散雜貨港口智能排產(chǎn)技術(shù)

吳軍平

摘要：目前港口智能化技術(shù)不斷發(fā)展，為了提高港口的智能化水平，保障人員作業(yè)安全，提高作業(yè)效率，提出了散雜貨港口的智能排產(chǎn)技術(shù)。針對(duì)影響智能排產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題，結(jié)合港口控制的特點(diǎn)，綜合考慮設(shè)備情況、作業(yè)計(jì)劃、料場(chǎng)情況等影響因素，利用線路最優(yōu)計(jì)算原則，智能推薦作業(yè)線路，進(jìn)而制定智能排產(chǎn)下的作業(yè)任務(wù)。為了提高設(shè)備調(diào)度效率，研發(fā)一鍵聯(lián)動(dòng)策略，實(shí)現(xiàn)單人全流程操作。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證智能排產(chǎn)技術(shù)的有效性和穩(wěn)定性，與現(xiàn)有排產(chǎn)技術(shù)相比節(jié)約作業(yè)時(shí)間，提高作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞：港口智能化;智能排產(chǎn);作業(yè)計(jì)劃;一鍵聯(lián)動(dòng)

0 ? 引言

當(dāng)今世界處于以信息化創(chuàng)新為基礎(chǔ)，重構(gòu)核心競(jìng)爭(zhēng)力的新階段，迎來(lái)新一輪信息革命浪潮。新一輪信息革命帶來(lái)產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新路線、產(chǎn)業(yè)模型和商業(yè)模式突破式創(chuàng)新，使社會(huì)生產(chǎn)呈現(xiàn)出生產(chǎn)方式智能化、產(chǎn)業(yè)形態(tài)數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)組織平臺(tái)化的特征，本設(shè)計(jì)思想有利于港口高質(zhì)量發(fā)展，對(duì)建設(shè)智慧港口有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

隨著自動(dòng)化控制和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。運(yùn)輸市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，要求企業(yè)不斷提升自身的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力。一方面通過(guò)企業(yè)流程再造規(guī)范管理， 另一方面改變傳統(tǒng)的工藝模式，提高自動(dòng)化程度，降低勞動(dòng)成本，提高企業(yè)效率。在這樣的背景下， 煤炭、礦石散貨料場(chǎng)中，通過(guò)添加一鍵聯(lián)動(dòng)接口與智能排產(chǎn)系統(tǒng)，改變以往人工控制堆取料作業(yè)的模式，實(shí)現(xiàn)堆、取料作業(yè)全過(guò)程的自動(dòng)控制。

1 ? 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我們的生活中的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，科技的水平也越來(lái)越高，高端生產(chǎn)專用機(jī)器的自動(dòng)化水平也越來(lái)越高，以往通過(guò)人手動(dòng)控制的方法無(wú)法滿足當(dāng)今社會(huì)，安全、方便的控制需求，而且堆取料機(jī)上控制環(huán)境惡劣，長(zhǎng)時(shí)間工作影響操作人員的身體健康，而且投入比重大，社會(huì)必要?jiǎng)趧?dòng)時(shí)間高，是一種落后的生產(chǎn)行為，所以我們對(duì)港口的斗輪堆取料機(jī)的堆、取料作業(yè)進(jìn)行自動(dòng)化控制，這是一種一條龍式的控制，在整個(gè)的傳輸線上，從卸貨地點(diǎn)到裝載地點(diǎn)，全程自動(dòng)控制，在高效率的同時(shí)，改變了質(zhì)量，目前已廣泛應(yīng)用于港口碼頭，鋼鐵廠，發(fā)電廠等儲(chǔ)存料場(chǎng)中。

現(xiàn)在部分港口已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，將大機(jī)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)與MES系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，在現(xiàn)在的大形勢(shì)下通過(guò)算法優(yōu)化卸料與供料路線、一鍵聯(lián)動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制有無(wú)限可能。

2 ? 智能排產(chǎn)設(shè)計(jì)

智能排產(chǎn)主要功能是采用最佳路徑等算法，根據(jù)用戶作業(yè)請(qǐng)求信息、皮帶機(jī)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息、終點(diǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息、設(shè)備故障信息等，自動(dòng)檢索系統(tǒng)中起點(diǎn)設(shè)備和終點(diǎn)設(shè)備之間的所有可用流程，并綜合考慮各流程的屬性優(yōu)化計(jì)算。

2.1 ? 系統(tǒng)框架

智能排產(chǎn)系統(tǒng)總體框架圖見(jiàn)圖1。

系統(tǒng)總體分為三層，包括：

數(shù)據(jù)層：主要完成與自動(dòng)化層設(shè)備集成、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和收集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

服務(wù)層：提供系統(tǒng)應(yīng)用功能服務(wù)。

客戶端：提供系統(tǒng)應(yīng)用界面客戶端，以BS架構(gòu)為主。支持移動(dòng)終端應(yīng)用。

2.2 ? 數(shù)據(jù)方案

智能排產(chǎn)數(shù)據(jù)交互向上主要與企業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）集成，向下與原料場(chǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層間的數(shù)據(jù)連通與自動(dòng)流動(dòng)。智能排產(chǎn)數(shù)據(jù)交互圖見(jiàn)圖2。

2.3 ? 系堆取料工藝配置

堆料工藝主要是配置從卸料到堆料的工藝過(guò)程、路線等基本信息。取料工藝配置主要是從原料庫(kù)位、料倉(cāng)取料到出口的工藝過(guò)程，以及堆取料工藝路線、方法等基本信息。其他還包括配置堆料、取料工藝過(guò)程中的相關(guān)規(guī)則、約束條件等。

2.4 ? 料場(chǎng)信息管理

料場(chǎng)信息管理，包括料場(chǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)配置管理，和料場(chǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

料場(chǎng)靜態(tài)數(shù)據(jù)配置主要包括：

1.配置各料位的位置，各部分間距離等基本信息，料位進(jìn)口、出口位置信息等，主要用于路徑及優(yōu)化計(jì)算。

2.配置包括各料位的最大容量、安全庫(kù)存等基本信息。

3.配置料位入庫(kù)、出庫(kù)規(guī)則、約束條件等信息。

系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)自動(dòng)采集或人工錄入等方式，記錄料場(chǎng)受料、出料實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算實(shí)際庫(kù)存、料堆庫(kù)存量。對(duì)于庫(kù)存異常情況，系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警報(bào)警信息，推送給相關(guān)管理人員終端進(jìn)行提醒。從而形成對(duì)料場(chǎng)信息的自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)化維護(hù)和管理。系統(tǒng)可為原料采購(gòu)、供貨等系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)查詢庫(kù)存量的信息技術(shù)支持。

2.5 ? 原料輸送需求管理

系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)入MES系統(tǒng)下達(dá)的卸料、取料、送料、返料等生產(chǎn)計(jì)劃，按照不同計(jì)劃周期、計(jì)劃類型，轉(zhuǎn)換為原料輸送計(jì)劃需求信息，存儲(chǔ)到本系統(tǒng)中。

系統(tǒng)與MES系統(tǒng)保持關(guān)聯(lián)狀態(tài)，以便能夠隨時(shí)獲得各工藝生產(chǎn)計(jì)劃變更信息，當(dāng)MES中相關(guān)計(jì)劃發(fā)生變更時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)獲取并更新到本系統(tǒng)當(dāng)中，并提示計(jì)劃員注意。

2.6 ? 作業(yè)計(jì)劃管理

作業(yè)計(jì)劃管理的核心是高級(jí)計(jì)劃與排程模塊。 計(jì)劃制定流程圖見(jiàn)圖3。

3 ? 一鍵聯(lián)動(dòng)作業(yè)接口設(shè)計(jì)

原料主工藝設(shè)備與移動(dòng)機(jī)械實(shí)現(xiàn)整體聯(lián)動(dòng)，流程操作終端與移動(dòng)機(jī)械遠(yuǎn)程操作終端合并，實(shí)現(xiàn)從輸入到堆料機(jī)、從取料機(jī)到用戶的流程一鍵式操作。實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)貫通，建立完整的料場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。

在整個(gè)MES系統(tǒng)、智能排產(chǎn)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程自動(dòng)化操控系統(tǒng)，根據(jù)MES系統(tǒng)的用戶需求，將相應(yīng)的任務(wù)下發(fā)給智能排產(chǎn)與生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，將作業(yè)指令下發(fā)給中控的流程PLC，中控的流程PLC將命令解析再下發(fā)給各個(gè)單機(jī)以及料場(chǎng)管理系統(tǒng)，各單機(jī)開(kāi)始行走至作業(yè)位置并完成對(duì)垛，之后開(kāi)始堆取料作業(yè)，當(dāng)完成作業(yè)工作量之后，自動(dòng)停止，并返回系統(tǒng)指定的位置，服務(wù)器端更新現(xiàn)場(chǎng)料場(chǎng)模型數(shù)據(jù)，一鍵式完成整個(gè)作業(yè)流程。一鍵式聯(lián)動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)的主要功能是使料場(chǎng)的各工藝設(shè)備在智能流程控制系統(tǒng)的統(tǒng)一指導(dǎo)下進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，包括堆取料設(shè)備的自動(dòng)定位、自動(dòng)堆取料作業(yè)、實(shí)現(xiàn)從受卸設(shè)備到堆料機(jī)、從取料機(jī)到最終用戶的全流程自動(dòng)啟停、切換、安全連鎖控制等，實(shí)現(xiàn)原料主工藝設(shè)備與堆取料機(jī)的整體聯(lián)動(dòng)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信息化系統(tǒng)與過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)貫通，減少中間環(huán)節(jié)人為干預(yù)，優(yōu)化了生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，建立了完整的料場(chǎng)動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)。一鍵式聯(lián)動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)具備斗輪堆取料機(jī)、混勻堆料機(jī)、混勻取料機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備、用戶料槽、接口設(shè)備的數(shù)據(jù)貫通，一鍵式作業(yè)功能。

4 ? 創(chuàng)新點(diǎn)

智能排產(chǎn)系統(tǒng)：研發(fā)智能排產(chǎn)系統(tǒng)，配置從卸料到堆料的工藝過(guò)程、路線等基本信息。根據(jù)設(shè)備情況、作業(yè)計(jì)劃、料場(chǎng)情況等多方面因素，進(jìn)行算法，確立優(yōu)秀路線若干條，推薦給操作員，（具體方式類似與地圖導(dǎo)航，所在地與目的地推薦線路）。以此方法提高碼頭操作管理自動(dòng)化水平，減少人工選擇判斷。

本方案具有以下特點(diǎn)：

1.獨(dú)立的計(jì)劃與排程系統(tǒng)，能夠適應(yīng)計(jì)劃變化的快速響應(yīng)。

2.平臺(tái)支持多線程并行計(jì)算，計(jì)算時(shí)間短、效率高。

3.以有限產(chǎn)能進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果更加合理，符合生產(chǎn)作業(yè)實(shí)際情況。

4.提供數(shù)據(jù)接口，能與其他信息系統(tǒng)方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成。

5.系統(tǒng)基于工業(yè)組態(tài)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)，可擴(kuò)展性好。

研發(fā)一鍵聯(lián)動(dòng)作業(yè)接口：此系統(tǒng)需要聯(lián)系智能排產(chǎn)系統(tǒng)，為所有相關(guān)設(shè)備做好接口，用戶只需通過(guò)MES系統(tǒng)下發(fā)指令，就可看見(jiàn)推薦線路，確定后就可通過(guò)接口對(duì)大機(jī)遠(yuǎn)程操控，無(wú)須通過(guò)大機(jī)遠(yuǎn)程操作自己的上位軟件單獨(dú)下發(fā)，避免了原本作業(yè)下發(fā)與大機(jī)遠(yuǎn)程操控有兩人實(shí)施的問(wèn)題，一人即可單獨(dú)完成作業(yè)，大機(jī)遠(yuǎn)程操控自帶的上位機(jī)只作為監(jiān)控而無(wú)須操作。以此方法提高碼頭操作管理自動(dòng)化水平，增加各個(gè)操作步驟之間的關(guān)聯(lián)。

5 ? 結(jié)語(yǔ)

目前上述研究已在仿真情況下完成測(cè)試，即將應(yīng)用與防城港綜合料場(chǎng)。在項(xiàng)目順利實(shí)施的情況下，可以極大地提高作業(yè)效率，減少人工作業(yè)強(qiáng)度，解決同時(shí)作業(yè)多、工作量大時(shí)操作員反復(fù)操作可能出現(xiàn)相互制約的難題，同時(shí)提高了碼頭的綜合服務(wù)能力。研究成果將為推動(dòng)我國(guó)干散貨碼頭的智能化、智慧化建設(shè)提供技術(shù)支撐與參考依據(jù)。