鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)研究

毛建偉

(中國鐵路北京局集團有限公司 京鐵物流中心，北京 102600)

近年來，隨著特快快速貨物班列、批量零散貨物快運列車的大量開行，鐵路零散白貨運量呈逐年上升態(tài)勢，隨之而來的零散白貨的裝載安全問題也日益突出，由于零散白貨配載方案不合理造成所裝車輛超偏載問題多發(fā)。為了更加安全、高效地做好鐵路零散白貨運輸組織工作，確保鐵路運輸安全和白貨增量，實現鐵路零散白貨配載方案(以下簡稱“配載方案”)的快速合理制訂和驗證，應建立一套鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)。

1 鐵路零散白貨配載現狀

零散白貨是指除煤炭、鋼材等大宗物資以外的其他物資，主要包括化工、電器、農副、食品、紡織、文教、醫(yī)藥等品類。鐵路零散白貨裝車較整車不同，需要根據每車裝載貨物的規(guī)格尺寸、件數及貨物質量，分別制訂相應的配載方案[1-2]。配載方案的制訂需要首先將車輛劃分為9個艙位，根據各艙位容積合理地將貨物分配到其中的一個或幾個艙位的相應位置裝載，以滿足貨物均衡合理的分布，不發(fā)生超載、偏載或偏重等問題。車輛艙位劃分示意圖如圖1所示。

目前配載方案主要存在以下問題。

（1）配載方案制訂作業(yè)效率有待提高。由于車型和所裝貨物不同，需要根據裝載貨物及所裝車型逐車制訂配載方案且不具備復制性。各車型構造尺寸不同，劃分艙位后，每個車型艙位尺寸、中心點位置、車輛縱橫中心線位置和轉向架位置各不相同，配載方案制訂需要根據不同車型按照“車輛技術參數表”及現車進行艙位劃分后，根據所裝貨物情況，遵循“大不壓小、重不壓輕、結實打底、方下圓上、規(guī)則形居底、不規(guī)則或易碎品擺上”的原則，還要滿足裝車后車輛不發(fā)生超載、偏載、偏重問題。同時，需要大量的物理公式應用和數學計算逐車進行方案制訂。配載方案制訂后，需要人員手工繪制配載方案示意圖傳達給外勤貨運員，按配載方案進行貨物裝車。

（2）配載方案驗證安全可靠度有待提高。配載方案的合理性受方案驗證人員業(yè)務水平、能力素質和責任心等因素的影響，人工計算配載方案裝車后車輛技術狀態(tài)參數，容易出錯且不易發(fā)現?，F場作業(yè)中存在簡化作業(yè)標準，驗證人員不進行數據計算，而是憑借經驗來判定方案合理性與否的現象。配載方案是否合理最終還要依靠在路網上設置的軌道衡檢測點進行檢測判定[3]。裝車后，一旦配載方案不合理造成所裝貨車發(fā)生超偏載，需要回送貨場進行倒裝整理，不僅浪費人力機力，還會造成貨物列車延誤。

（3）配載方案修訂勞動強度較大。對配載方案進行驗證作業(yè)過程中發(fā)現方案制訂不合理、按此方案裝車通過理論計算會產生車輛超偏載問題時，由于客戶提供的需求單貨物信息不準確或所裝貨物發(fā)生變化時，或者在裝車作業(yè)過程中外勤貨運員發(fā)現配載方案與所裝貨物不符時，都需要對原配載方案進行修訂。配載方案修訂后，驗證人員需要對修訂后的配載方案再次進行人工驗證，增加了配載方案修訂作業(yè)的勞動強度。

圖1 車輛艙位劃分示意圖Fig.1 Diagram for the division of class vehicles

2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)設計

2.1 總體需求

鐵路零散白貨裝車時，配載方案的制訂過程中需要高效、準確的輔助系統(tǒng)提供業(yè)務及信息上的有力支持。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)是指利用計算機模擬計算技術，輔助人工進行配載方案的制訂、驗證、修訂、示意圖生成、數據的交換和傳遞作業(yè)的輔助系統(tǒng)，通過運用3D建模技術手段，以輔助配載方案為目標，存儲并準確調用所有車型數據，精確劃分車輛艙位，代替人工進行復雜、重復的數據計算，可以減輕人工作業(yè)勞動強度，快速準確判定方案的合理性，提高作業(yè)效率和安全可靠度。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)構架總體需求如下。

（1）研究建立模型模擬貨物按配載方案裝車，滿足準確重復計算按方案裝車后是否符合判定標準，能夠快速準確驗證配載方案的合理性。將配載方案安全卡控關口前移，提高零散貨物裝車安全性。

（2）暢通內外勤間溝通交流渠道，統(tǒng)一方案修訂和示意圖生成標準，生成配載方案示意圖，更改修訂方案，確保數據同步一致。

（3）系統(tǒng)架構設計主要考慮數據采集的準確性、海量數據的高效率計算、數據實時動態(tài)的獲取、數據信息的導出、并行處理能力和系統(tǒng)的實用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性及可擴展性，促進系統(tǒng)不間斷正常運行。

2.2 總體架構設計

結合鐵路零散白貨配載的實際需求，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構如圖2所示，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構包括數據核心層、業(yè)務邏輯層和接入層[4-5]，各層之間緊密協作，實現數據及公式的存儲、配載方案的驗證修訂、內外部數據的交換以及配載方案示意圖的生成顯示功能。

（1）數據核心層。該層是輔助系統(tǒng)的基礎，主要實現數據及公式的存儲功能。數據核心層包括基礎數據庫、業(yè)務數據庫、系統(tǒng)框架數據庫和元數據庫，根據配載驗證算法中車輛艙位劃分原則、車型庫內不同車型車輛尺寸和轉向架位置，存儲不同車型車輛各個艙位面積、車輛高度、車輛縱橫中心線位置、車輛容許載質量等數據，以及配載驗證算法和判定報警標準。

（2）業(yè)務邏輯層。通過調用數據核心層數據庫內容，采用3D建模技術建立模型模擬配載方案進行裝車，應用配載驗證算法對模擬裝車后車輛的超偏載情況進行數據計算和分析，與判定報警標準進行對比，對方案進行修訂、優(yōu)化和再驗證，為配載方案的合理性驗證提供邏輯計算支持。

（3）接入層。該層主要實現系統(tǒng)與外部的數據交換功能。對于系統(tǒng)使用者，將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)，接入層接收使用者的數據輸入，通過調用業(yè)務邏輯層的業(yè)務過程實現判定配載方案合理性與否的功能，并將處理結果返回接入層，利用交互界面進行表示，導出審核后的配載方案和示意圖；對于外部系統(tǒng)，業(yè)務過程通過接入層的接口服務完成與外部系統(tǒng)的數據交換。

圖2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構Fig.2 System architecture diagram

2.3 功能設計

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)能夠按照制訂的配載方案進行模擬裝車，并利用驗證算法公式，對模擬車輛進行超偏載驗證，并對配載方案進行修訂、優(yōu)化和生成方案示意圖，從而實現對鐵路零散白貨配載作業(yè)進行輔助的功能。

（1）車型庫管理。將《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》附錄“敞車、平車、棚車、長大貨物車技術參數表”中所有棚車車型的車內尺寸、車門尺寸、轉向架中心距、自重、標記載重等信息全部納入車型庫管理[6]，根據所選用車型不同而調用相應的車型參數。在現場實際作業(yè)過程中如果發(fā)現車體標記參數與系統(tǒng)車型庫內不一致或系統(tǒng)車型庫內缺少該車型技術參數信息時，操作人員可以在基礎字典內對車型庫進行維護管理，手動增加或修改該車型參數信息，并將此信息保存到系統(tǒng)車型庫中。

（2）模擬裝車。系統(tǒng)根據所裝車輛車型，調用系統(tǒng)核心層的車型庫內該車型基本信息，并根據車輛內部尺寸完成對車輛艙位的劃分，計算出每個艙位的尺寸信息。按照給定的配載方案完成對車輛的模擬裝車作業(yè)，同時根據模擬裝車后貨物裝載情況，確定每個艙位貨物的質量和重心位置。

（3）方案驗證。內勤貨運員將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)后，單擊“保存”按鈕，即可實現對配載方案的合理性驗證。系統(tǒng)根據模擬裝車時得到的每個艙位貨物質量及重心位置，進一步計算出車輛裝車后貨物的總質量、總重心偏離車輛縱橫中心線的距離以及車輛兩轉向架所承受的重量之差，按照設定的判定報警標準進行判定[7-8]，并生成3D圖像顯示。報警標準設定為超過貨車標記載重即產生紅色報警，偏載超過50 mm、80 mm、100 mm分別產生黃色、橙色、紅色報警，偏重超過5 t、8 t、10 t分別產生黃色、橙色、紅色報警。未達到報警標準，即判定配載方案合理通過驗證；達到報警標準，則判定方案不合理，在配載方案數據列表顯示問題所在，同時在車輛3D圖像的超偏載位置用不同顏色顯示報警等級。

（4）方案修訂。系統(tǒng)通過配載方案驗證判定配載方案不合理時，內勤貨運員可以返回方案輸入界面對配載方案進行調整，也可以直接在車輛3D圖像顯示上對貨物進行拖拽移動，系統(tǒng)會相應修訂配載方案，并對新方案的合理性再次進行驗證，最后將驗證通過的新配載方案顯示給外勤貨運員。外勤貨運員在裝車作業(yè)過程中發(fā)現所裝貨物與配載方案記載不一致時，也能夠通過方案修訂功能模塊對配載方案進行修訂，系統(tǒng)會自動再次調用配載方案驗證功能模塊對修訂后的配載方案進行驗證，并顯示驗證結果。

（5）方案生成。實現配載方案生成示意圖，對配載方案進行重新制訂、修訂或在系統(tǒng)3D圖上對貨物拖拽修改配載方案時，可以根據配載方案的變化對方案示意圖進行相應的修改，并保存生成最終方案。

3 結束語

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的研發(fā)，實現了零散白貨配載方案的合理性判斷和方案調整，對裝車配載方案進行裝車后狀態(tài)預判，避免人工制訂配載方案的不合理性可能造成的超偏載安全隱患問題，能有效輔助配載作業(yè)，預防零散白貨裝車超偏載卡控問題效果良好。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的投入使用，提升了對零散白貨超偏載安全的卡控力度，減輕了現場內外勤貨運員的勞動強度，提高了裝車組織效率，為鐵路貨車裝載零散白貨超前防治超偏載問題提供了切實可行的防治措施，為鐵路零散白貨運輸安全和提質增效提供了很好的科技保障。但是，在實際作業(yè)中，貨物大小尺寸、形狀等參數較多，還應進一步研究車輛艙位的細分、貨物的精確畫像以及配載方案的自動生成等。