基于物联网的矿山物流管理技术研究

吴凤民 拓万兵

（1.中国矿业大学 银川学院机电动力系，宁夏 银川 750011；2.中国矿业大学 银川学院矿业工程系，宁夏 银川 750011）

0 引言

以射频识别技术（RFID）为基础，对所有的货物或物品赋予其唯一的编号方案，来进行唯一的标识。这一标识方案采用数字编码，并且通过实物互联网来实现对物品信息的查询。这一技术催生了EPC（产品电子代码）和物联网概念的提出，即利用数字编码，通过一个开放的、全球的标准体系，借助与低价位的电子标签，经由互联网来实现物品信息的追踪和即时交换处理，在此基础上进一步加强信息的收集，整合和交互，并利于生产物流决策和提高物流效益[1]。

RFID在物流管理领域中的研究和应用引起了科技界和工业界的极大关注，被认为是进一步降低供应链成本和增加利润的手段[2]。目前全球在零售业超市、服装业、农产品、机场建设等行业都成功的使用了这一技术并取得了良好的效宜。随着经济的快速发展，我国矿山资源日益短缺，提高我国矿山物流管理能力、矿山资源生产监督能力和矿山资源可跟踪能力，已势在必行。因此，本文利用RFID技术，参照产品电子代码EPC(Electronic Product Code)标准[3]，设计贯穿矿山供应、生产、销售链的实时采集、转换、存储与访问等时效信息框架，为矿山物流供应链管理和生产、销售管理提供了必要的信息。

1 矿山物流的特点和存在问题

1.1 矿山物流的特点

矿山企业多数远离城市和交通要道,地理位置偏,所以各种燃料、配件的库存量大,种类多,资金占用也多。同时矿山采装、运输、矿物加工成本占生产成本的比例高,选矿和混矿对矿产品售价影响极大。矿山企业的这些特性使得供、产、销各个环节的物流管理显得极为重要。所以，矿山物流是一个系统物流,属于工业物流范畴,是发展现代工业化生产方式、提高企业利润空间的有效手段。它存在于矿业产品的开发准备、生产过程和销售活动的全过程之中,是生产矿业产品以及组织矿物销售等一系列物料实体的运送搬运等动态流转过程,是一个由矿业的供应物流、生产物流、销售物流、回收物流、废弃物物流构成的物流跟踪环节流程,如图1。

矿物产品物流跟踪环节流程图中的每一环节都由不同组织载体构成：生产资料供应环节组织载体为与矿山生产资料相关的供应商；矿产品生产环节组织载体为生产矿企；矿产品加工环节组织载体为矿山企业或中间商；送输环节组织载体为送输中心或配送企业；销售环节组织载体为中间商和用户；回收和废物处理环节组织又为矿企本身。

1.2 矿山物流存在的问题

长期以来,矿山生产管理主要关注生产的工艺过程,而忽视了将每一个工艺环节连在一起的、并且伴随每个工艺环节同时出现的物流活动,还没有树立起生产物流的观念。没有认识到物流作为企业的“第三利润源泉”在降低成本、提高效益、增强市场竞争力中的作用,将物流活动置于附属地位,没有从物流管理的信息化、实时化、高效化实现供应物流、生产物流、销售物流、回收物流、废弃物流进行综合管理[4-5]。

图1 矿物产品物流跟踪环节流程图Fig1 Mineral products logistics flow chart to track links

2 基于物联网的矿山物流

为了给矿山生产整个供应、生产、销售链及废物处理的各环节提供有关生产资料、运输、仓储、矿产品生产、装卸、加工、配送和销售等方面的实时全面的电子化信息，利用RFID技术和EPC标准进行信息采集、传输和处理，使矿山物质流与信息流进行快速高效地转换、处理和反馈，构成了矿山物联网，即矿山EPC系统，基本组成如图2所示。

图2 矿山EPC系统Fig2 Mine EPC system

3 EPC/RFID的矿山物流时效信息框架设计

3.1 EPC系统的基本组成

EPC系统是一个非常先进的、综合的复杂系统，它由产品电子代码（EPC）的编码体系、射频识别系统及信息网络系统三部分组成，主要包括六方面见表1[6]。

表1 EPC系统构成图Tab1 The configuration diagram of EPC system

EPC代码由标头、厂商识别代码、对象分类代码和序列号等数据字段组成的一组96位数据结构。它是电子标签上标识物品的编码，记录着每个物品的全球唯一标识，也是厂商在生产过程中给物品打上的唯一标识。EPC只是一个信息参考 （指针），由这个信息参考可以从Internet上找到IP地址，并获取该地址中存放的相关物品信息。

图3 矿山物流时效框架图Fig3 Framework chart of mining aging logistics

EPC射频识别系统是实现EPC代码采集的功能模块，主要由射频标签和射频读写器组成。电子标签是EPC的信息载体，主要由天线和芯片组成。EPC标签中存储的唯一信息是96位或者64位产品电子代码。为了降低成本，电子标签采用被动式射频标签。读写器由读写模块和天线组成，它是用来识别电子标签的电子装置，可与信息系统相连，从而实现数据的交换。读写器使用多种方式与电子标签交换信息，近距离读取被动标签最常用的方法是电感耦合方式，只要靠近，盘绕读写器的天线与盘绕标签的天线之间就形成了一个磁场。射频脉冲为电子标签提供工作能量，同时电子标签内部的数据调制部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送入控制逻辑，控制逻辑接受指令完成存储、发送数据以及其他操作。电子标签利用这个磁场发送电磁波给读写器，返回的电磁波被转换为数据信息，也就是电子标签中包含的EPC代码。

EPC信息网络系统由本地网络和全球互联网组成，是实现信息管理与信息流通的功能模块。EPC系统的信息网络系统是在全球互联网的基础上，通过EPC中间件、对象命名称解析服务和物理标记语言等来实现全球“实物互联”。

3.2 矿山物流时效信息框架设计

为了说明矿山物流链中单个环节的信息流程，以矿产品销售链中的装载环节和配送环节为例，说明各个环节的工作流程。

3.2.1 矿产品装载

在矿产品运货出口中，用读写器将所包含产品的生产矿名、批号和序列号等信息的EPC写入标签，在产品的运输单元（火车、货车）贴上记载该产品的EPC电子标签，而将其他产品信息(如煤块或煤粉)、品质、生产投入、生产日期、产地以及物流信息等输入矿产品生产数据库，并以PML的形式存放在矿山企业的网站服务器上。

3.2.2 矿产品配送

应用软件管理由安装在配送仓库各处的读写器采集来的数据，这些数据可能被转化为实时的信息。例如，在配送环节，当运输单元（火车、货车）经过安装在仓库门口的读写器时，其EPC数据就被读写器采集，应用软件收集到由读写器跟踪采集的产品EPC后，由ONS机制自动找到存储有关产品信息的Web地址，并根据需要更新其中的信息；另外，将与仓库操作相关的数据记录（出货的数量、读写器的位置等）保存到矿企的产品销售数据库，更新的产品信息可置于中心数据库或分布式数据库。当矿产品到达安装有RFID设备的配送地后，应用软件不断地从读写器获取矿产品的EPC信息。假如获取到新的EPC记录，它立即协调ONS获取EPC保存的Web地址，并从该Web地址中获取有关的产品信息。应用软件能再次更新本地有关矿产品的信息，如矿产品当前的位置、时间及运输单元的信息，并能将这些信息及时返回矿企生产单位，以便生产单位合理的调度车辆和配置资源。

3.3 整个矿山物流链全程时效信息框架

矿山物流链的时效信息框架如图3所示。

在供应、生产、销售和废物处理各环节中，读写器获得数据后，应用软件将信息更新和储存于相应环节的本地数据库，并根据整个物流链中各合作伙伴间所约定的共享和保密信息，将需要共享的信息通过Internet网络传输，更新相应的EPC码存储站点的数据库。政府管理部门、合作企业和消费群体可以根据所授的权限去访问、查询共享的EPC码矿产品生产销售信息数据库和各个环节的本地数据库，以便为实现数字矿山建设做出合理的供应链决策和安全生产监督及销售信息查询等。

4 结束语

本文利用RFID自动识别与互联网络技术，参照EPC标准，基于物联网设计了矿山物流链全程时效信息框架。一方面，可实现生产资料供应商品、矿山资源生产、销售的信息与信息系统非接触式交互与处理，从根本上架起了沟通矿山物质世界与信息世界的桥梁，构成了矿山物联网，使矿山物质流与信息流可以进行快速高效的转换、处理和反馈，进一步使矿山物流企业能对运送的资源、派出的车辆进行实时与准确的跟踪，对目的地能否及时到达的监控以及在途中异常状况的及时反映，特别是在途的空闲运力，进行实时、精确的监控，进而可按路线距离进行优化，降低运输成本，提高服务质量。另一方面，有利于废旧物资的回收利用，矿山生产设备价值较高,发动机、总成、轮胎等价格昂贵。利用RFID技术开发配件寿命跟踪系统软件,对价格昂贵、附加值高、可重复利用的配件进行使用、维修、报废等跟踪,提高了再生资源利用水平。最后，也有利于推动EPC/RFID技术在数字矿山建设中的应用和推广。

［1］任志宇,任沛然.物联网与 EPC/RFIC 技术[J].森林工程，2006，22(1)66～67.

［2］Yogesh V,Joshi.Information visibility and its effect on supply chain dynamics[M[.Massachusetts：Institute of Technology,2000.

［3］Aono.EPC global简介[EB/OL].[2007-04-22].http：//www.epcglobal.org.cn/zhishi_epc/gaishu .aspx.

［4］陶莉,方海秋.矿山物流系统中若干问题的讨论[J].IM&P化工矿物与加工 ，2007，3：32－34.

［5］孙效玉,王喜富.基于数字矿山建设的煤炭物流管理技术及应用研究[J].物流技术，2008，27(6)：100～103.

［6］英万达.EPC 系统详细介绍[EB/OL].[2007-01-11].http：//tech.rfidworld.com.cn/2007111224211865.htm.