毛建偉

(中國(guó)鐵路北京局集團(tuán)有限公司 京鐵物流中心，北京 102600)

近年來(lái)，隨著特快快速貨物班列、批量零散貨物快運(yùn)列車的大量開行，鐵路零散白貨運(yùn)量呈逐年上升態(tài)勢(shì)，隨之而來(lái)的零散白貨的裝載安全問(wèn)題也日益突出，由于零散白貨配載方案不合理造成所裝車輛超偏載問(wèn)題多發(fā)。為了更加安全、高效地做好鐵路零散白貨運(yùn)輸組織工作，確保鐵路運(yùn)輸安全和白貨增量，實(shí)現(xiàn)鐵路零散白貨配載方案(以下簡(jiǎn)稱“配載方案”)的快速合理制訂和驗(yàn)證，應(yīng)建立一套鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)。

1 鐵路零散白貨配載現(xiàn)狀

零散白貨是指除煤炭、鋼材等大宗物資以外的其他物資，主要包括化工、電器、農(nóng)副、食品、紡織、文教、醫(yī)藥等品類。鐵路零散白貨裝車較整車不同，需要根據(jù)每車裝載貨物的規(guī)格尺寸、件數(shù)及貨物質(zhì)量，分別制訂相應(yīng)的配載方案[1-2]。配載方案的制訂需要首先將車輛劃分為9個(gè)艙位，根據(jù)各艙位容積合理地將貨物分配到其中的一個(gè)或幾個(gè)艙位的相應(yīng)位置裝載，以滿足貨物均衡合理的分布，不發(fā)生超載、偏載或偏重等問(wèn)題。車輛艙位劃分示意圖如圖1所示。

目前配載方案主要存在以下問(wèn)題。

（1）配載方案制訂作業(yè)效率有待提高。由于車型和所裝貨物不同，需要根據(jù)裝載貨物及所裝車型逐車制訂配載方案且不具備復(fù)制性。各車型構(gòu)造尺寸不同，劃分艙位后，每個(gè)車型艙位尺寸、中心點(diǎn)位置、車輛縱橫中心線位置和轉(zhuǎn)向架位置各不相同，配載方案制訂需要根據(jù)不同車型按照“車輛技術(shù)參數(shù)表”及現(xiàn)車進(jìn)行艙位劃分后，根據(jù)所裝貨物情況，遵循“大不壓小、重不壓輕、結(jié)實(shí)打底、方下圓上、規(guī)則形居底、不規(guī)則或易碎品擺上”的原則，還要滿足裝車后車輛不發(fā)生超載、偏載、偏重問(wèn)題。同時(shí)，需要大量的物理公式應(yīng)用和數(shù)學(xué)計(jì)算逐車進(jìn)行方案制訂。配載方案制訂后，需要人員手工繪制配載方案示意圖傳達(dá)給外勤貨運(yùn)員，按配載方案進(jìn)行貨物裝車。

（2）配載方案驗(yàn)證安全可靠度有待提高。配載方案的合理性受方案驗(yàn)證人員業(yè)務(wù)水平、能力素質(zhì)和責(zé)任心等因素的影響，人工計(jì)算配載方案裝車后車輛技術(shù)狀態(tài)參數(shù)，容易出錯(cuò)且不易發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中存在簡(jiǎn)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證人員不進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，而是憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定方案合理性與否的現(xiàn)象。配載方案是否合理最終還要依靠在路網(wǎng)上設(shè)置的軌道衡檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)判定[3]。裝車后，一旦配載方案不合理造成所裝貨車發(fā)生超偏載，需要回送貨場(chǎng)進(jìn)行倒裝整理，不僅浪費(fèi)人力機(jī)力，還會(huì)造成貨物列車延誤。

（3）配載方案修訂勞動(dòng)強(qiáng)度較大。對(duì)配載方案進(jìn)行驗(yàn)證作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)方案制訂不合理、按此方案裝車通過(guò)理論計(jì)算會(huì)產(chǎn)生車輛超偏載問(wèn)題時(shí)，由于客戶提供的需求單貨物信息不準(zhǔn)確或所裝貨物發(fā)生變化時(shí)，或者在裝車作業(yè)過(guò)程中外勤貨運(yùn)員發(fā)現(xiàn)配載方案與所裝貨物不符時(shí)，都需要對(duì)原配載方案進(jìn)行修訂。配載方案修訂后，驗(yàn)證人員需要對(duì)修訂后的配載方案再次進(jìn)行人工驗(yàn)證，增加了配載方案修訂作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

圖1 車輛艙位劃分示意圖Fig.1 Diagram for the division of class vehicles

2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體需求

鐵路零散白貨裝車時(shí)，配載方案的制訂過(guò)程中需要高效、準(zhǔn)確的輔助系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)及信息上的有力支持。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算技術(shù)，輔助人工進(jìn)行配載方案的制訂、驗(yàn)證、修訂、示意圖生成、數(shù)據(jù)的交換和傳遞作業(yè)的輔助系統(tǒng)，通過(guò)運(yùn)用3D建模技術(shù)手段，以輔助配載方案為目標(biāo)，存儲(chǔ)并準(zhǔn)確調(diào)用所有車型數(shù)據(jù)，精確劃分車輛艙位，代替人工進(jìn)行復(fù)雜、重復(fù)的數(shù)據(jù)計(jì)算，可以減輕人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，快速準(zhǔn)確判定方案的合理性，提高作業(yè)效率和安全可靠度。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)構(gòu)架總體需求如下。

（1）研究建立模型模擬貨物按配載方案裝車，滿足準(zhǔn)確重復(fù)計(jì)算按方案裝車后是否符合判定標(biāo)準(zhǔn)，能夠快速準(zhǔn)確驗(yàn)證配載方案的合理性。將配載方案安全卡控關(guān)口前移，提高零散貨物裝車安全性。

（2）暢通內(nèi)外勤間溝通交流渠道，統(tǒng)一方案修訂和示意圖生成標(biāo)準(zhǔn)，生成配載方案示意圖，更改修訂方案，確保數(shù)據(jù)同步一致。

（3）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、海量數(shù)據(jù)的高效率計(jì)算、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的獲取、數(shù)據(jù)信息的導(dǎo)出、并行處理能力和系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性及可擴(kuò)展性，促進(jìn)系統(tǒng)不間斷正常運(yùn)行。

2.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合鐵路零散白貨配載的實(shí)際需求，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)核心層、業(yè)務(wù)邏輯層和接入層[4-5]，各層之間緊密協(xié)作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及公式的存儲(chǔ)、配載方案的驗(yàn)證修訂、內(nèi)外部數(shù)據(jù)的交換以及配載方案示意圖的生成顯示功能。

（1）數(shù)據(jù)核心層。該層是輔助系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及公式的存儲(chǔ)功能。數(shù)據(jù)核心層包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)框架數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)配載驗(yàn)證算法中車輛艙位劃分原則、車型庫(kù)內(nèi)不同車型車輛尺寸和轉(zhuǎn)向架位置，存儲(chǔ)不同車型車輛各個(gè)艙位面積、車輛高度、車輛縱橫中心線位置、車輛容許載質(zhì)量等數(shù)據(jù)，以及配載驗(yàn)證算法和判定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層。通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)核心層數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，采用3D建模技術(shù)建立模型模擬配載方案進(jìn)行裝車，應(yīng)用配載驗(yàn)證算法對(duì)模擬裝車后車輛的超偏載情況進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和分析，與判定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，對(duì)方案進(jìn)行修訂、優(yōu)化和再驗(yàn)證，為配載方案的合理性驗(yàn)證提供邏輯計(jì)算支持。

（3）接入層。該層主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部的數(shù)據(jù)交換功能。對(duì)于系統(tǒng)使用者，將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)，接入層接收使用者的數(shù)據(jù)輸入，通過(guò)調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的業(yè)務(wù)過(guò)程實(shí)現(xiàn)判定配載方案合理性與否的功能，并將處理結(jié)果返回接入層，利用交互界面進(jìn)行表示，導(dǎo)出審核后的配載方案和示意圖；對(duì)于外部系統(tǒng)，業(yè)務(wù)過(guò)程通過(guò)接入層的接口服務(wù)完成與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

圖2 鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System architecture diagram

2.3 功能設(shè)計(jì)

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)能夠按照制訂的配載方案進(jìn)行模擬裝車，并利用驗(yàn)證算法公式，對(duì)模擬車輛進(jìn)行超偏載驗(yàn)證，并對(duì)配載方案進(jìn)行修訂、優(yōu)化和生成方案示意圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路零散白貨配載作業(yè)進(jìn)行輔助的功能。

（1）車型庫(kù)管理。將《鐵路貨物裝載加固規(guī)則》附錄“敞車、平車、棚車、長(zhǎng)大貨物車技術(shù)參數(shù)表”中所有棚車車型的車內(nèi)尺寸、車門尺寸、轉(zhuǎn)向架中心距、自重、標(biāo)記載重等信息全部納入車型庫(kù)管理[6]，根據(jù)所選用車型不同而調(diào)用相應(yīng)的車型參數(shù)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)車體標(biāo)記參數(shù)與系統(tǒng)車型庫(kù)內(nèi)不一致或系統(tǒng)車型庫(kù)內(nèi)缺少該車型技術(shù)參數(shù)信息時(shí)，操作人員可以在基礎(chǔ)字典內(nèi)對(duì)車型庫(kù)進(jìn)行維護(hù)管理，手動(dòng)增加或修改該車型參數(shù)信息，并將此信息保存到系統(tǒng)車型庫(kù)中。

（2）模擬裝車。系統(tǒng)根據(jù)所裝車輛車型，調(diào)用系統(tǒng)核心層的車型庫(kù)內(nèi)該車型基本信息，并根據(jù)車輛內(nèi)部尺寸完成對(duì)車輛艙位的劃分，計(jì)算出每個(gè)艙位的尺寸信息。按照給定的配載方案完成對(duì)車輛的模擬裝車作業(yè)，同時(shí)根據(jù)模擬裝車后貨物裝載情況，確定每個(gè)艙位貨物的質(zhì)量和重心位置。

（3）方案驗(yàn)證。內(nèi)勤貨運(yùn)員將制訂的配載方案輸入系統(tǒng)后，單擊“保存”按鈕，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)配載方案的合理性驗(yàn)證。系統(tǒng)根據(jù)模擬裝車時(shí)得到的每個(gè)艙位貨物質(zhì)量及重心位置，進(jìn)一步計(jì)算出車輛裝車后貨物的總質(zhì)量、總重心偏離車輛縱橫中心線的距離以及車輛兩轉(zhuǎn)向架所承受的重量之差，按照設(shè)定的判定報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定[7-8]，并生成3D圖像顯示。報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為超過(guò)貨車標(biāo)記載重即產(chǎn)生紅色報(bào)警，偏載超過(guò)50 mm、80 mm、100 mm分別產(chǎn)生黃色、橙色、紅色報(bào)警，偏重超過(guò)5 t、8 t、10 t分別產(chǎn)生黃色、橙色、紅色報(bào)警。未達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，即判定配載方案合理通過(guò)驗(yàn)證；達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，則判定方案不合理，在配載方案數(shù)據(jù)列表顯示問(wèn)題所在，同時(shí)在車輛3D圖像的超偏載位置用不同顏色顯示報(bào)警等級(jí)。

（4）方案修訂。系統(tǒng)通過(guò)配載方案驗(yàn)證判定配載方案不合理時(shí)，內(nèi)勤貨運(yùn)員可以返回方案輸入界面對(duì)配載方案進(jìn)行調(diào)整，也可以直接在車輛3D圖像顯示上對(duì)貨物進(jìn)行拖拽移動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)修訂配載方案，并對(duì)新方案的合理性再次進(jìn)行驗(yàn)證，最后將驗(yàn)證通過(guò)的新配載方案顯示給外勤貨運(yùn)員。外勤貨運(yùn)員在裝車作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)所裝貨物與配載方案記載不一致時(shí)，也能夠通過(guò)方案修訂功能模塊對(duì)配載方案進(jìn)行修訂，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)再次調(diào)用配載方案驗(yàn)證功能模塊對(duì)修訂后的配載方案進(jìn)行驗(yàn)證，并顯示驗(yàn)證結(jié)果。

（5）方案生成。實(shí)現(xiàn)配載方案生成示意圖，對(duì)配載方案進(jìn)行重新制訂、修訂或在系統(tǒng)3D圖上對(duì)貨物拖拽修改配載方案時(shí)，可以根據(jù)配載方案的變化對(duì)方案示意圖進(jìn)行相應(yīng)的修改，并保存生成最終方案。

3 結(jié)束語(yǔ)

鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了零散白貨配載方案的合理性判斷和方案調(diào)整，對(duì)裝車配載方案進(jìn)行裝車后狀態(tài)預(yù)判，避免人工制訂配載方案的不合理性可能造成的超偏載安全隱患問(wèn)題，能有效輔助配載作業(yè)，預(yù)防零散白貨裝車超偏載卡控問(wèn)題效果良好。鐵路零散白貨配載輔助系統(tǒng)的投入使用，提升了對(duì)零散白貨超偏載安全的卡控力度，減輕了現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)外勤貨運(yùn)員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了裝車組織效率，為鐵路貨車裝載零散白貨超前防治超偏載問(wèn)題提供了切實(shí)可行的防治措施，為鐵路零散白貨運(yùn)輸安全和提質(zhì)增效提供了很好的科技保障。但是，在實(shí)際作業(yè)中，貨物大小尺寸、形狀等參數(shù)較多，還應(yīng)進(jìn)一步研究車輛艙位的細(xì)分、貨物的精確畫像以及配載方案的自動(dòng)生成等。