吳 江 杜 維 程敦胤 史曉飛

（1.貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司；2.山西長治維特衡器有限公司）

衡器作為重要的計(jì)量工具已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等各個(gè)領(lǐng)域。目前，多數(shù)汽車運(yùn)輸行業(yè)的計(jì)量員進(jìn)行手動(dòng)檢斤計(jì)量工作，但這種分散的工作模式難以統(tǒng)籌管理，需要多名計(jì)量人員的高效協(xié)同來保障所有衡器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這種運(yùn)作模式不僅極大地增加了計(jì)量人員的工作難度，同時(shí)容易使計(jì)量人員產(chǎn)生疲勞，從而導(dǎo)致計(jì)量錯(cuò)誤，甚至增加計(jì)量作弊的可能［1］。

自1991 年國際法治計(jì)量組織制定了計(jì)量國際標(biāo)準(zhǔn)以來［2］，汽車衡的研究也逐漸趨于規(guī)范，相關(guān)的計(jì)量規(guī)程也趨于嚴(yán)格，以滿足現(xiàn)代化運(yùn)輸需求。隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的興起，絕大多數(shù)企業(yè)對(duì)信息化和工業(yè)化融合型項(xiàng)目產(chǎn)生了濃厚的興趣［3］。當(dāng)前，國內(nèi)外的企業(yè)和研究學(xué)者都在積極探索無人值守計(jì)量應(yīng)用的可行性，通過建立自動(dòng)化和智能化的軟件平臺(tái)，幫助企業(yè)減少損失并節(jié)約物力和人力資源。Henau A D等［4］研究了不同車輛狀態(tài)對(duì)汽車衡的受力影響，為提高動(dòng)態(tài)汽車衡稱重精度提供了參考。賴朝暉等［5］為了滿足連續(xù)動(dòng)態(tài)稱重需求，設(shè)計(jì)了一種緩沖限位減振裝置，提高了汽車衡稱重的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)，以期實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能計(jì)量功能，加強(qiáng)對(duì)計(jì)量全程的監(jiān)控，提高計(jì)量作業(yè)的效率和可控度，降低人員成本。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)需求

為了規(guī)范和優(yōu)化汽車運(yùn)輸行業(yè)計(jì)量作業(yè)流程，通過引入RFID、身份證多種識(shí)別方式，實(shí)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)的中央管理、計(jì)量業(yè)務(wù)的集中處理、計(jì)量操作人員的協(xié)調(diào)以及計(jì)量管理的集中監(jiān)督，有助于確保物資計(jì)量全過程可控，實(shí)現(xiàn)透明操作，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和透明性，最大程度減少人為因素對(duì)計(jì)量過程的干擾。計(jì)量平臺(tái)的具體目標(biāo)如下。

（1）采用線上方式進(jìn)行合同管理、物流計(jì)劃制定，計(jì)劃準(zhǔn)確實(shí)時(shí)下達(dá)，客商或貨車在線派車，用電子派車單替代紙質(zhì)提煤?jiǎn)危瑴p少時(shí)間成本，提高溝通效率。

（2）車輛運(yùn)輸狀態(tài)全程可視，車輛實(shí)際承接運(yùn)單實(shí)時(shí)顯示，對(duì)未完成的計(jì)劃靈活調(diào)整補(bǔ)單，保證供銷任務(wù)精準(zhǔn)完成。分時(shí)接單助力車輛入場(chǎng)數(shù)量可控，減少車輛等待時(shí)間和堵車風(fēng)險(xiǎn)，提升物流效率。

（3）皮重計(jì)量、裝車計(jì)量全程無人化，單車過磅時(shí)間30 s，單車裝車時(shí)間160 s（雙裝車站設(shè)計(jì)），8 h工作時(shí)間可發(fā)運(yùn)360 車次，日發(fā)運(yùn)量12 000 t，滿足礦方升級(jí)改造需求。

（4）數(shù)據(jù)全程可視化，管理人員全面實(shí)時(shí)掌握計(jì)劃、派車、入場(chǎng)、計(jì)量、裝卸、出場(chǎng)各環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)，計(jì)劃靈活調(diào)整，提升企業(yè)管理效率。

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

（6）車輛入場(chǎng)、過衡、裝車、打票、出場(chǎng)采用多種先進(jìn)的防作弊措施，重要節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)配備對(duì)比功能，杜絕人為作弊現(xiàn)象，減少企業(yè)損失。

（7）采用智能衡器遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)平臺(tái)，對(duì)衡器和計(jì)量設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并處理，減少企業(yè)設(shè)備維護(hù)運(yùn)營成本。

1.2 設(shè)計(jì)方案

智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)主要由高效供應(yīng)鏈管理云平臺(tái)、智能計(jì)量信息管理系統(tǒng)、智能衡器遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)組成。通過平臺(tái)和配套的智能衡器、智能終端等硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)客商、銷售、合同、計(jì)量、裝卸車、派車調(diào)度業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的信息化和自動(dòng)化。

（1）高效供應(yīng)鏈管理云平臺(tái)。通過高效供應(yīng)鏈管理云平臺(tái)將客商管理、合同管理、計(jì)劃量管理、車輛管理、派車管理等線上化。聯(lián)通供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，優(yōu)化資源配置，構(gòu)建全新的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，實(shí)現(xiàn)司機(jī)信息、車輛信息、運(yùn)單信息的線上數(shù)據(jù)對(duì)接。

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

（3）智能衡器遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)。通過智能衡器遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)系統(tǒng)，完成計(jì)量設(shè)備和計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、分析，智能報(bào)警與可視化管理可實(shí)現(xiàn)衡器及系統(tǒng)全生命周期管理的遠(yuǎn)程預(yù)測(cè)性維護(hù)。

1.3 系統(tǒng)架構(gòu)

為加強(qiáng)新一代信息技術(shù)和企業(yè)產(chǎn)供銷計(jì)量業(yè)務(wù)的深度融合，系統(tǒng)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)，整合企業(yè)全過程，優(yōu)化組織架構(gòu)和梳理業(yè)務(wù)流程。智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

由圖1 可見，數(shù)據(jù)層采集智能衡器、自助終端等硬件數(shù)據(jù)和企業(yè)管理系統(tǒng)、供銷計(jì)劃等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過采集層上傳至數(shù)據(jù)中心，之后對(duì)數(shù)據(jù)管理、分析、建模，開發(fā)基于客戶實(shí)際需求的大宗物資管理控制系統(tǒng)及相關(guān)移動(dòng)端。

1.4 功能實(shí)現(xiàn)

（1）高效供應(yīng)鏈管理云平臺(tái)。通過API接口采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化企業(yè)內(nèi)外部供應(yīng)鏈的組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程，建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，建立基于角色定義的供應(yīng)鏈管理APP。

（2）智能門禁管理系統(tǒng)。司機(jī)APP 簽到排隊(duì)，系統(tǒng)告知司機(jī)預(yù)計(jì)入場(chǎng)時(shí)間，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)庫存車輛限制，自動(dòng)語音叫號(hào)入場(chǎng)，司機(jī)可安心睡眠，不用擔(dān)心錯(cuò)過叫號(hào)入場(chǎng)。同時(shí)采用RFID、身份證多種識(shí)別方式，車輛可快速通關(guān)。

（3）物聯(lián)網(wǎng)汽車衡無人值守稱重管理系統(tǒng)。基于物聯(lián)網(wǎng)汽車衡，通過部署終端設(shè)備、業(yè)務(wù)流程、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)傳輸組成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人值守管控稱重計(jì)量過程并有效防止作弊現(xiàn)象，從而取代傳統(tǒng)人工計(jì)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(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、高精度稱重、激光檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)物料裝車過程的智能化、無人化運(yùn)行。系統(tǒng)具有車牌自動(dòng)識(shí)別、車輛自動(dòng)定位、裝車智能定量控制、裝車系統(tǒng)智能運(yùn)維、裝車數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、歷史數(shù)據(jù)分析、防作弊等功能。

（5）計(jì)量物流數(shù)據(jù)監(jiān)管中心。平臺(tái)用于管理運(yùn)輸車輛從進(jìn)場(chǎng)到出廠全過程的計(jì)量物流業(yè)務(wù)，通過人機(jī)交互、智能識(shí)別檢測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)量裝備無人值守、業(yè)務(wù)流程智能化、數(shù)據(jù)信息化、數(shù)據(jù)可視化。

2 智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)應(yīng)用

將智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)應(yīng)用于貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限公司煤炭裝車站，以驗(yàn)證其性能及可靠性，煤炭裝車站結(jié)構(gòu)見圖2。

2.1 系統(tǒng)組成

智能計(jì)量物流一體化管理平臺(tái)在煤炭裝車站運(yùn)行過程中，由多個(gè)針對(duì)性開發(fā)的子系統(tǒng)組成，包括定值料斗秤子系統(tǒng)、物料輸送子系統(tǒng)、車輛定位控制系統(tǒng)等，平臺(tái)各組成系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行。

（1）定值料斗秤子系統(tǒng)可進(jìn)行定量稱重、稱重檢測(cè)、缺料檢測(cè)，系統(tǒng)安裝于往復(fù)式給煤機(jī)落料口下方，電氣設(shè)備采用防爆設(shè)計(jì)，具備物聯(lián)網(wǎng)功能。

（2）物料輸送子系統(tǒng)由提升皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)、布料皮帶機(jī)組成，完成物料輸送和裝車。

（3）車號(hào)識(shí)別子系統(tǒng)安裝于裝車站車道內(nèi)側(cè)，可進(jìn)行車輛身份驗(yàn)證、物料品種驗(yàn)證、物料倉位驗(yàn)證。

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

（5）料位高度檢測(cè)系統(tǒng)安裝于裝車站車道頂部，可實(shí)時(shí)檢測(cè)車廂料位數(shù)據(jù)輸出。

（6）車輛智慧指引系統(tǒng)可進(jìn)行語音提示+大屏幕提示。

（7）數(shù)據(jù)顯示+實(shí)時(shí)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(tǒng)安裝在裝車站一樓操作室內(nèi)，可采集數(shù)據(jù)、執(zhí)行流程、監(jiān)控設(shè)備。

（9）計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)安裝在裝車站一樓操作室內(nèi)，對(duì)接汽車衡過磅數(shù)據(jù)、定量裝車控制、數(shù)據(jù)匯總查詢等。

2.2 平臺(tái)運(yùn)行流程

智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)運(yùn)行流程見圖3。

由圖3可見，智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)運(yùn)行流程如下。

（1）物料預(yù)裝（裝車總裝載量32.5 t）。運(yùn)銷系統(tǒng)啟動(dòng)后，系統(tǒng)下發(fā)定量值到料斗秤稱重控制儀表，其中1號(hào)精煤料斗秤定量值為17.5 t，2號(hào)料斗秤定量值為10 t，總計(jì)定量質(zhì)量為27.5 t。料斗秤通過定量稱重控制儀表和PLC 控制2臺(tái)往復(fù)式給煤機(jī)給料，到達(dá)設(shè)定值停止往復(fù)式給煤機(jī)。

（2）任務(wù)確認(rèn)。車輛到達(dá)裝車站下，系統(tǒng)識(shí)別讀取車輛信息，通過卡片信息對(duì)接獲取來車信息，包括煤種信息、目標(biāo)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(jìn)入裝車，如果發(fā)現(xiàn)為非法車輛，則報(bào)警不允許進(jìn)入。調(diào)取裝煤車輛的裝載數(shù)據(jù)，對(duì)比物料正確后，系統(tǒng)將裝載量的剩余量（5 t）下發(fā)至2號(hào)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(tái)往復(fù)式給煤機(jī)給料，到達(dá)設(shè)定值停止往復(fù)式給煤機(jī)。

（3）車輛定位。司機(jī)根據(jù)指揮系統(tǒng)第一次行駛至裝車位置，系統(tǒng)檢測(cè)車輛是否到位，行駛過程中車輛定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位車輛位置，大屏及語音交互系統(tǒng)實(shí)時(shí)提示司機(jī)與目標(biāo)位置的偏差，確保司機(jī)能夠一次性停至預(yù)設(shè)位置，車輛不到位，語音大屏幕將提示司機(jī)移動(dòng)車輛。車輛定位后，系統(tǒng)開始進(jìn)行裝車作業(yè)。

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

（5）自動(dòng)平煤。車輛到達(dá)裝車點(diǎn)后，系統(tǒng)啟動(dòng)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(shí)，完成平煤作業(yè)。

（6）裝車結(jié)束。系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)載重，自動(dòng)控制結(jié)束裝車，大屏幕顯示車輛滿載信息，語音播報(bào)裝車結(jié)束。司機(jī)開車駛離通道，系統(tǒng)自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，將裝車數(shù)據(jù)推送至運(yùn)銷系統(tǒng)。

智能裝車系統(tǒng)投入使用后，改變了以往每個(gè)裝車點(diǎn)派1 位現(xiàn)場(chǎng)操作人員的現(xiàn)狀，可對(duì)多個(gè)裝車點(diǎn)進(jìn)行集中監(jiān)控、監(jiān)管，制作多用戶層次與權(quán)限的交互模式，用戶可實(shí)時(shí)查看裝車狀態(tài)，并在出現(xiàn)異常時(shí)第一時(shí)間在交互前端發(fā)出報(bào)警。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了無人值守汽裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障實(shí)時(shí)報(bào)警、遠(yuǎn)程故障處理等功能。

2.3 平臺(tái)測(cè)試

松河煤業(yè)的煤炭裝車站以往采用機(jī)械式汽車衡，至少需要18 名崗位人員。裝車作業(yè)流程包括定量裝車、平煤壓實(shí)等，耗時(shí)約400 s，且需要司機(jī)多次上下車配合計(jì)量稱重。將智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)應(yīng)用于煤炭裝車站后，對(duì)平臺(tái)性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)軟件界面見圖4。

智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)應(yīng)用測(cè)試試驗(yàn)包括定量裝車效率和人員使用效率。

（1）定量裝車效率。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的裝車時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，取每個(gè)工序的裝車時(shí)間均值，定量裝車時(shí)間見表1。

?

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

（2）人員使用效率。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝車人員進(jìn)行安排，以智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)連續(xù)運(yùn)行24 h以上進(jìn)行計(jì)算，人員需求見表2。

?

由表2可知，采用集中監(jiān)管和線上化管理相結(jié)合的模式，通過智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)對(duì)原系統(tǒng)操作人員崗位進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)降本增效，人員成本降低70%。

3 結(jié) 論

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)了智能計(jì)量物流一體化管控平臺(tái)，不僅可以實(shí)現(xiàn)無人值守計(jì)量物流作業(yè)，而且具有防作弊報(bào)警提示功能，可避免作業(yè)時(shí)車輛監(jiān)控漏洞造成的不必要損失。平臺(tái)應(yīng)用效果表明，可在煤炭裝卸作業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)磅房人員優(yōu)化70%以上，運(yùn)輸效率提升150%以上。智能平臺(tái)對(duì)提高汽車衡作業(yè)效率和信息數(shù)據(jù)監(jiān)管具有重要意義，有利于促進(jìn)工礦、運(yùn)輸、物流行業(yè)的數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。