編組站綜合自動化的發(fā)展分析

張雪松 沃華歐

編組站綜合自動化的發(fā)展分析

張雪松*沃華歐**

通過分析未來運輸指揮對編組站的需求,確立了編組站綜合自動化的研究方向,展望了未來的技術發(fā)展。

編組站綜合自動化;數(shù)據(jù)集成;決策集中

編組站是鐵路貨運運輸組織的核心單元,是保證路網(wǎng)暢通、提高運輸效率的關鍵。如何通過先進的技術手段,提高編組站的作業(yè)效率,是鐵路科技工作者的重要研究目標之一。本世紀前,編組站的研究主要劃分為二大領域,一是以信息管理技術為核心的信息系統(tǒng)研究,其目標是如何高效管理信息,加快信息傳遞速度,加大傳播范圍,使運輸指揮人員更快捷、更準確、更及時地掌握現(xiàn)場情況,提升運輸組織水平,提高編組站效率;另一個是以自動控制技術為核心的控制系統(tǒng)研究,其目標是如何更安全、更高效地執(zhí)行現(xiàn)場作業(yè),使現(xiàn)場作業(yè)更安全、更高效,通過縮減單項作業(yè)時間來提高整體效率。

進入21世紀后,鐵路運輸供需關系的矛盾更加尖銳,編組站的編解任務不斷加重,鄭州北、新豐鎮(zhèn)等路網(wǎng)性編組站的實際辦理輛數(shù)已遠遠高于設計能力,傳統(tǒng)的技術手段已難以滿足日益迫切的市場需求。技術方面,經(jīng)過幾十年的研究、探索,編組站的管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)也逐步成熟,并已呈現(xiàn)出相互融合的趨勢,綜合管、控的新一代自動化系統(tǒng)呼之欲出。在此形勢下,北京全路通號設計院、鐵道科學研究院、鐵道部信息中心開始了編組站綜合自動化系統(tǒng)的設計和研發(fā),并分別推出了“計算機集成過程系統(tǒng)”(Computer Integrated Process System,簡稱CIPS)和“新一代編組站綜合自動化”系統(tǒng)(Synthetic Automation ofMarshalling yard,簡稱SAM)2個解決方案。

1 編組站綜合自動化產(chǎn)品現(xiàn)狀

編組站綜合自動化是管理信息系統(tǒng)和計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動化系統(tǒng)、峰尾停車器自動控制系統(tǒng)、調(diào)機安全監(jiān)控系統(tǒng)等各種過程控制系統(tǒng),以及安全監(jiān)測、閉路電視監(jiān)控、微機監(jiān)測等監(jiān)控系統(tǒng),通過信息集成與整合,加上智能決策和調(diào)度信息綜合運用,實現(xiàn)編組站高度自動化的復雜系統(tǒng)。

編組站綜合自動化的核心是管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成,是編組站自動化技術的質(zhì)的飛躍。從管理系統(tǒng)的角度看,由于共享了控制系統(tǒng)反饋的豐富信息,使信息系統(tǒng)對站場車輛、設備的狀態(tài)掌握更加及時、準確,綜合自動化已不再局限于簡單的信息管理,而是從資源規(guī)劃的角度,去輔助決策者統(tǒng)籌安排全站運輸資源和生產(chǎn)計劃,向智能化的方向發(fā)展。從控制系統(tǒng)的角度看,由于共享了管理系統(tǒng)的階段計劃等信息,控制的范圍從針對單項作業(yè)的簡單自動化,擴展為整個流程聯(lián)控的綜合自動化,使自動選擇執(zhí)行時機成為可能,理論上可以不再需要人工干預,自動化的程度大幅提高。

當前的編組站綜合自動化產(chǎn)品,包括鐵科院、鐵道部信息中心聯(lián)合研發(fā)的SAM和通號院研發(fā)的CIPS 2個解決方案。

1.1 SAM特點

SAM通過管控結合來集成信息和控制系統(tǒng),兼顧智能化和自動化2個方向,注重編組站和其他信息系統(tǒng)的信息共享,強調(diào)局站融合。其特點可歸納如下。

1.兼顧智能化和自動化2個方向。智能化是傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)的發(fā)展目標,自動化是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展目標。SAM的管控結合方式既保留了部中心車站系統(tǒng)2.0的最佳實踐,又繼承了鐵科院在駝峰、峰尾、調(diào)機等自動控制領域的豐富經(jīng)驗,因此,能夠兼顧智能化、自動化2個方向,既注重通過宏觀計劃優(yōu)化資源使用,又注重通過微觀計劃提高作業(yè)效率,從二方面促進編組站作業(yè)效率的提升。

2.強調(diào)信息共享和局站融合。由于部中心肩負了全路信息化的使命,因此能夠從更大的視角來看待編組站系統(tǒng),能夠把編組站工作融入到全局運輸指揮的大局來統(tǒng)一考慮,注重車站計劃在全局日/班、階段計劃中的位置和作用,提倡局站融合的計劃編制方式,并注重車站系統(tǒng)與貨票等其他應用的信息共享,從全局角度定位車站信息化的目標。

1.2 CIPS特點

CIPS通過管控一體化來實現(xiàn)綜合自動化。所謂管控一體,是以控制系統(tǒng)為核心,通過擴大控制的外延,包容信息系統(tǒng),形成的一體化系統(tǒng)。CIPS勇于創(chuàng)新,拋棄了傳統(tǒng)的車站信息系統(tǒng)設計理念,帶來了全新的設計思路;提出了“信息聯(lián)鎖”的概念,把編組站看成了一個大的聯(lián)動機,編組站的所有活動,都按照預先排定的指令,一環(huán)扣一環(huán)的執(zhí)行。因此,CIPS在自動化方面的貢獻更加突出。其特點歸納如下。

1.強調(diào)計劃的具體化和可執(zhí)行性。CIPS的計劃更接近控制系統(tǒng)的指令集,強調(diào)對計劃細節(jié)的掌控和可執(zhí)行性驗證。尤其是調(diào)車計劃,在編制計劃時就預排執(zhí)行進路,不允許編制當前無法執(zhí)行的計劃。因此,CIPS的計劃都是可以轉(zhuǎn)化為控制指令的真實計劃,這是系統(tǒng)自動化的重要保證。

2.更加側重自動化。按照“大聯(lián)控機”的思路,CIPS理論上可以實現(xiàn)無人編組站,在自動化方面獨樹一幟,進行了較大創(chuàng)新,尤其在解放現(xiàn)場作業(yè)人員的手工勞動方面,取得了顯著效果。

綜上所述,SAM和CIPS雖各辟蹊徑,但異曲同工,都為編組站的綜合自動化做出了成功的嘗試,取得了長足的進步。但是,從運輸組織對編組站自動化的要求來看,目前的編組站綜合自動化研究還只是剛剛起步,遠未達到成熟的水平,發(fā)展空間非常大。在當前鐵路建設高速發(fā)展的大形勢下,編組站自動化如何發(fā)展,才能適應未來運輸組織的要求,是不可回避的問題。為此,從運輸組織對編組站自動化的需求分析入手,闡述對編組站綜合自動化發(fā)展方向的設想。

2 編組站綜合自動化發(fā)展需求

隨著以客專建設為代表的鐵路建設的高速發(fā)展,中國將進入高鐵時代,既有線的貨運能力將得到較大釋放,鐵路運輸?shù)墓┬桕P系將趨于平衡。在此情況下,鐵路的行車秩序?qū)⒅鸩降玫礁纳?對計劃兌現(xiàn)率的要求也將不斷提高。另一方面,隨著計算技術的不斷進步,機器的處理能力、存儲能力成倍增長,云計算、虛擬存儲等技術為今后的應用軟件體系結構提供了全新的模式。這些趨勢,將對編組站的計劃體系提出全新的要求。具體地說,可以歸結為以下幾類。

1.業(yè)務流程。隨著計算技術的不斷發(fā)展和鐵路信息應用的不斷成熟,集中、整合的要求越來越強烈,信息系統(tǒng)已經(jīng)不滿足于現(xiàn)在的信息共享方式,建立路局級數(shù)據(jù)中心,統(tǒng)一管理全局運輸數(shù)據(jù)已成必然趨勢。在技術上,云計算、虛擬存儲等理念也為組織集中化數(shù)據(jù)服務提供了可能,軟件即服務、信息即服務的時代已經(jīng)到來,路局級的數(shù)據(jù)中心甚至并不需要設備的集中,而僅僅是邏輯上的集中。在此環(huán)境下,編組站所能獲取的信息將得到極大豐富,信息的準確性、及時性也將得到極大提升。例如,在階段計劃、運行實績、編組內(nèi)容(確報)、貨票等數(shù)據(jù)成功集成后,編組站的到達車流將非常準確,精確編制階段作業(yè)計劃成為可能。因此,未來的編組站自動化研究,首先要探索新的信息環(huán)境下,如何進一步再造業(yè)務流程,以適應新運輸組織模式的需要。

2.計劃評價體系。隨著生產(chǎn)力布局的不斷調(diào)整,目前的運輸組織模式,已明顯向集中化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)中心模式下,路局和車站所掌握的信息是完全相同的,形成現(xiàn)有局、站分工模式的基礎已不存在,決策必然要向路局端上移,車站將更多地扮演執(zhí)行者而不是決策者的角色。在此模式下,編組站的計劃體系將發(fā)生根本性的變化,局站融合是發(fā)展的必然趨勢。因此,編組站自動化要把握住新布局下車站系統(tǒng)的地位,側重計劃評價體系的研究,從輔助者的角度去配合路局階段計劃智能編制的研究,實現(xiàn)更深層次的局站一體化。

3.智能化。智能化是發(fā)達國家鐵路信息化研究的最主要內(nèi)容。隨著我國鐵路運能的不斷提高、信息質(zhì)量的不斷加強,行車秩序的不斷改善,智能化必然也成為主要的研究方向。編組站的智能化研究,必須考慮局站一體的前提,更多側重具體作業(yè)計劃的安排。

4.控制方面。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展, RFID等技術將廣泛應用于鐵路運輸,將引發(fā)編組站控制系統(tǒng)新的技術進步,對現(xiàn)場信息的掌握將更加快捷準確,對自動化的要求也將大幅提高。如何引領編組站進入物聯(lián)網(wǎng)時代,以及在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,如何發(fā)展控制系統(tǒng),進一步加強編組站作業(yè)的自動化程度和安全保障,是未來編組站綜合自動化研究的另一個重要內(nèi)容。

3 編組站綜合自動化發(fā)展展望

綜上所述,未來編組站綜合自動化的發(fā)展方向,可概括為數(shù)據(jù)集成、決策集中、智能化、自動化4個方面。

數(shù)據(jù)集成的核心是全局數(shù)據(jù)中心。全局數(shù)據(jù)中心可提供集成的列車階段計劃、運行實績、編組內(nèi)容,以及貨票、機車狀態(tài)、車輛檢修等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成就是要研究在新的數(shù)據(jù)條件下,如何改進編組站綜合自動化系統(tǒng),使之更充分地利用集成信息,簡化作業(yè)流程,發(fā)揮更大效益。研究內(nèi)容包括:如何調(diào)整崗位分工、作業(yè)流程,如何實現(xiàn)精確的車流推算,如何提高計劃質(zhì)量,等等。

決策集中是研究局站一體化方式下如何實現(xiàn)車站的階段作業(yè)計劃編制,研究方向是更深入地與路局計劃系統(tǒng)配合,共同完成計劃編制。具體研究內(nèi)容包括:如何重新確定局、站雙方在階段計劃編制過程中的分工;如何建立有效的計劃評價體系;需要為編制計劃提供哪些數(shù)據(jù),如何提供;如何整合貨調(diào)、機車、車輛信息,編制一體化的車站階段計劃;如何將階段計劃轉(zhuǎn)換為具體的作業(yè)計劃、作業(yè)指令;如何更有效地提供執(zhí)行反饋信息;如何更有效地進行計劃調(diào)整,保證計劃對具體作業(yè)的指導作用。

智能化是研究如何利用計算機的人工智能輔助計劃編制,減少人工作業(yè)量,提高計劃的準確性。智能化研究涉及的內(nèi)容包括:如何確定解編順序,保證車站的綜合指標更優(yōu);如何分配調(diào)機、駝峰、股道等運輸資源,保證計劃的成功完成;如何自動生成解體、編組鉤計劃;如何動態(tài)推算,掌握階段內(nèi)任意時刻的車流,為智能編制提供決策依據(jù)。智能化研究的幾個內(nèi)容是密切相關,缺一不可的,其核心是解編順序的確定。這是編組站綜合自動化的一個難題,幾十年來無數(shù)專家為此付出了艱辛的探索和努力,目前仍無獲得普遍認可的可行方案。因此,在編組站智能化研究中,應注重理論和實踐相結合的思路,既注重算法、理論的研究,也要注重經(jīng)驗的運用,從多方面入手解決問題。

自動化是編組站系統(tǒng)永恒的目標,與智能化密切相關。在概念上,智能化是試圖代替人的腦力勞動,更合理地規(guī)劃資源運用,以提高整體作業(yè)效率;自動化是試圖代替人的體力勞動,縮短現(xiàn)場作業(yè)時間,提高局部作業(yè)效率。自動化的研究內(nèi)容,就是如何將計劃轉(zhuǎn)換為可以操作設備的指令集,以控制設備自動工作,完成運輸任務。自動化要解決3個問題:如何確定任務的啟動時機;如何驗證計劃的內(nèi)容是安全的、可行的;如果無法按計劃執(zhí)行,如何調(diào)整計劃,保證任務的完成。3個問題的關鍵,是如何更全面、更準確、更及時地掌握現(xiàn)場的設備狀態(tài)。未來的研究,應考慮如何將物聯(lián)網(wǎng)技術運用到編組站系統(tǒng),使設備具有智能感知功能,實現(xiàn)數(shù)字化編組站,實現(xiàn)設備狀態(tài)的精確掌握。

編組站綜合自動化是一個非常復雜的系統(tǒng), SAM和CIPS對這一領域的探索,還只是剛剛起步,今后還有很長的路要走,我們要抓住機遇,認清形勢,加緊編組站綜合自動化的研究,趕上鐵路發(fā)展的步伐,建設世界一流的編組站系統(tǒng)。

The authors analyzed the future requirements for marshalling yard in transport command,established the research direction of synthetic automation ofmarshalling yard,and expected the future developmentof relevant technologies.

Synthetic automation ofmarshalling yard;Data integration;Centralized decision making

*鐵道部信息技術中心 高級工程師,100844 北京

**中國鐵道科學研究院通信信號研究所研究員,100081北京

2011-01-21

(責任編輯:諸 紅)