基于流程再造的煤炭智能装车系统的研究与设计∗

谭章禄 韩 茜

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

★煤炭科技·机电与信息化★

基于流程再造的煤炭智能装车系统的研究与设计∗

谭章禄 韩 茜

(中国矿业大学(北京),北京市海淀区,100083)

针对煤炭在公路运输装车过程中存在的偷煤和换煤现象,以兖州煤业股份有限公司为研究背景,引入流程再造理论对装车流程进行优化,在此基础上构建了煤炭智能装车系统,介绍了该系统的流程以及系统的软件和硬件设计。该系统的应用能够根本改善煤炭装车过程中偷煤、换煤和环境污染现状,提高装载效率和称重精度,进而降低企业生产成本。

煤炭企业 流程再造 智能装车系统 煤炭运输

目前,我国煤炭运输方式包括公路运输、铁路运输和水路运输,其中公路运输发挥着不可替代的作用,煤炭运往铁路运销基地或者中转港口往往需要中、短距离的公路运输。因此,解决煤炭公路运销过程中出现的偷煤换煤问题,能够有效降低煤炭企业的经济损失。煤炭公路运输包括装车、运输和卸车3个环节,而大多数学者主要研究运输和卸车环节的防控体系,鲜有学者对装车环节的问题进行研究的学者较少。如何保障装车过程的安全、高效显然成为煤炭企业亟需解决的重要问题。

煤炭装车的一般流程为:车辆驶入煤场—登记车辆信息—空车称重—装煤—重车称重—驶出煤场。本文将根据这一流程对煤炭装车过程中存在的问题进行分析,并提出相应的改善措施。

1 煤炭装车过程中存在的问题分析

1.1 偷煤、换煤现象严重

煤炭装车过程中偷煤、换煤现象严重,手段花样百出。如通过更换车牌拉不同煤质的煤炭,获取重量上的差额;司磅员与拉煤司机在称重时合伙舞弊;不完全上称、车未停稳上称或者多辆车同时上称以达到增加车皮重的目的;称皮重时人为添加重物,然后丢弃重物以达到偷煤的目的等等。

1.2 装载效率低

一般情况下,1辆拉煤车需要2辆装载机同时作业,这对装载机的数量和效率提出较高的要求。虽然装满车的时间一般维持在3 min左右,但是有时会出现一些突发情况,如装载机无油或加油状态、装载机故障无法行驶且无替代车辆、装载机处于维护保养状态等,这都使得传统装载机装煤的综合效率较为低下。

1.3 装载成本高

传统矿用装载机大多是柴油动力,属于高耗能设备,能源消耗强度大,这无形中增加了煤炭企业的作业成本。此外,还需给装载车配备一定数量的司机,增加了人力成本,而且装载机需要定期保养和维护,增加了企业维修和管理费用。

1.4 装载误差大

装载机司机根据经验判断每铲斗铲煤的重量,从而控制装车次数,这种装煤方式存在一定的人为误差。虽然煤炭企业允许这种误差的存在,但同时也明确了误差范围:4轴车装煤重量不超过标吨6 t,6轴车装煤重量不超过标吨8 t。然而,超过误差范围和未达到标吨的现象时常出现,这就需要对这些拉煤车进行卸煤或补煤作业,无疑增加了装载机司机、司磅员和监磅员的工作量,进而影响煤场秩序。

1.5 环境污染严重

开放式装车导致装煤过程中产生大量煤尘,而且装载机自身也要排放大量污染性尾气,不仅造成环境污染,也对现场工作人员的健康造成一定影响。在当前雾霾现象严重和全民对大气污染关注的背景下,国家对尾气污染排放的标准也将越来越严格。

1.6 称重精度低

公路运输中煤炭计量是通过空车称重和装煤后重车称重计算两者的差值获取,这种计量方式需要两次称重。虽然任何一种称重方式都存在一定的误差,但是两次称重求差值会使得误差累加,从而造成称重精度下降。

2 流程再造

流程再造是以客户为中心,以流程管理为核心,对流程进行系统化改造或者全新设计。系统化改造就是在现有流程的基础上通过减少流程步骤、消除流程瓶颈、提高活动效率等步骤对流程进行改造。全新设计就是以流程要取得的结果为目的,设计新的流程。

流程再造的基本思路是现状调研、流程分析和流程重建。现状调研是深入了解改造对象的业务流程现状和组织结构;流程分析是采取系统化改造法或者全新设计法对现有流程的每个环节进行分析,并对流程存在的问题提出改进方案;流程重建是在流程分析的基础上建立优化后的流程。本文以兖州煤业股份有限公司为研究对象,对该公司的装车环节进行流程再造。

2.1 现状调研

通过调研,兖州煤业股份有限公司的运输方式包括铁路运输、公路运输和水路运输。由于煤场和铁路运销基地或中转港口分隔两地,铁路运输和水路运输需要中、短距离的公路运输,因此煤场装车环节对任何一种运输方式而言都是极其重要的。兖州煤业股份有限公司现有的装车环节流程如图1所示。

图1 现有装车环节流程图

车辆驶入煤场后,使用RFID技术识别车辆,登记电子车牌信息;过地衡,由司磅员和监磅员负责称空车重,拉煤司机领取具有车牌号和车皮重等信息的装车单;驶入装煤区域,有两辆装载车同时装煤;装完煤后过地衡,司磅员和监磅员负责二次称重,拉煤司机领取运销业务单,驶出煤场,前往运销目的地。

2.2 流程分析

由于兖州煤业股份有限公司正处于快速发展时期,内外环境基本稳定,因此采用系统化改造法进行流程分析。

(1)减少流程步骤。兖州煤业股份有限公司原有的计量流程需要称空车重,装完煤后再次称重,这种称重模式不仅繁琐,还会为舞弊者提供可乘之机,可以采取一次称重的计量方式以简化流程。

(2)消除流程瓶颈。正如同“木桶原理”中那块最短的板决定了桶的最大容量,流程中的瓶颈决定了流程效率的上限。清除流程瓶颈就要找到流程中的短板,如多余的检查环节等,然后对流程中的短板进行分析,并提出相应的优化方案。对于装车流程,称量车皮重后才能够领取装车单,这一环节为偷煤换煤行为提供条件。可以通过系统之间的数据共享,从而实现识别电子车牌信息后直接获取煤种和皮重等装车信息

(3)提高活动效率。流程是由一系列活动组成,提高每个活动的效率有利于提高流程的整体效率。在整个装车环节,拉煤司机需要到固定地点领取两次单据,费时费力而且容易造成交通堵塞。针对这一问题,可以改为拉煤司机出入煤场时领取,由系统管理人员远程控制打印,这样将大大提高领取单据的效率。

2.3 流程重建

通过上述方法对流程进行优化,得到改造后的装车环节流程如图2所示。装煤汽车驶入煤场,登记电子车牌信息后自动获取装车单;为了避免二次称重,将称好重量的煤智能装入车中;装车完成后自动获取运销业务单据,汽车驶出煤场。

图2 改造后装车环节流程图

对比图1和图2,改造后的流程只需要门卫和系统管理人员2个人进行控制,取代了现有的7个工作人员的局面,大大降低了人力成本;同时,智能装车也使得流程得到了简化和优化,进而提高了流程的整体效率。

3 煤炭智能装车系统的构建

在流程再造的基础上,针对煤炭装车过程中存在的问题,本文提出构建煤炭智能装车系统,提高装载效率以降低装载成本,减少偷煤换煤现象,同时也为煤场工作人员提供了一个无尘的工作环境。

3.1 煤炭智能装车系统流程设计

煤炭智能装车系统由硬件系统和软件系统组成,硬件系统包括车辆自动检测系统、称重系统、除尘装置、在线煤质检测系统和视频监测控制系统;软件系统包括智能控制系统和称重管理系统。该智能系统的装车流程如图3所示。

由图3可以看出,装煤汽车刷卡进门后,在入口处通过车辆自动检测系统检测提前登记的电子车牌信息,识别后由远程控制系统自动打印装车单;拉煤司机获取装车单后驶入装煤场地,使用称重计量系统进行装车,一次性装载完成,在装载过程中实时检测煤质,并将相关信息写入RFID电子标签中,信息通过网络实时传输至远程控制系统;装煤汽车行驶至出口处,通过车辆自动检测系统检测,获取运销业务单据后驶出煤场。

3.2 煤炭智能装车系统功能设计

3.2.1 硬件系统设计

(1)车辆自动检测系统。车辆自动检测系统采用RFID识别技术,车辆驶入和驶出煤场,需要进行两次车辆检测。驶入时根据读出的电子车牌信息自动生成装车信息形成装车单,并自动打印;驶出时根据读出的电子车牌信息自动生成运销信息形成运销业务单,并自动打印。

(2)称重系统。称重系统由称重传感器、缓冲仓和定量仓等组成。其中,缓冲仓和定量仓都采用圆柱－圆锥形设计,其结构稳定且煤炭流动性好,而且能够有效避免自燃事故的发生。

图3 系统装车流程图

(3)除尘装置。除尘装置是对称重系统的缓冲仓、定量仓和溜槽之间采用防尘布和阻燃尼龙橡胶连接,实现全封闭式防尘。

(4)在线煤质检测系统。在线煤质检测系统可以采用多通道激光发射的高能光谱照射煤炭产品,使之发出特征性光谱,并通过对该光谱信号的摄取记录及分析,实现对定量装车过程中的煤质进行实时在线检测。

(5)视频监测控制系统。视频监测控制系统用于监控煤场现场,有助于系统管理人员及时掌握装车情况,并进行远程控制。

3.2.2 软件系统设计

(1)称重管理系统。称重管理系统是对称重系统各个部件进行管理控制,具有闸门控制模块、称重计量模块和卸煤控制等模块。不同的拉煤车需要装载的煤炭重量以及煤种不同,该系统能够实现远程控制不同的储煤仓闸门开关和控制卸煤装置等功能。

(2)智能控制系统。智能控制系统由PCL控制系统和视频监控管理系统组成,对车辆自动检测系统、在线煤质检测系统和视频监测控制系统等硬件进行系统管理,并对称重管理系统进行有效集成,以实现识别车辆信息后自动打印单据、实时监测煤质检测数据和煤场运转情况以及智能装车等功能。

4 效益分析

4.1 社会效益

煤炭智能装车系统采用定量装车,根除了称重过程中偷煤、换煤的现象,并提高了称重精度。煤炭智能装车系统采用无尘装置,不仅员工工作环境得到改善,而且不会给周边环境带来污染,履行了煤炭企业的社会责任,进而提高了煤炭企业的社会形象。煤炭智能装车系统的全面实施能够有效提升煤炭装载效率,提高煤场的管理水平。

4.2 经济效益

应用煤炭智能装车系统能够大大减少装煤过程中的偷煤换煤可能性,减少煤炭企业的经济损失。借助于煤炭智能装车系统,整个煤场只需要一个系统管理人员,大大降低了人力资源成本。若按兖州煤业股份有限公司每年煤炭销售量为3000万t、地销占比约为60%以及平均每车装运煤炭30 t计算,那么地销的发运量为60万车/a。按照我国煤炭装车环节窃换1～3 t/车和煤炭价格为450元/t计算,兖州煤业股份有限公司借助于煤炭智能装车系统每年能够减少2.7亿元的损失,经济效益显著。

[1] 赵新平.选煤厂装车自动平煤装置的研究与应用[J].中国煤炭,2013(12)

[2] 司金虎,谢新兵.环保型煤炭战略装车基地的推广应用[J].中国煤炭,2010(12)

[3] 闫艳.智能汽车装车技术研究[J].工矿自动化, 2015(3)

[4] 杨丽.煤矿汽运智能定量装车系统[J].煤炭工程, 2012(6)

[5] 谭章禄,韩茜,任超.面向智慧矿山的综合调度指挥集成平台的设计与应用研究[J].中国煤炭, 2014(9)

[6] 郭欣,宁建民.全自动智能调度与装车系统的开发[J].工矿自动化,2012(9)

Research and design of intelligent coal-loading system with process reengineering

Tan Zhanglu,Han Qian
(China University of Mining and Technology,Beijing,Haidian,Beijing 100083,China)

Aiming at the serious problem that coal was stolen or changed during loading and transportation by road,the paper takes Yanzhou Coal Mining Company Limited as the research object to optimize the loading process with the business process reengineering.On this basis,the intelligent loading system is established,and the process of this system and the designation of the related hardware and software are introduced.The application of this system can solve the problem of stealing or changing coal;reduce the pollution;improve the coal loading efficiency and the weighing accuracy and thus reduce the production cost.

coal mining enterprise,process reengineering,intelligent loading system,coal transport

TD－918

A

谭章禄(1962－),男,江西赣县人,教授、博士生导师,工程管理博士点首席学科带头人,研究方向为管理信息系统、人力资源管理和企业信息化等。

(责任编辑 路 强)

国家自然科学基金资助项目(61471362),中央高校基本科研业务费资助项目(2011YG02)