吳 江 杜 維 程敦胤 史曉飛

（1.貴州松河煤業(yè)發(fā)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(yè)、農業(yè)、交通等各個領域。目前，多數(shù)汽車運輸行業(yè)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(tǒng)籌管理，需要多名計量人員的高效協(xié)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(guī)范，相關的計量規(guī)程也趨于嚴格，以滿足現(xiàn)代化運輸需求。隨著物聯(lián)網和云計算的興起，絕大多數(shù)企業(yè)對信息化和工業(yè)化融合型項目產生了濃厚的興趣［3］。當前，國內外的企業(yè)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(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)對汽車衡的受力影響，為提高動態(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)動態(tài)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(wěn)定性和準確性。本文設計開發(fā)了智能計量物流一體化管控平臺，以期實現(xiàn)遠程智能計量功能，加強對計量全程的監(jiān)控，提高計量作業(yè)的效率和可控度，降低人員成本。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)需求

為了規(guī)范和優(yōu)化汽車運輸行業(yè)計量作業(yè)流程，通過引入RFID、身份證多種識別方式，實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)的中央管理、計量業(yè)務的集中處理、計量操作人員的協(xié)調以及計量管理的集中監(jiān)督，有助于確保物資計量全過程可控，實現(xiàn)透明操作，保障數(shù)據(jù)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(tài)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(shù)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(fā)運360 車次，日發(fā)運量12 000 t，滿足礦方升級改造需求。

（4）數(shù)據(jù)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(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)和狀態(tài)，計劃靈活調整，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、計量管理、裝車管理、設備管理配備集中監(jiān)管人員2～3名，減少人員成本。

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

（7）采用智能衡器遠程運維服務平臺，對衡器和計量設備進行數(shù)據(jù)采集、分析，及時發(fā)現(xiàn)故障并處理，減少企業(yè)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(tǒng)、智能衡器遠程運維服務系統(tǒng)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(xiàn)客商、銷售、合同、計量、裝卸車、派車調度業(yè)務環(huán)節(jié)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(lián)通供應鏈各個環(huán)節(jié)的信息，優(yōu)化資源配置，構建全新的產業(yè)生態(tài)鏈，實現(xiàn)司機信息、車輛信息、運單信息的線上數(shù)據(jù)對接。

（2）智能計量信息管理系統(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、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(tǒng)。通過智能衡器遠程運維服務系統(tǒng)，完成計量設備和計量系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)采集、分析，智能報警與可視化管理可實現(xiàn)衡器及系統(tǒng)全生命周期管理的遠程預測性維護。

1.3 系統(tǒng)架構

為加強新一代信息技術和企業(yè)產供銷計量業(yè)務的深度融合，系統(tǒng)采用工業(yè)互聯(lián)網平臺架構，整合企業(yè)全過程，優(yōu)化組織架構和梳理業(yè)務流程。智能計量物流一體化管控平臺系統(tǒng)架構見圖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)、供銷計劃等業(yè)務數(shù)據(jù)，通過采集層上傳至數(shù)據(jù)中心，之后對數(shù)據(jù)管理、分析、建模，開發(fā)基于客戶實際需求的大宗物資管理控制系統(tǒng)及相關移動端。

1.4 功能實現(xiàn)

（1）高效供應鏈管理云平臺。通過API接口采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)，優(yōu)化企業(yè)內外部供應鏈的組織架構和業(yè)務流程，建立業(yè)務數(shù)據(jù)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(tǒng)。司機APP 簽到排隊，系統(tǒng)告知司機預計入場時間，同時系統(tǒng)根據(jù)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(lián)網汽車衡無人值守稱重管理系統(tǒng)?；谖锫?lián)網汽車衡，通過部署終端設備、業(yè)務流程、系統(tǒng)管理、網絡傳輸組成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守管控稱重計量過程并有效防止作弊現(xiàn)象，從而取代傳統(tǒng)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(tǒng)應用物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、高精度稱重、激光檢測、自動控制等高新技術，可實現(xiàn)物料裝車過程的智能化、無人化運行。系統(tǒng)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(tǒng)智能運維、裝車數(shù)據(jù)實時上傳、歷史數(shù)據(jù)分析、防作弊等功能。

（5）計量物流數(shù)據(jù)監(jiān)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(yè)務，通過人機交互、智能識別檢測、物聯(lián)網等技術實現(xiàn)計量裝備無人值守、業(yè)務流程智能化、數(shù)據(jù)信息化、數(shù)據(jù)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(yè)發(fā)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(tǒng)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(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，平臺各組成系統(tǒng)協(xié)同運行。

（1）定值料斗秤子系統(tǒng)可進行定量稱重、稱重檢測、缺料檢測，系統(tǒng)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(lián)網功能。

（2）物料輸送子系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)安裝于裝車站車道頂部，可實時檢測車廂料位數(shù)據(jù)輸出。

（6）車輛智慧指引系統(tǒng)可進行語音提示+大屏幕提示。

（7）數(shù)據(jù)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(tǒng)安裝在裝車站一樓操作室內，可采集數(shù)據(jù)、執(zhí)行流程、監(jiān)控設備。

（9）計算機管理系統(tǒng)安裝在裝車站一樓操作室內，對接汽車衡過磅數(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(tǒng)啟動后，系統(tǒng)下發(fā)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)為非法車輛，則報警不允許進入。調取裝煤車輛的裝載數(shù)據(jù)，對比物料正確后，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(jù)指揮系統(tǒng)第一次行駛至裝車位置，系統(tǒng)檢測車輛是否到位，行駛過程中車輛定位系統(tǒng)實時定位車輛位置，大屏及語音交互系統(tǒng)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(tǒng)開始進行裝車作業(yè)。

（4）自動裝車。移動布料機至車廂尾部落料點，系統(tǒng)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(yè)。

（5）自動平煤。車輛到達裝車點后，系統(tǒng)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(yè)。

（6）裝車結束。系統(tǒng)根據(jù)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(tǒng)自動保存數(shù)據(jù)，將裝車數(shù)據(jù)推送至運銷系統(tǒng)。

智能裝車系統(tǒng)投入使用后，改變了以往每個裝車點派1 位現(xiàn)場操作人員的現(xiàn)狀，可對多個裝車點進行集中監(jiān)控、監(jiān)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(tài)，并在出現(xiàn)異常時第一時間在交互前端發(fā)出報警。平臺實現(xiàn)了無人值守汽裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時采集、運行狀態(tài)的實時監(jiān)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(yè)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(yè)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(xiàn)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(xiàn)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。

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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(tǒng)裝車時間相比，效率提高了41.75%。

（2）人員使用效率。通過對現(xiàn)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(xù)運行24 h以上進行計算，人員需求見表2。

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由表2可知，采用集中監(jiān)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(tǒng)操作人員崗位進行優(yōu)化，可實現(xiàn)降本增效，人員成本降低70%。

3 結 論

基于工業(yè)互聯(lián)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(xiàn)無人值守計量物流作業(yè)，而且具有防作弊報警提示功能，可避免作業(yè)時車輛監(jiān)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(yè)時實現(xiàn)磅房人員優(yōu)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(yè)效率和信息數(shù)據(jù)監(jiān)管具有重要意義，有利于促進工礦、運輸、物流行業(yè)的數(shù)字化和智能化轉型。