智能仓储技术在危废处置厂的应用研究

引言

危险废物(以下简称"危废"）是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物。危废具有毒性、腐蚀性、易燃性、传染性等不良特性,严重威胁人类生存和环境发展。

仓储作为供应链上物流作业的一环,在危废物料处置流通过程中起着举足轻重的作用。我国在危废管理制度中也对存储提出了更高的要求。在"智慧""智能"理念深入人心的今天,环保处置行业正从劳动密集型向技术密集型换道,通过智慧仓储技术推动企业降本增效,以科技创新推动行业绿色发展。

1危废仓储现状分析

1.1危废行业现状

随着制造业及医疗水平的提高,居民生活质量提升,危废的产生量也快速增加,有关数据显示,2016年危废产量达5347万t。低综合利用处置率(83%）、低有效利用率(25%）,导致整体危废的处置供不应求。面对总量统计不清等突出问题,加上储存、转移、处置等监管压力,危废污染防治已成为环境保护工作的重要组成部分。我国危废处置及利用率低,主要原因是处理能级还未随产量的攀升而快速提高。

1.2危废仓储现状

仓储环节是影响处理能级的重要因素,作为供应链上物流作业的一个环节,仓储在危废物料处置流通过程中起着举足轻重的作用。据2019年底不完全统计,全国有近3500个危废处置厂,其中大部分仓库都是采用老式平面库,应用仓储系统及自动化设备的厂不足0.5%。仓储管理在危废运营中起着重要作用,由于危废物料与上游单位产量形势、工艺处置状态、管制政策紧密相连,库存情况须时时更新。受到行业发展水平、工作环境、人力综合素质等多方面因素影响,国内危废仓储普遍存在以下问题:

1.2.1物料摆放随意,基础管理粗放

在仓库实际运作中,为了提高仓库面积使用率,处置企业会承接超出自己储存能力的货物,导致在堆放物料时无法满足间距要求,甚至经常发生由于垛位过大而堵塞消防通道和消防器材的状况。物料摆放随意,无精细化分区管理不仅会造成安全隐患,还会使物料盘点困难,工人无法快速准确找到指定物料,焚烧前配伍混乱,导致焚烧不稳定。有的企业不顾国家标准及货主要求进行露天堆存,带来了货物丢失、污染等风险。

1.2.2信息化水平低,数据不可追溯

目前,国内绝大部分危废处置企业仍采用人工完成记账统计,误差率高且效率低。合同审批、物料接收、样品检测、配伍管理、上架出库各环节数据独立,互为孤岛,未形成数据链,无法实现作业追溯,更无法获取长期数据。

1.2.3智能硬件应用少,依赖人工作业

危废处置仓储在智能设施设备的应用上明显落后,且一般存放于平面库。在作业方面,物料的装卸、搬运、码垛、库存管理等大部分依靠人力,规模较小的库甚至不具备叉车作业能力,仍使用人工分拣和链条机输送。在人口红利减少,年轻人有更多职业选择的背景下,工人成本压力增长且素质不均,使作业不但效率低下,且容易出错、安全性低。

2危废仓储智能化趋势

2.1技术背景

2.1.1物流仓储发展

随着互联网的爆炸式发展,网络购物用户规模急剧增大,刺激了电商行业迅猛发展,拉动了物流快递行业迅速壮大,此时传统的仓储作业方式(人力+机械）已远不能满足零售行业的作业效率及运营需求,人员工资成本也呈上涨趋势,利润率在下降。不断上升的人工费用和下降的快递单价,倒逼电商、物流等企业加快了仓储物流的自动化建设,高效合理的仓储管理系统应运而生。物流仓储从机械化到自动化再到智能化快速发展,进入了"新"仓储时代,以打通供应链上下游数据链,满足作业需求,形成运营闭环为目的,在特定场景下,运用仓储技术能够实现对物料的进出、储存、分拣等作业环节信息的有效计划和执行。

2.1.2物联网技术的发展

随着经济体制改革的不断深入和市场的进一步开放，以及信息技术在物流仓储行业的广泛应用,我国的物流仓储行业已经进入了一个由传统物流向现代化物流过渡的变革时期。与此同时,随着物联网技术的迅猛发展,基于RFID技术、条形码技术、GPs技术、传感技术、ZigBee技术的物联网技术正在全面应用于社会生产与生活的各个方面,通过物联网与互联网结合,实现环境与系统的整合,为现代仓储的变革提供了强大的技术支撑。

2.2危废仓储发展预测

2.2.1系统化管理

当前危废仓储主流方式以人工记账、盘点为主,物料基本信息(包括来源、批次、成本、重量等）通过手工统计,效率、准确率、及时率等都极低。将来,仓储管理系统(warehouse Management System,WMA）可利用算法和系统组织、优化运行,加快物流和信息流,保证物、人、车的精确执行,实现"动态存储"。通过RFID技术,能够快速读取物料信息并上传系统,实现危废信息传输网络化,各生产组织信息互联,纸媒这类低效的交流方式将被全面取代。

2.2.2智能化配伍

危废处置中焚烧和填埋占据主流地位。焚烧技术可有效去除危废中的有毒有害成分,回收利用其中的热能,可同时达到减量、无害化和综合利用的目的,是危废处置中应用最广泛的技术。由于危废的种类繁多且复杂,其成分波动范围较大。危废在焚烧过程中,热值稳定是保证回转窑和二燃室温度稳定的前提,因此配伍成果至关重要。将来,可根据wMs中存储的物料信息,按照配伍算法自动生成取货任务表,并给AGV叉车发出取料指令。当配伍计算过程中发现缺某种物料时,系统会提前给出提示信息,以便及时添加,从而满足生产需求。

2.2.3装备化作业

物料在出入库时,系统会发出相应指令,自动化设备替代人工进行搬运、存取等操作,以确保作业及时性、准确性,同时避免了安全隐患。仓库作业自动化设备应用主要有自动化立库和无人AGV。自动化立库能提高存储效率,减少人工劳动,降低库存积压,我国第一座自动化仓库自1980年问世后迅速得到广泛应用,机器制造业、物流业等很多行业都开始采用自动化立体仓库代替传统仓库,从"静态存储"跨越到"动态存储"时代。无人AGV较自动化立库更具柔性、灵活性,其导航技术已从磁轨变革到激光,在作业环境中安装适高的反射板,AGV通过发射激光束采集由反射板反射的光束来确定其当前的位置和方向,并通过连续的三角算法实现定位导航。这种存储方式灵活,无须大幅改装仓库现场即可实现物料的自动出入库。

3危废仓储智能解决方案应用设计

根据危废处置过程中工艺实际需求和问题,开展软硬件研发应用设计,以形成危废智能仓储解决方案。

3.1工艺流程分析

(1）合同管理:业务人员对收取到的危废物料进行取样分析,通过对成分、处理工艺等多项因素进行分析来定价,提交线上审批,并进行存档管理。

(2）物料接收:运输车辆将危废物料从产废单位运至处置厂时,由普通人力叉车将物料从车中搬运到暂存区,等待取样分析,完成物料初步接收工作。

(3）实验分析:将接收到的物料送至实验室进行取样化验分析,确定样品合格后进行编码,将化验结果如热值、灰分、水分等详细信息录入二维码,并与托盘上的RFID＋二维码绑定,绑定后信息录入仓储管理系统,并在系统中按照策略锁定货位,对AGV调度系统发出取货指令。

(4）入库上架:AGV叉车接到取货指令后,将物料从暂存区运送至仓库指定道口或库位,并通过库位读取物料托盘的RFID,确认物料摆放无误。AGV叉车完成任务,发送信号给调度系统并传至仓库管理系统,驶回待命点,等待下一次指令。

(5）配伍管理:运营人员在配伍系统中输入配伍目标相关参数,如吨数、热值、时段等,配伍系统根据仓储管理系统中物料库存信息通过算法自动计算出物料配比,并自动形成配伍任务,推送至AGV调度系统。

(6）出库下架:AGV叉车根据指令将货架上的物料按照任务顺序取下(或将已被自动化立库输送到道口的物料取走）,输送到相应的预处理单元,如破碎机口、填埋存放点等,并通过相应的预处理单元读取物料托盘的RFID,确认物料无误。AGV叉车完成任务,发送信号给调度系统并传至仓库管理系统,驶回待命点,等待下一次指令。

出入库工艺流程图如图1所示。

3.2危废智能仓储解决方案设计

如图2所示,危废智能仓储解决方案包括应用层、数据库服务层和感知层3个层次。该方案通过作业设备、传感器等感知层应用读取底层数据,并通过中间件处理后上传至应用数据库:应用层对数据层进行数据调用,对仓库管理系统各模块提供支持,通过接口平台实现与其他系统的协同工作。

3.2.1应用层

应用层位于系统的最上层,对整个任务执行具有调度指导性,包括仓储管理系统、设备控制系统、环境感知系统、配伍系统、RFID读写识别系统等多个子系统。各子系统根据统一的数据服务接口实现对数据的调用,完成对数据库的操作。

3.2.2数据服务层

数据服务层主要由物联网中间件、REsT服务及数据库组成。中间件负责对RFID、PDA等以读写功能为主的识别设备进行标准化管理,阻隔不同读写器设备之间协议影响,并筛选、提取有效数据,建立与各操作系统数据库的连接。该层由数据采集和过滤、事件处理以及服务接口3个部分组成,通过webservice技术来包装每一部分相应的功能。底层的数据通过物联网中间件统一接收、处理后通过REsT服务上传到中心数据库统一存储,并对应用层提供统一的数据管理、查询、分析以及数据的安全控制等应用功能,同时实现与其他应用系统的协同工作。

3.2.3感知层

感知层是通过各类技术及设备感知作业数据,包括传感器技术、一维码/二维码技术、RFID技术、wi-Fi网络、ZigBee技术、PDA设备等。针对仓库管理现状及物联网技术的实际应用,通过应用以上技术和设备获取仓库内的货物信息、环境信息等,并将获取的货物及环境信息通过规定网络上传到数据服务层,从而将信息反馈回应用层,实现数据交互。

4研究意义

4.1提升危废仓储运营精细化水平

通过底层作业设备及传感装置,获取大量且有效的作业生产数据。依托长期的数据对生产经营进行追溯分析,对各个环节提出量化要求,提升运营管理精细化水平。

4.2优化危废生产组织工艺流程

通过配伍算法形成物料下架投入处置线的任务序列,可以使物料按序按量到达破碎线,进行充分均匀地混合,减少因混合不均、比例不对造成的生产影响及安全隐患,并且可以极大地缩短物料在料坑的停留时间,甚至将料坑停留环节取消,从而优化厂区生产组织,提升处理效率,改善厂区环境。

4.3促进危废运维更高层的算法学习

通过对底层作业设备及传感装置获取到的数据进行有效筛选,为智慧运维、环保设备及更高层的算法架构提供多维度数据支持。

4.4建立与环保主管部门互信关系

随着"智慧环保"工作的推进,各省正逐步落地危废供应链监管系统,以更好地对危废全生命周期及处置企业进行管理监督。通过与监管系统对接,定期主动汇报危废库存及处置情况,与主管部门建立良好的互信关系,可以为企业可持续发展打下牢固的基础。

4.5推动行业整体水平提升

通过打通智慧危废供应链平台,建立智慧危废流通体系,打破国内危废处置中智能仓储技术零部署局面,建立行业标准,提升相关行业整体精细化、智能化水平。