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)計思路和關(guān)鍵技術(shù)。該系統(tǒng)的研究為進一步發(fā)揮港口配煤的優(yōu)勢提供參考。

關(guān)鍵詞：港口配煤 堆場調(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)雖有采用計算機系統(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，使得整個港口配煤的專業(yè)化程度不高，港口配煤的優(yōu)勢難以發(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、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。整合配煤出場多項業(yè)務(wù)，實現(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間，提高效率。其次實現(xiàn)管理部門對煤炭港口物流全過程各環(huán)節(jié)信息的快速交換，有效利用堆場煤炭相關(guān)數(shù)據(jù)，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(diào)度計劃，有效提高煤炭碼頭堆場利用率，提高碼頭經(jīng)濟效益。

煤炭碼頭配煤調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計

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)計上采用統(tǒng)一的UI模板結(jié)合詳細設(shè)計與邏輯業(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)視角的計劃管理，中控視角的堆場調(diào)度，質(zhì)量檢驗視角的煤質(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)是一個涉及用戶需求、煤種特性、堆場周轉(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(zhuǎn)效率最高的調(diào)度方案。④先進先出原則，考慮到煤炭的自燃性質(zhì)，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(yīng)該優(yōu)先出場。

3、配煤模型設(shè)計

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：最高層為目標層即最優(yōu)配煤調(diào)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(zhuǎn)、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(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，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(jù)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(yè)中數(shù)量有限，通常為2～3條，限制了同時可以用來配煤的堆場調(diào)度復(fù)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(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)學參考模型，在煤炭特性參數(shù)約束下計算最優(yōu)成本或在成本約束下計算最優(yōu)熱值。

通過線性優(yōu)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(jù)準則層的指標權(quán)重來評估這些方案，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則層指標中的權(quán)重會顯著大于其他原則權(quán)重，從而篩選出最利于先進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)的原型實現(xiàn)

煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)基于當前通用散雜貨碼頭操作系統(tǒng)和知識管理系統(tǒng)平臺進行快速應(yīng)用開發(fā)，系統(tǒng)實現(xiàn)采用三層架構(gòu)。煤炭碼頭智能配煤系統(tǒng)在數(shù)據(jù)訪問層的實現(xiàn)考慮到系統(tǒng)既涉及到OLTP聯(lián)機事務(wù)處理業(yè)務(wù)又涉及到DSS業(yè)務(wù)，因此在RDBMS數(shù)據(jù)庫平臺上創(chuàng)建gctos和gctos_dss兩個獨立的表空間，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。兩個數(shù)據(jù)表空間不論gctos還是gctos_dss對數(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現(xiàn)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(yè)務(wù)邏輯層上的實現(xiàn)主要涉及具體業(yè)務(wù)對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。對配煤算法的具體實現(xiàn)上采用通過細化算法約束條件預(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，基于這組條件實現(xiàn)降低配煤最優(yōu)解的算法規(guī)模。在表現(xiàn)層上的實現(xiàn)采用混合式WINFORM開發(fā)，WINFORM在界面開發(fā)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(xiàn)支持煤炭碼頭堆場的自定義，并實現(xiàn)顯示堆場調(diào)度的動態(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、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。整合軟硬件優(yōu)勢是煤炭碼頭專業(yè)化發(fā)展的一個趨勢。智能配煤調(diào)度系統(tǒng)通過信息化手段實現(xiàn)將用戶信息、煤種特性數(shù)據(jù)、配煤決策算法、堆場調(diào)度整合起來實現(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，解決當前港口配煤過程中智能化信息化程度低。同時智能配煤調(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，增加市場競爭力，降低了煤炭物流供應(yīng)鏈的整體費用。對于推進港口配煤的專業(yè)化，改造煤炭物流供應(yīng)鏈具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。

參考文獻：

[1] 魏繼中. 高爐生產(chǎn)配煤配礦決策支持系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 武漢科技大學 2009

[2] 鄭占彬. 港口自動化配煤系統(tǒng)應(yīng)用前景[J]. 科技資訊. 2011（05）

[3] 安小剛，張澍寧.基于GIS技術(shù)的港口散貨堆場管理系統(tǒng)研究[J].港口裝卸，2011（2）.

[4] 鄭楓. 精細化動力配煤在煤炭中轉(zhuǎn)碼頭的運用[J]. 水運工程. 2013（02）

[5] 賀向陽. 大力發(fā)展港口配煤[J]. 中國水運. 2003（11）

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(diào)度系統(tǒng)開發(fā)》，項目編號：2013W16-4

（作者單位：浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學院）endprint