煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)研究

金悅奇+柏昌順

摘 要：針對(duì)煤炭碼頭配煤調(diào)度中普遍存在的信息化短板，通過整合用戶信息、煤種特性數(shù)據(jù)、堆場(chǎng)調(diào)度等資源，提出煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)方案，闡述了煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)的研究為進(jìn)一步發(fā)揮港口配煤的優(yōu)勢(shì)提供參考。

關(guān)鍵詞：港口配煤 堆場(chǎng)調(diào)度 智能系統(tǒng)

目前國內(nèi)煤炭碼頭配煤調(diào)度中普遍存在操作管理簡單粗放，智能化信息化程度低，配煤調(diào)度管理中很多環(huán)節(jié)還是完全由人工操作，數(shù)據(jù)記錄等使用原始的紙質(zhì)表單方式管理。配煤多采用估算，精度差。部分環(huán)節(jié)雖有采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管理，但未能形成全流程的信息化管理，造成分散的信息孤島，使得整個(gè)港口配煤的專業(yè)化程度不高，港口配煤的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。

智能配煤調(diào)度系統(tǒng)在港口配煤中的作用

專業(yè)化煤炭碼頭相對(duì)于煤炭物流供應(yīng)鏈其他環(huán)節(jié)更適合開展配煤業(yè)務(wù)不僅在于煤炭碼頭具備堆場(chǎng)、裝卸設(shè)備等硬件條件，更重要的是煤炭碼頭擁有多種不同煤種，各類不同用戶需求的大量數(shù)據(jù)。這是煤礦、煤炭消費(fèi)用戶等不具備的。如何利用好多種不同煤種，各類不同用戶需求的大量數(shù)據(jù)是港口配煤的一個(gè)關(guān)鍵。信息化的智能配煤調(diào)度系統(tǒng)在港口配煤中不可或缺。

智能配煤調(diào)度系統(tǒng)首先可以起到綜合調(diào)度管理作用。整合配煤出場(chǎng)多項(xiàng)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能配煤，提高配煤精度，優(yōu)化配煤方案，減少配煤裝船等待時(shí)間，提高效率。其次實(shí)現(xiàn)管理部門對(duì)煤炭港口物流全過程各環(huán)節(jié)信息的快速交換，有效利用堆場(chǎng)煤炭相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)反饋堆場(chǎng)資源信息，輔助堆場(chǎng)管理人員制定合理堆場(chǎng)調(diào)度計(jì)劃，有效提高煤炭碼頭堆場(chǎng)利用率，提高碼頭經(jīng)濟(jì)效益。

煤炭碼頭配煤調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)

煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)上為三層架構(gòu)，以包含港口配煤調(diào)度業(yè)務(wù)全流程的數(shù)據(jù)平臺(tái)為底層基礎(chǔ)，中間以不同業(yè)務(wù)單元的邏輯功能模塊作為支撐，最上層作為用戶服務(wù)層，設(shè)計(jì)上采用統(tǒng)一的UI模板結(jié)合詳細(xì)設(shè)計(jì)與邏輯業(yè)務(wù)緊耦合的方式。系統(tǒng)三層框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中底層數(shù)據(jù)平臺(tái)在數(shù)據(jù)應(yīng)用上又分為支持基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和支持決策的兩個(gè)數(shù)據(jù)庫，中間層則從不同的業(yè)務(wù)單元視角分為不同功能模塊，如港口商務(wù)視角的計(jì)劃管理，中控視角的堆場(chǎng)調(diào)度，質(zhì)量檢驗(yàn)視角的煤質(zhì)分析等，這樣既有利于底層數(shù)據(jù)管理的統(tǒng)一性也有利于提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

2、煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)的調(diào)度原則

智能配煤調(diào)度系統(tǒng)是一個(gè)涉及用戶需求、煤種特性、堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)、船舶裝卸等多種因素的整合系統(tǒng)，所以必須綜合分析各種因素之間的優(yōu)先級(jí)和約束關(guān)系?；诜治鎏岢鲆韵抡{(diào)度原則：①用戶需求原則，即根據(jù)不同用戶需求生成不同配煤調(diào)度方案，從最大程度上滿足用戶需求。②配煤性價(jià)比原則，根據(jù)煤種特性在滿足用戶需求的原則下，選擇成本最優(yōu)的配煤調(diào)度方案。③快進(jìn)快出原則，在追求滿足港口吞吐量最大化原則下，選擇碼頭堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)效率最高的調(diào)度方案。④先進(jìn)先出原則，考慮到煤炭的自燃性質(zhì)，長時(shí)間碼頭庫場(chǎng)堆放會(huì)帶來的損失和安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，較早進(jìn)入堆場(chǎng)的煤炭應(yīng)該優(yōu)先出場(chǎng)。

3、配煤模型設(shè)計(jì)

智能配煤調(diào)度系統(tǒng)的決策支持模塊整體上采用層次分析模型框架，主要分為三層：最高層為目標(biāo)層即最優(yōu)配煤調(diào)度方案；中間層為準(zhǔn)則層，即上述用戶需求、配煤性價(jià)比、堆場(chǎng)周轉(zhuǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)等四方面準(zhǔn)則；最下一層為方案層，即可供選擇的配煤調(diào)度方案，由配煤算法或系統(tǒng)專家?guī)焐伞?/p>

根據(jù)港口配煤工藝特點(diǎn)，一般碼頭通過堆取料機(jī)或取料機(jī)從不同貨堆取貨，然后將貨堆煤炭送上不同皮帶輸送，根據(jù)皮帶的速度，以及皮帶秤的計(jì)量反饋來控制不同種類煤的給煤量，進(jìn)行混合配煤后裝船。其中裝船皮帶在同一船作業(yè)中數(shù)量有限，通常為2～3條，限制了同時(shí)可以用來配煤的堆場(chǎng)調(diào)度復(fù)雜程度，因此煤炭碼頭出場(chǎng)的煤炭配煤方案重點(diǎn)考慮用戶要求和市場(chǎng)成本來配煤。

煤炭碼頭配煤綜合用戶要求和市場(chǎng)成本兩方面，主要根據(jù)煤種的熱值、硫分、灰分、揮發(fā)分和成本等參數(shù)建立數(shù)學(xué)參考模型，在煤炭特性參數(shù)約束下計(jì)算最優(yōu)成本或在成本約束下計(jì)算最優(yōu)熱值。

通過線性優(yōu)化模型可以計(jì)算出在一定約束條件下，一個(gè)或一組可行的配煤方案。再根據(jù)準(zhǔn)則層的指標(biāo)權(quán)重來評(píng)估這些方案，最后根據(jù)不同配煤調(diào)度原則的權(quán)重來生成供配煤調(diào)度決策支持的最優(yōu)配煤方案。如以先進(jìn)先出原則優(yōu)先為例，在該原則優(yōu)先的情況下該原則在準(zhǔn)則層指標(biāo)中的權(quán)重會(huì)顯著大于其他原則權(quán)重，從而篩選出最利于先進(jìn)先出但又兼顧其他配煤調(diào)度原則的可行方案。

煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)的原型實(shí)現(xiàn)

煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)基于當(dāng)前通用散雜貨碼頭操作系統(tǒng)和知識(shí)管理系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行快速應(yīng)用開發(fā)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用三層架構(gòu)。煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)在數(shù)據(jù)訪問層的實(shí)現(xiàn)考慮到系統(tǒng)既涉及到OLTP聯(lián)機(jī)事務(wù)處理業(yè)務(wù)又涉及到DSS業(yè)務(wù)，因此在RDBMS數(shù)據(jù)庫平臺(tái)上創(chuàng)建gctos和gctos_dss兩個(gè)獨(dú)立的表空間，其中g(shù)ctos表空間收集OLTP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，然后定期將數(shù)據(jù)復(fù)制到gctos_dss表空間，提供給DSS分析查詢。由于存在gctos和gctos_dss兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)表空間，以及考慮到今后數(shù)據(jù)庫的新增或更改，故采用統(tǒng)一的DAL抽象接口。兩個(gè)數(shù)據(jù)表空間不論gctos還是gctos_dss對(duì)數(shù)據(jù)的基本操作是一樣的，所以將功能相同的一系列操作抽象出來實(shí)現(xiàn)為一個(gè)接口IDAL。讓具體的類都可以繼承這個(gè)接口。具體方法如下：

Class IDAL

{

public：

IDAL（） {}；

virtual ～I(xiàn)DAL（）=0 {}；

virtual void AddNew（）=0；

virtual void Delete（）=0；

virtual void Update（）=0；

virtual void DataToDAL（bool output=true）=0；endprint

virtual const string GetList（）= 0；

……

}

在業(yè)務(wù)邏輯層上的實(shí)現(xiàn)主要涉及具體業(yè)務(wù)對(duì)DAL數(shù)據(jù)基本的增、刪、改、查和業(yè)務(wù)流優(yōu)化。煤炭碼頭智能配煤調(diào)度系統(tǒng)除智能配煤算法、決策支持外，其他大部分如計(jì)劃管理、船舶作業(yè)、設(shè)備管理等沿用通用GCTOS業(yè)務(wù)邏輯。對(duì)配煤算法的具體實(shí)現(xiàn)上采用通過細(xì)化算法約束條件預(yù)先篩選排除不合理方案從而降低整體算法復(fù)雜度，如根據(jù)碼頭裝卸皮帶的數(shù)量和裝船皮帶的傳送速度比率可預(yù)先提出一組該碼頭常規(guī)配煤比的可能范圍，基于這組條件實(shí)現(xiàn)降低配煤最優(yōu)解的算法規(guī)模。在表現(xiàn)層上的實(shí)現(xiàn)采用混合式WINFORM開發(fā)，WINFORM在界面開發(fā)上相對(duì)于單純的MFC提供了更多的控件，而且控件功能更強(qiáng)大，更易用。通過控件可以方便的實(shí)現(xiàn)支持煤炭碼頭堆場(chǎng)的自定義，并實(shí)現(xiàn)顯示堆場(chǎng)調(diào)度的動(dòng)態(tài)信息，如圖2所示。

結(jié)語

大型煤炭碼頭開展配煤業(yè)務(wù)具有堆場(chǎng)、裝卸設(shè)備等硬件條件和用戶信息、煤種數(shù)據(jù)等軟件條件兩方面的優(yōu)勢(shì)。整合軟硬件優(yōu)勢(shì)是煤炭碼頭專業(yè)化發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。智能配煤調(diào)度系統(tǒng)通過信息化手段實(shí)現(xiàn)將用戶信息、煤種特性數(shù)據(jù)、配煤決策算法、堆場(chǎng)調(diào)度整合起來實(shí)現(xiàn)智能配煤調(diào)度。智能配煤調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用將減輕配煤調(diào)度管理的難度，解決當(dāng)前港口配煤過程中智能化信息化程度低。同時(shí)智能配煤調(diào)度系統(tǒng)通過優(yōu)化配煤方案可以提高港口配煤業(yè)務(wù)的利潤空間，增加市場(chǎng)競(jìng)爭力，降低了煤炭物流供應(yīng)鏈的整體費(fèi)用。對(duì)于推進(jìn)港口配煤的專業(yè)化，改造煤炭物流供應(yīng)鏈具有重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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本文為基金項(xiàng)目：2013年浙江省交通運(yùn)輸廳科研計(jì)劃項(xiàng)目《散貨碼頭堆場(chǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)開發(fā)》，項(xiàng)目編號(hào)：2013W16-4

（作者單位：浙江國際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）endprint