CN104392326A - 一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法 - Google Patents

Abstract

一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法，属于钢铁企业含铁固废技术领域。通过建立含铁固废循环利用成本效益模型，实现了含铁固废循环利用效益最大化；通过构建含铁固废循环利用运输成本模型，量化了含铁固废循环利用运输费用；通过开发含铁固废协同平衡和优化调度模型，优化了含铁固废委托配送计划；通过应用含铁固废物流协同计划与调度流程和监控流程，对钢铁企业含铁固废资源的产生、流转、回收利用和销售过程进行实时监控和优化管理。

Description

一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法

技术领域

本发明属于钢铁企业含铁固废技术领域，特别是提供了一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法。

背景技术

在钢铁企业含铁固废循环利用过程中，涉及到不同钢铁固废资源，不同运载工具，不同计量点计量以及不同产生、回收处理和利用单位。含铁固废循环利用效益虽高，但成本也较大，且管理复杂。由于当前钢铁企业可循环利用资源缺乏有效的监控管理方法，致使企业含铁固废不能及时有效利用，堆积如山、污染环境。因此，如何科学管理含铁固废循环利用，进一步降低成本，提高效益是摆在管理者面前的核心问题之一。目前钢铁企业含铁固废循环利用管理具体存在以下主要问题：

(1)钢铁企业含铁固废计量委托主要通过纸质传送，人工输入，计量效率低，工作量大、实时性差，错误率高。

(2)计量地磅和汽车等运输工具主要通过人工电话调度，难以实现实时调整运输和计量计划，进行在线调度。更不能针对汽车运输实现车辆超速、停留超时、怠工等的及时报警。

(3)含铁固废管理系统仅限于信息统计，含铁固废计量和运输物流主要通过电话协调，而未能实现两大系统的协同管理。一方面，计量与运输两大系统各自为阵，不但信息存在孤岛，且不能协同运行，致使计量错误在所难免；另一方面，缺乏运输与计量计划优化，致使汽车空载率高、运输成本大。

(4)含铁固废管理未能实现实时监测，智能化水平不高，含铁固废资源循环利用存在的“跑、冒、滴、漏”现象无法得到有效遏制，难以对“装、运、计、卸”等作业进行在线监控和追溯查询。

(5)未能建立含铁固废循环利用成本效益模型，难以实现对含铁固废管理优化的实时指导，致使含铁固废资源综合利用时常跟不上生产工况和市场变化，经济效益不能最大化。

目前,国内外对钢铁企业含铁固废循环利用监控管理方法的研究较少。文献《钢铁业中逆向供应链管理的应用与研究》(科技物流，2007,(12))结合钢铁行业的管理信息化现状,提出了逆向供应链管理的思想,进而分析了在钢铁业进行逆向供应链管理的必要性与可行性。并在此基础之上,构建出了逆向供应链管理系统的总体框架。但上述文献只涉及信息统计，并没有涉及含铁固废监控管理方法，更没有调度优化。针对之前研究不足，本发明提出一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控管理流程和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法，通过建立含铁固废循环利用成本效益模型、运输成本模型和物流协同计划与调度模型，结合含铁固废物流协同计划与调度流程以及监控管理中心含铁固废物流监控流程，优化含铁固废循环利用，实现含铁固废循环利用效益最大化。

所述含铁固废循环利用成本效益模型为：

$B_{i,j}^k=[{\mathrm{\λ}}_{i,j}^k\·V_j-H_i{C}_i+b_{i,j}^k-c_{i,j}^k]/\mathrm{\τ}-T{c}_{p,q,r}^i$

式中：表示单位含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的效益；表示产品j中使用含铁固废i(回用方式为k)的价值贡献率；V_j表示单位产品j的市场价值；H_i表示生产单位产品j中含铁固废i的投入量；C_i表示单位含铁固废i成本(包括回收加工成本)；表示含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的附加效益；表示含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的附加成本；表示装点为p、卸点为q、运输路线为r、运输单位含铁固废为i的运输成本；

所述含铁固废循环利用运输成本模型为：

$T{c}_{p,q,r}^i=(F_{p,q,r}^i+E_{p,q,r}^i+T_{p,q,r}^i+D_{p,q,r})/w$

式中：D_p,q,r分别表示运输单位含铁固废为i的运输成本和装点为p、卸点为q、运输路线为r、运输量为w、含铁固废为i的燃油费用、车辆折旧费用、轮胎费用以及司机薪酬；

其中，所述的含铁固废循环利用协同平衡和优化调度模型为：

$\min T{C}_{p,q,r}^i=T{c}_{p,q,r}^i\×w$

s.t.

p∈P_i     (1)

q∈Q_i     (2)

r∈R_p,q  (3)

m∈M     (4)

t∈T     (5)

u∈U     (6)

w/n≤L   (7)

式中：表示配送重量为w的含铁固废i所产生的运输成本；P_i表示含铁固废i的装点集合；Q_i表示含铁固废i的卸点集合；R_p,q表示含铁固废i从其装点到卸点的路径集合；m表示运输含铁固废i所经过的计量点；M表示所有计量点集合；t表示含铁固废i的配送时间；T表示含铁固废i的委托配送时间范围；u表示配送车辆集合；U表示所有可选择配送的车辆集合；n表示配送车辆数目；L表示每辆车辆的最大承载量；

目标函数表示最小化含铁固废运输成本；约束条件(1)表示含铁固废i装点属于钢铁企业含铁固废i产生车间库场P_i；约束条件(2)表示含固废i卸点属于钢铁企业含铁固废i消耗车间库场Q_i；约束条件(3)表示所配送计划路径属于含铁固废i从其装点到卸点的所有路径集合；约束条件(4)表示配送计划中确定的计量点m属于企业所有计量点集合M；约束条件(5)表示配送计划中含铁固废i的配送时间t属于车间委托配送时间范围T；约束条件(6)表示配送计划中含铁固废i的配送车辆集合u属于公司所有可配送车辆集合U；约束条件(7)表示平均每辆车辆的配送重量不大于每辆车辆的最大承载量L；

本发明的基于钢铁企业含铁固废循环利用监控管理系统，该系统由感知层、网络层和应用层物联网三层体系架构组成，如图1所示。其中，感知层负责信息采集，分别从车载终端、手持PDA、RFID固定读写器、质量系统等系统中获取信息；网络层为信息传输层，主要采用包括3G无线网络、钢铁企业专用网络以及互联网等网络技术实现计划信息、GPS定位信息、计量信息等固废监控管理信息的传送；应用层包括物联网应用支撑子层和物联网应用层两个子层,其中物联网应用支撑子层包括数据平台和GIS服务支撑平台，物联网应用层主要包括系统管理模块、产耗实绩模块、流转监控模块、库存管理模块、质量管理模块、成本管理模块、计划调度模块、运输成本模块和统计报表模块等。

所述的系统管理模块对钢铁企业涉及含铁固废各相关车间、各相关车间含铁固废输入和输出、流转路线等进行系统初始化配置和过程修改，对用户权限等系统管理功能进行设置和修改。

所述的计划调度模块根据各车间含铁固废需求委托和配送委托，依据固废协同计划与调度模型，以运输成本最低为目标，综合协调产耗车间、运输车辆和计量管理，形成配送计划，从而确定含铁固废及其来源和去向、运输车辆和计量地磅，并将配送计划分别下达给相关车间手持PDA、相关运输车辆车载终端和计量系统。

所述的流转监控模块动态从车载终端、手持PDA、RFID固定读写器等获取执行过程关键信息，从而监控整个含铁固废物流装料——>计量——>卸料作业过程，并收集运输计量实绩。通过GPS+3G结合GIS系统对相关运输车辆进行跟踪定位，并进行大屏展示。

所述的库存管理模块通过库存量与输入和输出量之差实时估算含铁固废库存储量，管理人员在月终盘库的基础上对储量进行修正，并保存相关修改日志。

所述的生产实绩模块通过计量系统或其它相关系统获取直接或间接表示含铁固废生产和消耗实绩数据，监视不同产品，时间粒度到日、单元粒度到车间的固废产生与消耗实绩。

所述的成本管理模块综合考虑市场因素，针对不同钢种产品分类，不同含铁固废资源梯级利用后在不同工序的投入和产出，通过所建立的成本效益模型，进行成本效益统计和分析。

所述的运输成本模块基于GIS结合含铁固废配送计划或运输实绩，分析固废运输成本，具体包括运输成本预测和运输成本实绩等功能，从而为优化车辆配送计划提供支持。

所述的统计报表模块从各类基础数据源获取生产数据，并对数据进行处理、汇总、分类，最终形成统计报表，包含产生/回用/库存表、运输计量表等，作为监督生产操作和生产计划制定与调整的可靠依据，提供在线计算功能，支持不同时间粒度和单元粒度统计。

一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控管理方法的优点在于：

1、建立的含铁固废循环利用成本效益模型，实现了含铁固废循环利用效益最大化。

2、构建的含铁固废循环利用运输成本模型，量化了含铁固废运输费用。

3、开发的含铁固废协同平衡和优化调度模型，优化了含铁固废委托配送计划。

4、通过应用含铁固废物流协同计划与调度流程和监控流程，对钢铁企业含铁固废资源的产生、流转、回收利用和销售过程进行实时监测和优化管控，对其流向、流量、质量和成本等进行规范、透明的管理，平衡了含铁固废资源产生、回收利用和销售、促进了资源“减量化、再利用、再循环”。

附图说明

图1：钢铁企业含铁固废循环利用监控管理系统体系架构图。

图2：含铁固废物流协同计划与调度流程图。

图3：监控管理中心含铁固废物流监控流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示含铁固废循环利用监控管理系统体系架构，数据采集层包括车载终端装置、手持PDA、RFID读写器以及钢铁企业计量系统、质量系统等；网络传输层包括3G网络、企业专用网络和互联网，应用层分为应用支撑子层和含铁固废应用子层两个部分，其中应用支撑子层包括数据平台和GIS服务平台。含铁固废应用子层具体包括系统管理、产耗实绩、流转监控、库存管理、质量管理、成本管理、计划调度、运输成本和统计报表等应用模块。车载终端装和手持PDA通过3G网络将采集到的车辆运输信息和作业信息传输回监控管理中心数据平台，同时RFID固定读写器、计量系统以及质量系统等采集到的信息通过钢铁企业专用网络或互联网传输回监控管理中心数据平台。最后，通过GIS服务平台将数据平台数据实现可视化监控展示。

如图2所示监控管理中心含铁固废物流协同计划与调度流程，具体分为以下几步：

步骤1：生产车间根据生产需要提出含铁固废需求委托或配送委托，具体包括车间名称、含铁固废名称、需求(或配送)时间范围、重量；

步骤2：系统根据车间名称，结合基本地图数据库和车间信息数据库确定具体装点(或卸点)位置；

步骤3：系统根据运输成本模型，结合计量点信息及含铁固废库存信息，确定含铁固废最优运输线路，从而确定卸点(或装点)和计量点；

步骤4：系统根据车间需求委托或配送委托提出的配送时间范围，结合具体运输能力等，确定具体配送时间；

步骤5：系统根据车辆状态等信息，确定配送车辆，从而最终形成配送计划。之后，系统将形成的配送计划同时下发给相关含铁固废需求和配送车间管理终端及手持PDA、计量点终端以及相关运输设备车载终端。

如图3所示监控管理中心含铁固废物流监控流程，具体分为以下几步：

步骤1：车辆车载终端接收到运输计划后，根据运输计划到配送车间指定装点按计划配合配送车间员工装料，装料完成后车辆运离，配送车间员工通过手持PDA将配送实绩信息通过3G网络传输回监控管理中心数据平台；

步骤2；含铁固废运输车辆按计划到达计量点后，通过RFID固定读写器等设备配合计量人员远程计量，计量系统读取车辆信息并于数据库中已接受到的配送计划相匹配，并将计量信息通过企业专用网传输回监控管理中心数据平台；

步骤3；含铁固废运输车辆在整个运输过程中，通过车载终端GPS定位模块，将整个运输路线实时传输回监控管理中心数据平台，在此基础上结合GIS服务平台，实现含铁固废运输车辆远程可视化在线监控；

步骤4；含铁固废运输车辆在经过车间含铁固废堆场出入口、公司出入口、装卸点等RFID固定读写器所安装的关键位置时，RFID固定读写器读取车辆标识信息，并传回监控管理中心数据平台。

步骤5：含铁固废运输车辆按计划到达卸点后，按计划配合需求车间员工卸料，卸料完成后车辆运离，需求车间员工通过手持PDA将卸料实绩信息通过3G网络传输回监控管理中心数据平台。

Claims (2)

1.一种用于钢铁企业含铁固废循环利用的监控方法，其特征在于，通过建立含铁固废循环利用成本效益模型、运输成本模型和物流协同计划与调度模型，结合含铁固废物流协同计划与调度流程以及监控管理中心含铁固废物流监控流程，优化含铁固废循环利用：

其中，所述的含铁固废循环利用成本效益模型为：

$B_{i,j}^k=[{\mathrm{\λ}}_{i,j}^k\·V_j-H_i{C}_i+b_{i,j}^k-c_{i,j}^k]/\mathrm{\τ}-{\mathrm{Tc}}_{p,q,r}^i$

式中：表示单位含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的效益；表示产品j中使用含铁固废i(回用方式为k)的价值贡献率；V_j表示单位产品j的市场价值；H_i表示生产单位产品j中含铁固废i的投入量；C_i表示单位含铁固废i成本(包括回收加工成本)；表示含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的附加效益；表示含铁固废i在回用方式k生产单位产品j中的附加成本；表示装点为p、卸点为q、运输路线为r、运输单位含铁固废为i的运输成本；

其中，所述的含铁固废循环利用运输成本模型为：

${\mathrm{Tc}}_{p,q,r}^i=(F_{p,q,r}^i+E_{p,q,r}^i+T_{p,q,r}^i+D_{p,q,r})/w$

式中：D_p,q,r分别表示运输单位含铁固废为i的运输成本和装点为p、卸点为q、运输路线为r、运输量为w、含铁固废为i的燃油费用、车辆折旧费用、轮胎费用以及司机薪酬；

其中，所述的含铁固废循环利用协同平衡和优化调度模型为：

$\min {\mathrm{TC}}_{p,q,r}^i={\mathrm{Tc}}_{p,q,r}^i\×w$

s.t.

p∈P_i   (1)

q∈Q_i   (2)

r∈R_p,q   (3)

m∈M   (4)

t∈T   (5)

u∈U   (6)

w/n≤L   (7)

式中：表示配送重量为w的含铁固废i所产生的运输成本；P_i表示含铁固废i的装点集合；Q_i表示含铁固废i的卸点集合；R_p,q表示含铁固废i从其装点到卸点的路径集合；m表示运输含铁固废i所经过的计量点；M表示所有计量点集合；t表示含铁固废i的配送时间；T表示含铁固废i的委托配送时间范围；u表示配送车辆集合；U表示所有可选择配送的车辆集合；n表示配送车辆数目；L表示每辆车辆的最大承载量；

目标函数表示最小化含铁固废运输成本；约束条件(1)表示含铁固废i装点属于钢铁企业含铁固废i产生车间库场P_i；约束条件(2)表示含固废i卸点属于钢铁企业含铁固废i消耗车间库场Q_i；约束条件(3)表示所配送计划路径属于含铁固废i从其装点到卸点的所有路径集合；约束条件(4)表示配送计划中确定的计量点m属于企业所有计量点集合M；约束条件(5)表示配送计划中含铁固废i的配送时间t属于车间委托配送时间范围T；约束条件(6)表示配送计划中含铁固废i的配送车辆集合u属于公司所有可配送车辆集合U；约束条件(7)表示平均每辆车辆的配送重量不大于每辆车辆的最大承载量L；

其中，所述的含铁固废物流协同计划与调度流程，具体分为以下几步：

步骤1：生产车间根据生产需要提出含铁固废需求委托或配送委托，具体包括车间名称、含铁固废名称、需求(或配送)时间范围、重量；

步骤2：系统根据车间名称，结合基本地图数据库和车间信息数据库确定具体装点或卸点位置；

步骤3：系统根据运输成本模型，结合计量点信息及含铁固废库存信息，确定含铁固废最优运输线路，从而确定卸点(或装点)和计量点；

步骤4：系统根据车间需求委托或配送委托提出的配送时间范围，结合具体运输能力等，确定具体配送时间；

步骤5：系统根据车辆状态等信息，确定配送车辆，从而最终形成配送计划，之后，系统将形成的配送计划同时下发给相关含铁固废需求和配送车间管理终端及手持PDA、计量点终端以及相关运输设备车载终端；

其中，所述的监控管理中心含铁固废物流监控流程，具体分为以下几步：

步骤1：车辆车载终端接收到运输计划后，根据运输计划到配送车间指定装点按计划配合配送车间员工装料，装料完成后车辆运离，配送车间员工通过手持PDA将配送实绩信息通过3G网络传输回监控管理中心数据平台；

步骤2；含铁固废运输车辆按计划到达计量点后，通过RFID固定读写器等设备配合计量人员远程计量，计量系统读取车辆信息并于数据库中已接受到的配送计划相匹配，并将计量信息通过企业专用网传输回监控管理中心数据平台；

步骤3；含铁固废运输车辆在整个运输过程中，通过车载终端GPS定位模块，将整个运输路线实时传输回监控管理中心数据平台，在此基础上结合GIS服务平台，实现含铁固废运输车辆远程可视化在线监控；

步骤4；含铁固废运输车辆在经过车间含铁固废堆场出入口、公司出入口、装卸点等RFID固定读写器所安装的关键位置时，RFID固定读写器读取车辆标识信息，并传回监控管理中心数据平台；

步骤5：含铁固废运输车辆按计划到达卸点后，按计划配合需求车间员工卸料，卸料完成后车辆运离，需求车间员工通过手持PDA将卸料实绩信息通过3G网络传输回监控管理中心数据平台。

2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，该方法基于钢铁企业含铁固废循环利用监控管理系统，该系统由感知层、网络层和应用层物联网三层体系架构组成；其中，感知层负责信息采集，分别从车载终端、手持PDA、RFID固定读写器、质量系统中获取信息；网络层为信息传输层，采用包括3G无线网络、钢铁企业专用网络以及互联网等网络技术实现计划信息、GPS定位信息、计量信息固废监控管理信息的传送；应用层包括物联网应用支撑子层和物联网应用层两个子层,其中物联网应用支撑子层包括数据平台和GIS服务支撑平台，物联网应用层主要包括系统管理模块、产耗实绩模块、流转监控模块、库存管理模块、质量管理模块、成本管理模块、计划调度模块、运输成本模块和统计报表模块。