朱安慶, 唐海鑫*, 朱 海, 陳 婷

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

近年來中國修船行業(yè)在國際市場(chǎng)的份額不斷擴(kuò)大，但修船企業(yè)經(jīng)營接單存在較大的不確定性，放大修船量在年周期分布上的波動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)集中修理的高峰時(shí)段，對(duì)修船企業(yè)承修能力的關(guān)鍵資源如塢位和泊位的利用產(chǎn)生較大的挑戰(zhàn)。修造船一體化企業(yè)通過造轉(zhuǎn)修的內(nèi)部轉(zhuǎn)型，或租用閑置塢位和泊位等方式擴(kuò)大修船產(chǎn)能，不僅加大修船市場(chǎng)產(chǎn)能過剩的情況，而且不利于行業(yè)整體的良性發(fā)展。從修船企業(yè)自身管理來看，如何高效利用有限的關(guān)鍵性資源如塢位和泊位成為亟待解決的問題。

通過分析修船移泊管理業(yè)務(wù)流程，運(yùn)用矢量化地圖引擎、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System，AIS)船舶動(dòng)態(tài)定位、區(qū)域智能識(shí)別等信息化技術(shù)，在移泊的高效協(xié)同、計(jì)劃編排、可視化管理和信息及時(shí)反饋等方面開展研究，構(gòu)建基于信息化的修船移泊管理系統(tǒng)[1]。

1 修船移泊管理現(xiàn)狀分析

國內(nèi)修船企業(yè)修船移泊管理現(xiàn)狀如下：在經(jīng)營部門接單后，工程部根據(jù)塢表計(jì)劃、航道信息、潮汐信息、天氣信息和工程實(shí)際進(jìn)展情況等編寫每天的移泊計(jì)劃，由工程部通過Word和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design，CAD)的文件形式進(jìn)行發(fā)布，修船各部門接收發(fā)布的移泊計(jì)劃，由總管根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的人力資源、場(chǎng)地資源和設(shè)備資源等信息進(jìn)行調(diào)度安排，由服務(wù)車間派遣拖船對(duì)泊位中的船舶進(jìn)行拖運(yùn)。

分析修船移泊管理現(xiàn)狀，主要存在如下問題：

(1)移泊信息傳達(dá)不到位、不及時(shí)，信息追蹤困難?，F(xiàn)有的移泊信息傳遞通常是工程部通過郵件、口頭、電話、紙質(zhì)單和微信群等方式傳達(dá)至各部門，出現(xiàn)有些部門的員工接收移泊信息不及時(shí)的情況；信息傳遞至各部門存在時(shí)間差，導(dǎo)致在移泊開始時(shí)各部門之間的協(xié)調(diào)和準(zhǔn)備工作不到位的情況；傳遞的紙質(zhì)版信息文件易丟失，存在企業(yè)內(nèi)部共享文件夾中的文件版本多，難以進(jìn)行較好的分類處理，導(dǎo)致對(duì)歷史數(shù)據(jù)不能進(jìn)行有效的分析利用。

(2)移泊計(jì)劃的編排較為粗放、容錯(cuò)率低、缺乏業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)?，F(xiàn)有的移泊計(jì)劃通常由工程部管理人員通過收集現(xiàn)場(chǎng)人員工程信息的反饋和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看的情況制定，一旦現(xiàn)場(chǎng)人員信息反饋不及時(shí)，則會(huì)影響計(jì)劃執(zhí)行的準(zhǔn)確性；在計(jì)劃制定后，移泊現(xiàn)場(chǎng)往往出現(xiàn)特殊情況而影響后續(xù)計(jì)劃的順利執(zhí)行，這種缺乏數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)支撐的粗放式計(jì)劃制定方式較易造成計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)效果不佳。

(3)線下難以模擬真實(shí)的移泊場(chǎng)景，計(jì)劃執(zhí)行過程監(jiān)控難。在計(jì)劃執(zhí)行前使用文件的方式傳遞移泊策劃的結(jié)果，這樣不能對(duì)移泊的過程進(jìn)行推演。在移泊計(jì)劃制定后，針對(duì)具體的計(jì)劃執(zhí)行過程工程部管理人員不再參與，計(jì)劃執(zhí)行的實(shí)時(shí)情況不能準(zhǔn)確反饋，難以根據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)對(duì)后續(xù)計(jì)劃的編排進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。移泊計(jì)劃執(zhí)行的最終狀態(tài)通過手工反饋的方式提交，不能通過定位的方式實(shí)時(shí)獲取移泊過程和移泊結(jié)果，只能在計(jì)劃執(zhí)行后了解計(jì)劃的執(zhí)行效果，不利于修船企業(yè)移泊管理整體效率的提升。

2 修船移泊管理需求分析

基于修船移泊管理需求的系統(tǒng)管理過程主要分為修船移泊計(jì)劃制定前的準(zhǔn)備階段、修船移泊計(jì)劃制定和發(fā)布階段、修船移泊計(jì)劃制定后的反饋階段?；谛畔⒒男薮撇垂芾砹鞒倘鐖D1所示。

圖1 基于信息化的修船移泊管理流程

基于信息化的修船移泊管理需求分析如下：

(1)修船移泊計(jì)劃制定前的準(zhǔn)備階段。為模擬真實(shí)的移泊環(huán)境，系統(tǒng)配備矢量地圖引擎和船舶模型庫。在修船移泊計(jì)劃制定前的準(zhǔn)備階段，船舶、塢位、泊位、檔位和其他信息均可通過由遠(yuǎn)程攝像頭和船舶定位報(bào)文采集的信息在系統(tǒng)中對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

(2)修船移泊計(jì)劃制定和發(fā)布階段。前期在系統(tǒng)中設(shè)置的相關(guān)參數(shù)可在泊位地圖上準(zhǔn)確呈現(xiàn)，通過移泊推演對(duì)移泊初級(jí)方案進(jìn)行模擬仿真。通過仿真效果驗(yàn)證計(jì)劃方案設(shè)計(jì)的可行性，并對(duì)方案存在的缺陷進(jìn)行調(diào)整，再進(jìn)行反復(fù)推演獲取最佳的移泊方案。在方案確定后通過郵件或企業(yè)微信進(jìn)行自動(dòng)定時(shí)發(fā)布。

(3)移泊計(jì)劃制定后的反饋階段。發(fā)布的移泊計(jì)劃自動(dòng)在系統(tǒng)中存檔，總管和各部門在系統(tǒng)中及時(shí)接收發(fā)布的移泊計(jì)劃，展開移泊工作。在移泊計(jì)劃各部門的執(zhí)行過程中，工程調(diào)度員可在系統(tǒng)上通過接入的AIS數(shù)據(jù)端準(zhǔn)確了解船舶的移動(dòng)情況，通過接入的監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀察現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)劃執(zhí)行情況。在計(jì)劃出現(xiàn)偏差時(shí)，計(jì)劃編制人員可適時(shí)了解并進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整。系統(tǒng)自動(dòng)生成船舶的拖運(yùn)軌跡并保存在系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)制定移泊計(jì)劃的人員可事后進(jìn)行查看。

3 基于信息化的修船移泊管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)基于瀏覽器-服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Browser-Server，B/S結(jié)構(gòu))和客戶機(jī)-服務(wù)器結(jié)構(gòu)(Client-Server，C/S結(jié)構(gòu))混合架構(gòu)[2]，兼容移動(dòng)端。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，其中，PC為個(gè)人計(jì)算機(jī)。

3.2 系統(tǒng)角色

修船移泊管理系統(tǒng)是一個(gè)多部門、多人員實(shí)現(xiàn)協(xié)同操作、信息共享的平臺(tái)，不同部門的角色擁有不同的職責(zé)與權(quán)限[3]。修船移泊管理系統(tǒng)角色分配如圖3所示。

圖3 修船移泊管理系統(tǒng)角色分配

(1)系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)對(duì)使用系統(tǒng)的人員進(jìn)行日常的管理，對(duì)不同職位的人員進(jìn)行對(duì)應(yīng)的權(quán)限授予；可對(duì)移泊計(jì)劃在制定前需要的一些基礎(chǔ)信息進(jìn)行合理配置。

(2)工程調(diào)度員：在系統(tǒng)中需要對(duì)移泊計(jì)劃制定前所需要的基礎(chǔ)信息進(jìn)行相應(yīng)配置；在計(jì)劃發(fā)布前應(yīng)在系統(tǒng)中對(duì)制定的移泊計(jì)劃進(jìn)行推演和修改，最終通過系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布。

(3)總管：在系統(tǒng)中接收發(fā)布的移泊計(jì)劃，在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)對(duì)各部門進(jìn)行統(tǒng)一指揮，并及時(shí)將計(jì)劃執(zhí)行過程和效果反饋至系統(tǒng)。

(4)各車間主管：在系統(tǒng)中接收發(fā)布的移泊計(jì)劃，在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)及時(shí)將執(zhí)行過程和效果反饋至系統(tǒng)。

(5)拖船管理員：在系統(tǒng)中接收發(fā)布的移泊計(jì)劃，在計(jì)劃執(zhí)行時(shí)將船舶移泊軌跡同步上傳至系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)功能模塊

通過對(duì)修船移泊管理系統(tǒng)的需求和業(yè)務(wù)流程分析[4]，進(jìn)行該系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)。修船移泊管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 修船移泊管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

(1)人員配置模塊：用戶管理和權(quán)限管理，對(duì)使用系統(tǒng)的人員進(jìn)行權(quán)限授予和監(jiān)督管理。

(2)資源配置模塊：碼頭基礎(chǔ)信息配置、船塢基礎(chǔ)信息配置和泊位基礎(chǔ)信息配置。對(duì)移泊計(jì)劃編制前涉及的各類現(xiàn)場(chǎng)資源進(jìn)行基礎(chǔ)配置，保證計(jì)劃編寫的合理性和精確性。

(3)可視化界面配置模塊：移泊地圖基礎(chǔ)配置和船舶模型庫基本配置。通過由矢量地圖引擎建立的移泊地圖模擬現(xiàn)場(chǎng)的移泊過程，對(duì)制定的計(jì)劃進(jìn)行可行性驗(yàn)證，并可通過對(duì)移泊仿真模擬參數(shù)的調(diào)整獲取更佳的移泊計(jì)劃方案。

(4)計(jì)劃編制模塊：移泊計(jì)劃推演、移泊計(jì)劃編寫和移泊計(jì)劃發(fā)布。通過遠(yuǎn)程調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、船舶位置信息，對(duì)需要發(fā)布的計(jì)劃進(jìn)行推演和優(yōu)化，并將驗(yàn)證和優(yōu)化后的移泊計(jì)劃通過郵件或企業(yè)微信端進(jìn)行定時(shí)發(fā)布。

(5)計(jì)劃反饋模塊：泊位狀態(tài)反饋和日移泊計(jì)劃反饋。每日收集的泊位狀態(tài)及時(shí)反饋至系統(tǒng)，使工程調(diào)度員可準(zhǔn)確監(jiān)控計(jì)劃的執(zhí)行情況，在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(6)計(jì)劃版本管理模塊：移泊計(jì)劃版本查看、移泊軌跡查看和移泊計(jì)劃存檔?？杉皶r(shí)保存每次發(fā)布的移泊計(jì)劃，并可自動(dòng)記載移泊船舶的移動(dòng)軌跡。

4 基于信息化的修船移泊管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 技術(shù)支持

修船移泊管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要基于矢量化地圖引擎、AIS船舶動(dòng)態(tài)定位和智能區(qū)域識(shí)別等3項(xiàng)技術(shù)。

4.1.1 矢量化地圖引擎

為滿足廠區(qū)地圖自定義的使用場(chǎng)景，采用ArcGIS軟件制作廠區(qū)矢量化地圖，并基于DevExpress Map組件封裝系統(tǒng)使用的矢量化地圖引擎。通過解析shp文件，獲取點(diǎn)、線、面對(duì)象的坐標(biāo)信息并存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)多圖層的地圖快速配置和多端展示[5]。B/S架構(gòu)的可視化展示端接收地圖基礎(chǔ)圖元信息，采用Canvas繪制呈現(xiàn)。

一般來說，在地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)中直接繪制廠區(qū)地圖，相對(duì)復(fù)雜、操作難度大，可采用CAD格式的廠區(qū)地圖作為GIS軟件的輸入，并添加地理信息坐標(biāo)，輸出標(biāo)準(zhǔn)的shp文件。船舶作為地圖上展示的動(dòng)態(tài)元素，可按船型/工程制作矢量化船舶模型圖。

4.1.2 AIS船舶動(dòng)態(tài)定位

調(diào)用第三方AIS定位接口服務(wù)，定時(shí)獲取設(shè)定范圍接收區(qū)域內(nèi)的船舶AIS信息[6]，包括靜態(tài)信息[水上移動(dòng)通信業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)碼(Maritime Mobile Service Identity，MMSI)、船名、國際海事組織編碼(IMO Number)、長(zhǎng)度、寬度和船舶類型等]和動(dòng)態(tài)信息(經(jīng)緯度、航行狀態(tài)、航首向和航速等)。在系統(tǒng)修理工程初始化中預(yù)設(shè)船舶的IMO Number，根據(jù)IMO Number可匹配船舶的具體定位信息。

4.1.3 智能區(qū)域識(shí)別

移泊管理存在兩種區(qū)域識(shí)別場(chǎng)景：①識(shí)別修理船舶當(dāng)前的具體船塢、碼頭或泊位；②在多艘修理船舶進(jìn)入某具體區(qū)域時(shí)，判斷具體的?？繖n位次序。采用定位設(shè)備獲取區(qū)域輪廓點(diǎn)和檔位方向識(shí)別點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，并預(yù)設(shè)在系統(tǒng)中。船舶中心點(diǎn)通過調(diào)用AIS船舶動(dòng)態(tài)定位接口服務(wù)實(shí)時(shí)獲取。

(1)識(shí)別場(chǎng)景①：選擇合適的區(qū)域輪廓點(diǎn)對(duì)某一具體區(qū)域標(biāo)識(shí)，即將區(qū)域采用閉合的凸多邊形空間表示，將船舶中心點(diǎn)位置標(biāo)識(shí)為P，船舶位于具體區(qū)域位置問題可簡(jiǎn)化為判定點(diǎn)P是否位于凸多邊形空間內(nèi)，具體如圖5所示。根據(jù)向量叉積法，按照逆時(shí)針(順時(shí)針)取向量進(jìn)行叉乘，所得值同號(hào)則說明點(diǎn)在多邊形內(nèi)部，即取向量AB和AP、BC和BP、CD和CP、DE和DP、EA和EP進(jìn)行叉乘，判斷所得值是否同號(hào)。

圖5 移泊區(qū)域識(shí)別

(2)識(shí)別場(chǎng)景②：移泊檔位識(shí)別如圖6所示。若約定A號(hào)泊位1號(hào)檔位為內(nèi)，2號(hào)檔位向外，由內(nèi)向外取2點(diǎn)構(gòu)建方向向量U，取相鄰2艘修理船舶中心點(diǎn)P1和P2構(gòu)建向量V，通過向量V和U同向或反向判定船舶的?？看涡颍蚣?號(hào)船為01檔，2號(hào)船為02檔，反之2號(hào)船為01檔，1號(hào)船為02檔。

圖6 移泊檔位識(shí)別

4.2 實(shí)現(xiàn)流程

移泊管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示。根據(jù)船廠閉合的地理經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)集和區(qū)域方向向量建立智能識(shí)別區(qū)域，利用矢量化地圖引擎模擬船廠的實(shí)際移泊環(huán)境，通過AIS船舶動(dòng)態(tài)定位技術(shù)獲取船舶的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過對(duì)上述3項(xiàng)技術(shù)的整合，在系統(tǒng)可視化界面中對(duì)移泊管理流程進(jìn)行相應(yīng)的展示，根據(jù)在廠船舶和計(jì)劃進(jìn)廠船舶在地圖界面進(jìn)行移泊操作，推演合適的移泊路徑，自動(dòng)生成移泊計(jì)劃，并發(fā)布現(xiàn)場(chǎng)使用。

圖7 移泊管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程

4.3 界面應(yīng)用

移泊識(shí)別區(qū)界面如圖8所示。在系統(tǒng)界面上可看到建立的識(shí)別區(qū)內(nèi)泊位、塢位和檔位的實(shí)時(shí)狀態(tài)，根據(jù)獲取的泊位、塢位和檔位的實(shí)時(shí)狀態(tài)對(duì)第二天的移泊計(jì)劃進(jìn)行制定和推演。

圖8 移泊識(shí)別區(qū)界面

移泊計(jì)劃編制與發(fā)布界面如圖9所示。系統(tǒng)的使用人員可在該界面上進(jìn)行移泊計(jì)劃的推演、制定、修改和發(fā)布。

圖9 移泊可視化編制和發(fā)布界面

5 結(jié) 語

通過對(duì)修船企業(yè)現(xiàn)有移泊管理現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)需求的分析，針對(duì)當(dāng)前修船企業(yè)移泊管理存在線下協(xié)同不夠高效、計(jì)劃編排較粗放和信息反饋不及時(shí)等問題，運(yùn)用信息化手段，將矢量化地圖引擎、AIS船舶動(dòng)態(tài)定位和區(qū)域智能識(shí)別等技術(shù)融入修船移泊管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)修船移泊流程的信息化管理，為企業(yè)提高泊位使用效率提供技術(shù)支撐，為逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化修船邁出堅(jiān)實(shí)的一步。