散貨碼頭生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

馮華龍 趙才軍 單偉林 吳雨齊

寧波港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司

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散貨碼頭生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

馮華龍 趙才軍 單偉林 吳雨齊

寧波港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司

為實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)控整個生產(chǎn)過程、科學(xué)合理組織生產(chǎn)，根據(jù)對研發(fā)重點和研發(fā)目標、關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的實施的分析，研發(fā)了散貨碼頭生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)通過對整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集分析和動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)了精準調(diào)度，同時也為設(shè)備和人員的精細化管理提供了依據(jù)。

散貨碼頭； 生產(chǎn)過程管理 ； 精準管理

1 引言

國內(nèi)散貨碼頭公司經(jīng)過多年的發(fā)展，大多建立了現(xiàn)代化的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，但生產(chǎn)過程的管理還是粗放式的，主要依靠管理者的經(jīng)驗，很多調(diào)度指揮過

程仍依靠電話和對講機，需要管理者與操作者不斷地溝通確認。因此，有必要研發(fā)散貨碼頭生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)(以下簡稱管理系統(tǒng))，實時動態(tài)地監(jiān)控整個生產(chǎn)過程，科學(xué)合理地組織生產(chǎn)，使裝卸過程更加穩(wěn)定順暢，提高生產(chǎn)效率，保證貨運質(zhì)量。

2 管理系統(tǒng)的研發(fā)目標

通過該管理系統(tǒng)的使用，使不同層次、不同崗位的生產(chǎn)及技術(shù)管理人員能實時動態(tài)地掌握生產(chǎn)作業(yè)過程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準調(diào)度，指導(dǎo)用戶及時發(fā)現(xiàn)并快速處理生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種問題；使各級管理人員能從自身工作需要出發(fā)，對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行不同維度的分析統(tǒng)計。

2.1 管理系統(tǒng)的研發(fā)重點

散貨碼頭裝卸業(yè)務(wù)的核心部分是散貨的卸船環(huán)節(jié)，只有把整個卸船過程的各個環(huán)節(jié)做到環(huán)環(huán)相扣、不留空檔，對參與卸船作業(yè)的人員和設(shè)備做到精準管理，才能有效提升公司的生產(chǎn)效率、管理水平和市場競爭力。為此，管理系統(tǒng)的研發(fā)重點應(yīng)放在卸船環(huán)節(jié)上，再通過提取中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對裝船、裝車過程的實時動態(tài)監(jiān)控，從而達到生產(chǎn)過程管理全覆蓋的目標。

2.2 多版本的客戶端

為了適應(yīng)各個崗位的使用需要，特別是滿足生產(chǎn)組織者的需要，開發(fā)了針對管理人員和現(xiàn)場操作人員的2個客戶端版本，即用于數(shù)據(jù)錄入、統(tǒng)計、分析使用的管理人員客戶端和只能接受數(shù)據(jù)展現(xiàn)的現(xiàn)場操作人員客戶端。根據(jù)各個崗位用戶的實際使用需求，在管理系統(tǒng)中定制各種常用的分析統(tǒng)計功能，最大限度地為各級管理層提供強大的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 生產(chǎn)過程視頻化

為了更加準確地掌握生產(chǎn)過程的實際情況，在實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)字化的基礎(chǔ)上，還在各大機(卸船機、斗輪機、裝船機)的司機室、船艙、料堆上方、料斗部位、皮帶機清掃器等部位加裝高清攝像頭，利用原有的視頻網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備控制網(wǎng)絡(luò)組建新的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，將整個生產(chǎn)過程、生產(chǎn)設(shè)備及主要操作者的操作過程實時展示在管理者面前，讓管理人員既有精確的數(shù)據(jù)又有實時的視頻圖像；既可以進行實時動態(tài)管理，規(guī)范操作者的生產(chǎn)作業(yè)過程，及時調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)方案，提高作業(yè)效率，又能進行事后跟蹤追查，降低設(shè)備故障率。

3 管理系統(tǒng)的研發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

為了保證管理系統(tǒng)的穩(wěn)定和易擴展，設(shè)計管理系統(tǒng)時采用了SOA架構(gòu)風(fēng)格的3層技術(shù)架構(gòu)，充分利用微軟WCF的技術(shù)特性，以Visual Studio 2013作為開發(fā)平臺，SQLServer2008作為后臺數(shù)據(jù)庫。

3.1 管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

管理系統(tǒng)采取WCF數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層、用戶界面層等3層架構(gòu)進行開發(fā)。為了提高卸船機系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存的穩(wěn)定性和完整性，減少故障節(jié)點，同時隔離工控網(wǎng)和信息網(wǎng)，提高工控系統(tǒng)的安全性，就近在變電所設(shè)立中間緩存服務(wù)器，用于存儲卸船機系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，再由ETL(Extract-Transform-Load，數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載的過程)工具進行實時抽取[1]。

3.2 中心數(shù)據(jù)庫的建立

根據(jù)前期的調(diào)研，管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)需要采集的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)有：船舶靠離泊和配載數(shù)據(jù)，如停靠泊位、船名、計劃接卸量、礦種、配載、艙型、靠離泊時間、接卸起止時間等；卸船機的作業(yè)運行數(shù)據(jù)，如司機工號、 作業(yè)艙位、每抓斗重量、抓取時間、卸船機翻板位置和震動給料運行信號、卸船機機器運行狀態(tài)信息等；輔助機械數(shù)據(jù)，如挖機吊入吊出船艙時間、單斗機吊入吊出船艙時間、油耗量等；裝船機和斗輪機的作業(yè)運行數(shù)據(jù)，如產(chǎn)量、皮帶運行時間、負荷時間等；中央控制系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)、流程運行數(shù)據(jù)，如流程號、流程瞬時流量、累計流量、流程運行時間、負荷時間、流程產(chǎn)量等。這些數(shù)據(jù)分布在各個管理控制系統(tǒng)中,包括中央控制系統(tǒng)(集成了斗輪機系統(tǒng)和裝船機系統(tǒng)的數(shù)據(jù))、卸船機控制系統(tǒng)及生產(chǎn)營運系統(tǒng)。針對各個控制系統(tǒng)，首先通過PLC編程等方式將數(shù)據(jù)保存到緩存數(shù)據(jù)庫中，再通過ETL工具整合生產(chǎn)營運系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實時地抽取到中心數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫自動分析處理技術(shù)，加工成管理系統(tǒng)可以使用的數(shù)據(jù)形式。

3.3 提取卸船機單機產(chǎn)量數(shù)據(jù)

卸船機卸貨時，安裝于卸船機抓斗的重量傳感器原來只記錄抓斗每次抓取時最大瞬時量，并不關(guān)注抓斗的實際抓取量，其作用也僅限于監(jiān)視抓斗抓取過程中是否過載，并不服務(wù)于監(jiān)控卸船機單機產(chǎn)量和船艙作業(yè)進度。為了獲取卸船機實際生產(chǎn)過程中的每抓斗的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，采用“提取抓斗在勻速運行時的抓取重量”的方法來提取每抓斗的實際抓取量。抓斗每次抓取過程的勻速運行分“垂直提升”和“水平移動”2個過程，為了提高數(shù)據(jù)精度，分別提取了這2個過程的重量數(shù)據(jù)，再進行算術(shù)平均計算作為最終值。通過多次實際驗證，在抓斗起升位置的最高點以下27 m位置并向上時截取的重量信號，以及在小車距離陸側(cè)38 m位置并向陸側(cè)行駛時截取的重量信號，能使誤差控制在最小范圍內(nèi)。

3.4 高性能API方式訪問卸船機PLC并深度開發(fā)CMS

通過PureBasic程序+ZAPI2接口調(diào)用的形式，實現(xiàn)了通過高級編程語言高效訪問卸船機PLC的功能[2]。振華卸船機CMS系統(tǒng)雖然內(nèi)置功能豐富，但用戶如果需要讀取IO設(shè)備數(shù)據(jù)另做它用，只能依靠編寫VBA腳本來實現(xiàn)。為了保證實時高效的訪問，本項目中使用了振華卸船機面向開發(fā)人員提供的“ZAPI2” API調(diào)用接口。該接口以C語言編寫，能夠直接訪問IO設(shè)備。在使用該接口時，采用了PureBasic高級語言對ZAPI2接口進行封裝，編譯成高性能的NativeCode可執(zhí)行文件，同樣利用ZAPI2接口，以圖形化的軟件界面嵌入到CMS系統(tǒng)中，替代硬件按鈕實現(xiàn)對卸船機的操控，從而節(jié)省了硬件費用及安裝調(diào)試時間。

3.5 提取中央控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)

公司的生產(chǎn)采用流程作業(yè)的方式，由Intouch中央控制系統(tǒng)統(tǒng)一操控，其流程運行數(shù)據(jù)、各個機種的運行數(shù)據(jù)等都保存在實時數(shù)據(jù)庫中，不符合管理系統(tǒng)的使用需求。為解決該問題，采用共享數(shù)據(jù)庫的方法，即控制系統(tǒng)將生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)實時地插入到共享數(shù)據(jù)庫中，然后再由ETL工具抽取到中心數(shù)據(jù)庫供管理系統(tǒng)使用。抽取的數(shù)據(jù)包括各個流程的運行信息、負載信息、產(chǎn)量信息、設(shè)備故障信息、各機種的運行信息(包括卸船機、裝船機、斗輪機和皮帶機)等。該方法能在不影響控制系統(tǒng)使用功能的情況下，最大限度的使用控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

3.6 數(shù)據(jù)整合及監(jiān)控界面設(shè)計

整個碼頭裝卸作業(yè)過程中，需要實時監(jiān)控各個泊位在作船舶的單艙作業(yè)進度，以及單斗機、挖機等清艙機械作業(yè)情況，避免重點艙的出現(xiàn)；需要實時監(jiān)控多臺卸船機的放料速率和流程作業(yè)過程中的整體流量，保障皮帶流量的穩(wěn)定，避免皮帶跑偏撕裂等情況的發(fā)生；需要實時監(jiān)控碼頭風(fēng)速、各個工班產(chǎn)量數(shù)據(jù)和每小時的卸船產(chǎn)量數(shù)據(jù)，使調(diào)度指揮更加精準有效。為此，將皮帶秤實時產(chǎn)量數(shù)據(jù)、卸船機放料數(shù)據(jù)、單艙作業(yè)監(jiān)控等功能設(shè)計成如圖1所示的總監(jiān)控界面，并將卸船機放料監(jiān)視和皮帶秤流量監(jiān)視設(shè)計為自定義圖表，實現(xiàn)適時可視化管理。

圖1 總監(jiān)控畫面

4 結(jié)語

歷時2年開發(fā)的散貨碼頭生產(chǎn)過程管理系統(tǒng)，通過對整個生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進行采集分析和動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)了精準調(diào)度，同時也為設(shè)備和人員的精細化管理提供了依據(jù)。該管理系統(tǒng)應(yīng)用后取得了顯著效益：提高了調(diào)度精準性，實現(xiàn)生產(chǎn)過程精準化控制；通過數(shù)據(jù)挖掘和分析，實現(xiàn)了精準查找生產(chǎn)瓶頸；實現(xiàn)人事管理精準化；建立了新的管理模式，提高了管理水平；經(jīng)濟效益顯著。

[1] 李春葆，李石君，李筱馳.數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵺`[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014：6.

[2] 張運剛，宋小春，郭武強.從入門到精通 西門子S7-300-400 PLC技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社,2007:2.

單偉林： 315800,浙江省寧波市北侖區(qū)迎賓路8號寧波港北侖礦石分公司B樓406室

Development of Production Management System and its Application in Bulk Cargo Terminal

Feng Hualong Zhao Caijun Shan Weilin Wu Yuqi

Beilun Iron Ore Terminal Branch, Ningbo Port

In order to realize real-timely and dynamically monitor the entire production process and efficiently organize production, the bulk cargo wharf production management system is designed by analyzing the research objectives and corresponding key issues, and utilizing key techniques at important links. Through collecting, analyzing and dynamic monitoring the data of the entire production process, this management system can realize precise schedul and provide solid bases for the refinement management of equipment and personnel.

bulk cargo terminal; production process management; precise management

2016-08-06

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.06.011