冶金企業鐵路智能化調度平臺的構建

花詩雨

（南方科技大學金融系，廣東 深圳 518055）

我國大多數冶金企業始建于20世紀50年代左右，在之后的發展中，隨著規模的不斷擴大，新增的廠房布局凌亂、功能分區不明確導致物流運輸不暢，而大部分內陸冶金企業廠內運輸主要以鐵路運輸為主，所以鐵路的調度水平高低已經成為制約大多數冶金企業發展的關鍵因素了。目前國內冶金企業鐵路調度依賴于調度員，然后通過調度員來指揮機車作業，并通過現場微機聯鎖來為機車開通進路以及信號燈，機車就開始調車作業，并通過調車作業的過程將結果反饋至計算機系統，實現廠內車輛的跟蹤，這種調度模式在2000年初基本上被所有的冶金企業采用，并沿用至今。然而調度的水平有高有低，掌握的綜合信息也有限度，再加上廠內車輛多、線路復雜，機車的作業效率也將受到限制，從而影響原燃料的到達，產成品的發運等環節，最終直接導致企業規模被限制在一個較小的范圍內。

利用排隊論，我們可以分析將火車車輛作為顧客，每個處理環節作為一個服務臺，再將多個服務臺通過串聯或者并聯的方式組合起來，可以計算出該冶金企業極限的進出廠車數，通過原燃料的極限車數，也能計算出該廠的極限產能，如果想擴大規模或提高產能，只能想辦法從服務臺的處理能力上著手，即提高相關作業環節的效率。智能化調度能綜合所有信息，通過計算機的運算，給出最優的解決方案，這是人腦無法比擬的。

1 冶金企業鐵路物流信息化平臺架構

要實現智能化鐵路物流運輸組織，需滿足以下條件：

1）公司生產、銷售、資源等系統的數據支持。只有拿到了完整的物料流轉所需上下游系統的關鍵數據，智能物流系統才能根據這些完整的數據進行合理的物流運輸組織安排。

2）科學的采購、庫存管理系統。只有掌握了原燃料的廠內庫存、在途信息以及生產所需的科學配比，系統才能實現智能的采購計劃，并合理管理重車到廠的時間與數量，從而避免了重車集中到達，經常排隊等待卸車的發生。智能化的產成品庫存管理為物流運輸的發運環節提供了可靠的數據支撐，通過無人化自動堆放，能快速科學地安排裝車，減少裝車時找不到貨物或者車型不匹配等導致的物流運輸問題。

3）現場硬件設備的支持。智能化物流運輸組織，離不開硬件設備的支持，包括微機聯鎖系統、車號識別系統、超偏載系統、機車定位系統、調度集中系統、無線傳輸系統等。

圖1 智能化鐵路物流運輸平臺的結構圖

通過滿足上述條件，智能化鐵路物流運輸平臺的結構如圖1所示。

2 基于大物流信息化平臺的智能化調度系統的構建

冶金企業物流運輸環節相對比較復雜，各種功能的一級系統技術相對成熟，且有固定的行業規范，例如微機聯鎖系統、調度集中系統和車地聯控系統，而要實現智能化調度，現場數據的采集也需要依賴這些系統。除了一級的控制系統外，要實現智能化調度，還需要其他二級或者三級生產系統為物流運輸組織提供準確的數據支持。

2.1 智能化調度計劃實現過程

公司ERP系統或者各二級單位的生產系統，通過物流系統為智能化調度系統提供運輸需求，該需求是通過廠內運輸計劃、廠內資源分布、各單位生產情況而生成的運輸需求，運輸需求為智能化調度提供原始任務。根據匯總的運輸需求、現場車輛和資源的分布情況、以及基礎的路網信息、機車的定位信息，智能化調度系統將運輸需求分解成運單組，每個運單組包含多個運單，每個運單就是相同目的地的所有車輛的組合，最后將運單運輸至目的地，即完成了該運輸需求，如圖2所示。

圖2 物流系統圖

在上述過程中，運輸需求可以手動創建，用以支持突發性的運輸任務的處理，在運輸需求的基礎上，調度員對產生的運單組或者運單不滿意，可以手動修改或創建運單，由運單生成的勾計劃，也可以直接將需要的運單在圖示化界面上拖動至目的地手動生成鉤計劃，勾計劃產生的進路信息，也能手動修改。所有手動創建運單組、運單、勾計劃、進路信息，都將被系統收集和分析，記錄下調度員的偏好，為以后生成更加合理的計劃提供支持。通過上述過程，實現人工到智能的自學習過程。

2.2 智能化調度進路實現過程

調車計劃（簡稱鉤計劃）在執行時，需要開通微機聯鎖進路，扳道員通過手動的方式開通進路并且指揮機車作業。如何通過鉤計劃自動生成進路，也是智能化調度的關鍵。冶金企業鉤計劃表現格式如下：

例1直接開通進路：

上述鉤計劃代表的意思就是0001號從1道南面掛10個車，在2道南面摘下，如圖3所示。

圖3 鉤計劃執行圖

1道的正向信號機為D01，往南第一個正向信號機為D05，D05往南相鄰的正向信號機為D07，D09，D11，2道所在正向信號機為D09，與之對應的反向信號機為D04，這樣通過樹形結構尋找，從D01到D05，再從D05到D07，未找到目標信號機，原路返回到D05，然后繼續往下一個相鄰信號機D09，找到目標信號機，然后再通過D09找到反向信號機D04，這樣，就開通了1道到2道的進路，D04-D05-D01。

例2帶有折返的進路（如圖3）：

1道信號機通過樹形算法往南尋找，3道信號機也通過樹形算法往南尋找，他們最終有相同的若干交點信號機，例如D05，然后通過D05反向信號機，原路折返找到進路。

通過上述算法，即使路網錯綜復雜，也能找到對應的多條路徑，然后根據現場車輛的占用情況，所掛車輛的長度，通過計算找到最優的路徑。如果廠內有多輛機車同時作業的情況下，可以將進路的長度，通過的時間作為主要的指標，通過多次計算，將機車合理安排錯開，以保證某個數值的指標最優，從而實現路網的優化。

2.3 計劃與執行之間的偏差解決辦法

通過優化的計劃帶有一定的時間窗口，如果能嚴格按照時間窗口執行計劃，則計劃能順利執行下去，如果在早于鉤計劃的規定時間完成，則浪費剩余時間，如果晚了，則影響后續計劃的執行。這就是計劃與執行系統之間的矛盾，如果不能解決該矛盾，則計劃系統生成的優化計劃無法實施。階段性計劃的第一鉤計劃是通過當時路網算出來的最優解，第一鉤計劃執行完畢以后，根據執行情況將第二鉤計劃的進路下發，如果進路被占用，則全局算出剩下的最優進路，依次類推，通過循環迭代的方式，將計劃與實際相結合。

3 結論

在信息技術飛速發展的今天，對信息資源的合理利用和開發，關系著一個企業未來發展的潛力，能否及時準確地利用信息化資源來改進工作流程，減少成本，提高質量和效益，決定著企業在瞬息萬變的市場中競爭的成敗。習近平指出：要把握數字化、網絡化、智能化融合發展的契機，以信息化、智能化為杠桿培育新動能，優先培育和大力發展一批戰略性新興產業集群，推進互聯網、大數據、人工智能同實體經濟深度融合，推動制造業產業模式和企業形態根本性轉變，促進我國產業邁向全球價值鏈中高端。

冶金企業中物流運輸成本也是企業成本中很大一部分，尤其內陸城市的物流運輸基本依賴鐵路運輸，從原燃料到達到廠內裝卸，再到成品發運，這一系列的環節都離不開鐵路物流運輸組織。近年來環保要求提高，公路運輸受到制約，“公轉鐵”勢在必行，大宗原燃料鐵路運輸比例增加，再加上企業擴能改造，原有的廠區鐵路已經無法承擔新增加的鐵路運輸作業，新建線路空間有限，只能通過更加優化的鐵路調度來提高線路的利用率，進而彌補鐵路運輸對冶金企業發展的制約，本文在分析了冶金企業瓶頸的基礎上，提出了構建智能化調度平臺所需的條件以及實現方式。