原油遠洋運輸方案全局優化與軟件系統開發

[摘要]研究了原油遠洋運輸計劃編制面臨的問題，提出了實現全局優化的管理方法，并開發了一款用于原油遠洋運輸方案編制的優化軟件，以動態聚類圖的方式輔助業務人員完成運輸方案的編制工作，有效減低人工勞動強度，提高計劃編制的經濟性與時效性。

[關鍵詞]原油遠洋運輸；運輸方案；軟件開發；全局優化

[中圖分類號]F253.4；F550.74 [文獻標識碼]A [文章編號]1005—152X（2017）03—0143—04

1引言

近年，我國原油進口總量逐年上升，海關數據顯示，截止至2016年9月我國原油進口量達到2.84×10⁹t，其中約90%通過遠洋油輪運輸回國，年總運費超20×108美元，油輪滯期損失約2×108美元，此外，還存在巨額的虧艙、靠港費用損失難以統計等問題。我國原油進口的特點體現為數量大、批次多、種類繁雜、船型各異、方案編制人員勞動強度大、計劃時效性不高、運輸成本相對較高。

我國原油遠洋運輸已發展成為集團化聯盟運作模式。各家煉廠按月將煉油需求上報給集團公司，由集團公司指定下屬原油貿易公司統一組織采購并編制多船聯盟遠洋運輸計劃將油源海運回國。這種將小批次油品拼裝成大船的方法可有效節省進口原油的遠洋運輸費用，同時對原油遠洋運輸方案的編制提出了較高的要求。

2原油遠洋運輸方案編制面臨的難題

原油遠洋運輸的順利運營依賴于經濟而有效的遠洋運輸方案，而一個較好的原油遠洋運輸方案首先應滿足所有限制條件，其次應盡量保證運輸方案總費用較低。判斷運輸方案的經濟性常用的標準包括：拼裝在同一船的各批次油品裝港之間航程較短，卸港之間航程也較短；油輪在各裝港的裝油等待時間不長；所有卸港的油輪抵達時間較為均勻，不出現多船“積港”現象。

當前編制和校核運輸方案時，需要利用煉廠油品需求數據表、國際原油市場資源數據表、長期合同油源數據表等多種數據表格逐條進行比對分析，選出可拼裝運輸的油源進行采購并編制成拼裝運輸計劃。然而龐大且繁雜的進口原油運輸數據往往會相互影響，經常出現滿足了航程優化但難以兼顧時間優化，滿足了時間優化卻又違反了某類限制條件等相互矛盾的情況，最終嚴重降低了方案制定的時效性和經濟性。

原油遠洋運輸方案優化是一種包含空間、時間、船型及油種等多重維度組合變量優化的NP難問題，一般可采用遺傳算法等現代自啟發式算法實現計算機自動優化。出于對算法搜索時間的考慮，局部運輸方案的優化采用計算機自動優化算法，而對于運輸方案的全局優化則需采用聚類圖解法來實現。

3原油遠洋運輸方案圖解法優化軟件開發

原油遠洋運輸動態聚類圖解法將各種維度的數據進行時間一空間聚類、分散、合成，而后利用合成半徑掃描、資源一需求相交線、資源拼裝篩選表等手段進行遠洋運輸方案的尋優控制，通過業務人員的聚類拼裝過程發掘啟發性優化信息，從而與煉廠協商調整油種、數量、到貨期限等各類初始條件，動態模糊優化各類限制條件與決策變量，從而優化運輸方案，節約運輸費用。

3.1軟件操作主界面設計

原油遠洋運輸方案圖解法優化軟件是采用c#語言開發的C/S系統平臺，利用SQL Server數據庫管理系統構建系統數據庫。數據庫內將所有相關數據按類型分為支持數據和業務數據，支持數據是指原油遠洋運輸相關且一般不隨月份變化的基礎數據信息，例如港口航程數據、原油裝港數據、原油卸港數據、船型數據、運河數據等；業務數據是指與煉廠月度生產計劃相關且需按月份更新的動態數據，例如初始需求數據、市場資源數據及拼成油品數據等。

操作主界面設計有四個單元，分別為初始需求數據表單元、市場資源數據表單元、拼成油品數據單元及拼裝方案圖形展示單元，如圖1所示。

初始需求數據表用于展示初始需求待拼油品數據，市場資源數據表用于展示可采購的資源油品數據，拼成油品數據表用于展示完成拼裝的油品信息及船舶信息，拼裝方案圖形展示單元則將油品拼裝信息圖形化，以動態聚類圖的形式展現，實現化繁為簡、所見即所得的進行運輸方案編制的目的。

3.2軟件功能設計

3.2.1油品資源篩選功能。油品裝，卸港航程選擇不當會造成虧艙損失、無法進出港等后果，而裝/卸期選擇不當則有可能造成“積港”、煉廠供應不足等后果。在進行運輸方案編制時，油品裝/卸港航程及裝/卸期的選擇將直接影響運輸方案的優劣。因此，原油遠洋運輸方案圖解法優化軟件中設計油品資源篩選功能，可實現裝港航程篩選、卸港航程篩選、裝，卸期篩選及油品數量篩選。

（1）裝港航程篩選功能。我國遠洋進口原油的采購地區主要包括中東、西非、美洲及巴西等幾大區域，油品資源進行區域內船運輸。軟件設計將各區域港口間航程存儲于數據庫內，對于因政治、港口吃水深度等限定因素制約而無法進行相互拼裝的港口，則將其航程以較大數據存于數據庫，確保在進行裝港航程篩選時會被過濾剔除。

裝港航程篩選時，在初始需求數據表內選中某待拼油品，并在裝港航程范圍框中輸入航程上限值，當裝港航程范圍框失去焦點時，市場資源表中自動過濾裝港航程范圍小于上限值的油品。

（2）卸港航程篩選功能。我國油品卸港遍布全國各大港口，港口間航程同樣存于數據庫內。在進行卸港航程篩選時，在卸港航程范圍框中輸入航程上限值，則當卸港航程范圍框失去焦點時，市場資源表中繼續過濾卸港航程范圍小于上限值的油品。

（3）裝腳期篩選功能。軟件設計裝，卸期篩選功能時，將市場資源表中待篩選的油品資源作為第一港裝/卸船，初始需求數據表內選中的待拼油品作為第二港裝腳船，進行裝/卸期篩選時，根據公式（1）計算油輪由第一港抵達第二港的時間。

裝/卸期篩選時，在裝/卸期范圍框中輸入日期允許范圍，則當裝，卸期范圍框失去焦點時，市場資源表中繼續過濾裝腳期范圍小于上限值的油品。

（4）油品數量篩選功能。在油品數量框中輸入需要篩選油品的數量，并同時輸入油品數量允許上下限，系統自動過濾屏蔽市場資源表油品數量超出下限范圍的油品。

油品資源篩選功能可以有效縮小拼裝方案的尋優范圍，同時實現由系統內部算法代替人工判斷港口間是否可拼裝的步驟，輔助人工提高船期計劃優化效率及準確性。

3.2.2拼船功能。市場資源表中經過篩選存留下的油品資源，經人工二次優選后可與選中的待拼油品拼船運輸。軟件設計以“整數+小數”形式為油品的“指定拼船”編號，“整數”部分為油輪編號，“小數”部分代表油輪所載油品編號，因此，標以相同油輪編號的油品代表拼成一船運輸回國，如“指定拼船”編號分別為1.1和1.2的兩個油品資源使用1號油輪裝載運輸。在進行拼船操作時，標有相同油輪編號的油品會被確定為同船運輸，同時將拼裝完成的油品從初始需求表內刪除并復制到拼船方案數據表內。

3.2.3拆船功能。我國原油遠洋運輸使用油輪多為VLCC，計費噸26萬t。當煉廠提報的需求油品數量超過26萬t，或者按油品原始需求數量無法完成拼船運輸時，業務人員需要將提報的油品資源進行拆分后再進行拼船運輸。軟件設計有油品拆船功能，拆分后油品的油品編號由“整數+小數”組成，整數部分延續拆分前油品編號，以小數部分進行區分，如油品編號為1的油品可能拆分為1.1和1.2兩個油品，實現油品拼船運輸靈活性的最大化。

3.3原油遠洋運輸方案圖解優化的實現

對原油遠洋運輸方案進行圖解優化，可以有效整合各類運輸數據，形成直觀形象的原油遠洋運輸方案圖型，為業務人員提供需求批次到貨期、接收港口空閑度、拼裝方案經濟性等系列啟發性信息。將數量龐大且繁雜的數據表轉化為清晰明了的聚類圖，可直觀顯示需求油品是否得到落實、油品是否滿足到貨期限、各港口油輪到港均勻度及各船運輸方案的經濟性等。

方案圖形展示圖以卸載港口為縱坐標，按照實際由南到北地理位置從上至下排布，以油品限定，實際到貨期為橫坐標，從左到右依次增加排列。運輸拼船方案由代表油品的不同形狀圖形（圓形代表初始需求待拼油品、方形代表成功拼船油品）、油品標簽和拼船連接線組成，如圖2所示。油品標簽由“油品編號一供應企業一油品名稱一油品數量”組成。連接線包括兩種：依次連接同船運輸油品的虛線，用于校核拼船方案；連接油品的初始需求與實際方案的實線，用于校核油品的到貨日期。

油品圖形以限定到貨日期/實際到貨日期為橫坐標、卸油港口為縱坐標分布于圖形方案展示區。利用油品圖形在圖形方案展示區分布空間位置即可校核原油遠洋運輸方案。例如：若將圖形中同船已制定計劃的油品連線后，上下距離較長，則表示卸港間航程較遠，將造成較大不滿載損失；左右距離較長則表示必然有船等待卸油，造成較高滯期損失。將需求油品與已制定計劃的油品對應連線后，若左右距離較長，則表示油品實際到貨期過早或過晚，滯期損失大或有可能導致煉廠停產。軟件操作流程如下：

（1）從數據庫將該月份的初始需求數據載入初始需求待拼數據單元，將該月份市場資源數據載入市場資源數據篩選單元。

（2）利用圖形方案初始需求油品圖形，按照從左到右、從下到上的油品拼裝順序，選中所有圖形中位于最左側最下方的油品作為首先拼裝油品。

（3）初始需求油品中選中待拼裝油品，在市場資源篩選中進行裝，卸港航程的篩選、裝/卸期的篩選及油品數量的篩選，過濾出滿足拼裝條件的油品資源，并優選出可與該需求油品拼船運輸的油品資源。

（4）初始需求待拼數據中，將選中油品的“指定裝船”中分別輸入代表拼成一船運輸的指定編碼。

（5）按上述步驟依次對初始需求待拼數據中的油品數據進行拼裝。

（6）利用方案圖形展示單元，通過檢查各油品圖形之間的空間關系，即可校核拼成油品的拼船方案和到貨日期，校驗方案合理性。

（7）對于不合理的拼船可在拼船方案數據展示單元中選中這部分數據，單擊“拆散拼船方案”，這部分數據重新顯示到初始需求待拼數據和市場資源數據中，轉到步驟（2），按上述步驟重新拼船。

（8）校核方案合理，單擊“導出拼成油品”按鈕將拼船方案以Excel表格形式導出，完成該月份原油遠洋運輸方案編制，具體流程如圖3所示。

4結語

原油遠洋運輸方案編制圖解優化軟件可實現油品資源篩選、拼船、拆船等功能，將原油遠洋運輸的所有數據信息及方案以圖形化的方式展示給業務人員，免去了人工逐條比對篩選數據的龐大工作量，解決了兼顧各種限制條件約束的難點，降低了方案編制失誤的風險，提高了遠洋運輸方案編制的時效性與經濟性。