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      基于物聯(lián)網(wǎng)的水泥發(fā)運(yùn)智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

      2024-09-12 00:00:00李博康楊沈澤通杜楊
      物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2024年4期

      摘 要:針對(duì)我國(guó)當(dāng)前水泥行業(yè)普遍缺乏有效的車輛調(diào)度及管理準(zhǔn)則,易出現(xiàn)車輛亂行無(wú)序,常堵車搶道等現(xiàn)象,本文提出了一種新型水泥智能發(fā)運(yùn)調(diào)度策略,對(duì)車輛進(jìn)出廠、汽車衡和下料口的使用及倒運(yùn)車輛都進(jìn)行了相關(guān)調(diào)度管理,并構(gòu)建了調(diào)度模型,給出了調(diào)度的具體策略。在水泥公司實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,該調(diào)度策略不僅能夠提高設(shè)備的使用效率,還能夠極大程度提高水泥發(fā)運(yùn)效率,進(jìn)而提高該公司的經(jīng)濟(jì)效益。最終的事實(shí)證明:本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了水泥發(fā)運(yùn)智能調(diào)度,可以對(duì)水泥車輛與稱重實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理,滿足了水泥生產(chǎn)發(fā)運(yùn)的管理需要。

      關(guān)鍵詞:水泥發(fā)運(yùn);智能調(diào)度系統(tǒng);RFID身份認(rèn)證;調(diào)度策略;廠內(nèi)物流管理;C語(yǔ)言

      中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2024)04-00-04

      DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.023

      0 引 言

      物流,作為“企業(yè)的第三種利潤(rùn)來(lái)源”,已被視為決定一家企業(yè)興衰與發(fā)展的關(guān)鍵所在[1-2]。水泥廠內(nèi)的物流更是其業(yè)態(tài)管理的核心,反映的是企業(yè)物流管理的水平。工廠內(nèi)物流運(yùn)輸是否暢通,將對(duì)整個(gè)物流鏈產(chǎn)生直接影響[3],最終會(huì)影響企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益。因此,合理有效的智能發(fā)運(yùn)管理系統(tǒng),是當(dāng)前水泥行業(yè)發(fā)展必須要面對(duì)的重要課題。

      針對(duì)新型水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng),國(guó)外水泥企業(yè)進(jìn)行了有力的探索與嘗試,建立了較為完善的物流系統(tǒng),適應(yīng)了生產(chǎn)力發(fā)展的總體要求[4],并且將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在廠內(nèi)發(fā)運(yùn)管理方

      面[5],有效提高了廠內(nèi)運(yùn)輸物流效率,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)與銷售物流的有效配合。我國(guó)水泥企業(yè)多為中小型企業(yè),基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遲緩,裝備落后[6],企業(yè)基礎(chǔ)性管理系統(tǒng)僅僅局限在單項(xiàng)系統(tǒng)、單個(gè)部門應(yīng)用上,并且由于企業(yè)內(nèi)部人才不足,技術(shù)投入資金力度不夠[7],企業(yè)信息化建設(shè)與數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐緩慢,部分企業(yè)為了滿足日益增長(zhǎng)的水泥生產(chǎn)和銷售需求,開始對(duì)場(chǎng)內(nèi)物流環(huán)節(jié)進(jìn)行改革,有的引進(jìn)了比較智能的物流銷售發(fā)運(yùn)軟件[8],這雖然能在一定程度上減少人員冗余,提高工作效率,實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化,但這些通用系統(tǒng)在控制、平衡資源能力和個(gè)性化需求方面普遍較弱,不能真正在管理模式各異的水泥企業(yè)應(yīng)用普及[9];金隅冀東水泥、海螺水泥等大型水泥集團(tuán)根據(jù)自身企業(yè)特點(diǎn),研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的廠內(nèi)物流銷發(fā)系統(tǒng)[10],這雖能夠完全適應(yīng)本企業(yè)的銷售理念,但整個(gè)系統(tǒng)基于普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),成本較高,且只能對(duì)局部環(huán)節(jié)進(jìn)行管理,無(wú)法掌控全局信息,缺乏可拓展性,并且該系統(tǒng)主要是在硬件上進(jìn)行系統(tǒng)搭建,相關(guān)配套軟件還存在很多不足。

      基于以上分析,本文將IC卡與RFID射頻認(rèn)證、分區(qū)廣播技術(shù)應(yīng)用到水泥發(fā)運(yùn)流程中,提出了一種新型水泥智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng),并應(yīng)用在國(guó)內(nèi)水泥公司。應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的調(diào)度服務(wù)器、門衛(wèi)管理、RFID射頻卡管理、檢斤管理等運(yùn)轉(zhuǎn)良好,有效提高了廠內(nèi)車輛運(yùn)輸效率與企業(yè)工作效率。

      1 水泥發(fā)運(yùn)智能調(diào)度策略研究

      為保障水泥廠內(nèi)車輛能順利、高效完成發(fā)運(yùn)流程,智能發(fā)運(yùn)調(diào)度策略主要分為:車輛進(jìn)出廠調(diào)度、汽車衡調(diào)度、下料口調(diào)度和倒運(yùn)車輛調(diào)度4個(gè)部分,下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

      1.1 水泥發(fā)運(yùn)的進(jìn)廠調(diào)度策略

      根據(jù)進(jìn)廠車輛種類不同將其分為散裝水泥車輛、袋裝水泥車輛、原材料和其他稱重車輛3種車輛類型。

      (1)散裝水泥車輛申請(qǐng)進(jìn)廠

      條件1:廠內(nèi)相應(yīng)下料口正常使用且等待裝料車輛數(shù)xi小于i號(hào)下料口允許等待裝料車輛最大數(shù)Xi。

      (1)

      式中:Zi為下料口的狀態(tài)(1為可用,0為不可用);xi為i號(hào)下料口當(dāng)前等待裝料車輛數(shù);Xi為i號(hào)下料口允許等待裝料車輛最大數(shù);A1=1表示條件1滿足,有車輛可以使用的下料口;A1=0表示條件1不滿足,無(wú)車輛可以使用的下

      料口。

      條件2:已進(jìn)廠散裝水泥車輛總數(shù)Ssum小于允許進(jìn)廠散裝水泥車輛最大數(shù)Smax。

      (2)

      式中:Ssum為已進(jìn)廠散裝水泥車輛總數(shù);Smax為允許進(jìn)廠散裝水泥車輛最大數(shù);A2=1表示條件2滿足,已進(jìn)廠散裝水泥車輛總數(shù)小于允許進(jìn)廠散裝水泥車輛最大數(shù);A2=0表示條件2不滿足,已進(jìn)廠散裝水泥車輛總數(shù)不小于允許進(jìn)廠散裝水泥車輛最大數(shù)。

      條件3:有可以使用的汽車衡閑置。

      (3)

      式中:Qi為i號(hào)汽車衡狀態(tài)(1為空閑,0為正在使用中);Li為汽車衡i稱重上限;G為等待進(jìn)門車輛估計(jì)值;A3=1表示條件3滿足,有可用空閑汽車衡;A3=0表示條件3不滿足,無(wú)可用空閑汽車衡。

      條件4:沒有滿足進(jìn)廠條件且請(qǐng)求時(shí)間早于該車的等待進(jìn)廠車輛,ts為該散裝水泥車輛請(qǐng)求進(jìn)場(chǎng)時(shí)間。

      (4)

      式中:T為滿足進(jìn)廠條件的等待進(jìn)廠車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間集合;A4=1表示條件4滿足,允許進(jìn)廠;A4=0表示條件4不滿足,不允許進(jìn)廠。

      當(dāng)散裝水泥車輛申請(qǐng)進(jìn)廠時(shí)應(yīng)先判斷是否滿足前3個(gè)條件,前3個(gè)條件都滿足時(shí),將該散裝水泥車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間ts添加進(jìn)進(jìn)廠時(shí)間集合T中,當(dāng)同時(shí)滿足條件4時(shí),允許車輛進(jìn)廠。上述4個(gè)條件中,任一條件不滿足都禁止車輛進(jìn)廠,并通過(guò)語(yǔ)音提示該車輛等待。

      (2) 袋裝水泥車輛申請(qǐng)進(jìn)廠

      條件1:已進(jìn)廠袋裝水泥車輛總數(shù)Dsum小于允許進(jìn)廠袋裝水泥車輛最大數(shù)Dmax。

      (5)

      式中:A5=1表示條件1滿足,已進(jìn)廠袋裝水泥車輛總數(shù)小于允許進(jìn)廠袋裝水泥車輛總數(shù);A5=0表示條件1不滿足,已進(jìn)廠袋裝水泥車輛總數(shù)不小于允許進(jìn)廠袋裝水泥車輛最大數(shù)。

      條件2:有可以使用的空閑汽車衡。

      (6)

      式中:Qi為i號(hào)汽車衡狀態(tài)(1為空閑,0為正在使用中);Li為汽車衡i稱重上限;G為等待進(jìn)門車輛估計(jì)值;A6=1表示條件3滿足,有可用空閑汽車衡;A6=0表示條件3不滿足,無(wú)可用空閑汽車衡。

      條件3:沒有滿足進(jìn)廠條件且請(qǐng)求時(shí)間早于該車的等待進(jìn)廠車輛,td為該袋裝水泥車輛請(qǐng)求進(jìn)場(chǎng)時(shí)間。

      (7)

      式中:T為滿足進(jìn)廠條件的等待進(jìn)廠車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間集合;A7=1表示條件3滿足,允許進(jìn)廠;A7=0表示條件3不滿足,不允許進(jìn)廠。

      當(dāng)袋裝水泥車輛申請(qǐng)進(jìn)廠時(shí)應(yīng)判斷是否滿足前2個(gè)條件,前2個(gè)條件都滿足時(shí),將該袋裝水泥車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間td添加到請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間集合T中,當(dāng)滿足條件3時(shí),允許車輛進(jìn)廠。上述3個(gè)條件中,任一條件不滿足,禁止車輛進(jìn)廠,并通過(guò)語(yǔ)音提示該車輛等待。

      (3)原材料或其他稱重車輛申請(qǐng)進(jìn)廠

      條件1:已進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛總數(shù)Ysum小于允許進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛最大數(shù)Ymax。

      (8)

      式中:A8=1表示條件1滿足,已進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛總數(shù)小于允許進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛最大數(shù);A8=0表示條件1不滿足,已進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛總數(shù)不小于允許進(jìn)廠原材料和其他稱重車輛最大數(shù)。

      條件2:有可以使用的空閑汽車衡。

      (9)

      式中:Qi為i號(hào)汽車衡狀態(tài)(1為空閑,0為正在使用中);Li為汽車衡i稱重上限;G為等待進(jìn)門車輛估計(jì)值;A9=1表示條件2滿足,有可用空閑汽車衡;A9=0表示條件2不滿足,無(wú)可用空閑汽車衡。

      條件3:沒有滿足上述2個(gè)條件且請(qǐng)求時(shí)間早于該車的等待進(jìn)廠車輛,ty為該原材料或其他稱重車輛請(qǐng)求進(jìn)場(chǎng)時(shí)間。

      (10)

      式中:T為滿足進(jìn)廠條件的等待進(jìn)廠車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間集合;A10=1表示條件3滿足,允許進(jìn)廠;A10=0表示條件3不滿足,不允許進(jìn)廠。

      原材料或其他稱重車輛申請(qǐng)進(jìn)廠時(shí)應(yīng)判斷是否滿足前

      2個(gè)條件,前2個(gè)條件都滿足時(shí),將該原材料或其他稱重車輛請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間ty添加到請(qǐng)求進(jìn)廠時(shí)間集合T中。當(dāng)滿足條件3時(shí),允許車輛進(jìn)廠。上述3個(gè)條件中,任一條件不滿足,禁止車輛進(jìn)廠,并通過(guò)語(yǔ)音提示該車輛等待。

      1.2 水泥發(fā)運(yùn)的出廠調(diào)度策略

      出門時(shí)散裝、袋裝、原材料和其他稱重車輛策略相同。

      條件1:是否有可用的空閑汽車衡。

      (11)

      式中:Qi為i號(hào)汽車衡狀態(tài)(1為空閑,0為正在使用中);A11=1表示條件1滿足,該汽車衡空閑;A11=0表示條件1不滿足,該汽車衡正在使用中。

      條件2:等待出門車輛數(shù)Csum小于等待出門車輛允許最大值Cmax。

      (12)

      式中:A11=1表示條件2滿足,等待出門車輛數(shù)小于等待出門車輛允許最大值;A11=0表示條件2不滿足,等待出門車輛數(shù)不小于等待出門車輛允許最大值。

      當(dāng)車輛申請(qǐng)出廠時(shí)應(yīng)判斷是否滿足上述2個(gè)條件,當(dāng)

      2個(gè)條件都滿足時(shí),允許車輛出廠,任何一條不滿足時(shí),語(yǔ)音提示車輛請(qǐng)等待。

      1.3 水泥發(fā)運(yùn)的汽車衡調(diào)度策略

      汽車衡的調(diào)度策略是根據(jù)車輛的進(jìn)出廠車道為車輛分配最優(yōu)的汽車衡,此策略可以有效避免由于車輛交叉上衡導(dǎo)致堵車的情況發(fā)生。

      為方便說(shuō)明,設(shè)計(jì)汽車衡及進(jìn)廠道布局如圖1所示。其中,一號(hào)道為原材料車輛進(jìn)廠車道,二號(hào)道為散裝水泥車輛進(jìn)廠車道,三號(hào)道為袋裝水泥車輛進(jìn)廠車道,四號(hào)道為車輛出廠車道。

      計(jì)劃汽車衡調(diào)度策略對(duì)進(jìn)廠車輛分配汽車衡的方法:從一號(hào)道進(jìn)來(lái)的原材料車優(yōu)先分配到一、二號(hào)汽車衡;從二號(hào)道進(jìn)來(lái)的散裝車優(yōu)先分配到一、二、三號(hào)汽車衡;從三號(hào)道進(jìn)來(lái)的袋裝車優(yōu)先分配到三、四號(hào)汽車衡。此舉可避免車輛交叉上衡引起擁堵。

      1.4 水泥發(fā)運(yùn)的下料口調(diào)度策略

      散裝車輛去指定下料口裝料時(shí),需首先刷IC卡進(jìn)行RFID身份認(rèn)證,當(dāng)RFID和IC比對(duì)成功并且下料口匹配成功后,系統(tǒng)自動(dòng)將該下料口狀態(tài)更改為允許下料,此時(shí)允許下料指示燈亮,下料口操作人員可通過(guò)下料口控制電路控制下料口皮帶下降、擋板打開、風(fēng)機(jī)開啟。通過(guò)RFID射頻身份認(rèn)證技術(shù)可以保證車輛信息的真實(shí)性,杜絕了偷料和由于司機(jī)疏忽裝錯(cuò)料的情況。

      當(dāng)車輛需要換罐或者抖車時(shí),換罐或抖車操作在規(guī)定時(shí)間(時(shí)間可設(shè)定)內(nèi)完成后,可再次裝料,如果超過(guò)規(guī)定時(shí)間則需要重新刷IC卡和進(jìn)行RFID射頻身份認(rèn)證,并向調(diào)度人員申請(qǐng),待調(diào)度人員確認(rèn)后才可繼續(xù)裝料。該策略杜絕了車輛中途卸料偷料的情況。在車輛裝料過(guò)程中如果有其他RFID卡進(jìn)入掃描范圍會(huì)將正在裝料車輛狀態(tài)置位為“裝料完成”,禁止該車再次裝料。如果車輛想繼續(xù)裝料需要先讓其他車輛離開下料區(qū),并重新刷IC卡和進(jìn)行RFID射頻身份認(rèn)證。該策略可確保水泥下料口與裝料車輛唯一,從根本上杜絕了換車偷料的情況發(fā)生。

      1.5 水泥發(fā)運(yùn)的倒運(yùn)車輛調(diào)度策略

      由于倒運(yùn)車輛只適用于水泥廠內(nèi)物資倒運(yùn),可以忽略不同汽車衡引起的稱重誤差,所以倒運(yùn)車輛不分配固定汽車衡,倒運(yùn)車輛二次稱重時(shí)自主尋找空閑汽車衡。下面詳細(xì)說(shuō)明廠內(nèi)倒運(yùn)車輛流程。

      (1)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛進(jìn)廠。廠內(nèi)倒運(yùn)車輛申請(qǐng)進(jìn)廠時(shí)是空車進(jìn)廠,可以忽略不同汽車衡引起的稱重誤差,可以不回原汽車衡二次稱重,所以一次稱重不需要考慮汽車衡量程上限,只要滿足條件1即可允許廠內(nèi)倒運(yùn)車輛進(jìn)廠。

      條件1:是否有空閑汽車衡。

      (13)

      式中:Qi為i號(hào)汽車衡狀態(tài)(1為空閑,0為正在使用中);A18=1表示條件1滿足,有可用汽車衡,允許廠內(nèi)倒運(yùn)車輛進(jìn)廠;A18=0表示條件1不滿足,無(wú)可用空閑汽車衡,語(yǔ)音提示車輛請(qǐng)等待。

      (2)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛一次稱重。車輛進(jìn)廠時(shí)系統(tǒng)會(huì)為其分配一個(gè)汽車衡,上衡后下車刷汽車衡后IC讀卡器,自動(dòng)完成一次稱重。

      (3)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛二次稱重。廠內(nèi)倒運(yùn)車輛二次稱重回衡時(shí)根據(jù)車重自主選擇空閑汽車衡,刷汽車衡后IC讀卡器,上衡后下車刷汽車衡前IC讀卡器,完成二次稱重后系統(tǒng)自動(dòng)開啟汽車衡后道閘,廠內(nèi)倒運(yùn)車輛回退進(jìn)廠。

      (4)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛卸料完成后上衡。當(dāng)?shù)惯\(yùn)完成車輛上衡后需由工作人員為其開啟汽車衡前道閘,完成倒運(yùn)工作。如果繼續(xù)倒運(yùn),司機(jī)下車刷汽車衡前IC讀卡器,重復(fù)上述操作。

      (5)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛出廠。當(dāng)廠內(nèi)倒運(yùn)車輛完成倒運(yùn)工作后,應(yīng)將IC卡交還門衛(wèi),根據(jù)IC卡記錄的倒運(yùn)次數(shù)和重量信息為其打印檢斤單,核對(duì)正確后允許車輛出廠,完成倒運(yùn)流程。

      2 系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

      根據(jù)水泥發(fā)運(yùn)智能調(diào)度策略設(shè)計(jì)開發(fā)了鞍山水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)。水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)采用VS2012作為軟件開發(fā)平臺(tái),C#作為開發(fā)語(yǔ)言,軟件構(gòu)建采用C/S模式,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)運(yùn)行主界面如圖2所示。

      從該系統(tǒng)中可以清晰明確地看到進(jìn)入廠內(nèi)的車輛數(shù)量、位置、車牌號(hào)、類型等以及廠區(qū)入門處和4個(gè)汽車衡的道閘開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)左上方顯示廠內(nèi)石灰石車輛、其他原材料車輛、袋裝水泥車輛的數(shù)量和車牌號(hào),將鼠標(biāo)移動(dòng)到車輛上面可以查看該車輛的詳細(xì)信息,包括車牌號(hào)、產(chǎn)品類型、車輛一次稱重等信息。右邊區(qū)域顯示8個(gè)下料口的水泥品種和等待裝料車輛車牌號(hào)等信息。中間汽車衡位置有顯示道閘狀態(tài)的按鈕,可手動(dòng)操作控制打開道閘。

      界面右下方有個(gè)可以自由切換的表格框,可以查看“車輛信息”“連接信息”(門衛(wèi)計(jì)算機(jī)、檢斤計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)是否連接)和IC讀卡器的連接狀態(tài)等。當(dāng)門衛(wèi)計(jì)算機(jī)或者檢斤計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)開連接時(shí),中控室語(yǔ)音提示其斷開連接。當(dāng)須查看某一項(xiàng)時(shí),鼠標(biāo)單擊該項(xiàng)按鈕即可。當(dāng)車輛過(guò)多查看信息不方便時(shí),可以雙擊表格放大查看。通過(guò)該系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥廠車輛的智能調(diào)度和全局管理,在節(jié)省人力的同時(shí)極大提高了水泥發(fā)運(yùn)的效率,進(jìn)而提高了水泥廠的效率。

      3 結(jié) 語(yǔ)

      為減少水泥企業(yè)內(nèi)部車輛運(yùn)輸系統(tǒng)混亂、人員冗余等問(wèn)題,本文針對(duì)國(guó)內(nèi)某水泥公司水泥銷售車輛具體行駛路線及汽車衡的具體使用狀況,提出了一種新型水泥智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)在水泥公司的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證,該調(diào)度策略和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠合理分配廠內(nèi)汽車衡及下料口的使用,并對(duì)廠內(nèi)各車輛合理設(shè)計(jì)運(yùn)輸路線,提高了水泥發(fā)運(yùn)效率與管理效益。

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      收稿日期:2023-05-19 修回日期:2023-06-21

      作者簡(jiǎn)介:李 博(1989—),男,河北石家莊人,碩士,工程師,研究方向?yàn)楣こ绦畔⒓夹g(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

      康 楊(1998—),男,湖北襄陽(yáng)人,學(xué)士,助理工程師,研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

      沈澤通(1996—),男,河北保定人,助理工程師,研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

      杜 楊(1992—),男,河北石家莊人,學(xué)士,助理工程師,研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

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