引言

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

倉儲作為供應鏈上物流作業(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存儲提出了更高的要求。在"智慧""智能"理念深入人心的今天,環(huán)保處置行業(yè)正從勞動密集型向技術密集型換道,通過智慧倉儲技術推動企業(yè)降本增效,以科技創(chuàng)新推動行業(yè)綠色發(fā)展。

1危廢倉儲現(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,居民生活質量提升,危廢的產(chǎn)生量也快速增加,有關數(shù)據(jù)顯示,2016年危廢產(chǎn)量達5347萬t。低綜合利用處置率(83%）、低有效利用率(25%）,導致整體危廢的處置供不應求。面對總量統(tǒng)計不清等突出問題,加上儲存、轉移、處置等監(jiān)管壓力,危廢污染防治已成為環(huán)境保護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還未隨產(chǎn)量的攀升而快速提高。

1.2危廢倉儲現(xiàn)狀

倉儲環(huán)節(jié)是影響處理能級的重要因素,作為供應鏈上物流作業(yè)的一個環(huán)節(jié),倉儲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,全國有近3500個危廢處置廠,其中大部分倉庫都是采用老式平面庫,應用倉儲系統(tǒng)及自動化設備的廠不足0.5%。倉儲管理在危廢運營中起著重要作用,由于危廢物料與上游單位產(chǎn)量形勢、工藝處置狀態(tài)、管制政策緊密相連,庫存情況須時時更新。受到行業(yè)發(fā)展水平、工作環(huán)境、人力綜合素質等多方面因素影響,國內危廢倉儲普遍存在以下問題:

1.2.1物料擺放隨意,基礎管理粗放

在倉庫實際運作中,為了提高倉庫面積使用率,處置企業(yè)會承接超出自己儲存能力的貨物,導致在堆放物料時無法滿足間距要求,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,無精細化分區(qū)管理不僅會造成安全隱患,還會使物料盤點困難,工人無法快速準確找到指定物料,焚燒前配伍混亂,導致焚燒不穩(wěn)定。有的企業(yè)不顧國家標準及貨主要求進行露天堆存,帶來了貨物丟失、污染等風險。

1.2.2信息化水平低,數(shù)據(jù)不可追溯

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

1.2.3智能硬件應用少,依賴人工作業(yè)

危廢處置倉儲在智能設施設備的應用上明顯落后,且一般存放于平面庫。在作業(yè)方面,物料的裝卸、搬運、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不均,使作業(yè)不但效率低下,且容易出錯、安全性低。

2危廢倉儲智能化趨勢

2.1技術背景

2.1.1物流倉儲發(fā)展

隨著互聯(lián)網(wǎng)的爆炸式發(fā)展,網(wǎng)絡購物用戶規(guī)模急劇增大,刺激了電商行業(yè)迅猛發(fā)展,拉動了物流快遞行業(yè)迅速壯大,此時傳統(tǒng)的倉儲作業(yè)方式(人力+機械）已遠不能滿足零售行業(yè)的作業(yè)效率及運營需求,人員工資成本也呈上漲趨勢,利潤率在下降。不斷上升的人工費用和下降的快遞單價,倒逼電商、物流等企業(yè)加快了倉儲物流的自動化建設,高效合理的倉儲管理系統(tǒng)應運而生。物流倉儲從機械化到自動化再到智能化快速發(fā)展,進入了"新"倉儲時代,以打通供應鏈上下游數(shù)據(jù)鏈,滿足作業(yè)需求,形成運營閉環(huán)為目的,在特定場景下,運用倉儲技術能夠實現(xiàn)對物料的進出、儲存、分揀等作業(yè)環(huán)節(jié)信息的有效計劃和執(zhí)行。

2.1.2物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展

隨著經(jīng)濟體制改革的不斷深入和市場的進一步開放，以及信息技術在物流倉儲行業(yè)的廣泛應用,我國的物流倉儲行業(yè)已經(jīng)進入了一個由傳統(tǒng)物流向現(xiàn)代化物流過渡的變革時期。與此同時,隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展,基于RFID技術、條形碼技術、GPs技術、傳感技術、ZigBee技術的物聯(lián)網(wǎng)技術正在全面應用于社會生產(chǎn)與生活的各個方面,通過物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結合,實現(xiàn)環(huán)境與系統(tǒng)的整合,為現(xiàn)代倉儲的變革提供了強大的技術支撐。

2.2危廢倉儲發(fā)展預測

2.2.1系統(tǒng)化管理

當前危廢倉儲主流方式以人工記賬、盤點為主,物料基本信息(包括來源、批次、成本、重量等）通過手工統(tǒng)計,效率、準確率、及時率等都極低。將來,倉儲管理系統(tǒng)(warehouse Management System,WMA）可利用算法和系統(tǒng)組織、優(yōu)化運行,加快物流和信息流,保證物、人、車的精確執(zhí)行,實現(xiàn)"動態(tài)存儲"。通過RFID技術,能夠快速讀取物料信息并上傳系統(tǒng),實現(xiàn)危廢信息傳輸網(wǎng)絡化,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,可同時達到減量、無害化和綜合利用的目的,是危廢處置中應用最廣泛的技術。由于危廢的種類繁多且復雜,其成分波動范圍較大。危廢在焚燒過程中,熱值穩(wěn)定是保證回轉窯和二燃室溫度穩(wěn)定的前提,因此配伍成果至關重要。將來,可根據(jù)wMs中存儲的物料信息,按照配伍算法自動生成取貨任務表,并給AGV叉車發(fā)出取料指令。當配伍計算過程中發(fā)現(xiàn)缺某種物料時,系統(tǒng)會提前給出提示信息,以便及時添加,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,系統(tǒng)會發(fā)出相應指令,自動化設備替代人工進行搬運、存取等操作,以確保作業(yè)及時性、準確性,同時避免了安全隱患。倉庫作業(yè)自動化設備應用主要有自動化立庫和無人AGV。自動化立庫能提高存儲效率,減少人工勞動,降低庫存積壓,我國第一座自動化倉庫自1980年問世后迅速得到廣泛應用,機器制造業(yè)、物流業(yè)等很多行業(yè)都開始采用自動化立體倉庫代替?zhèn)鹘y(tǒng)倉庫,從"靜態(tài)存儲"跨越到"動態(tài)存儲"時代。無人AGV較自動化立庫更具柔性、靈活性,其導航技術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前的位置和方向,并通過連續(xù)的三角算法實現(xiàn)定位導航。這種存儲方式靈活,無須大幅改裝倉庫現(xiàn)場即可實現(xiàn)物料的自動出入庫。

3危廢倉儲智能解決方案應用設計

根據(jù)危廢處置過程中工藝實際需求和問題,開展軟硬件研發(fā)應用設計,以形成危廢智能倉儲解決方案。

3.1工藝流程分析

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

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

(3）實驗分析:將接收到的物料送至實驗室進行取樣化驗分析,確定樣品合格后進行編碼,將化驗結果如熱值、灰分、水分等詳細信息錄入二維碼,并與托盤上的RFID＋二維碼綁定,綁定后信息錄入倉儲管理系統(tǒng),并在系統(tǒng)中按照策略鎖定貨位,對AGV調度系統(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,確認物料擺放無誤。AGV叉車完成任務,發(fā)送信號給調度系統(tǒng)并傳至倉庫管理系統(tǒng),駛回待命點,等待下一次指令。

(5）配伍管理:運營人員在配伍系統(tǒng)中輸入配伍目標相關參數(shù),如噸數(shù)、熱值、時段等,配伍系統(tǒng)根據(jù)倉儲管理系統(tǒng)中物料庫存信息通過算法自動計算出物料配比,并自動形成配伍任務,推送至AGV調度系統(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順序取下(或將已被自動化立庫輸送到道口的物料取走）,輸送到相應的預處理單元,如破碎機口、填埋存放點等,并通過相應的預處理單元讀取物料托盤的RFID,確認物料無誤。AGV叉車完成任務,發(fā)送信號給調度系統(tǒng)并傳至倉庫管理系統(tǒng),駛回待命點,等待下一次指令。

出入庫工藝流程圖如圖1所示。

3.2危廢智能倉儲解決方案設計

如圖2所示,危廢智能倉儲解決方案包括應用層、數(shù)據(jù)庫服務層和感知層3個層次。該方案通過作業(yè)設備、傳感器等感知層應用讀取底層數(shù)據(jù),并通過中間件處理后上傳至應用數(shù)據(jù)庫:應用層對數(shù)據(jù)層進行數(shù)據(jù)調用,對倉庫管理系統(tǒng)各模塊提供支持,通過接口平臺實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的協(xié)同工作。

3.2.1應用層

應用層位于系統(tǒng)的最上層,對整個任務執(zhí)行具有調度指導性,包括倉儲管理系統(tǒng)、設備控制系統(tǒng)、環(huán)境感知系統(tǒng)、配伍系統(tǒng)、RFID讀寫識別系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務接口實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的調用,完成對數(shù)據(jù)庫的操作。

3.2.2數(shù)據(jù)服務層

數(shù)據(jù)服務層主要由物聯(lián)網(wǎng)中間件、REsT服務及數(shù)據(jù)庫組成。中間件負責對RFID、PDA等以讀寫功能為主的識別設備進行標準化管理,阻隔不同讀寫器設備之間協(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、事件處理以及服務接口3個部分組成,通過webservice技術來包裝每一部分相應的功能。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服務上傳到中心數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存儲,并對應用層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、查詢、分析以及數(shù)據(jù)的安全控制等應用功能,同時實現(xiàn)與其他應用系統(tǒng)的協(xié)同工作。

3.2.3感知層

感知層是通過各類技術及設備感知作業(yè)數(shù)據(jù),包括傳感器技術、一維碼/二維碼技術、RFID技術、wi-Fi網(wǎng)絡、ZigBee技術、PDA設備等。針對倉庫管理現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)技術的實際應用,通過應用以上技術和設備獲取倉庫內的貨物信息、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)絡上傳到數(shù)據(jù)服務層,從而將信息反饋回應用層,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

4研究意義

4.1提升危廢倉儲運營精細化水平

通過底層作業(yè)設備及傳感裝置,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)對生產(chǎn)經(jīng)營進行追溯分析,對各個環(huán)節(jié)提出量化要求,提升運營管理精細化水平。

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序列,可以使物料按序按量到達破碎線,進行充分均勻地混合,減少因混合不均、比例不對造成的生產(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促進危廢運維更高層的算法學習

通過對底層作業(yè)設備及傳感裝置獲取到的數(shù)據(jù)進行有效篩選,為智慧運維、環(huán)保設備及更高層的算法架構提供多維度數(shù)據(jù)支持。

4.4建立與環(huán)保主管部門互信關系

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

4.5推動行業(yè)整體水平提升

通過打通智慧危廢供應鏈平臺,建立智慧危廢流通體系,打破國內危廢處置中智能倉儲技術零部署局面,建立行業(yè)標準,提升相關行業(yè)整體精細化、智能化水平。