露天礦GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)的智能調(diào)度功能研究與應(yīng)用

鄧斌

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 文山 663700）

1 概述

銅街、曼家寨露天礦區(qū)位于云南省文山州馬關(guān)縣都龍鎮(zhèn)，礦區(qū)面積為2.8011km2，是以鋅、錫、銦為主，伴生有銅、銀、硫、鐵等多種元素的礦床。銅街曼家寨采運(yùn)設(shè)備配置為：15～18m3的電動(dòng)液壓鏟3臺(tái)，4.5～5.2m3液壓挖掘機(jī)7臺(tái)，1.6m3液壓挖掘機(jī)7臺(tái)，7.5m3液壓挖掘機(jī)1臺(tái)，100t級(jí)礦用卡車21臺(tái)，100t級(jí)以上礦用卡車9臺(tái)，55～60t級(jí)礦用卡車11臺(tái)，50t級(jí)礦用卡車15臺(tái)。

針對(duì)該露天礦采剝工程量大、設(shè)備數(shù)量多、設(shè)備類型復(fù)雜、采掘設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)繁雜等特點(diǎn)，以提高生產(chǎn)效益、降低設(shè)備能耗為目標(biāo)，云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司于2019年引進(jìn)了遼寧丹東東方測(cè)控GPS智能卡車調(diào)度系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已建成并用于生產(chǎn)調(diào)度管理。使用以來(lái)，該系統(tǒng)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)管、生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但是其核心功能“智能調(diào)度”因受限于系統(tǒng)功能不完善、管理因素、現(xiàn)場(chǎng)因素等多方面的影響，一直未得到有效應(yīng)用。

智能調(diào)度即系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)采集設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備位置，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)采掘設(shè)備裝車能力、路徑運(yùn)行時(shí)間、卸點(diǎn)卸載能力等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，再結(jié)合人為設(shè)定的生產(chǎn)條件，優(yōu)化計(jì)算后得出當(dāng)前最優(yōu)的調(diào)度方案，為將計(jì)算機(jī)智能調(diào)度科學(xué)算法運(yùn)用于實(shí)踐，進(jìn)一步提高采場(chǎng)設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本。經(jīng)過(guò)調(diào)度管理人員一年的試驗(yàn)探索，我們總結(jié)了該礦山生產(chǎn)模式制約智能調(diào)度推行的多項(xiàng)原因，并探討了相應(yīng)的解決措施，隨著智能調(diào)度理論與實(shí)踐的不斷融合，配套功能的不斷完善與發(fā)展，一種大型露天礦山智能調(diào)度生產(chǎn)模式即將誕生。

2 制約因素分析

（1）車鏟型號(hào)不匹配。銅街曼家寨露天礦山的挖掘設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備類型及品牌復(fù)雜，不同斗容的挖掘機(jī)挖掘高度不統(tǒng)一，不同載重量的運(yùn)輸車輛寬度、高度等尺寸不一致，生產(chǎn)作業(yè)時(shí)的機(jī)臺(tái)高度無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致智能調(diào)度模式下鏟車裝運(yùn)能力不匹配，大鏟配小車、小車配大鏟的情況在智能調(diào)度運(yùn)行過(guò)程中頻繁出現(xiàn)，無(wú)法充分發(fā)揮大型鏟裝設(shè)備效率，同時(shí)在裝車過(guò)程中產(chǎn)生安全隱患。

（2）就餐、交接班時(shí)段打斷生產(chǎn)連續(xù)性。現(xiàn)目前銅曼采場(chǎng)采用班中就餐、無(wú)縫交接班生產(chǎn)模式，在就餐、交接班時(shí)段擇地停機(jī)，智能調(diào)度組內(nèi)礦車因指令實(shí)時(shí)更新導(dǎo)致不能按照人為計(jì)劃擇地停機(jī)，頻繁出現(xiàn)聚集就餐、聚集交班、交接班位置錯(cuò)亂等問(wèn)題，因此試驗(yàn)初期在該時(shí)段關(guān)閉智能調(diào)度。但關(guān)閉智能調(diào)度短時(shí)間內(nèi)，使系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算分配的指令強(qiáng)制變?yōu)樵械墓潭ㄅ绍囍噶?，中斷原本連續(xù)生產(chǎn)的狀態(tài)，產(chǎn)生卡車待裝時(shí)間，設(shè)備利用率降低。

（3）采場(chǎng)道路規(guī)劃對(duì)智能調(diào)度具有制約性。銅街、曼家寨礦區(qū)采用公路汽車開拓運(yùn)輸，縱向陡幫剝離，橫向緩班采礦工藝，境內(nèi)范圍最高標(biāo)高1420m，坑底標(biāo)高900m。采用自上而下分臺(tái)階開采，1080m標(biāo)高以上為15m的臺(tái)階高度，1080m標(biāo)高以下為10m的臺(tái)階高度。采場(chǎng)路網(wǎng)密集，因現(xiàn)場(chǎng)安全整改、爆破等因素導(dǎo)致的道路中斷并未納入智能調(diào)度計(jì)算，卡調(diào)系統(tǒng)不能及時(shí)規(guī)劃新的合理運(yùn)輸路徑。因此，系統(tǒng)理論調(diào)度指令與實(shí)際生產(chǎn)存在偏差，導(dǎo)致卡車進(jìn)入鏟裝平臺(tái)后需臨時(shí)變換行車方向繼續(xù)生產(chǎn)，增加車輛運(yùn)距、能耗，生產(chǎn)效率降低。

（4）系統(tǒng)路網(wǎng)編輯誤差影響派車準(zhǔn)確率。因智能調(diào)度算法中包含運(yùn)距、等待裝車時(shí)間等參數(shù)，因此卡調(diào)系統(tǒng)路網(wǎng)與采場(chǎng)實(shí)際路網(wǎng)的偏差影響系統(tǒng)派車準(zhǔn)確率。如圖1所示，C14#挖機(jī)與C18#挖機(jī)開展智能調(diào)度時(shí)，因C18#挖機(jī)出現(xiàn)車等鏟，YX21#礦車在經(jīng)過(guò)二次呼叫點(diǎn)位置時(shí)收到系統(tǒng)派發(fā)的智能調(diào)度指令為C14#挖機(jī)，系統(tǒng)路網(wǎng)顯示，該指令分配合理，并根據(jù)紅線導(dǎo)航前往C14#挖機(jī)位置，但實(shí)際上采場(chǎng)該道路已封鎖，無(wú)法通行，導(dǎo)致該礦車需要調(diào)頭繞行至上一個(gè)平臺(tái)，增加設(shè)備運(yùn)行成本。因此系統(tǒng)路網(wǎng)準(zhǔn)確率的提高，能將真實(shí)運(yùn)距導(dǎo)入系統(tǒng)計(jì)算，系統(tǒng)會(huì)將空車?yán)@行的成本與挖機(jī)效率的提升做比較權(quán)衡，最后計(jì)算出一個(gè)較為合理的調(diào)度指令。

圖1 卡車調(diào)度系統(tǒng)智能調(diào)度運(yùn)行監(jiān)管界面

（5）智能調(diào)度原有算法對(duì)該礦山適用性低。系統(tǒng)引進(jìn)初期派車原則為最短路徑派車法，即系統(tǒng)計(jì)算各臺(tái)礦車到路網(wǎng)各鏟裝點(diǎn)的最短距離為優(yōu)先法則，以產(chǎn)量最大、出動(dòng)設(shè)備最少為目標(biāo)，經(jīng)試驗(yàn)總結(jié)，該種派車邏輯在卸載點(diǎn)單一、裝載點(diǎn)單一、物料種類少的露天礦山可發(fā)揮生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)，而在銅曼采場(chǎng)復(fù)雜的生產(chǎn)模式下并不適用。在沒(méi)有考慮鏟車配比、采場(chǎng)路網(wǎng)復(fù)雜、設(shè)備型號(hào)差異、配礦計(jì)劃、挖機(jī)延誤率高等影響因素下，執(zhí)行該種就近派車調(diào)度方案會(huì)導(dǎo)致礦車頻繁變換行駛方向，降低生產(chǎn)效率的同時(shí)也增加行車安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 解決措施與建議

（1）優(yōu)化采礦工藝參數(shù)，提高車鏟匹配度。為了在智能調(diào)度模式下各類型鏟裝設(shè)備和運(yùn)輸設(shè)備均能一一匹配，通過(guò)理論計(jì)算和生產(chǎn)試驗(yàn)確定一套符合智能調(diào)度的采礦工藝參數(shù)，并培訓(xùn)所有設(shè)備操作人員均能熟練按照該工藝參數(shù)要求完成采剝作業(yè)。銅曼露天礦山經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索和實(shí)踐，探索了一系列工藝參數(shù)并形成標(biāo)準(zhǔn)，其中采掘帶寬度為20m，以確保最小的鏟裝設(shè)備能條帶式開采；最小工作平臺(tái)寬度為40m，以確保最大的運(yùn)輸車輛能環(huán)行式或雙側(cè)折返式調(diào)頭；反鏟挖掘機(jī)作業(yè)機(jī)臺(tái)高度為2.5m，以確保所有反鏟挖掘機(jī)能為最大噸位的車輛進(jìn)行裝載；礦山雙車道路寬20m，單車道路寬15m，以確保最大噸位的車輛能安全通行。

（2）改變采場(chǎng)班中就餐模式，提升設(shè)備生產(chǎn)連續(xù)性。銅曼采場(chǎng)原就餐模式為集中性分時(shí)段就餐，設(shè)備頻繁啟停，班工作有效時(shí)間利用率偏低，短時(shí)間內(nèi)不能恢復(fù)正常生產(chǎn)連續(xù)性，影響智能調(diào)度運(yùn)行，也不利于生產(chǎn)管理。經(jīng)調(diào)查分析總結(jié)，現(xiàn)推行新就餐模式，利用飯盒配送至各生產(chǎn)作業(yè)點(diǎn)，設(shè)備操作員不定時(shí)不定點(diǎn)合理錯(cuò)開就餐時(shí)間，設(shè)備保持待命狀態(tài)，維持生產(chǎn)連續(xù)性，使智能調(diào)度平穩(wěn)運(yùn)行，整體生產(chǎn)效率得以發(fā)揮。

（3）提高卡調(diào)系統(tǒng)路網(wǎng)編輯準(zhǔn)確性，提高派車準(zhǔn)確性。采取現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員與室內(nèi)調(diào)度員定期輪換崗位的方式，并制定卡調(diào)系統(tǒng)操作培訓(xùn)方案，規(guī)范操作加載軌跡等功能的運(yùn)用，同時(shí)依托采剝計(jì)劃圖紙校對(duì)路網(wǎng)，以提高智能調(diào)度運(yùn)行參數(shù)、路網(wǎng)編輯的準(zhǔn)確性。

（4）優(yōu)化智能調(diào)度算法，提高智能調(diào)度適用性。將車流規(guī)劃理論引入系統(tǒng)智能調(diào)度模式，車流規(guī)劃即通過(guò)數(shù)學(xué)規(guī)劃，在滿足車鏟比、運(yùn)距、待裝時(shí)間、產(chǎn)量等約束條件下，對(duì)采場(chǎng)車流進(jìn)行優(yōu)化分配。經(jīng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，我礦對(duì)以上約束條件賦值給與不同的優(yōu)先級(jí)計(jì)算。第一至四級(jí)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，分別為：挖機(jī)待車時(shí)間、挖機(jī)優(yōu)先級(jí)設(shè)置、車輛待裝時(shí)間、運(yùn)距。經(jīng)運(yùn)行總結(jié)，優(yōu)化調(diào)度算法后的智能調(diào)度模式適用性提高。

（5）分區(qū)域劃定智能調(diào)度組，實(shí)現(xiàn)調(diào)度最優(yōu)方案。銅街曼家寨露天礦山卡車智能調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度準(zhǔn)則為最短路徑派車法，系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)算將車輛派往預(yù)計(jì)能最早得以裝車的挖機(jī)，以求實(shí)現(xiàn)班產(chǎn)量最大化。因此系統(tǒng)均是在卡車卸載完成后，通過(guò)兩地之間的距離計(jì)算到達(dá)時(shí)間和到達(dá)裝載點(diǎn)后的等待時(shí)間而確定調(diào)車方案。在權(quán)衡生產(chǎn)效率與運(yùn)行成本后舍去露天全礦山智能調(diào)度模式，選取挖掘設(shè)備鄰近區(qū)域分組智能調(diào)度模式，優(yōu)先選擇鄰近平臺(tái)的鏟運(yùn)設(shè)備劃分為一個(gè)智能調(diào)度小組，組內(nèi)設(shè)備通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算和下達(dá)指令，分組時(shí)兼顧組內(nèi)運(yùn)輸車輛空車運(yùn)行路徑短及待裝時(shí)間短，以提升生產(chǎn)效率。空運(yùn)途中設(shè)置二次計(jì)算點(diǎn)，用于調(diào)整因組內(nèi)設(shè)備狀態(tài)、車輛運(yùn)行速度等動(dòng)態(tài)信息變化而導(dǎo)致的指令誤差，最終降低采場(chǎng)復(fù)雜的路網(wǎng)對(duì)智能調(diào)度運(yùn)行的影響。

4 初期運(yùn)行成果

云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司致力于將智能調(diào)度作為卡調(diào)系統(tǒng)的核心功能開發(fā)探索應(yīng)用，自2019年初實(shí)施智能調(diào)度模式，試運(yùn)行初期雖遇到較多問(wèn)題，但也取得明顯成效。從智能調(diào)度功能運(yùn)行前后年平均生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析（如表1）。

表1 銅曼采場(chǎng)挖掘設(shè)備年平均產(chǎn)量及臺(tái)時(shí)效率對(duì)比數(shù)據(jù)表

表2 銅曼采場(chǎng)運(yùn)輸設(shè)備年平均產(chǎn)量、臺(tái)時(shí)效率及待裝時(shí)間對(duì)比數(shù)據(jù)表

結(jié)合表1、表2，智能調(diào)度運(yùn)行初期取得初步成效，鏟裝和運(yùn)輸工序的生產(chǎn)效率均有所提升，鏟裝設(shè)備平均臺(tái)效提升7.6%，運(yùn)輸設(shè)備平均等待裝車時(shí)間減少36.4%，設(shè)備臺(tái)效提升14%。在復(fù)雜的采場(chǎng)生產(chǎn)模式中，設(shè)備效率的提高不是由單一的因素決定，但是智能調(diào)度能大幅減少設(shè)備等待裝車時(shí)間，合理優(yōu)化車鏟比，提升設(shè)備利用率，也必然成為最主要的原因之一。

5 結(jié)語(yǔ)

因我礦智能調(diào)度仍在推進(jìn)過(guò)程中，本文重點(diǎn)分析存在問(wèn)題與解決措施。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)露天礦山都安裝了智能卡車調(diào)度系統(tǒng)，但其調(diào)度方式比較落后，采用固定車配鏟的方式，工作過(guò)程基本保持固定行駛路線，不能發(fā)揮出露天礦大型采運(yùn)設(shè)備優(yōu)勢(shì)，未能體現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益?？梢韵嘈牛~曼采場(chǎng)智能調(diào)度生產(chǎn)模式的探索研究，能激發(fā)起更多露天礦加以思考，能夠不斷的完善推廣應(yīng)用。隨著智能化礦山的理念被越來(lái)越多的人們認(rèn)識(shí)，卡調(diào)系統(tǒng)智能調(diào)度功能將會(huì)被更多的露天礦所采用。