引言
物料 搬運(yùn)裝備如起重機(jī)械、連續(xù)輸送機(jī)械、場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛等。它們的功能雖然強(qiáng)大，但是都比較單一。如起重機(jī)械主要用于重物的上下運(yùn)動(dòng)；連續(xù)輸送機(jī)械一般是指沿著固定的輸送線路進(jìn)行的；場(chǎng)內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛主要用于地面搬運(yùn)成件的物品。但是，現(xiàn)代化的工業(yè)需求是多種多樣的，以上任何一種設(shè)備都不能單獨(dú)地滿足使用需求。因此，要滿足現(xiàn)代工業(yè)這種系統(tǒng)化的需求，就要把各種物料搬運(yùn)裝備有機(jī)地結(jié)合起來(lái)形成系統(tǒng)。
物料搬運(yùn)指將一系列相關(guān)的設(shè)備用于一個(gè)過(guò)程或系統(tǒng)中，協(xié)調(diào)合理地將物料進(jìn)行移動(dòng)，存儲(chǔ)和控制的過(guò)程，所以物料，物料搬運(yùn)裝備或單元、搬運(yùn)路徑、控制單元構(gòu)成了基本的物料搬運(yùn)系統(tǒng)。
物料搬運(yùn)在生產(chǎn)物流中占據(jù)著相當(dāng)重要的位置，搬運(yùn)綱用占產(chǎn)品成本相當(dāng)大的比例，所以物料搬運(yùn)的快慢就對(duì)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生各種各樣的影響。要形成高度集成、良好協(xié)作、高效運(yùn)作、適應(yīng)性強(qiáng)的智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)，必須充分利用各種搬運(yùn)裝備的特點(diǎn)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)。這樣有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期，還可以加快資金的周轉(zhuǎn)、提高企業(yè)的效益。
物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)射頻識(shí)（RFID）、激光掃描器、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信。以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。全面感知，可靠傳輸，智能處理是物聯(lián)網(wǎng)的核心，其可劃分為3層結(jié)構(gòu)體系：即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。這3層的關(guān)鍵技術(shù)包括：信息收集技術(shù)，如RFID標(biāo)簽、傳感器等；信息傳輸技術(shù)，如有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)；信息處理技術(shù)，如云計(jì)算等。在智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)中，主要應(yīng)用傳感技術(shù)，即利用各種傳感器，將監(jiān)控對(duì)象的變化進(jìn)行量化，形成數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)送到指定的位置。如自動(dòng)控制系統(tǒng)等。然后由自動(dòng)控制系統(tǒng)利用智能運(yùn)算技術(shù)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)義的理解、推理和決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能控制。本文將通過(guò)3個(gè)例子說(shuō)明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是如何使物料搬運(yùn)系統(tǒng)智能化的。
一、物料網(wǎng)技術(shù)在連續(xù)裝卸系統(tǒng)智能化中的應(yīng)用
連續(xù)裝卸系統(tǒng)由取料頭和輸送帶組成，由取料頭從堆場(chǎng)取料，經(jīng)帶式輸送機(jī)送到指定地點(diǎn)。在取料頭上，可以安裝聲波傳感器，該傳感器能夠在灰塵環(huán)境下工作，如圖1所示，傳感器1用來(lái)感或者獲取取料前物料層的表面位置，傳感器2用來(lái)感知獲取取料后物料層的表面位置。這些傳感器的獲得的數(shù)據(jù)（如瞬時(shí)上料流量、傳輸料流量等）傳到自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)傳輸送料流量與設(shè)定流量之間的上料流量差控制取料頭取料角和切入角的變化，選取最佳的物料表面，準(zhǔn)確定位，并前后移動(dòng)層層取料，實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)地取料。
二、物料網(wǎng)技術(shù)在裝卸船機(jī)系統(tǒng)智能化中的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的裝卸船作業(yè)中，一般是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的工作人員操作裝卸船來(lái)完成搬運(yùn)和裝卸作業(yè)。人工操作的效率與人的經(jīng)驗(yàn)、工作環(huán)境、心理狀態(tài)等因素密切相關(guān)，工作效率不易得到保證。這是物料搬運(yùn)領(lǐng)域面臨的一個(gè)難題。物料網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為解決定難題提供了一種有效的途徑。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能化裝卸船機(jī)中的應(yīng)用主要有以下幾種：
1、利用物料網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)卸船機(jī)的船艙掃描。安裝在卸船機(jī)的上的激光傳感器可以自動(dòng)地檢測(cè)到船艙口的位置，掃描船艙內(nèi)物料的分布情況，確保抓取點(diǎn)，抓到物料。操縱卸船機(jī)司機(jī)只需一直踩下腳踏板，無(wú)需操作其他裝置，即可連續(xù)執(zhí)行卸船作業(yè)。該功能大大減輕了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。降低了對(duì)司機(jī)操作技巧的要求，可大大縮短培訓(xùn)周期，降低培訓(xùn)成本。
2、利用物料網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝船機(jī)的路徑規(guī)劃。根據(jù)裝船機(jī)司機(jī)選擇的裝載模式和自動(dòng)裝置，系統(tǒng)通過(guò)智能運(yùn)算后，自動(dòng)生成優(yōu)化的作業(yè)路徑，這樣能夠確保船身的動(dòng)態(tài)平衡。司機(jī)只需要選擇合適的裝船模式，并啟動(dòng)自動(dòng)作業(yè)，無(wú)需一直操作手柄，大大減輕了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了對(duì)司機(jī)操作技巧的要求。
3、利用物料網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝船機(jī)的流量檢測(cè)。裝船作業(yè)過(guò)程中，傳感器能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)到帶式輸送機(jī)上的物料的流量，并統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)流量。當(dāng)累計(jì)流量達(dá)到規(guī)劃值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制裝船機(jī)按規(guī)劃路徑移到下一個(gè)最優(yōu)的位置或合適的作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行工作，從而保證發(fā)揮卸船機(jī)最佳的卸船能力。
三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤炭輸送系統(tǒng)智能化中的應(yīng)用
煤炭輸送系統(tǒng)主要用于帶式輸送機(jī)對(duì)煤炭連續(xù)運(yùn)輸。過(guò)去，對(duì)帶式輸送檢測(cè)，檢修都是靠人工完成，人們無(wú)法檢測(cè)到檢修間隔期間所發(fā)生的故障，而這期間發(fā)生的故障引起的損失是非常大的，不可估量的。利用多種類型的傳感器，傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以獲取監(jiān)測(cè)對(duì)角的實(shí)時(shí)狀態(tài)、監(jiān)控特定對(duì)象的行為。在輸送機(jī)上安裝各種傳感器，然后監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)安全可靠地自動(dòng)控制和故障診斷。物料網(wǎng)技術(shù)在煤炭輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)：
1、利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶的撕裂故障。裝有物料的輸送帶在調(diào)整運(yùn)行中，要檢測(cè)它什么地方被撕跛了，或者有裂紋等是非常困難的。因此，有必要開發(fā)一種輸送帶的線圈防撕裂系統(tǒng)，如圖2所示，它包括了植入輸送帶的線圈、探頭、控制器、RFID芯片和RFID的識(shí)別器等。通過(guò)探頭可監(jiān)測(cè)到線圈的脈沖信號(hào)，將檢測(cè)到的脈沖信號(hào)收集起來(lái)，用以判斷輸送帶是否發(fā)生撕裂故障然后將分析結(jié)果和圖像傳到控制室監(jiān)控的屏幕上，便于及時(shí)地修整，維護(hù)，減少損失。
2、利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)的變頻調(diào)速功能。傳統(tǒng)的帶式輸送一般是按照一定的恒定的速度運(yùn)行，不管輸送物料多少，輸送機(jī)都是恒速運(yùn)動(dòng)，不能隨著承載物料的多少進(jìn)行變速輸送，能耗很大。在帶式輸送機(jī)中裝入穩(wěn)重傳感器，可實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)隨物料多少而午的變速輸送。達(dá)到重載時(shí)加速，輕載時(shí)減速，空載時(shí)停機(jī)的目標(biāo)。稱重傳感器能將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)，控制系統(tǒng)獲得這些信號(hào)后，即可得出某一時(shí)間輸送帶上物料的瞬時(shí)流量，并與比定的流量值比較，若小于給定流量值時(shí)，則減速，否則，則加速。通過(guò)控制系統(tǒng)，稱重傳感器、變頻器之間的通訊，可根據(jù)輸送帶載荷大小調(diào)整輸送機(jī)的運(yùn)行速度，達(dá)到智能，節(jié)能的目的。
3、利用物聯(lián)網(wǎng)的多傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可對(duì)工作場(chǎng)所等一些特別容易發(fā)生不明狀況的區(qū)域監(jiān)測(cè)，還可對(duì)工作設(shè)備監(jiān)測(cè)。如圖3所示，將傳感1安裝在軸上監(jiān)測(cè)軸的狀況；傳感器2安裝在電動(dòng)機(jī)上，監(jiān)測(cè)輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的周期性振動(dòng)和溫度。
四、智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)技術(shù)展望
在不久的將來(lái)，物料、物料搬運(yùn)裝備及其系統(tǒng)有可能被賦于智能，而智能化需要智能技術(shù)的發(fā)展，需要其他技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配合，如云計(jì)算、人工智能、Ｍ2Ｍ技術(shù)，才能使智能物料搬運(yùn)系統(tǒng)變得更加智能化、自主性、耐用和可靠。物料搬運(yùn)系統(tǒng)智能化技術(shù)如圖4所示。
1、云計(jì)算
智能化物料手搬運(yùn)系統(tǒng)的發(fā)展需要云計(jì)算強(qiáng)大的處理和存儲(chǔ)能力作為支撐，該搬運(yùn)系統(tǒng)將使用數(shù)量驚人的傳感器采集海量信息。這些信息需要通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)向存儲(chǔ)和處理設(shè)備匯聚，而使用云計(jì)算來(lái)承載這些任務(wù)具有非常顯著的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。此外，使用云計(jì)算設(shè)備對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、挖掘，可以更加迅速、準(zhǔn)確，智能地對(duì)物料搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行管理和控制。
2、人工智能
專家系統(tǒng)應(yīng)用在智能物料搬運(yùn)系統(tǒng)中，主要是根據(jù)物料搬運(yùn)的一些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并總結(jié)成為搬運(yùn)規(guī)則，存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中作為先驗(yàn)知識(shí)，以確定搬運(yùn)路線，搬運(yùn)方案等。利用遺傳算法，蟻群算法等可求解物料搬運(yùn)系統(tǒng)中的搬運(yùn)路徑最短問(wèn)題，搬運(yùn)路線優(yōu)化問(wèn)題。
3、M2M技術(shù)
利用無(wú)線傳網(wǎng)絡(luò)和Ｍ2Ｍ技術(shù)可實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中樞對(duì)分散在各地的物料搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視，建立事故防范和應(yīng)急處置體系，為在線實(shí)時(shí)控制，快速準(zhǔn)確上報(bào)事故和事故發(fā)生后的迅速及時(shí)調(diào)集應(yīng)急救援力量等提供更好的技術(shù)支持。
五、結(jié)論
隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)降低成本、提高效率、保證服務(wù)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇，并有助于推動(dòng)起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)智能物流的發(fā)展。但是從國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀看業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等其他技術(shù)在智能化物料搬運(yùn)系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，要完全達(dá)到智能化的要求，還需要對(duì)其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行開創(chuàng)性研究。
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