CN114781753A - 基于5g的电解铝厂液铝运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明为基于5G的电解铝厂液铝运输系统，属于电解铝厂物流管理技术领域，包括：智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统；所述智能物流管控系统用于厂内液铝运输的管理和调度；所述运输车信息系统用于采集发送车辆的状态和装载液铝的信息，并能接收调度指令信息；所述生产车间信息管理系统用于采集和发送车间生产信息；所述智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统三者之间采用5G高速无线网络连接。本发明利用5G高速网络，进行资源整合和信息集成，将生产计划管理与运输车调度控制无缝连接，使得物流运输更加科学、有效，提升了运输能力、提高了运输效率，降低了运输成本。

Description

基于5G的电解铝厂液铝运输系统

技术领域

本发明属于电解铝厂物流管理技术领域，尤其是涉及基于5G的电解铝厂液铝运输系统。

背景技术

随着近年来电解铝厂规模的不断扩大，液铝运输量大幅增长，液铝运输车的数量及驾驶人员均随之增加，使得电解铝厂的物流成本越来越高，引起企业的普遍关注。另一方面，由于目前厂内大多采用人工调度运输车，利用对讲机通讯，下达和接收指令，这样就容易造成指令信息与实际生产脱节，信息传达不通畅，进而使运输车需要在电解车间等待天车出铝或是在铸造车间等待卸铝作业，造成工作效率降低和运输能力的浪费，在出铝的高峰时段，由于厂区内没有交通信号管制，很容易在厂区道路内造成拥堵，影响生产效率，还容易发生交通事故。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供基于5G的电解铝厂液铝运输系统，本发明利用5G高速网络，进行资源整合和信息集成，将生产计划管理与运输车调度控制无缝连接，使得物流运输更加科学、有效，提升了运输能力、提高了运输效率，降低了运输成本。

本发明采用如下技术方案：

基于5G的电解铝厂液铝运输系统，包括：智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统；

所述智能物流管控系统用于厂内液铝运输的管理和调度；

所述运输车信息系统用于采集发送车辆的状态和装载液铝的信息，并能接收调度指令信息；

所述生产车间信息管理系统用于采集和发送车间生产信息；

所述智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统三者之间采用5G高速无线网络连接。

进一步地，所述智能物流管控系统包括：物流管理服务器、数据库服务器和移动客户端；

所述智能物流管理服务器用于厂内液铝运输管理，包括处理运输车和生产车间上传的信息，向运输车下达指令；

所述数据库服务器用于存储生产需求的数据、运输设备的数据、驾驶人员的数据、物流信息的数据和厂区道路模型的数据；

所述移动客户端是有无线通讯功能的设备，用于物流管控指令的输入、查看、修改操作。

进一步地，所述数据库服务器建立车辆调度数学模型，在保证安全生产的前提下，将车辆数量最小化、车辆总行驶距离最小化以及车辆行驶距离的方差最小化作为目标函数，其数学表达式为：

min Z₃＝n

第一个公式中，Z₁为车辆行驶的总距离，j＝1，2，…，m，其中m为车辆在指定时间段内被分配的任务个数，f1表示为第i个任务点到铸造车间的距离，f₂表示两点间的距离；第二个公式中，Z₂为车辆行驶距离的方差，n是车辆数目，S_i表示每辆车的行驶距离，M是行驶距离的平均数；第三个公式中Z₃为所需最少车辆，n是车辆数目。

每个任务只能签派一辆车，则有

其中，k表示任务总

编号，在集合X中，当X_1，k＝1时，所有k值构成dw_1，j中的值，并按照顺序排列，以此类推，得到dw_1，j的全部值，其中dw_1，j的总数为总任务数；

所有车辆必须在规定时间内完成全部任务，则有：

T_Mi≤T_max，i∈V

其中：

T_Mi＝max(tvc_i，j)，i∈V

S_i＝2f₁(dw_i，j)+f₂(dw_i，j，dw_i，j+1)，i∈V

公式中，T_Z表示运输车辆装载液铝用时，T_X表示运输车辆卸载液铝用时，T_ZZ表示运输车辆在铸造车间所花费时间。T_Mi表示第i辆车中，完成任务时刻最大值，T_max表示规定最大完成时间。tv_i，j表示第i辆车执行其任务安排的第j个任务发生时对应时刻，tvc_i，j表示第i辆车在完成本车第j个任务的时刻，tr_i，j表示第i辆车执行其车辆对应的第j个任务所用时间。V_speed表示每辆车在运输过程中的平均速度。

其中关于目标函数中的f₁和f₂，分别求任务点到铸造车间的距离以及任务点到其他任务点的距离，在智能物流管理服务器分配给运输车辆任务的时候，根据车辆位置，进行计算最短路径。

进一步地，所述计算最短路径为按路径长度的增加，进行逐步搜索，寻找最短路径，通过不断迭代，不断搜索最短距离，最终得到最短路径，包括如下步骤：

(1)将起点作为搜索点，通过搜索，找到和搜索点连接的全部非搜索点范围内点；

(2)根据路径的长短计算，将非搜索点做为新的搜索点，更新范围；

(3)查找搜索点范围内的可行点，前往新点，计算前往最短位置，重复此过程直到搜索到终点。

进一步地，所述运输车信息系统包括：车载信息传感器、车载通讯信息终端；

所述车载信息传感器用于采集车辆运行状态和位置，以及装载液铝的重量，并将现场采集到的数据信息，同步上传至车载通讯信息终端；

所述车载通讯信息终端，用于接收车载信息传感器的数据信息，车载通讯信息终端带有无线通讯接口，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统，并通过无线通讯，接收智能物流管控系统的指令、运输路线规划信息。

进一步地，所述生产车间信息管理系统包括：电解车间信息管理系统、铸造车间信息管理系统；

所述的电解车间信息管理系统用于电解车间生产状况和出铝需求信息的采集，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统；

所述铸造车间信息管理系统用于铸造车间生产状况和对铝液需求信息的采集，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统。

进一步地，该系统的流程包括如下步骤：

步骤301，物流管理服务器通过与生产车间的实时通讯，了解物流的需求情况，判断是否需要对运输车辆下达调度指令，当判断结果为是时，触发执行下一步骤302；当判断结构为否时，结束本次流程，并继续重新触发下一次新的步骤301；

步骤302，通过数据库服务器中车辆和驾驶人员信息，筛选可以调度的车辆，并通过车载通讯信息终端，了解车辆人员的实时位置和工作状态，确定最适合完成运输任务的车辆；

步骤303，物流管理服务器根据数据库服务器中储存道路信息规划最佳运输路线，进而生成针对执行运输任务车辆的调度指令，通过5G无线网络向车载通讯信息终端下达指令；

步骤304，车载通讯信息终端接受到调度指令，驾驶员按照指令要求，按照规划的最佳行驶路线，驾驶车辆到相应的生产车间，完成液铝的运输任务。

本发明的基于5G的电解铝厂液铝运输系统至少具有以下有益效果：

1、本发明提高了企业物流的智能化程度，能够实现车间物流需求与运输车俩调度计划的无缝连接，为企业物流管理提供数据支撑，主要是为生产排产、车辆调度、路线规划等提供精确数据，进而提高管理的有效性和科学性。

2、本发明采用的5G无线网络传输速度快、抗干扰能力强、传输效率高，能够进一步提高生产数据传输效率。

3、本发明以智能化物流管理取代传统的粗放型人工调度，能充分运输车辆和驾驶员的生产潜力，减少人为因素造成的失误，提高工作效率的同时实现车间生产绿色化。

4、本发明有助于企业实现精益化管理，利用5G无线网络高速率、高带宽和低延时的特点，智能物流管控系统可以实时准确的掌握运输车辆的位置、工作状态及生产车间的物流需求等信息，再通过5G无线网络将数据处理完成后对运输车辆调度进行优化分配，大幅度提高了铝业运输的效率，同时可减少运输车辆和驾驶员的配置数量，有益于降低企业物流成本、提高企业竞争力。

5、本发明的应用范围广，本发明采用无线网络技术，可以省去布线施工，不仅适用于新厂建设，也适用于老厂改造。

附图说明

图1是本发明的基于5G的电解铝厂液铝运输系统的结构框图；

图2是本发明的基于5G的电解铝厂液铝运输系统的实施示意图。

图3是本发明的基于5G的电解铝厂液铝运输系统的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步解释。

本发明为基于5G的电解铝厂液铝运输系统，包括智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统：智能物流管控系统包括物流管理服务器、数据库服务器和移动客户端。运输车信息系统包括车载信息传感器、车载通讯信息终端。生产车间信息管理系统包括电解车间信息管理系统、铸造车间信息管理系统。本发明通过5G无线网络，达成智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统三者之间的高速实时数据交换，可以提高生产效率，使厂内物流运输过程和管理规范性增强，进而为物流资源优化整合提供支持，使企业生产成本进一步降低成为可能。

如图1所示，本发明基于5G的电解铝厂液铝运输系统，包括：智能物流管控系统1、运输车信息系统2以及生产车间信息管理系统3。

所述智能物流管控系统1包括：移动客户端11、物流管理服务器12和数据库服务器13。所述移动客户端11用于物流管控指令的输入、查看、修改等操作，管理人员可随时查看生产车间和运输车辆的各种信息。移动客户端11可以是具备5G网络无线通讯功能的工程师站或Pad、手机等手持设备。物流管理服务器12具备对多源异构数据有实时按需采集与处理的能力和多要素共融的能力。物流管理服务器12能自发地对所需数据进行按需求采集，在数据库服务器13的驱动下对厂内液铝运输进行智能化管控，并通过5G高速网络为运输车提供调度指令、路线规划、工作协同等信息，是构建厂内智能物流的技术中心。数据库服务器13用于存储生产需求的数据、运输设备的数据、驾驶人员的数据、物流信息的数据和厂区道路模型的数据。

所述数据库服务器13中建立有车辆调度数学模型，在保证安全生产的前提下，将车辆数量最小化、车辆总行驶距离最小化以及车辆行驶距离的方差最小化作为目标函数，其数学表达式为：

min Z₃＝n

第一个公式中，j＝1，2，…，m，其中m为车辆在指定时间段内被分配的任务个数。其中f1表示为第i个任务点到铸造车间的距离，2倍表示往返。

f₂表示两点间的距离；该公式描述了n辆车在运行过程中的总行驶距离。第二个公式是根据各个车辆运行的距离，求出其方差，目的是让车辆行驶的距离尽可能的平均，其中，n是车辆数目，S_i表示每辆车的行驶距离，M是行驶距离的平均数。第三个公式是指运输车辆的数目最少。

每个任务只能签派一辆车，由于抬包在实际运输过程中，只需要1辆车即可，不需要多辆车协同任务。

其中，k表示任务总数，j为签派车辆的编号。在集合X中，当X_1，k＝1时，所有k值构成dw_1，j中的值，并按照顺序排列。以此类推，可以得到dw_1，j的全部值，其中dw_1，j的总数为总任务数。

所有车辆必须在规定时间内完成全部任务：

T_Mi≤T_max，i∈V

其中：

T_Mi＝max(tvc_i，j)，i∈V

S_i＝2f₁(dw_i，j)+f₂(dw_i，j，dw_i，j+1)，i∈V

其中关于目标函数中的f₁和f₂，分别求任务点到铸造车间的距离以及任务点到其他任务点的距离，在智能物流管理服务器分配给运输车辆任务的时候，根据车辆位置，进行计算最短路径。本发明为了解决最短路径问题，采用了Dijkstra算法，其基本思想为按路径长度的增加，进行逐步搜索，来寻找最短路径，通过不断迭代，不断搜索最短距离，最终得到最短路径。

首先，根据问题假设关键路径点，得到关键点，找到关键路径，需要从起点到终点，每条路径的长度已知，根据算法，归纳为以下步骤：

(1)将起点作为搜索点，通过搜索，找到和搜索点连接的全部非搜索点范围内点。

(2)根据路径的长短计算，将非搜索点做为新的搜索点，更新范围。

(3)查找搜索点范围内的可行点，可以前往新点，计算前往最短位置，重复此过程直到搜索到终点。

所述运输车信息系统2包括：车载信息传感器21和车载通讯信息终端22。所述车载信息传感器21用于采集车辆运行状态和位置，以及装载液铝的重量，并将现场采集到的数据信息，同步上传至车载通讯信息终端。所述车载通讯信息终端22用于接收车载信息传感器的数据信息，车载通讯信息终端带有无线通讯接口，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统，并通过无线通讯，接收智能物流管控系统的指令、运输路线规划等信息。所述车载通讯信息终端22带有液晶触摸屏。驾驶员可以从上面方便的获取调度指令，运输路线等信息。

所述生产车间信息管理系统3包括：电解车间信息管理系统31、铸造车间信息管理系统32。所述的电解车间信息管理系统31用于电解车间生产状况和出铝需求等信息的采集；所述铸造车间信息管理系统32用于铸造车间生产状况和对铝液需求等信息的采集；31、32两个系统通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统1。

如图3所示，为本发明基于5G的电解铝厂液铝运输系统的流程示意图。基于5G的电解铝厂液铝运输系统基本流程如下：

步骤301物流管理服务器12通过与生产车间的实时通讯，了解物流的需求情况，判断是否需要对运输车辆下达调度指令，当判断结果为是时，触发执行下一步骤302；当判断结构为否时，结束本次流程，并继续重新触发下一次新的步骤301。

步骤302，通过数据库服务器13中车辆和驾驶人员信息，筛选可以调度的车辆，并通过车载通讯信息终端22，了解车辆人员的实时位置和工作状态，确定最适合完成运输任务的车辆。

步骤303，物流管理服务器12根据数据库服务器13中储存道路信息规划最佳运输路线，进而生成针对执行运输任务车辆的调度指令，通过5G无线网络向车载通讯信息终端22下达指令。

步骤304，车载通讯信息终端22接受到调度指令，驾驶员按照指令要求，按照规划的最佳行驶路线，驾驶车辆到相应的生产车间，完成液铝的运输任务。

如示意图3所描述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统实现运输车辆智能调度，能够通过在判断出车间物流需求时，需要生成车辆调度指令时，自动生成车辆调度指令，并自动将指令发送至对应车辆的车载通讯信息终端22，能够便于车辆驾驶员及时将车辆驾驶至有物流需求的生产车间，提高了车辆的调度效率以及准确性，尤其是在运输量高峰期，通过及时调度车辆，有利于减少运输车辆等待时间，保证出铝作业和铸造作业高效运行；此外，通过物流管理服务器12规划最优运输路线，有利于驾驶员顺利将车驾驶至对应的生产车间，减少道路拥堵的发生，规范车辆的调度和管理，有利于进一步提高车辆调度的效率以及准确性。

如图2所示，为本发明基于5G的电解铝厂液铝运输系统的实施示意图。具体实施时，智能物流管控系统1的设备设置于全厂管控中心内，通过5G无线网络与运输车信息系统2和生产车间信息管理系统3实时通讯。

生产车间信息管理系统3实时采集车间的生产情况，并根据生产情况预测对液铝运输的需求。当电解车间信息管理系统31检测到有出铝需求施时，上传信号至智能物流管控系统1，智能物流管控系统1发送指令给输车信息系统2，调度运输车到电解车间进行出铝运输作业；同样的，当铸造车间信息管理系统32检测到车间铝液存储不足时，上传信号至智能物流管控系统1，智能物流管控系统1发送指令给输车信息系统2，调度运输车从电解车间运输铝液到铸造车间。

智能物流管控系统1会收集铝液转运过程中的各种信息，包括铝液重量信息、车辆状态信息、任务需求信息等等，系统通过分析处理各种信息，对厂区内的液铝转运决策进行优化，提高液铝转运的效率。当液铝转运过程中出现意外情况，系统会在第一时间收到通知并立即做好应对措施，为整个液铝转运系统提供安全保障。运输车辆上传感器的数据可以通过5G网络发送给智能物流管控系统1，管理系统对数据进行分析处理，最后将数据分析出的结果发送回车辆上，减轻运输车信息系统2处理数据的压力，同时也能让整个运输系统更加高效快速。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，包括智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统；

所述智能物流管控系统用于厂内液铝运输的管理和调度；

所述运输车信息系统用于采集发送车辆的状态和装载液铝的信息，并能接收调度指令信息；

所述生产车间信息管理系统用于采集和发送车间生产信息；

所述智能物流管控系统、运输车信息系统、生产车间信息管理系统三者之间采用5G高速无线网络连接。

2.如权利要求1所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，所述智能物流管控系统包括：物流管理服务器、数据库服务器和移动客户端；

所述智能物流管理服务器用于厂内液铝运输管理，包括处理运输车和生产车间上传的信息，向运输车下达指令；

所述数据库服务器用于存储生产需求的数据、运输设备的数据、驾驶人员的数据、物流信息的数据和厂区道路模型的数据；

所述移动客户端是有无线通讯功能的设备，用于物流管控指令的输入、查看、修改操作。

3.如权利要求2所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，所述数据库服务器建立车辆调度数学模型，在保证安全生产的前提下，将车辆数量最小化、车辆总行驶距离最小化以及车辆行驶距离的方差最小化作为目标函数，其数学表达式为：

min Z₃＝n

第一个公式中，Z₁为车辆行驶的总距离，j＝1，2，…，m，其中m为车辆在指定时间段内被分配的任务个数，f₁表示为第i个任务点到铸造车间的距离，f₂表示两点间的距离；第二个公式中，Z₂为车辆行驶距离的方差，n是车辆数目，S_i表示每辆车的行驶距离，M是行驶距离的平均数；第三个公式中Z₃为所需最少车辆，n是车辆数目；

每个任务只能签派一辆车，则有

其中，k表示任务总数，j为签派车辆的编号，在集合X中，当X_1，k＝1时，所有k值构成dw_1，j中的值，并按照顺序排列，以此类推，得到dw_1，j的全部值，其中dw_1，j的总数为总任务数；

所有车辆必须在规定时间内完成全部任务，则有：

T_Mi≤T_max，i∈V

其中：

T_Mi＝max(tvc_i，j)，i∈V

S_i＝2f₁(dw_i，j)+f₂(dw_i，j，dw_i，j+1)，i∈V

公式中，T_Z表示运输车辆装载液铝用时，T_X表示运输车辆卸载液铝用时，T_ZZ表示运输车辆在铸造车间所花费时间，T_Mi表示第i辆车中，完成任务时刻最大值，T_max表示规定最大完成时间，tv_i，j表示第i辆车执行其任务安排的第j个任务发生时对应时刻，tvc_i，j表示第i辆车在完成本车第j个任务的时刻，tr_i，j表示第i辆车执行其车辆对应的第j个任务所用时间，V_speed表示每辆车在运输过程中的平均速度；

其中关于目标函数中的f₁和f₂，分别求任务点到铸造车间的距离以及任务点到其他任务点的距离，在智能物流管理服务器分配给运输车辆任务的时候，根据车辆位置，进行计算最短路径。

4.如权利要求3所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，所述计算最短路径为按路径长度的增加，进行逐步搜索，寻找最短路径，通过不断迭代，不断搜索最短距离，最终得到最短路径，包括如下步骤：

(1)将起点作为搜索点，通过搜索，找到和搜索点连接的全部非搜索点范围内点；

(2)根据路径的长短计算，将非搜索点做为新的搜索点，更新范围；

(3)查找搜索点范围内的可行点，前往新点，计算前往最短位置，重复此过程直到搜索到终点。

5.如权利要求1所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，所述运输车信息系统包括：车载信息传感器、车载通讯信息终端；

所述车载信息传感器用于采集车辆运行状态和位置，以及装载液铝的重量，并将现场采集到的数据信息，同步上传至车载通讯信息终端；

所述车载通讯信息终端，用于接收车载信息传感器的数据信息，车载通讯信息终端带有无线通讯接口，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统，并通过无线通讯，接收智能物流管控系统的指令、运输路线规划信息。

6.如权利要求1所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，所述生产车间信息管理系统包括：电解车间信息管理系统、铸造车间信息管理系统；

所述的电解车间信息管理系统用于电解车间生产状况和出铝需求信息的采集，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统；

所述铸造车间信息管理系统用于铸造车间生产状况和对铝液需求信息的采集，通过5G无线网络，将信息上传至智能物流管控系统。

7.如权利要求1所述的基于5G的电解铝厂液铝运输系统，其特征在于，该系统的流程包括如下步骤：

步骤301，物流管理服务器通过与生产车间的实时通讯，了解物流的需求情况，判断是否需要对运输车辆下达调度指令，当判断结果为是时，触发执行下一步骤302；当判断结构为否时，结束本次流程，并继续重新触发下一次新的步骤301；

步骤302，通过数据库服务器中车辆和驾驶人员信息，筛选可以调度的车辆，并通过车载通讯信息终端，了解车辆人员的实时位置和工作状态，确定最适合完成运输任务的车辆；

步骤303，物流管理服务器根据数据库服务器中储存道路信息规划最佳运输路线，进而生成针对执行运输任务车辆的调度指令，通过5G无线网络向车载通讯信息终端下达指令；

步骤304，车载通讯信息终端接受到调度指令，驾驶员按照指令要求，按照规划的最佳行驶路线，驾驶车辆到相应的生产车间，完成液铝的运输任务。

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