自動定位及板坯信息跟蹤。（2）任務(wù)層。依據(jù)作業(yè)計(jì)劃，對板坯邏輯地址向物理地址轉(zhuǎn)換，將天車復(fù)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(shí)現(xiàn)大車、小車位置精確控制；夾具高度控制，實(shí)現(xiàn)無人駕駛。

在板坯庫智慧物流系統(tǒng)管理下，能夠?qū)崿F(xiàn)板坯信息的自動識別、跟蹤及定位；天車實(shí)現(xiàn)無人駕駛（為節(jié)省投資，可以根據(jù)庫區(qū)天車實(shí)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(biāo)準(zhǔn)、安全、高效，降低人力資源成本；規(guī)范庫區(qū)管理，實(shí)現(xiàn)庫存物品的數(shù)量、放置位置準(zhǔn)確管理，將高效成熟的管理策略不斷在現(xiàn)場管理實(shí)踐中沉淀、積累，最終實(shí)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(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 板坯庫智慧物流管理架構(gòu)

4 智慧物流管理組成

4.1 設(shè)置覆蓋庫區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)

無線網(wǎng)庫內(nèi)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(luò)通訊。L2級與便攜式手持終端之間采用5G無線網(wǎng)絡(luò)通訊。視頻傳輸采用單獨(dú)的無線網(wǎng)絡(luò)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(jié)合與物流管理有關(guān)的設(shè)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(jìn)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(shí)時數(shù)據(jù)。庫管人員通過顯示器可以實(shí)時監(jiān)視天車的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、通訊狀態(tài)、庫區(qū)分布狀態(tài)、板坯信息、運(yùn)輸車輛信息等，同時允許操作工對工作中的天車進(jìn)行手動工單下達(dá)、天車暫停、設(shè)備故障恢復(fù)等手動干預(yù)。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(rèn)知。

4.3 天車定位模塊

天車是板坯庫物流轉(zhuǎn)移、移動的主要設(shè)備，為了實(shí)現(xiàn)庫內(nèi)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(yáng)PLC等的通訊接口。在天車運(yùn)行軌跡中增加X軸定位，采用編碼電纜技術(shù)；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(shè)主鉤凸輪開關(guān)，主鉤重錘開關(guān)，大車減速、停止位傳感器，小車減速、停止位傳感器，艙門開關(guān)傳感器，實(shí)現(xiàn)板坯自煉鋼切斷后，有跟蹤入庫。庫內(nèi)板坯下線后，在庫內(nèi)移動、存儲有信息，實(shí)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(yùn)行模式：

（1）自動模式。天車的運(yùn)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(guān)時，天車切換成遙控運(yùn)行模式，遙控按鈕操作有效。（3）手動模式。天車工進(jìn)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(yùn)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(biāo)是實(shí)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(nèi)移動排程、庫區(qū)設(shè)備調(diào)度管理、庫區(qū)設(shè)備協(xié)同管理、庫區(qū)邏輯位置管理。系統(tǒng)特點(diǎn)：①開放性。采用開放式庫區(qū)庫位配置界面，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際及專家團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)際情況及時修改配置。②高效性。根據(jù)板坯的上料計(jì)劃，天車提前進(jìn)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(shè)置庫的名稱、編號以及大小。（2）跨配置。與庫配置銜接，設(shè)置分為兩個跨。（3）區(qū)配置。根據(jù)庫區(qū)內(nèi)不同作業(yè)類型的配置，將跨內(nèi)區(qū)域分為多個區(qū)，內(nèi)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(shè)置垛位的物理坐標(biāo)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(shè)置天車的名稱、編號。（6）過跨車配置。設(shè)置過跨車的活動范圍，過跨車名稱、編碼、起、停點(diǎn)位置坐標(biāo)信息等。（7）外采板坯停車位配置。設(shè)置發(fā)運(yùn)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(dāng)維修區(qū)域使用時相鄰天車的工單不可以進(jìn)入維修區(qū)域作業(yè)。（9）去向配置。根據(jù)板坯表面檢驗(yàn)結(jié)果、板坯計(jì)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(diào)度系統(tǒng)

天車智能調(diào)度系統(tǒng)能夠快速幫助系統(tǒng)運(yùn)算出合理的庫存地點(diǎn)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(yù)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(yù)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(jìn)行排序。（4）天車自動調(diào)度。當(dāng)天車執(zhí)行在重載或完成狀態(tài)時，天車自動調(diào)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(qū)動，即下線時使用目標(biāo)位置調(diào)度天車，上線時使用源位置調(diào)度天車；同時調(diào)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(shí)現(xiàn)“重去重回”的物流理念。（5）工單狀態(tài)管理。根據(jù)當(dāng)前工單的狀態(tài)，可以手動干預(yù)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(shí)現(xiàn)庫內(nèi)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(shè)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(jī)、監(jiān)控主機(jī)、硬盤錄像機(jī)、交換機(jī)、高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等?，F(xiàn)場采用高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)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(yùn)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(yùn)行天車等位置安裝高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。影像數(shù)據(jù)傳輸采用單獨(dú)無線網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)設(shè)置有板坯號自動識別功能，能夠自動識別噴涂號碼，記錄進(jìn)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(xiàng)

5.1 庫區(qū)安全

為確保安全，無人天車作業(yè)區(qū)域內(nèi)禁止任何人出入，通過安全護(hù)欄的設(shè)置實(shí)現(xiàn)管控。安全護(hù)欄高度1.3m以上，設(shè)置出入口門并設(shè)置門關(guān)閉傳感器、按鈕盒（請求按鈕、進(jìn)入允許顯示燈、取消按鈕）及安全鎖等設(shè)備，只有經(jīng)過允許后的人員才能進(jìn)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(jìn)行天車作業(yè)。安全門設(shè)置考慮手動修磨區(qū)、運(yùn)輸車輛停車位的設(shè)置。針對進(jìn)出許可問題，可通過庫區(qū)管理畫面選擇相應(yīng)的區(qū)域，把允許人員進(jìn)出的部分進(jìn)行紅色標(biāo)注，取消時重新點(diǎn)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(shè)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(shè)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(jì)算停止距離功能以及安全高度控制功能，天車運(yùn)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(jìn)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(shè)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(biāo)，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(yùn)走板坯位置的功能，提高輥道運(yùn)輸效率；（4）實(shí)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(yīng)禁止向第一段運(yùn)送板坯；（6）實(shí)現(xiàn)向加熱爐直送板坯在裝鋼機(jī)輥道處的自動定位[10]。

6 結(jié)語

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