張雪松 沃華歐

編組站綜合自動(dòng)化的發(fā)展分析

張雪松*沃華歐**

通過(guò)分析未來(lái)運(yùn)輸指揮對(duì)編組站的需求,確立了編組站綜合自動(dòng)化的研究方向,展望了未來(lái)的技術(shù)發(fā)展。

編組站綜合自動(dòng)化;數(shù)據(jù)集成;決策集中

編組站是鐵路貨運(yùn)運(yùn)輸組織的核心單元,是保證路網(wǎng)暢通、提高運(yùn)輸效率的關(guān)鍵。如何通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段,提高編組站的作業(yè)效率,是鐵路科技工作者的重要研究目標(biāo)之一。本世紀(jì)前,編組站的研究主要?jiǎng)澐譃槎箢I(lǐng)域,一是以信息管理技術(shù)為核心的信息系統(tǒng)研究,其目標(biāo)是如何高效管理信息,加快信息傳遞速度,加大傳播范圍,使運(yùn)輸指揮人員更快捷、更準(zhǔn)確、更及時(shí)地掌握現(xiàn)場(chǎng)情況,提升運(yùn)輸組織水平,提高編組站效率;另一個(gè)是以自動(dòng)控制技術(shù)為核心的控制系統(tǒng)研究,其目標(biāo)是如何更安全、更高效地執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)更安全、更高效,通過(guò)縮減單項(xiàng)作業(yè)時(shí)間來(lái)提高整體效率。

進(jìn)入21世紀(jì)后,鐵路運(yùn)輸供需關(guān)系的矛盾更加尖銳,編組站的編解任務(wù)不斷加重,鄭州北、新豐鎮(zhèn)等路網(wǎng)性編組站的實(shí)際辦理輛數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)能力,傳統(tǒng)的技術(shù)手段已難以滿足日益迫切的市場(chǎng)需求。技術(shù)方面,經(jīng)過(guò)幾十年的研究、探索,編組站的管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)也逐步成熟,并已呈現(xiàn)出相互融合的趨勢(shì),綜合管、控的新一代自動(dòng)化系統(tǒng)呼之欲出。在此形勢(shì)下,北京全路通號(hào)設(shè)計(jì)院、鐵道科學(xué)研究院、鐵道部信息中心開(kāi)始了編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā),并分別推出了“計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)”(Computer Integrated Process System,簡(jiǎn)稱CIPS)和“新一代編組站綜合自動(dòng)化”系統(tǒng)(Synthetic Automation ofMarshalling yard,簡(jiǎn)稱SAM)2個(gè)解決方案。

1 編組站綜合自動(dòng)化產(chǎn)品現(xiàn)狀

編組站綜合自動(dòng)化是管理信息系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)、駝峰自動(dòng)化系統(tǒng)、峰尾停車器自動(dòng)控制系統(tǒng)、調(diào)機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)等各種過(guò)程控制系統(tǒng),以及安全監(jiān)測(cè)、閉路電視監(jiān)控、微機(jī)監(jiān)測(cè)等監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)信息集成與整合,加上智能決策和調(diào)度信息綜合運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)編組站高度自動(dòng)化的復(fù)雜系統(tǒng)。

編組站綜合自動(dòng)化的核心是管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的集成,是編組站自動(dòng)化技術(shù)的質(zhì)的飛躍。從管理系統(tǒng)的角度看,由于共享了控制系統(tǒng)反饋的豐富信息,使信息系統(tǒng)對(duì)站場(chǎng)車輛、設(shè)備的狀態(tài)掌握更加及時(shí)、準(zhǔn)確,綜合自動(dòng)化已不再局限于簡(jiǎn)單的信息管理,而是從資源規(guī)劃的角度,去輔助決策者統(tǒng)籌安排全站運(yùn)輸資源和生產(chǎn)計(jì)劃,向智能化的方向發(fā)展。從控制系統(tǒng)的角度看,由于共享了管理系統(tǒng)的階段計(jì)劃等信息,控制的范圍從針對(duì)單項(xiàng)作業(yè)的簡(jiǎn)單自動(dòng)化,擴(kuò)展為整個(gè)流程聯(lián)控的綜合自動(dòng)化,使自動(dòng)選擇執(zhí)行時(shí)機(jī)成為可能,理論上可以不再需要人工干預(yù),自動(dòng)化的程度大幅提高。

當(dāng)前的編組站綜合自動(dòng)化產(chǎn)品,包括鐵科院、鐵道部信息中心聯(lián)合研發(fā)的SAM和通號(hào)院研發(fā)的CIPS 2個(gè)解決方案。

1.1 SAM特點(diǎn)

SAM通過(guò)管控結(jié)合來(lái)集成信息和控制系統(tǒng),兼顧智能化和自動(dòng)化2個(gè)方向,注重編組站和其他信息系統(tǒng)的信息共享,強(qiáng)調(diào)局站融合。其特點(diǎn)可歸納如下。

1.兼顧智能化和自動(dòng)化2個(gè)方向。智能化是傳統(tǒng)管理信息系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo),自動(dòng)化是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)。SAM的管控結(jié)合方式既保留了部中心車站系統(tǒng)2.0的最佳實(shí)踐,又繼承了鐵科院在駝峰、峰尾、調(diào)機(jī)等自動(dòng)控制領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn),因此,能夠兼顧智能化、自動(dòng)化2個(gè)方向,既注重通過(guò)宏觀計(jì)劃優(yōu)化資源使用,又注重通過(guò)微觀計(jì)劃提高作業(yè)效率,從二方面促進(jìn)編組站作業(yè)效率的提升。

2.強(qiáng)調(diào)信息共享和局站融合。由于部中心肩負(fù)了全路信息化的使命,因此能夠從更大的視角來(lái)看待編組站系統(tǒng),能夠把編組站工作融入到全局運(yùn)輸指揮的大局來(lái)統(tǒng)一考慮,注重車站計(jì)劃在全局日/班、階段計(jì)劃中的位置和作用,提倡局站融合的計(jì)劃編制方式,并注重車站系統(tǒng)與貨票等其他應(yīng)用的信息共享,從全局角度定位車站信息化的目標(biāo)。

1.2 CIPS特點(diǎn)

CIPS通過(guò)管控一體化來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。所謂管控一體,是以控制系統(tǒng)為核心,通過(guò)擴(kuò)大控制的外延,包容信息系統(tǒng),形成的一體化系統(tǒng)。CIPS勇于創(chuàng)新,拋棄了傳統(tǒng)的車站信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念,帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)思路;提出了“信息聯(lián)鎖”的概念,把編組站看成了一個(gè)大的聯(lián)動(dòng)機(jī),編組站的所有活動(dòng),都按照預(yù)先排定的指令,一環(huán)扣一環(huán)的執(zhí)行。因此,CIPS在自動(dòng)化方面的貢獻(xiàn)更加突出。其特點(diǎn)歸納如下。

1.強(qiáng)調(diào)計(jì)劃的具體化和可執(zhí)行性。CIPS的計(jì)劃更接近控制系統(tǒng)的指令集,強(qiáng)調(diào)對(duì)計(jì)劃細(xì)節(jié)的掌控和可執(zhí)行性驗(yàn)證。尤其是調(diào)車計(jì)劃,在編制計(jì)劃時(shí)就預(yù)排執(zhí)行進(jìn)路,不允許編制當(dāng)前無(wú)法執(zhí)行的計(jì)劃。因此,CIPS的計(jì)劃都是可以轉(zhuǎn)化為控制指令的真實(shí)計(jì)劃,這是系統(tǒng)自動(dòng)化的重要保證。

2.更加側(cè)重自動(dòng)化。按照“大聯(lián)控機(jī)”的思路,CIPS理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人編組站,在自動(dòng)化方面獨(dú)樹(shù)一幟,進(jìn)行了較大創(chuàng)新,尤其在解放現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的手工勞動(dòng)方面,取得了顯著效果。

綜上所述,SAM和CIPS雖各辟蹊徑,但異曲同工,都為編組站的綜合自動(dòng)化做出了成功的嘗試,取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是,從運(yùn)輸組織對(duì)編組站自動(dòng)化的要求來(lái)看,目前的編組站綜合自動(dòng)化研究還只是剛剛起步,遠(yuǎn)未達(dá)到成熟的水平,發(fā)展空間非常大。在當(dāng)前鐵路建設(shè)高速發(fā)展的大形勢(shì)下,編組站自動(dòng)化如何發(fā)展,才能適應(yīng)未來(lái)運(yùn)輸組織的要求,是不可回避的問(wèn)題。為此,從運(yùn)輸組織對(duì)編組站自動(dòng)化的需求分析入手,闡述對(duì)編組站綜合自動(dòng)化發(fā)展方向的設(shè)想。

2 編組站綜合自動(dòng)化發(fā)展需求

隨著以客專建設(shè)為代表的鐵路建設(shè)的高速發(fā)展,中國(guó)將進(jìn)入高鐵時(shí)代,既有線的貨運(yùn)能力將得到較大釋放,鐵路運(yùn)輸?shù)墓┬桕P(guān)系將趨于平衡。在此情況下,鐵路的行車秩序?qū)⒅鸩降玫礁纳?對(duì)計(jì)劃兌現(xiàn)率的要求也將不斷提高。另一方面,隨著計(jì)算技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)器的處理能力、存儲(chǔ)能力成倍增長(zhǎng),云計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)等技術(shù)為今后的應(yīng)用軟件體系結(jié)構(gòu)提供了全新的模式。這些趨勢(shì),將對(duì)編組站的計(jì)劃體系提出全新的要求。具體地說(shuō),可以歸結(jié)為以下幾類。

1.業(yè)務(wù)流程。隨著計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和鐵路信息應(yīng)用的不斷成熟,集中、整合的要求越來(lái)越強(qiáng)烈,信息系統(tǒng)已經(jīng)不滿足于現(xiàn)在的信息共享方式,建立路局級(jí)數(shù)據(jù)中心,統(tǒng)一管理全局運(yùn)輸數(shù)據(jù)已成必然趨勢(shì)。在技術(shù)上,云計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)等理念也為組織集中化數(shù)據(jù)服務(wù)提供了可能,軟件即服務(wù)、信息即服務(wù)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái),路局級(jí)的數(shù)據(jù)中心甚至并不需要設(shè)備的集中,而僅僅是邏輯上的集中。在此環(huán)境下,編組站所能獲取的信息將得到極大豐富,信息的準(zhǔn)確性、及時(shí)性也將得到極大提升。例如,在階段計(jì)劃、運(yùn)行實(shí)績(jī)、編組內(nèi)容(確報(bào))、貨票等數(shù)據(jù)成功集成后,編組站的到達(dá)車流將非常準(zhǔn)確,精確編制階段作業(yè)計(jì)劃成為可能。因此,未來(lái)的編組站自動(dòng)化研究,首先要探索新的信息環(huán)境下,如何進(jìn)一步再造業(yè)務(wù)流程,以適應(yīng)新運(yùn)輸組織模式的需要。

2.計(jì)劃評(píng)價(jià)體系。隨著生產(chǎn)力布局的不斷調(diào)整,目前的運(yùn)輸組織模式,已明顯向集中化方向發(fā)展。數(shù)據(jù)中心模式下,路局和車站所掌握的信息是完全相同的,形成現(xiàn)有局、站分工模式的基礎(chǔ)已不存在,決策必然要向路局端上移,車站將更多地扮演執(zhí)行者而不是決策者的角色。在此模式下,編組站的計(jì)劃體系將發(fā)生根本性的變化,局站融合是發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此,編組站自動(dòng)化要把握住新布局下車站系統(tǒng)的地位,側(cè)重計(jì)劃評(píng)價(jià)體系的研究,從輔助者的角度去配合路局階段計(jì)劃智能編制的研究,實(shí)現(xiàn)更深層次的局站一體化。

3.智能化。智能化是發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路信息化研究的最主要內(nèi)容。隨著我國(guó)鐵路運(yùn)能的不斷提高、信息質(zhì)量的不斷加強(qiáng),行車秩序的不斷改善,智能化必然也成為主要的研究方向。編組站的智能化研究,必須考慮局站一體的前提,更多側(cè)重具體作業(yè)計(jì)劃的安排。

4.控制方面。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展, RFID等技術(shù)將廣泛應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸,將引發(fā)編組站控制系統(tǒng)新的技術(shù)進(jìn)步,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的掌握將更加快捷準(zhǔn)確,對(duì)自動(dòng)化的要求也將大幅提高。如何引領(lǐng)編組站進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,以及在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,如何發(fā)展控制系統(tǒng),進(jìn)一步加強(qiáng)編組站作業(yè)的自動(dòng)化程度和安全保障,是未來(lái)編組站綜合自動(dòng)化研究的另一個(gè)重要內(nèi)容。

3 編組站綜合自動(dòng)化發(fā)展展望

綜上所述,未來(lái)編組站綜合自動(dòng)化的發(fā)展方向,可概括為數(shù)據(jù)集成、決策集中、智能化、自動(dòng)化4個(gè)方面。

數(shù)據(jù)集成的核心是全局?jǐn)?shù)據(jù)中心。全局?jǐn)?shù)據(jù)中心可提供集成的列車階段計(jì)劃、運(yùn)行實(shí)績(jī)、編組內(nèi)容,以及貨票、機(jī)車狀態(tài)、車輛檢修等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成就是要研究在新的數(shù)據(jù)條件下,如何改進(jìn)編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),使之更充分地利用集成信息,簡(jiǎn)化作業(yè)流程,發(fā)揮更大效益。研究?jī)?nèi)容包括:如何調(diào)整崗位分工、作業(yè)流程,如何實(shí)現(xiàn)精確的車流推算,如何提高計(jì)劃質(zhì)量,等等。

決策集中是研究局站一體化方式下如何實(shí)現(xiàn)車站的階段作業(yè)計(jì)劃編制,研究方向是更深入地與路局計(jì)劃系統(tǒng)配合,共同完成計(jì)劃編制。具體研究?jī)?nèi)容包括:如何重新確定局、站雙方在階段計(jì)劃編制過(guò)程中的分工;如何建立有效的計(jì)劃評(píng)價(jià)體系;需要為編制計(jì)劃提供哪些數(shù)據(jù),如何提供;如何整合貨調(diào)、機(jī)車、車輛信息,編制一體化的車站階段計(jì)劃;如何將階段計(jì)劃轉(zhuǎn)換為具體的作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)指令;如何更有效地提供執(zhí)行反饋信息;如何更有效地進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整,保證計(jì)劃對(duì)具體作業(yè)的指導(dǎo)作用。

智能化是研究如何利用計(jì)算機(jī)的人工智能輔助計(jì)劃編制,減少人工作業(yè)量,提高計(jì)劃的準(zhǔn)確性。智能化研究涉及的內(nèi)容包括:如何確定解編順序,保證車站的綜合指標(biāo)更優(yōu);如何分配調(diào)機(jī)、駝峰、股道等運(yùn)輸資源,保證計(jì)劃的成功完成;如何自動(dòng)生成解體、編組鉤計(jì)劃;如何動(dòng)態(tài)推算,掌握階段內(nèi)任意時(shí)刻的車流,為智能編制提供決策依據(jù)。智能化研究的幾個(gè)內(nèi)容是密切相關(guān),缺一不可的,其核心是解編順序的確定。這是編組站綜合自動(dòng)化的一個(gè)難題,幾十年來(lái)無(wú)數(shù)專家為此付出了艱辛的探索和努力,目前仍無(wú)獲得普遍認(rèn)可的可行方案。因此,在編組站智能化研究中,應(yīng)注重理論和實(shí)踐相結(jié)合的思路,既注重算法、理論的研究,也要注重經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用,從多方面入手解決問(wèn)題。

自動(dòng)化是編組站系統(tǒng)永恒的目標(biāo),與智能化密切相關(guān)。在概念上,智能化是試圖代替人的腦力勞動(dòng),更合理地規(guī)劃資源運(yùn)用,以提高整體作業(yè)效率;自動(dòng)化是試圖代替人的體力勞動(dòng),縮短現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間,提高局部作業(yè)效率。自動(dòng)化的研究?jī)?nèi)容,就是如何將計(jì)劃轉(zhuǎn)換為可以操作設(shè)備的指令集,以控制設(shè)備自動(dòng)工作,完成運(yùn)輸任務(wù)。自動(dòng)化要解決3個(gè)問(wèn)題:如何確定任務(wù)的啟動(dòng)時(shí)機(jī);如何驗(yàn)證計(jì)劃的內(nèi)容是安全的、可行的;如果無(wú)法按計(jì)劃執(zhí)行,如何調(diào)整計(jì)劃,保證任務(wù)的完成。3個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵,是如何更全面、更準(zhǔn)確、更及時(shí)地掌握現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)。未來(lái)的研究,應(yīng)考慮如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到編組站系統(tǒng),使設(shè)備具有智能感知功能,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化編組站,實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的精確掌握。

編組站綜合自動(dòng)化是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng), SAM和CIPS對(duì)這一領(lǐng)域的探索,還只是剛剛起步,今后還有很長(zhǎng)的路要走,我們要抓住機(jī)遇,認(rèn)清形勢(shì),加緊編組站綜合自動(dòng)化的研究,趕上鐵路發(fā)展的步伐,建設(shè)世界一流的編組站系統(tǒng)。

The authors analyzed the future requirements for marshalling yard in transport command,established the research direction of synthetic automation ofmarshalling yard,and expected the future developmentof relevant technologies.

Synthetic automation ofmarshalling yard;Data integration;Centralized decision making

*鐵道部信息技術(shù)中心 高級(jí)工程師,100844 北京

**中國(guó)鐵道科學(xué)研究院通信信號(hào)研究所研究員,100081北京

2011-01-21

(責(zé)任編輯:諸 紅)