引言

危險(xiǎn)廢物(以下簡稱"危廢"）是指列入國家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有危險(xiǎn)特性的廢物。危廢具有毒性、腐蝕性、易燃性、傳染性等不良特性,嚴(yán)重威脅人類生存和環(huán)境發(fā)展。

倉儲(chǔ)作為供應(yīng)鏈上物流作業(yè)的一環(huán),在危廢物料處置流通過程中起著舉足輕重的作用。我國在危廢管理制度中也對(duì)存儲(chǔ)提出了更高的要求。在"智慧""智能"理念深入人心的今天,環(huán)保處置行業(yè)正從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型換道,通過智慧倉儲(chǔ)技術(shù)推動(dòng)企業(yè)降本增效,以科技創(chuàng)新推動(dòng)行業(yè)綠色發(fā)展。

1危廢倉儲(chǔ)現(xiàn)狀分析

1.1危廢行業(yè)現(xiàn)狀

隨著制造業(yè)及醫(yī)療水平的提高,居民生活質(zhì)量提升,危廢的產(chǎn)生量也快速增加,有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2016年危廢產(chǎn)量達(dá)5347萬t。低綜合利用處置率(83%）、低有效利用率(25%）,導(dǎo)致整體危廢的處置供不應(yīng)求。面對(duì)總量統(tǒng)計(jì)不清等突出問題,加上儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移、處置等監(jiān)管壓力,危廢污染防治已成為環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分。我國危廢處置及利用率低,主要原因是處理能級(jí)還未隨產(chǎn)量的攀升而快速提高。

1.2危廢倉儲(chǔ)現(xiàn)狀

倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)是影響處理能級(jí)的重要因素,作為供應(yīng)鏈上物流作業(yè)的一個(gè)環(huán)節(jié),倉儲(chǔ)在危廢物料處置流通過程中起著舉足輕重的作用。據(jù)2019年底不完全統(tǒng)計(jì),全國有近3500個(gè)危廢處置廠,其中大部分倉庫都是采用老式平面庫,應(yīng)用倉儲(chǔ)系統(tǒng)及自動(dòng)化設(shè)備的廠不足0.5%。倉儲(chǔ)管理在危廢運(yùn)營中起著重要作用,由于危廢物料與上游單位產(chǎn)量形勢(shì)、工藝處置狀態(tài)、管制政策緊密相連,庫存情況須時(shí)時(shí)更新。受到行業(yè)發(fā)展水平、工作環(huán)境、人力綜合素質(zhì)等多方面因素影響,國內(nèi)危廢倉儲(chǔ)普遍存在以下問題:

1.2.1物料擺放隨意,基礎(chǔ)管理粗放

在倉庫實(shí)際運(yùn)作中,為了提高倉庫面積使用率,處置企業(yè)會(huì)承接超出自己儲(chǔ)存能力的貨物,導(dǎo)致在堆放物料時(shí)無法滿足間距要求,甚至經(jīng)常發(fā)生由于垛位過大而堵塞消防通道和消防器材的狀況。物料擺放隨意,無精細(xì)化分區(qū)管理不僅會(huì)造成安全隱患,還會(huì)使物料盤點(diǎn)困難,工人無法快速準(zhǔn)確找到指定物料,焚燒前配伍混亂,導(dǎo)致焚燒不穩(wěn)定。有的企業(yè)不顧國家標(biāo)準(zhǔn)及貨主要求進(jìn)行露天堆存,帶來了貨物丟失、污染等風(fēng)險(xiǎn)。

1.2.2信息化水平低,數(shù)據(jù)不可追溯

目前,國內(nèi)絕大部分危廢處置企業(yè)仍采用人工完成記賬統(tǒng)計(jì),誤差率高且效率低。合同審批、物料接收、樣品檢測(cè)、配伍管理、上架出庫各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)獨(dú)立,互為孤島,未形成數(shù)據(jù)鏈,無法實(shí)現(xiàn)作業(yè)追溯,更無法獲取長期數(shù)據(jù)。

1.2.3智能硬件應(yīng)用少,依賴人工作業(yè)

危廢處置倉儲(chǔ)在智能設(shè)施設(shè)備的應(yīng)用上明顯落后,且一般存放于平面庫。在作業(yè)方面,物料的裝卸、搬運(yùn)、碼垛、庫存管理等大部分依靠人力,規(guī)模較小的庫甚至不具備叉車作業(yè)能力,仍使用人工分揀和鏈條機(jī)輸送。在人口紅利減少,年輕人有更多職業(yè)選擇的背景下,工人成本壓力增長且素質(zhì)不均,使作業(yè)不但效率低下,且容易出錯(cuò)、安全性低。

2危廢倉儲(chǔ)智能化趨勢(shì)

2.1技術(shù)背景

2.1.1物流倉儲(chǔ)發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)的爆炸式發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)購物用戶規(guī)模急劇增大,刺激了電商行業(yè)迅猛發(fā)展,拉動(dòng)了物流快遞行業(yè)迅速壯大,此時(shí)傳統(tǒng)的倉儲(chǔ)作業(yè)方式(人力+機(jī)械）已遠(yuǎn)不能滿足零售行業(yè)的作業(yè)效率及運(yùn)營需求,人員工資成本也呈上漲趨勢(shì),利潤率在下降。不斷上升的人工費(fèi)用和下降的快遞單價(jià),倒逼電商、物流等企業(yè)加快了倉儲(chǔ)物流的自動(dòng)化建設(shè),高效合理的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。物流倉儲(chǔ)從機(jī)械化到自動(dòng)化再到智能化快速發(fā)展,進(jìn)入了"新"倉儲(chǔ)時(shí)代,以打通供應(yīng)鏈上下游數(shù)據(jù)鏈,滿足作業(yè)需求,形成運(yùn)營閉環(huán)為目的,在特定場景下,運(yùn)用倉儲(chǔ)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的進(jìn)出、儲(chǔ)存、分揀等作業(yè)環(huán)節(jié)信息的有效計(jì)劃和執(zhí)行。

2.1.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展

隨著經(jīng)濟(jì)體制改革的不斷深入和市場的進(jìn)一步開放，以及信息技術(shù)在物流倉儲(chǔ)行業(yè)的廣泛應(yīng)用,我國的物流倉儲(chǔ)行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)由傳統(tǒng)物流向現(xiàn)代化物流過渡的變革時(shí)期。與此同時(shí),隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展,基于RFID技術(shù)、條形碼技術(shù)、GPs技術(shù)、傳感技術(shù)、ZigBee技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在全面應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)與生活的各個(gè)方面,通過物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)環(huán)境與系統(tǒng)的整合,為現(xiàn)代倉儲(chǔ)的變革提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

2.2危廢倉儲(chǔ)發(fā)展預(yù)測(cè)

2.2.1系統(tǒng)化管理

當(dāng)前危廢倉儲(chǔ)主流方式以人工記賬、盤點(diǎn)為主,物料基本信息(包括來源、批次、成本、重量等）通過手工統(tǒng)計(jì),效率、準(zhǔn)確率、及時(shí)率等都極低。將來,倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)(warehouse Management System,WMA）可利用算法和系統(tǒng)組織、優(yōu)化運(yùn)行,加快物流和信息流,保證物、人、車的精確執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)"動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)"。通過RFID技術(shù),能夠快速讀取物料信息并上傳系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)危廢信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化,各生產(chǎn)組織信息互聯(lián),紙媒這類低效的交流方式將被全面取代。

2.2.2智能化配伍

危廢處置中焚燒和填埋占據(jù)主流地位。焚燒技術(shù)可有效去除危廢中的有毒有害成分,回收利用其中的熱能,可同時(shí)達(dá)到減量、無害化和綜合利用的目的,是危廢處置中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。由于危廢的種類繁多且復(fù)雜,其成分波動(dòng)范圍較大。危廢在焚燒過程中,熱值穩(wěn)定是保證回轉(zhuǎn)窯和二燃室溫度穩(wěn)定的前提,因此配伍成果至關(guān)重要。將來,可根據(jù)wMs中存儲(chǔ)的物料信息,按照配伍算法自動(dòng)生成取貨任務(wù)表,并給AGV叉車發(fā)出取料指令。當(dāng)配伍計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)缺某種物料時(shí),系統(tǒng)會(huì)提前給出提示信息,以便及時(shí)添加,從而滿足生產(chǎn)需求。

2.2.3裝備化作業(yè)

物料在出入庫時(shí),系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)指令,自動(dòng)化設(shè)備替代人工進(jìn)行搬運(yùn)、存取等操作,以確保作業(yè)及時(shí)性、準(zhǔn)確性,同時(shí)避免了安全隱患。倉庫作業(yè)自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用主要有自動(dòng)化立庫和無人AGV。自動(dòng)化立庫能提高存儲(chǔ)效率,減少人工勞動(dòng),降低庫存積壓,我國第一座自動(dòng)化倉庫自1980年問世后迅速得到廣泛應(yīng)用,機(jī)器制造業(yè)、物流業(yè)等很多行業(yè)都開始采用自動(dòng)化立體倉庫代替?zhèn)鹘y(tǒng)倉庫,從"靜態(tài)存儲(chǔ)"跨越到"動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)"時(shí)代。無人AGV較自動(dòng)化立庫更具柔性、靈活性,其導(dǎo)航技術(shù)已從磁軌變革到激光,在作業(yè)環(huán)境中安裝適高的反射板,AGV通過發(fā)射激光束采集由反射板反射的光束來確定其當(dāng)前的位置和方向,并通過連續(xù)的三角算法實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。這種存儲(chǔ)方式靈活,無須大幅改裝倉庫現(xiàn)場即可實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)出入庫。

3危廢倉儲(chǔ)智能解決方案應(yīng)用設(shè)計(jì)

根據(jù)危廢處置過程中工藝實(shí)際需求和問題,開展軟硬件研發(fā)應(yīng)用設(shè)計(jì),以形成危廢智能倉儲(chǔ)解決方案。

3.1工藝流程分析

(1）合同管理:業(yè)務(wù)人員對(duì)收取到的危廢物料進(jìn)行取樣分析,通過對(duì)成分、處理工藝等多項(xiàng)因素進(jìn)行分析來定價(jià),提交線上審批,并進(jìn)行存檔管理。

(2）物料接收:運(yùn)輸車輛將危廢物料從產(chǎn)廢單位運(yùn)至處置廠時(shí),由普通人力叉車將物料從車中搬運(yùn)到暫存區(qū),等待取樣分析,完成物料初步接收工作。

(3）實(shí)驗(yàn)分析:將接收到的物料送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行取樣化驗(yàn)分析,確定樣品合格后進(jìn)行編碼,將化驗(yàn)結(jié)果如熱值、灰分、水分等詳細(xì)信息錄入二維碼,并與托盤上的RFID＋二維碼綁定,綁定后信息錄入倉儲(chǔ)管理系統(tǒng),并在系統(tǒng)中按照策略鎖定貨位,對(duì)AGV調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出取貨指令。

(4）入庫上架:AGV叉車接到取貨指令后,將物料從暫存區(qū)運(yùn)送至倉庫指定道口或庫位,并通過庫位讀取物料托盤的RFID,確認(rèn)物料擺放無誤。AGV叉車完成任務(wù),發(fā)送信號(hào)給調(diào)度系統(tǒng)并傳至倉庫管理系統(tǒng),駛回待命點(diǎn),等待下一次指令。

(5）配伍管理:運(yùn)營人員在配伍系統(tǒng)中輸入配伍目標(biāo)相關(guān)參數(shù),如噸數(shù)、熱值、時(shí)段等,配伍系統(tǒng)根據(jù)倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中物料庫存信息通過算法自動(dòng)計(jì)算出物料配比,并自動(dòng)形成配伍任務(wù),推送至AGV調(diào)度系統(tǒng)。

(6）出庫下架:AGV叉車根據(jù)指令將貨架上的物料按照任務(wù)順序取下(或?qū)⒁驯蛔詣?dòng)化立庫輸送到道口的物料取走）,輸送到相應(yīng)的預(yù)處理單元,如破碎機(jī)口、填埋存放點(diǎn)等,并通過相應(yīng)的預(yù)處理單元讀取物料托盤的RFID,確認(rèn)物料無誤。AGV叉車完成任務(wù),發(fā)送信號(hào)給調(diào)度系統(tǒng)并傳至倉庫管理系統(tǒng),駛回待命點(diǎn),等待下一次指令。

出入庫工藝流程圖如圖1所示。

3.2危廢智能倉儲(chǔ)解決方案設(shè)計(jì)

如圖2所示,危廢智能倉儲(chǔ)解決方案包括應(yīng)用層、數(shù)據(jù)庫服務(wù)層和感知層3個(gè)層次。該方案通過作業(yè)設(shè)備、傳感器等感知層應(yīng)用讀取底層數(shù)據(jù),并通過中間件處理后上傳至應(yīng)用數(shù)據(jù)庫:應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用,對(duì)倉庫管理系統(tǒng)各模塊提供支持,通過接口平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的協(xié)同工作。

3.2.1應(yīng)用層

應(yīng)用層位于系統(tǒng)的最上層,對(duì)整個(gè)任務(wù)執(zhí)行具有調(diào)度指導(dǎo)性,包括倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)、環(huán)境感知系統(tǒng)、配伍系統(tǒng)、RFID讀寫識(shí)別系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用,完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作。

3.2.2數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要由物聯(lián)網(wǎng)中間件、REsT服務(wù)及數(shù)據(jù)庫組成。中間件負(fù)責(zé)對(duì)RFID、PDA等以讀寫功能為主的識(shí)別設(shè)備進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理,阻隔不同讀寫器設(shè)備之間協(xié)議影響,并篩選、提取有效數(shù)據(jù),建立與各操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的連接。該層由數(shù)據(jù)采集和過濾、事件處理以及服務(wù)接口3個(gè)部分組成,通過webservice技術(shù)來包裝每一部分相應(yīng)的功能。底層的數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)中間件統(tǒng)一接收、處理后通過REsT服務(wù)上傳到中心數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存儲(chǔ),并對(duì)應(yīng)用層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、查詢、分析以及數(shù)據(jù)的安全控制等應(yīng)用功能,同時(shí)實(shí)現(xiàn)與其他應(yīng)用系統(tǒng)的協(xié)同工作。

3.2.3感知層

感知層是通過各類技術(shù)及設(shè)備感知作業(yè)數(shù)據(jù),包括傳感器技術(shù)、一維碼/二維碼技術(shù)、RFID技術(shù)、wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、ZigBee技術(shù)、PDA設(shè)備等。針對(duì)倉庫管理現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用,通過應(yīng)用以上技術(shù)和設(shè)備獲取倉庫內(nèi)的貨物信息、環(huán)境信息等,并將獲取的貨物及環(huán)境信息通過規(guī)定網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)層,從而將信息反饋回應(yīng)用層,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

4研究意義

4.1提升危廢倉儲(chǔ)運(yùn)營精細(xì)化水平

通過底層作業(yè)設(shè)備及傳感裝置,獲取大量且有效的作業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。依托長期的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營進(jìn)行追溯分析,對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)提出量化要求,提升運(yùn)營管理精細(xì)化水平。

4.2優(yōu)化危廢生產(chǎn)組織工藝流程

通過配伍算法形成物料下架投入處置線的任務(wù)序列,可以使物料按序按量到達(dá)破碎線,進(jìn)行充分均勻地混合,減少因混合不均、比例不對(duì)造成的生產(chǎn)影響及安全隱患,并且可以極大地縮短物料在料坑的停留時(shí)間,甚至將料坑停留環(huán)節(jié)取消,從而優(yōu)化廠區(qū)生產(chǎn)組織,提升處理效率,改善廠區(qū)環(huán)境。

4.3促進(jìn)危廢運(yùn)維更高層的算法學(xué)習(xí)

通過對(duì)底層作業(yè)設(shè)備及傳感裝置獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效篩選,為智慧運(yùn)維、環(huán)保設(shè)備及更高層的算法架構(gòu)提供多維度數(shù)據(jù)支持。

4.4建立與環(huán)保主管部門互信關(guān)系

隨著"智慧環(huán)保"工作的推進(jìn),各省正逐步落地危廢供應(yīng)鏈監(jiān)管系統(tǒng),以更好地對(duì)危廢全生命周期及處置企業(yè)進(jìn)行管理監(jiān)督。通過與監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)接,定期主動(dòng)匯報(bào)危廢庫存及處置情況,與主管部門建立良好的互信關(guān)系,可以為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展打下牢固的基礎(chǔ)。

4.5推動(dòng)行業(yè)整體水平提升

通過打通智慧危廢供應(yīng)鏈平臺(tái),建立智慧危廢流通體系,打破國內(nèi)危廢處置中智能倉儲(chǔ)技術(shù)零部署局面,建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),提升相關(guān)行業(yè)整體精細(xì)化、智能化水平。