基于物联网的矿山智能仓储快递服务系统设计与应用

吴劲松

(内蒙古智能煤炭有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

我国以煤炭为主体的能源结构形式，将在相当长的一段时间内继续保持。但是目前煤炭企业面临人力资源短缺、运营成本高、本质安全矿井建设不完善等问题[1-2]。基于煤矿企业面临的现状，结合飞速发展互联网技术，建设以矿山智能仓储物流系统为代表的智慧矿山势在必行[3-4]。丁丛师等[5]通过将Web Service技术与ERP系统进行无缝对接，设计了一种基于物联网的煤矿仓储管理系统，有效提高了煤矿仓储管理水平。王小滨等[6]研究了基于物联网的煤炭企业物资超市管理系统。随后，有关学者[7-10]从简化物料配送流程，提高工时效率的角度出发，研究了智能化仓储系统的构建与应用。因此，充分利用互联网与物联网技术，建立高效、便捷的智能仓储管理系统将是提高煤炭企业管理水平和核心竞争力的关键。

本文以麻地梁煤矿智慧矿山建设为工程背景，介绍了传统矿井仓储管理系统在存在的问题，结合RFID技术、传感技术和物联网技术，提出了一种基于物联网的矿山智能仓储快递服务系统，并进行现场应用，该系统提高了矿井仓储管理水平，降低了生产成本，为新型矿井仓储管理系统的设计与应用提供参考。

1 传统矿井仓储系统概况

矿井生产系统多，过程复杂，安全要求程度高，其仓储是否充足，供应是否及时，成为矿井安全生产的主要影响因素。为保证矿井正常运行，煤矿物资仓储需要随时向井下生产单位提供各类配件和材料，各生产单位配备专门人员成立物料配送队，负责本单位所需物料的申请、验收与配送，形成各自的物料配送物流圈。另外，仓库管理人员一般采用人工手动的方式对货物进行入库、出库和盘库操作，主要过程为人工录入、人工存放、人工查找、人工清点与人工更新[5]。 然而，传统矿井仓储系统在实际运用过程中存在诸多问题，严重影响了矿井安全、高效生产。

1) 物料种类复杂，易于混乱。矿井生产系统分为地面生产系统和井下生产系统，其中，井下生产系统主要包括运输、通风、排水、提升、供电等子系统。各系统在安全运行过程中，需要大量零件、材料及设备，导致仓储物料种类复杂，易于混乱，给物料配送带来困难。

2) 操作人员多，出错率高。矿井仓储物资的种类多、数量大，则必然需要大量的操作人员进行管理，人工手动式的管理方式，不仅增加了操作人员的工作强度，而且物料错发、误发的几率大大增加，影响了矿井正常物料供应。

3) 运输能力差异性大，工作效率低。矿井各生产单位配备的运输人员较多，但物料的申请、验收过程复杂，等待时间长，降低了工时效率。同时，由于各单位运输能力不同，经常造成急件不能及时配送到位的现象。

4) 库存更新慢，反馈不及时。矿井库存过多与过少均会对矿井安全、高效生产带来影响，其中，库存过多，造成资源浪费、成本消耗；库存过少，导致供应紧张、影响生产[5]。人工统计的方法更新库存，时间长、效率低，不能有效保证物料的可持续供应。

针对传统矿井仓储系统存在的不足，除了采取完善制度与机制、强化过程管控等措施外，亟需提高矿井仓储系统的智能化水平，实现智能化减人的目标，降低运营成本、提高物流效率。

2 矿山智能仓储快递服务系统实现

2.1 系统概述

矿山智能仓储快递服务系统采用RFID标签、GPS、传感器等设备，结合工业现场设备，通过联网处理的方式，结合RFID技术、传感技术和物联网技术对运输设备、货物的数据采集和射频跟踪，对仓库货物的属性进行标签记录，通过读取数据传输到各个执行原件，完成仓储物料的各流程对应操作。在RFID标签当中，所存储的信息具有互用性和规范性，能够在无线通讯网络支持下，将所有信息自动归纳至中央管理平台当中，智能化识别物品，并利用计算机网络的开放性特征进行信息的共享和互换，以此透明化管理物品。

2.2 系统组成

基于物联网技术的矿山智能仓储快递服务系统，主要受中央管理平台控制，中央管理平台包括货物领取管理模块、基础数据管理模块、货物标签管理模块、标签扫描管理模块、车间终端装置管理模块、入库管理模块、出库管理模块以及物流跟踪管理模块，如图1所示。

图1 矿山智能仓储快递服务系统组成

Fig.1 Composition of mine intelligent storage express service system

2.3 功能设计

1) 物料基本信息功能。RIFD电子标签识别器与中央处理器连接，通过手持无线射频识别设备对拣货下架(拣货上架)货物预先设置的RIFD电子标签进行扫描出库(入库)，生成出库单(入库单)，并及时更新库存信息。

2) 终端手持机功能。中央处理器通过无线连接的方式与货物领用申请请求终端手持机、基础信息录入终端手持机相连接，货物领用申请请求终端手持机上设置有申请输入键盘和货物领用申请显示器；基础信息录入终端手持机上设置有货物种类规格信息输入键盘以及基础信息录入显示器。

3) 自动拣货功能。中央处理器与智能无线AGV小车通过无线连接，智能无线AGV小车根据货物基础信息录入终端手持机提前录入的货物存储位置信息，实现物料自动拣货下架和自动拣货上架。

4) 快递功能。根据货物领用申请请求，由带有GPS定位装置的专门运送车辆将物料配送至指定地点，并通过GPS定位实时监控货物运送情况，货物运送至目的地后完成配送服务。

5) 更新库存功能。当库存充足时，库房人员将中央处理器形成的提货单指令返回至中央处理器，根据中央处理器指令完成物料快递服务；当库存紧缺时，领用部门将材料需求计划发送至采购部门，采购部门根据材料需求计划采购货物，采购到货后根据物料基本信息功能完成入库，更新库存信息。

2.4 系统运行过程

基于物联网技术的矿山智能仓储快递服务系统的智能仓储快递服务方法，其方法如下：领用部门使用货物领用申请请求终端手持机发出领料请求，并填写配送需求，货物领用申请请求终端手持机的领料请求信息发送至中央处理器，由中央处理器将领料请求信息归纳至中央联网计算机。

当库存充足时，库房人员参照中央联网计算机中存储的领料请求信息生成提货单，并将提货单指令返回至中央处理器，由中央处理器将指令发送给智能无线AGV小车，智能无线AGV小车根据货物基础信息录入终端手持机提前录入的货物存储位置信息自动拣货下架，并将需要的货物运行至指定位置，通过手持无线射频识别设备对拣货下架后的货物预先设置的RIFD电子标签进行扫描出库，成出库单并存储出库单信息，当需要配送时，生成配送单，由带有GPS定位装置的运送车辆配送至指定地点，并通过GPS定位实时监控货物运送情况，货物运送至目的地后完成配送服务，在生成出库单之后，不需要配送作业时， 由领用部门的领用人员自行领取。

当库存紧缺时，领用部门参照中央联网计算机中存储的领料请求信息提交物料需求计划，并将物料需求计划发送至采购部门，采购部门根据物料需求计划采购货物，采购到货后在货物包装体上粘贴RIFD电子标签，库房人员通过手持无线射频识别设备对粘贴的RIFD电子标签进行扫描入库，并通过货物基础信息录入终端手持机将扫描后的信息录入中央处理器，由中央处理器将指令发送指令给智能无线AGV小车，智能无线AGV小车将货物运送至库房空缺位置，完成自动拣货上架，再按照上述方法完成出库配送服务。

图2 矿山智能仓储快递服务系统运行过程

Fig.2 Operation process of mine intelligent storage express service system

3 现场应用

基于物联网的矿山智能仓储快递服务系统在内蒙古智能煤炭有限公司麻地梁煤矿实施已来，在解放人力资源、提高物料周转效率、降低生产成本、保证生产安全方面发挥了重要的作用，表现在以下两个方面。

1) 矿山智能仓储快递服务系统的应用，取消矿井各单位二级库房，实行物料集中管理，实现了网上立库、网上下单、“一卡式”服务；取消了各生产单位下料队，成立专业化的物料配送队伍，建立井下物料配送2小时物流圈；减少了物资仓储管理过程中错发、误发事故的发生，实现了矿井安全、高效生产的本质安全。

2) 与矿山智能仓储快递服务系统设计应用前相比，麻地梁煤矿的各类成本均出现下降。其中，库存成本减低了约60%，物料管理用工减少了约30%，为矿山进一步实现智慧矿山的发展目标奠定坚实的基础。

4 结 论

1) 矿山智能仓储快递服务系统利用工业现场设备，结合RFID技术、传感技术和物联网对运输设备、货物的数据采集和射频跟踪，对仓库货物的属性进行标签记录，通过读取数据传输到各个执行原件，完成仓储物料的各流程自动操作，为企业的生产提供了可靠的物资供应和保证。

2) 矿山智能仓储快递服务系统现场应用结果表明，该新型仓储管理系统有效提高了物资配送效率，减少了库存物资积压，基本实现了矿井“零库存”管理理念，另外，各类成本均出现下降，其中，库存成本减低了约60%，物料管理用工减少了约30%，具有显著的经济效益，为矿井进一步实现智慧矿山的发展目标奠定坚实的基础。