煤炭碼頭智能配煤調度系統開發研究

金悅奇+柏昌順

摘 要：針對煤炭碼頭配煤調度中普遍存在的信息化短板，通過整合用戶信息、煤種特性數據、堆場調度等資源，提出煤炭碼頭智能配煤調度系統的設計開發方案，闡述了煤炭碼頭智能配煤調度系統的設計思路和關鍵技術。該系統的研究為進一步發揮港口配煤的優勢提供參考。

關鍵詞：港口配煤 堆場調度 智能系統

目前國內煤炭碼頭配煤調度中普遍存在操作管理簡單粗放，智能化信息化程度低，配煤調度管理中很多環節還是完全由人工操作，數據記錄等使用原始的紙質表單方式管理。配煤多采用估算，精度差。部分環節雖有采用計算機系統管理，但未能形成全流程的信息化管理，造成分散的信息孤島，使得整個港口配煤的專業化程度不高，港口配煤的優勢難以發揮。

智能配煤調度系統在港口配煤中的作用

專業化煤炭碼頭相對于煤炭物流供應鏈其他環節更適合開展配煤業務不僅在于煤炭碼頭具備堆場、裝卸設備等硬件條件，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據。這是煤礦、煤炭消費用戶等不具備的。如何利用好多種不同煤種，各類不同用戶需求的大量數據是港口配煤的一個關鍵。信息化的智能配煤調度系統在港口配煤中不可或缺。

智能配煤調度系統首先可以起到綜合調度管理作用。整合配煤出場多項業務，實現智能配煤，提高配煤精度，優化配煤方案，減少配煤裝船等待時間，提高效率。其次實現管理部門對煤炭港口物流全過程各環節信息的快速交換，有效利用堆場煤炭相關數據，及時反饋堆場資源信息，輔助堆場管理人員制定合理堆場調度計劃，有效提高煤炭碼頭堆場利用率，提高碼頭經濟效益。

煤炭碼頭配煤調度系統的設計

1、煤炭碼頭智能配煤調度系統的框架結構

煤炭碼頭智能配煤調度系統設計上為三層架構，以包含港口配煤調度業務全流程的數據平臺為底層基礎，中間以不同業務單元的邏輯功能模塊作為支撐，最上層作為用戶服務層，設計上采用統一的UI模板結合詳細設計與邏輯業務緊耦合的方式。系統三層框架結構如圖1所示。其中底層數據平臺在數據應用上又分為支持基礎業務和支持決策的兩個數據庫，中間層則從不同的業務單元視角分為不同功能模塊，如港口商務視角的計劃管理，中控視角的堆場調度，質量檢驗視角的煤質分析等，這樣既有利于底層數據管理的統一性也有利于提高系統的可擴展性。

2、煤炭碼頭智能配煤系統的調度原則

智能配煤調度系統是一個涉及用戶需求、煤種特性、堆場周轉、船舶裝卸等多種因素的整合系統，所以必須綜合分析各種因素之間的優先級和約束關系。基于分析提出以下調度原則：①用戶需求原則，即根據不同用戶需求生成不同配煤調度方案，從最大程度上滿足用戶需求。②配煤性價比原則，根據煤種特性在滿足用戶需求的原則下，選擇成本最優的配煤調度方案。③快進快出原則，在追求滿足港口吞吐量最大化原則下，選擇碼頭堆場周轉效率最高的調度方案。④先進先出原則，考慮到煤炭的自燃性質，長時間碼頭庫場堆放會帶來的損失和安全風險，因此，較早進入堆場的煤炭應該優先出場。

3、配煤模型設計

智能配煤調度系統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：最高層為目標層即最優配煤調度方案；中間層為準則層，即上述用戶需求、配煤性價比、堆場周轉、安全風險等四方面準則；最下一層為方案層，即可供選擇的配煤調度方案，由配煤算法或系統專家庫生成。

根據港口配煤工藝特點，一般碼頭通過堆取料機或取料機從不同貨堆取貨，然后將貨堆煤炭送上不同皮帶輸送，根據皮帶的速度，以及皮帶秤的計量反饋來控制不同種類煤的給煤量，進行混合配煤后裝船。其中裝船皮帶在同一船作業中數量有限，通常為2～3條，限制了同時可以用來配煤的堆場調度復雜程度，因此煤炭碼頭出場的煤炭配煤方案重點考慮用戶要求和市場成本來配煤。

煤炭碼頭配煤綜合用戶要求和市場成本兩方面，主要根據煤種的熱值、硫分、灰分、揮發分和成本等參數建立數學參考模型，在煤炭特性參數約束下計算最優成本或在成本約束下計算最優熱值。

通過線性優化模型可以計算出在一定約束條件下，一個或一組可行的配煤方案。再根據準則層的指標權重來評估這些方案，最后根據不同配煤調度原則的權重來生成供配煤調度決策支持的最優配煤方案。如以先進先出原則優先為例，在該原則優先的情況下該原則在準則層指標中的權重會顯著大于其他原則權重，從而篩選出最利于先進先出但又兼顧其他配煤調度原則的可行方案。

煤炭碼頭智能配煤系統的原型實現

煤炭碼頭智能配煤系統基于當前通用散雜貨碼頭操作系統和知識管理系統平臺進行快速應用開發，系統實現采用三層架構。煤炭碼頭智能配煤系統在數據訪問層的實現考慮到系統既涉及到OLTP聯機事務處理業務又涉及到DSS業務，因此在RDBMS數據庫平臺上創建gctos和gctos_dss兩個獨立的表空間，其中gctos表空間收集OLTP業務數據，然后定期將數據復制到gctos_dss表空間，提供給DSS分析查詢。由于存在gctos和gctos_dss兩個不同的數據表空間，以及考慮到今后數據庫的新增或更改，故采用統一的DAL抽象接口。兩個數據表空間不論gctos還是gctos_dss對數據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現為一個接口IDAL。讓具體的類都可以繼承這個接口。具體方法如下：

Class IDAL

{

public：

IDAL（） {}；

virtual ～IDAL（）=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；

……

}

在業務邏輯層上的實現主要涉及具體業務對DAL數據基本的增、刪、改、查和業務流優化。煤炭碼頭智能配煤調度系統除智能配煤算法、決策支持外，其他大部分如計劃管理、船舶作業、設備管理等沿用通用GCTOS業務邏輯。對配煤算法的具體實現上采用通過細化算法約束條件預先篩選排除不合理方案從而降低整體算法復雜度，如根據碼頭裝卸皮帶的數量和裝船皮帶的傳送速度比率可預先提出一組該碼頭常規配煤比的可能范圍，基于這組條件實現降低配煤最優解的算法規模。在表現層上的實現采用混合式WINFORM開發，WINFORM在界面開發上相對于單純的MFC提供了更多的控件，而且控件功能更強大，更易用。通過控件可以方便的實現支持煤炭碼頭堆場的自定義，并實現顯示堆場調度的動態信息，如圖2所示。

結語

大型煤炭碼頭開展配煤業務具有堆場、裝卸設備等硬件條件和用戶信息、煤種數據等軟件條件兩方面的優勢。整合軟硬件優勢是煤炭碼頭專業化發展的一個趨勢。智能配煤調度系統通過信息化手段實現將用戶信息、煤種特性數據、配煤決策算法、堆場調度整合起來實現智能配煤調度。智能配煤調度系統的應用將減輕配煤調度管理的難度，解決當前港口配煤過程中智能化信息化程度低。同時智能配煤調度系統通過優化配煤方案可以提高港口配煤業務的利潤空間，增加市場競爭力，降低了煤炭物流供應鏈的整體費用。對于推進港口配煤的專業化，改造煤炭物流供應鏈具有重要的社會效益和經濟效益。

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本文為基金項目：2013年浙江省交通運輸廳科研計劃項目《散貨碼頭堆場智能調度系統開發》，項目編號：2013W16-4

（作者單位：浙江國際海運職業技術學院）endprint