[摘 要]隨著港口吞吐量不斷增加，拖輪作業(yè)量也不斷增加，這對(duì)傳統(tǒng)的拖輪設(shè)備維修和調(diào)度管理體制形成了挑戰(zhàn)。本文建立了某港口基于UWB的拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)，描述了該系統(tǒng)的主要功能，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件框架體系，實(shí)現(xiàn)拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸，然后由故障診斷及維修決策系統(tǒng)和作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的分析、處理。

[關(guān)鍵詞]拖輪作業(yè) 超寬帶 測(cè)控系統(tǒng)

一、引言

一般港口輪駁公司負(fù)責(zé)提供客、貨輪進(jìn)出港靠離碼頭的頂拖、護(hù)航和水上消防等作業(yè)。拖輪主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、船舶航行安全性及船舶日常管理狀況均對(duì)全港生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)構(gòu)成直接影響。

隨著港口吞吐量不斷增加，設(shè)備利用率迅速提高，對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)備維修管理體制形成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。因此，應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)，實(shí)行狀態(tài)維修體制，保證設(shè)備全天候滿足港口生產(chǎn)要求，已成為輪駁公司迫在眉睫的重大課題。雖然近幾年來(lái)，某港輪駁公司一直堅(jiān)持開(kāi)展了對(duì)DP旋轉(zhuǎn)機(jī)主要部件的油液檢測(cè)和周期性預(yù)防維修體制，基本保證了設(shè)備的正常運(yùn)行。但由于現(xiàn)有檢測(cè)方法以離線檢測(cè)為主，人員分散，任務(wù)繁重，難免存在檢測(cè)缺失、數(shù)據(jù)不全等問(wèn)題，無(wú)法對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，無(wú)法對(duì)設(shè)備維修做出合理的計(jì)劃安排，因此對(duì)回轉(zhuǎn)拖輪的安全生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅。同時(shí)，由于預(yù)防維修存在不合理的設(shè)備檢修周期，會(huì)顯著增加設(shè)備維修成本和降低船舶營(yíng)運(yùn)效益。隨著現(xiàn)代拖輪系統(tǒng)的日趨高性能化和結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，出于安全保障和生產(chǎn)效能的考慮，及時(shí)準(zhǔn)確和動(dòng)態(tài)地掌握拖輪系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及預(yù)測(cè)、診斷潛在和存在的故障，成為船舶技術(shù)管理的重要內(nèi)容和追求的目標(biāo)。而現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，特別是超寬帶UWB技術(shù)的發(fā)展為拖輪在線測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文結(jié)合某港輪駁公司實(shí)際情況，建立輪駁公司無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)的總體方案，實(shí)現(xiàn)拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸，經(jīng)過(guò)故障診斷及維修決策系統(tǒng)和作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的分析、處理和決策，提高拖輪管理技術(shù)和科學(xué)決策水平。

二、拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)功能描述

拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)通過(guò)公用或?qū)Ｓ脽o(wú)線數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)，將拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息傳送到岸基信息管理中心，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、故障診斷及維修決策系統(tǒng)、作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的分析、處理和決策，實(shí)現(xiàn)船舶運(yùn)行、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)查詢和控制，提高船舶技術(shù)管理和科學(xué)決策水平。主要實(shí)現(xiàn)功能如下:

(1)在線監(jiān)測(cè)DP旋轉(zhuǎn)機(jī)主要部位工作狀態(tài)(振動(dòng)、溫度等參數(shù));(2)在線監(jiān)測(cè)船舶主機(jī)主要運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)參數(shù);(3)GPS導(dǎo)航及在岸基信息管理中心完成實(shí)時(shí)航跡跟蹤;(4)實(shí)時(shí)分析狀態(tài)信息，具有超限報(bào)警、趨勢(shì)預(yù)測(cè)等功能;(5)具有智能分析系統(tǒng)，完成遠(yuǎn)程故障診斷和船舶維修決策;(6)船舶設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、船舶航行定位數(shù)據(jù)、船舶作業(yè)調(diào)度數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸;(7)船舶設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、船舶航行定位數(shù)據(jù)及船舶作業(yè)調(diào)度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、查詢、報(bào)表;(8)實(shí)現(xiàn)船舶作業(yè)的無(wú)線實(shí)時(shí)調(diào)度;(9)可擴(kuò)展部分實(shí)時(shí)控制功能。

通過(guò)對(duì)某港實(shí)際情況進(jìn)行分析，考慮到節(jié)省系統(tǒng)的初始投資和降低運(yùn)營(yíng)成本，系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)確定為:系統(tǒng)由岸基主站和多個(gè)移動(dòng)分站組成，采用先進(jìn)的超寬帶無(wú)線通信技術(shù)構(gòu)建無(wú)線測(cè)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)岸基主站和分站的實(shí)時(shí)通信，并在此硬件基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一套集成船舶運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸、監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程統(tǒng)一調(diào)度管理的軟件系統(tǒng)。整個(gè)無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:(1)微波數(shù)字通訊系統(tǒng);(2)船舶設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);(3)船舶航跡實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng);(4)岸基信息管理中心;(5)船舶運(yùn)行及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng);(6)旋轉(zhuǎn)機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷及維修決策系統(tǒng);(7)拖輪作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)。

三、拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)

拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)由岸基主站和多個(gè)移動(dòng)分站組成，采用UWB/GPRS互補(bǔ)機(jī)制提高系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸可靠性和系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力。系統(tǒng)的基本硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中，岸基中心以拖輪公司現(xiàn)有主服務(wù)器為核心，配置無(wú)線網(wǎng)橋，在主服務(wù)器與各拖輪主計(jì)算機(jī)之間接收/發(fā)送信息。數(shù)據(jù)管理仍使用公司現(xiàn)有的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。根據(jù)權(quán)限，公司總經(jīng)理、副總經(jīng)理、技術(shù)部、調(diào)度室及其他各相關(guān)人員或部門可以對(duì)拖輪測(cè)控系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)或信息進(jìn)行查詢、檢索、修改和輸出，并可以生成作業(yè)調(diào)度指令發(fā)送給各個(gè)拖輪。岸基中心硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

在拖輪上，以拖輪駕駛艙計(jì)算機(jī)為主機(jī)，對(duì)外通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋與岸基中心主服務(wù)器交換信息，對(duì)內(nèi)通過(guò)船上小型局域網(wǎng)與拖輪上其他計(jì)算機(jī)交換信息。拖輪大廳液晶顯示屏是駕駛艙計(jì)算機(jī)的第二個(gè)顯示屏，用來(lái)巡回顯示各種公共信息。亦可配置為一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端，供船員自主查詢各種公共信息。

輪機(jī)機(jī)艙監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是船舶狀態(tài)監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)控制器，通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換接口和RS485總線與機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連。負(fù)責(zé)收集機(jī)艙內(nèi)各種設(shè)備狀態(tài)信息，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、分析和判斷。在出現(xiàn)故障征兆時(shí)及時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，并請(qǐng)求向岸基中心通報(bào);在正常監(jiān)測(cè)中，按設(shè)定周期向岸基中心傳送經(jīng)處理的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。為了節(jié)約成本，拖輪上計(jì)算機(jī)使用通用小型數(shù)據(jù)庫(kù)。拖輪監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示:

2.軟件框架設(shè)計(jì)

拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)軟件由移動(dòng)分站和岸基主站兩個(gè)部分組成，分站主要是完成拖輪運(yùn)行參數(shù)的采集、存儲(chǔ)和發(fā)送，以及和岸基的通訊功能;主站要接收分站的參數(shù)以及各種信息，對(duì)信息存儲(chǔ)、顯示、分析，并進(jìn)行合適的調(diào)度反饋，形成拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸、監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程統(tǒng)一調(diào)度管理的軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示:

(1)岸基中心軟件結(jié)構(gòu)

岸基軟件系統(tǒng)將根據(jù)航運(yùn)管理的共性，將船舶調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃、財(cái)務(wù)計(jì)劃集成一體;采用客戶/ 服務(wù)器工作模式，數(shù)據(jù)庫(kù)文件與程序文件完全獨(dú)立，基礎(chǔ)資源共享，管理功能相對(duì)獨(dú)立;模塊化、結(jié)構(gòu)化開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)型動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)程序模塊既集成度高，又具有相對(duì)獨(dú)立性;允許多用戶同時(shí)操作相同數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)相應(yīng)角色權(quán)限做出相應(yīng)的反應(yīng)，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的安全。圖5為岸基中心軟件功能結(jié)構(gòu)圖。

(2)拖輪系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

拖輪系統(tǒng)軟件在檢測(cè)船舶運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，保證與岸基中心進(jìn)行及時(shí)的通訊:把船舶的運(yùn)行信息和船員工作狀況信息傳遞到岸基中心，把岸基中心的各種指令信息傳遞到船舶。整個(gè)軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，在充分保證各個(gè)模塊的聯(lián)系的前提下，盡量做到保證模塊的獨(dú)立，維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。圖6為拖輪系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某港輪駁公司運(yùn)行的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于UWB的拖輪無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)拖輪運(yùn)行數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸和統(tǒng)一管理，經(jīng)過(guò)故障診斷及維修決策系統(tǒng)和作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)的分析、處理和決策，提高拖輪管理和科學(xué)決策水平，為實(shí)現(xiàn)船岸一體化控制管理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前該系統(tǒng)正在投入運(yùn)行中，但也存在一些不足之處，比如傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失、系統(tǒng)穩(wěn)定性不強(qiáng)等問(wèn)題。

參考文獻(xiàn):

[1] 熊軍魁:港口拖輪總體優(yōu)化配置研究[D]. 武漢理工大學(xué)，2002

[2] 楊志華:港口拖輪總體配置的仿真研究及應(yīng)用[D]. 武漢理工大學(xué)，2003

[3] 陳 偉:仿真優(yōu)化方法及其在港口設(shè)備配置中的應(yīng)用研究[D]. 武漢理工大學(xué)，2004

[4] 何 濤 朱宏輝: 遺傳算法在拖輪調(diào)度中的應(yīng)用[J]. 物流技術(shù)，2008