俞快 宋丹青 于學(xué)勝

(中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司 遼寧大連 116031)

0 引言

伴隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，石油化工企業(yè)的數(shù)量和規(guī)模不斷增大，涉及的各類有毒、有害、易燃、易爆、腐蝕性危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量和種類也在持續(xù)增加[1]。危險(xiǎn)化學(xué)品所具有的毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等特性，使其一旦在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用、廢棄過程中發(fā)生事故，都極易造成嚴(yán)重的人員、財(cái)產(chǎn)損失和重大環(huán)境污染[2]。

由于倉(cāng)儲(chǔ)過程帶來的環(huán)境差異以及存儲(chǔ)時(shí)間導(dǎo)致的不確定性, 使得危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)安全管理與普通倉(cāng)儲(chǔ)管理特點(diǎn)完全不同，如果過程細(xì)節(jié)把控存在缺陷，很容易成為一個(gè)事故易發(fā)、多發(fā)的環(huán)節(jié)[3]，天津港“8.12”特別重大火災(zāi)爆炸事故帶給人們的教訓(xùn)和啟示仍記憶猶新。

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物流產(chǎn)業(yè)中的普通貨物進(jìn)行高效、低成本的全流程跟蹤和監(jiān)管[4]，此類技術(shù)在危險(xiǎn)化學(xué)品流通、倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域的試點(diǎn)和應(yīng)用也日益成為一大研究熱點(diǎn)和應(yīng)用趨勢(shì)。其中無線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)，因其具備的長(zhǎng)距離、穿透性、大信息量、高讀寫效率等突出特點(diǎn)[5]，是一項(xiàng)具有廣闊應(yīng)用前景的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

本文提出一種以RFID技術(shù)為硬件核心，IEEE 802.11技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，電子墨水標(biāo)簽技術(shù)為人工輔助識(shí)別手段的危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)管理軟硬件系統(tǒng)方案，具備采購(gòu)審批、出入庫(kù)管理、庫(kù)存盤點(diǎn)、報(bào)表導(dǎo)出等功能，以及多平臺(tái)訪問、超量存儲(chǔ)報(bào)警、反應(yīng)禁忌存儲(chǔ)報(bào)警、視頻巡檢、溫濕度監(jiān)控等功能特點(diǎn)。該方案可有效改善傳統(tǒng)紙質(zhì)文檔或手工電子文檔管理在準(zhǔn)確性、時(shí)效性、工作量等方面的不足，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)獲取倉(cāng)儲(chǔ)中每個(gè)最小存貨單位(SKU)的存儲(chǔ)狀態(tài)，同時(shí)減少人員勞動(dòng)、避免差錯(cuò)、提升管理效率的目標(biāo)，對(duì)提高危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)安全管理質(zhì)量有重要的實(shí)踐意義。

1 業(yè)務(wù)流程分析

典型的危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)作業(yè)流程主要包括3個(gè)階段。

1.1 入庫(kù)

根據(jù)入庫(kù)計(jì)劃，檢驗(yàn)并核對(duì)貨物種類、質(zhì)量、數(shù)量，安排貨物入庫(kù)。該階段形成入庫(kù)記錄，貨物位置、庫(kù)存總量發(fā)生變化。

1.2 儲(chǔ)存

根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存禁忌物配存表、化學(xué)品反應(yīng)矩陣，將貨物按品種、性質(zhì)、批次放置于指定位置。定期檢查存儲(chǔ)情況，盤點(diǎn)庫(kù)存情況。該階段形成溫濕度記錄、庫(kù)存盤點(diǎn)表，并分析有無超量存儲(chǔ)情況。

1.3 出庫(kù)

根據(jù)出庫(kù)計(jì)劃，核對(duì)貨物種類、質(zhì)量、數(shù)量，安排貨物出庫(kù)。該階段形成出庫(kù)記錄，貨物位置、庫(kù)存總量發(fā)生變化。

2 RFID危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

硬件系統(tǒng)由倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)服務(wù)器、無線通信網(wǎng)絡(luò)、有線通信網(wǎng)絡(luò)、RFID手持終端、RFID通道門閱讀器、RFID標(biāo)簽及打印機(jī)和溫濕度傳感器、視頻監(jiān)控設(shè)備、電子墨水標(biāo)簽組成。系統(tǒng)示意圖詳見圖1。

圖1 系統(tǒng)示意

倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)服務(wù)器可單獨(dú)設(shè)置，或基于現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)置，為便于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢和上傳；網(wǎng)絡(luò)通信模塊在基于IEEE 802.3的有線局域網(wǎng)基礎(chǔ)上，搭建基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)，提升設(shè)備安裝靈活性和數(shù)據(jù)傳輸即時(shí)性。

RFID標(biāo)簽選擇無源UHF(頻率860-960MHz)體制的產(chǎn)品，采用ISO 18000-6C(EPC Class1 Generation2)標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)其他同類標(biāo)準(zhǔn)具備速度快、同時(shí)讀取標(biāo)簽數(shù)量多、安全性強(qiáng)、區(qū)域多等優(yōu)勢(shì)，目前應(yīng)用較為廣泛。此外，為減少液體試劑和金屬表面對(duì)平面標(biāo)簽造成的信號(hào)衰減和干擾，還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇扎帶標(biāo)簽、蝴蝶標(biāo)簽等不同形式的標(biāo)簽，保障數(shù)據(jù)讀寫通暢，詳見圖2、圖3。

圖2 扎帶標(biāo)簽

圖3 蝴蝶標(biāo)簽

RFID手持終端基于Android 8.0 操作系統(tǒng)，內(nèi)嵌UHF模組，支持ISO 18000-6C協(xié)議，讀卡距離大于10 m，用于日常盤點(diǎn)和信息查詢；RFID通道門閱讀器用于采集出入庫(kù)時(shí)的貨物信息；RFID標(biāo)簽打印機(jī)用于入庫(kù)時(shí)的標(biāo)簽發(fā)放。

RFID打印機(jī)一般通過在工業(yè)標(biāo)簽打印機(jī)上添加RFID射頻寫碼模塊的形式實(shí)現(xiàn)，可以在讀寫RFID標(biāo)簽芯片的同時(shí)，將數(shù)據(jù)內(nèi)容可視化打印在標(biāo)簽表面，起到雙重標(biāo)識(shí)的作用，方便人工識(shí)讀。

溫濕度傳感器通過無線局域網(wǎng)將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，用于對(duì)存儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行記錄和監(jiān)控；視頻監(jiān)控設(shè)備通過局域網(wǎng)將視頻畫面上傳系統(tǒng)并存儲(chǔ)，可減少人工巡檢工作量及提供歷史回看查詢。

放置于貨架相應(yīng)位置的電子墨水標(biāo)簽實(shí)物詳見圖4，顯示內(nèi)容可通過無線局域網(wǎng)動(dòng)態(tài)更新。當(dāng)貨物或庫(kù)存發(fā)生變化后，系統(tǒng)會(huì)將數(shù)據(jù)即時(shí)發(fā)送至對(duì)應(yīng)貨架的電子墨水標(biāo)簽，顯示更新后的貨物品類、存儲(chǔ)數(shù)量、歷史出入庫(kù)數(shù)據(jù)等主要信息，便于現(xiàn)場(chǎng)可視化管理。

圖4 電子墨水標(biāo)簽實(shí)物

2.2 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)流程

(1)發(fā)卡貼標(biāo)。根據(jù)入庫(kù)計(jì)劃，管理員對(duì)待入庫(kù)貨物檢驗(yàn)的同時(shí)進(jìn)行發(fā)卡貼標(biāo)，將標(biāo)簽唯一ID號(hào)或基本參數(shù)作為每個(gè)SKU的標(biāo)識(shí)碼，用于在系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)該貨物的名稱、采購(gòu)時(shí)間、存儲(chǔ)地點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)等信息。

(2)入庫(kù)作業(yè)。對(duì)于待入庫(kù)貨物，首先手動(dòng)或系統(tǒng)自動(dòng)分配存儲(chǔ)地點(diǎn)，包括庫(kù)房和貨架/托盤編號(hào)；其次將待入庫(kù)貨物從待入庫(kù)區(qū)運(yùn)入倉(cāng)儲(chǔ)內(nèi)。當(dāng)貨物經(jīng)過庫(kù)門時(shí)，該位置的RFID通道門閱讀器會(huì)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽信息，若讀取的信息和數(shù)量與入庫(kù)計(jì)劃相符則入庫(kù)，若信息和數(shù)量不符，通道門閱讀器立即發(fā)出聲光提示。

完成入庫(kù)識(shí)別后，操作人員根據(jù)手持RFID終端的提示信息將入庫(kù)貨物放置于指定存儲(chǔ)地點(diǎn)，同時(shí)系統(tǒng)更新貨物存儲(chǔ)信息(品類、數(shù)量、入庫(kù)日期等)，形成入庫(kù)明細(xì)；如貨架信息發(fā)生變化，系統(tǒng)會(huì)將變更后的信息即時(shí)下發(fā)至電子貨架標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

(3)倉(cāng)儲(chǔ)管理。系統(tǒng)定期生成庫(kù)房庫(kù)存清單，由操作人員使用手持RFID終端遍歷所有貨位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存盤點(diǎn)。手持機(jī)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)上傳后，系統(tǒng)會(huì)將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中該庫(kù)房的存貨進(jìn)行比對(duì)，形成盤點(diǎn)結(jié)果。如有異常，系統(tǒng)將通過手持終端提示操作人員進(jìn)行后續(xù)操作，例如補(bǔ)充掃描或通知主管領(lǐng)導(dǎo)。

日常工作中的現(xiàn)場(chǎng)巡檢可部分由遠(yuǎn)程視頻巡檢替代，系統(tǒng)自動(dòng)記錄溫濕度傳感器數(shù)據(jù)并在監(jiān)控界面中進(jìn)行展示。

(4)出庫(kù)作業(yè)。系統(tǒng)根據(jù)出庫(kù)計(jì)劃生成出庫(kù)單，操作人員首先根據(jù)手持RFID終端的提示信息確定出庫(kù)貨物的存放地點(diǎn)和數(shù)量；其次將待出庫(kù)貨物從倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)出，貨物經(jīng)過庫(kù)門時(shí)，該位置設(shè)置的RFID通道門閱讀器會(huì)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)簽信息，若讀取的信息和數(shù)量與出庫(kù)計(jì)劃相符則出庫(kù)，若信息和數(shù)量不符則發(fā)出聲光提示。

完成出庫(kù)識(shí)別后，系統(tǒng)更新貨物存儲(chǔ)信息(品類、數(shù)量、出庫(kù)日期等)，形成出庫(kù)明細(xì)；如貨架信息發(fā)生變化，系統(tǒng)會(huì)將變更后的信息即時(shí)下發(fā)至電子貨架標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)同步。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)管理業(yè)務(wù)流程，采用結(jié)構(gòu)化分析與設(shè)計(jì)方法，得出系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖，詳見圖5。

人員類信息、設(shè)備類信息、存儲(chǔ)類信息、環(huán)境類信息等通過系統(tǒng)有機(jī)整合，高效傳遞，實(shí)現(xiàn)硬件對(duì)貨物狀態(tài)的實(shí)施監(jiān)控和人員對(duì)儲(chǔ)存信息的全面掌控。

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于之前的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)流程分析，在危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)下主要設(shè)置4個(gè)功能模塊，詳見圖6。

(1)系統(tǒng)管理。

用戶管理——建立、維護(hù)用戶檔案；

權(quán)責(zé)分配——為用戶分配角色、權(quán)限；

終端管理——對(duì)手持終端、通道門閱讀器等設(shè)備進(jìn)行管理、維護(hù)；

數(shù)據(jù)備份——對(duì)系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行備份與恢復(fù)。

(2)倉(cāng)儲(chǔ)過程管理。

貨物管理——對(duì)入庫(kù)貨物進(jìn)行信息錄入和發(fā)卡貼標(biāo)，建立數(shù)據(jù)、標(biāo)簽、貨物的唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

垛位管理——對(duì)庫(kù)房及貨架、垛位進(jìn)行信息錄入和維護(hù)，根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品的反應(yīng)屬性和危險(xiǎn)特性，對(duì)垛位進(jìn)行分區(qū)并建立存儲(chǔ)規(guī)則，為管理人員安排出入庫(kù)提供決策輔助；

出入庫(kù)管理——對(duì)出入庫(kù)情況進(jìn)行記錄和糾錯(cuò)，確保符合系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及儲(chǔ)存量上限、存儲(chǔ)反應(yīng)禁忌等危險(xiǎn)化學(xué)品管理要求，避免人為疏漏；

盤點(diǎn)管理——將手持終端現(xiàn)場(chǎng)讀取的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)記錄進(jìn)行比對(duì)并實(shí)時(shí)反饋結(jié)果，提高盤點(diǎn)效率，避免人工失誤和虛假欺騙。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

圖6 系統(tǒng)功能

(3)查詢統(tǒng)計(jì)。

貨物查詢——基于貨物建檔時(shí)錄入的信息，查詢貨物名稱、規(guī)格、批號(hào)、危險(xiǎn)特性、應(yīng)急處置措施等詳細(xì)信息；

庫(kù)存查詢——對(duì)庫(kù)存情況進(jìn)行查詢；

出入庫(kù)統(tǒng)計(jì)——對(duì)特定時(shí)段內(nèi)的出入庫(kù)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

環(huán)境查詢——對(duì)存儲(chǔ)溫濕度、視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)查看或歷史記錄查閱。

(4)結(jié)果導(dǎo)出。

將貨物詳情單、庫(kù)存單、出入庫(kù)單和盤點(diǎn)單按既定格式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和導(dǎo)出。

3 結(jié)論

通過以RFID設(shè)備為基礎(chǔ)建立的完整危險(xiǎn)化學(xué)品倉(cāng)儲(chǔ)信息化管理系統(tǒng)，基于錄入的各類數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)規(guī)則，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品出入庫(kù)及倉(cāng)儲(chǔ)全流程建立高效、可靠的綜合管控體系，其突出優(yōu)點(diǎn)包括：提高作業(yè)效率；提高倉(cāng)儲(chǔ)物品數(shù)量、位置、定位查找準(zhǔn)確率；提高倉(cāng)儲(chǔ)管理水平，降低對(duì)人腦的依賴；規(guī)范倉(cāng)儲(chǔ)過

程，操作可追溯，通過技術(shù)手段保證制度執(zhí)行；提高倉(cāng)儲(chǔ)管理準(zhǔn)確度和精細(xì)度等。該系統(tǒng)可有效解決當(dāng)前人工管理存在的時(shí)效滯后、效率低下、監(jiān)控不嚴(yán)等問題，進(jìn)而達(dá)到糾正錯(cuò)誤行為、預(yù)防事故發(fā)生的目的。并且 RFID標(biāo)簽相對(duì)紙質(zhì)危險(xiǎn)品標(biāo)簽具有防水、防磁、耐高溫、讀取距離長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，事故發(fā)生時(shí)可以利用設(shè)備遠(yuǎn)距離識(shí)別電子標(biāo)簽上的信息，可以為正確處理事故、搶救人員贏得寶貴時(shí)間[6]。

鑒于設(shè)備采購(gòu)、庫(kù)房改造、流程建立、人員培訓(xùn)等各方面因素，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)搭建和運(yùn)行初期的工作量較大，因此建議選擇企業(yè)化驗(yàn)室的危險(xiǎn)化學(xué)品試劑庫(kù)房作為先期改造試點(diǎn)，通過發(fā)現(xiàn)和解決問題積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，不斷提升系統(tǒng)可用性和完善程度，逐步達(dá)到可大規(guī)模推廣應(yīng)用的目標(biāo)。