（计算机应用技术专业论文）企业铁路物流管理自动化技术的研究与应用.pdf

企业铁路物流管理自动化技术的研究与应用 摘要 随着计算机和网络技术的普及和进步发展，我国的各个领域都在进行信 息化建设。在国内工矿企业领域，铁路运输生产调度仍然处于以人工指挥为主、 应用系统分散孤立、基础信息不完备、数据共享能力差、安全措施薄弱的落后 局面，尤其是其站场机车的调度、车辆信息、作业信息以及货物信息的管理还 处于采用人工管理方式的落后局面。在企业生产规模不断扩大、产能提高的新 要求下，对企业铁路运输生产实行自动化管理已是刻不容缓。因此企业铁路物 流自动化管理技术的研究工作以及在此基础上开发一套企业铁路物流的自动 化管理系统是非常必要的。本文正是在这一发展趋势下，在认真分析铁路运输 调度作业数据的信息化、电子化，车号自动识别、铁路信号计算机控制、机车 无线作业等技术基础上，深入研究了企业铁路物流的自动化管理技术。 本文第一章对企业铁路物流的发展和现状进行了研究并分析存在的闯题； 第二章研究分析车号自动识别、计算机信号联锁技术、机车无线作业技术等物 流自动化管理的相关技术；第三章分析了企业铁路物流运输调度作业流程，并 提出了一种企业铁路运输调度综合自动化管理方案。第四章以上海梅山钢铁公 司为例，给出了企业物流运输调度综合自动化管理系统架构，并采用u m l 语 言对物流管理予系统进行系统建模：第五章研究分析了容错技术，以提高系统 的可靠性与安全性；第六章讨论分析利用人工智能技术实现企业铁路物流调度 计划的智能编制问题。 关键词：物流；作业计划：运输调度；容错；人工智能 t h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o f a u t o m a t i z a t i o n 1 e c h n o l o g y o n e n t e r p r i s er a i l w a yl o g i s t i cm a n a g e m e n t a b s t r a c t w i t l lt h ep r e v a l e n c ea 1 1 dd e v e l o p m e n to fc o m p l j e ra n dn e 铆o r kt e c l l n o l 0 2 e a c h d o m a i ni sc a r r y i n go u ti n f 0 n a 廿o nb u i l d i l l gi nc h i l l a i i ld 帆a i no f m i i l i n ge n t e r p f i s e ， p r o d u c et r a n s p o n a l i o ns c h e d u l i n gd e p e n d so nm a n l l a lm o i d ch o w e v e r a p p l i c a t i o n s y s t e mi si 1 1 s u l a t c da n dd i s p o r s e d f o u n d a t i o ni n f o m l a t i o ni si m 口耐宅c t i o n ：也ea b j l i t y o fd a t as h a r ei sb a d ，a n dn 屺m e a s u r eo fs a f e t yi sw e a k e s 口e c i a l l v l o c o m 甜v e s c h e d u l i n g ，v e l l i c l e sa n dt a s kp l a ni n f o m a t i o n ，a n d9 0 0 d si i l f o 咖a t i o ni sm a n a g e db y l a gm 锄u a im o d e i no r d c rt om e e d n gt h en e e do fm a 鲥f i e dp f o d u c es e a l ea n d i 王1 c r e a s e d o u 中u t ，a u t o l n a t i z a t i o nm a n a 萨m 锄t o f e m e r p d 缸a 订p r o d u c e a 1 1 d t r a n s p o r t a t i o ni s n od m et od e l a y s om e 咒s c a r c ho fa u t o m a t i z a t i o nm a i m g e m e n to f e n t e 】r i s et r 丑i 1l o g i s t i c s ，缸db 韶e do nw h i c 王1 d e v c 】o p m e n tas u i to f s o f b v a r es y s t e mo f a u t o m a t i z a t i o nm a i l a g e m tl o g i s t i ci ss i g l l i f i c a n t u n d e rt h i sd e v e l o 口m e n t 廿e r l d ，t l l i s p a p e rp m f o 岫d l yr e s e a r c ha u t o m a t i 洲o nm 锄a g c m e n tt e c i l i l o l o g yo fe n t e r p r i s e 订a j l i o g i s t i c s ，w 蜘c hi sb a s eo n 曲l ea n a l y s i so f h o wt om a k e 姚n s p o n a t i o n s c h e d l 王! 血gt a s k d a t ae l e c 蛔n j ca n dh o wt oa u t o m a t i c a l l yi d e n t i 母也en u m b e ro fv e l l i c l e 蛐dc o m 口u t e r i i l t e d o c k i n gt e c h n 0 1 0 9 ya n dw i r e l e s s1 0 c o m o t i v eb u 鲫w o r k 把c h n 0 1 0 9 y t h ef i r s t c h a p t e ro fm i sp a p e rr e s e a r c h e st h ed e v e l o p m e ma n da c n 工a l 对o f e n t e r p r i s et r a i l l o g i s t i c s 仃a n s p o 删o n ，a i l da n a l y z c st 1 1 ee x i 啦mi s s i l e s t h es e c o n d c h a p t e rm a i n l ya n a j y z e se o m p u t e rj n t e f l o c n gt e c h n o l o g ya n dw i r e l e s sl o c o m o 虹v e b u s y w o r kt e c h n o i o g ya n da u t o m a t i ci d e n t i t yt h em l m b e r0 f v e h i c l et e c h n o l o g y w 1 1 i c h a f cr e l a t i v et 0a 呲o m a t i z a t i o nn m a g e m e n to fe m e r p r i t r a i ll o g i s t i c s t h et h j r d c h a p t e ra n a l y z e st h en o wo fe n t 唧r i s et r a i l l o g i s t i c st r a n s p o r t a t i o ns c h e d i l l i n 正锄d t h e nb r i n g sf o m ，a r dap r o j e c to f i n t e 伊a t i o na u t o m a t i z a t i o nm a n a g e m e n to fe n f e r p r i s e i o g i s t i c st r a 丑s p o 涮i o ns c h e d u l i n g t h ef o 蚰c h a p t e rp 潮e r 昭t h es y s 缸ns t r u c t u r e l m e g r a n o n a u t o m a n z a t l o n m a n a g e m e n t o t e 毗e r p r i s el o g i s t i c s 衄1 s p o r t a t i o n s c h e 叫m ga 1 1 db u i l d sm o d e i sf o ri o g i s t i c sm 锄a g e m e n ts y s t e m 谢t l l h ei 矾g u a g eo f u m l t h ef i f l hr e s e a r c h e sf a u l tt o l e 珊l tt e c h n o l o g y i no r d e rt 0i l n p m v e r e l i a b i l i 衄o f s y s t e m t h e s i x t h c h a p t e r d i s c u s s e sh o wt ow o r k o m e n t e r p r i s e 仃a i ll o 西难c s 渤璐p o r a t i o ns c h e d u i i n gp l a n sa u t o m a t i c a 王坶a n d 妇l l i g e 毗l y t l 哂7w o r d s ：l o 百s t i c s ；t b kp l a i l ；t r a i l s p o r ts c h e d l l l i n g ；f a u nt 0 1 e 啪c e ；枷五d a l 1 1 1 t e l l i g e n t 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 主席： 委员： 导师： 留静角稚钟侬岔磁融南王 彦拉衣常 秘龌伪身 吧删砀胎 01丝j 取叫泵 1 l 商 插图目录 图2 1h j 0 4 a 系统总体结构示意图， 图2 2 车号自动识别流程图 图2 3 电子标签示意图 图2 3 集群通讯网络示意图 图3 一l 当前企业铁路物流运输调度作业过程框图 图3 2 企业铁路物流运输调度作业信息流程 图3 3 企业铁路物流运输调度综合自动化管理解决方案框架示意图 图3 4 企业铁路物流运输调度综合自动化管理系统的总体架构图 图4 1 运输部作业数据流程图， 图4 2 编组站作业数据流程图 图4 3 炼铁站作业数据流程图 图4 4 梅钢企业铁路物流运输调度综合自动化管理总体设计方案示意图 图4 5 无线网络拓扑结构图 图4 6b s 三层体系结构 图4 7b s 四层体系结构 图4 8 类图关系 图4 9 物流系统的构件图 图4 1 0 物流系统类图 图4 1 l 物流系统的用例图1 图4 1 2 物流系统的用例图2 图4 1 3 物流系统的用例图3 图4 1 4 自动计划处理活动图 图4 一1 5 装车作业活动图 图4 1 6 扣修车辆活动图 图4 1 7 添加车辆协作图 图4 1 8 添加车辆顺序图 图4 1 9 物流系统部署图 图5 1 容错类型+ 图5 2 软件冗余模型 图5 3 数据发送出错重传流程图 图5 4 物流系统数据库服务器连接示意图 图6 一l 调度计划智能编制系统体系结构 图6 2 推理算法流程图 图6 3 调度作业计划单 ，m m竭姆盟猫盯孔驼骑盯盯虬铊铊们“必蛎诣钙钓的吼钳郇铒嘶 表3 1 表4 1 表格目录 企业铁路物流运输调度信息传送方式比较 u m l 视图及相关概念 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 i 纠 签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金筵王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本 人授权 盒胆王些去堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：i 众硼艮 签字日期：年月日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址： 电话： 邮编： 致谢 三年来，我的导师魏臻教授无论是在学业上还是在生活上都给予我莫大的 关心和帮助，为我创造了良好的工作和学习环境，使我在理论和实践两个方面 都得到了良好的锻炼。在整个论文阶段，魏老师给予的悉心指导和帮助，特别 是在论文修改阶段，魏老师那种严谨、负责、认真的态度更是让我感动和敬仰。 所以没有魏老师付出的辛勤劳动，本论文是不可能完成的。另外，魏老师渊博 的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术思想、以及积极进取的科研精神给我留 下了深刻的印象，成为我终生学习的楷模。在此我怀着一颗敬仰和感激的心， 真诚的向魏老师说声谢谢。 在论文撰写的过程中得到了同学赵海涛、唐志军、刘凡及宋琪、周霞的帮 助，在此表示感谢。同时还要感谢曾经关心、帮助过我的所有老师和同学。 在此还要特别感谢合肥工大高科程磊、杨伟、胡敏等几位同志，他们在我 学习和项目研发上给予了莫大的帮助和指导，衷心祝愿他们工作顺利! 感谢计算机与信息学院的全体老师，正是因为他们辛勤地教导，使我顺利地完成 了学业，增长了见识和才干。同时，三年的研究生学习期间，还得到了研究生院的领 导、老师及许多朋友的支持和帮助，在此表示深深感谢。 最后要感谢我的父母和家人，感谢他们在生活和精神上给我的莫大支持和 帮助，感谢父母资助我顺利完成研究生阶段的学业。 作者：侯前进 2 0 0 5 年5 月1 0 日 1 1 物流的产生和发展 第一章绪论 最早的物流概念出自英文p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ，中文一般把它翻译为“实 物分配”，是1 9l 5 年由美国的阿奇萧提出的。阿奇萧在市场流通中的若干 问题一书中提到了物流概念，并指出“物流是与创造需求不同的一个问题川“。 物流概念提出的历史背景是在本世纪初，西方一些国家已出现生产大量过剩、 需求严重不足的经济危机，企业因此提出了销售和物流的问题，当时的物流一 般指的是销售过程中的物流，也就是现在物流分类中的企业销售物流。物流成 为一门科学则要晚一些，是新学科，是当代正在迅速发展的一门边缘学科。物 流的现代意义尤其体现在物流被视作一个系统、一种研究对象、一个专门的管 理对象，通过采用系统论、信息论、控制论以及最新的经济理论来研究揭示物 流活动即运输、储存、包装、装卸搬运、流通加工、物流信息等的内在联系。 使物流系统在经济活动中从“黑暗大陆”中显现出来，成为独立的研究领域和学 科范畴，使物流活动领域成为企业以至社会通过管理创新、技术创新来获取增 值的“第三幂j 涡源泉”。 目前国标对物流的定义是【2 】：物品从供应地向接收她的实体流动过程。根 据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理 等基本功能实现有机结合，物流活动渗透于社会各个经济领域的各种活动中， 各个领域的物流活动由于对象不同、目标不同、范围不同又形成不同类型的物 流，目前，主要分为宏观物流和微观物流、国际物流和区域物流以及社会物流 和企业物流，企业物流是指企业内部的物品实体流动。它从企业角度上研究与 之有关的物流活动，是具体的、微观的物流活动的典型领域，企业物流可以区 分为以下具体的物流活动。企业生产物流：指企业在生产工艺过程中的物流 活动。这种物流活动是与整个生产工艺过程产生的。实际上已构成了生产工艺 过程的一部分。企业供应物流：企业为保证本身生产的节奏，不断组织原材 料、零部件、燃料、辅助材料供应的物流活动，这种物流活动对企业生产的正 常、高效起着重大作用。企业供应物流不仅是一个保证供应的目标，而且还要 以最低成本、最少消耗、最大的保证来组织供应物流活动，可以说这是企业物 流的最大难点。企业销售物流：企业为保证本身的经营效益，不断伴随销售 活动，将产品所有权转给用户的物流活动。企业回收物流：企业在生产、供 应、销售等活动中总会产生各种边角余料和废料，这些东西回收需要伴随物流 活动，而且在一个企业中如果回收物品处理不当往往会影响整个生产环境。 造成浪费。企业废弃物物流：是指对企业排旅的无用物进行运输、装卸、处 理等的物流活动。总的来说物流管理就是以最低的物漉成本达到客户所满意的 服务水平：是对原材料、半成品和产成品等物料在企业内外流动的全过程所进 行的计划、实施、控制等活动。这个全过程是指物料经过的包装、装卸搬运、 运输、储存、流通加工、物流信息等物流活动的全部过程。 物流对现代的企业来说是至关重要的，目前物流管理己成为继降低人工、 材料成本和扩大产品销售的“第三利润源泉”。那么物流管理是怎样发展起来的 呢? 总的来说物流技术的发展经历了人工物流、刚性自动化物流和柔性自动化 物流三个阶段【”。最原始的物流是依靠人工搬运和输送的人工物流。随着自动 化技术和信息技术的发展，物流管理与自动化技术、信息技术结合后形成了自 动化物流。自动化物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需输送的物料和 相关的设备、输送工具、仓储设施、人员及通讯联系等若干相互制约的动态要 素构成的具有特定功能的有机整体。自动化物流的设计应满足整个制造自动化 系统的需要，即在合适的时间、指定的地点，提供所需数量的物料。自动化物 流系统包括自动仓库、自动输送系统、自动控制系统、自动化识别系统和计算 机管理系统，它是一个新兴的现代化高科技产业，是集光、机、电、信息技术 于一体的系统工程。自动化物流又可以细分为刚性自动化物流和柔性自动化物 流。刚性自动化物流：该阶段的物流管理虽然已经利用了自动化技术，但是物 流系统的管理还是一种重规则的、金刚石式的、程式化的管理模式。柔性自动 化物流：柔性系统是相对于刚性系统而言的，柔性系统重视外部环境，重视环 境变迁对系统结构的影响，是一种重个性的、可塑性强的管理模式。 1 2 国内外物流管理的现状 1 2 1 国外物流管理的探讨 西方发达国家对物流管理一贯十分重视。随着生产规模的不断扩大和现代 制造技术的推广使用，尤其是计算机技术的日新月异，使制造业中新的生产组 织方式不断产生，从而导致了物流管理的重大变革，从本世纪六十年代起，相 继出现了许多新的物流管理模式，其中具有代表性的有【4 l ： ( 1 ) m r p i i ( m a n u f a c t u n n gr e s o u r c ep l a n n i n gi i ) 即制造资源计划。m r p i 】是 八十年代初人们在闭环m r p ( 物料需求计划) 的基础上，把技术、检验、财务成 本等子系统与其相结合而发展起来的。m r p i i 是要有效地利用各种制造资源， 实现广泛的管理信息集成，从而实现控制库存，降低制造成本，实现企业管理 的整体化。m r p i i 实质上不仅是一种物流管理方式，也是一种现代生产管理模 式，它将物流管理与生产管理融为一体。 ( 2 ) e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 即企业资源计划。e r p 是在m r p i i 的 基础上演变和发展的，是企业信息资源的进一步集成。它利用信息科学的最新 成果，根据市场需求对企业内部和其供应链上各环节的资源进行全面规划、统 筹安排和严格控制，以保证各类资源得到充分合理的应用，从而达到提高生产 2 效率、降低成本、满足顾客需求、增强企业竞争力的目的。 ( 3 ) 儿t ( j u s t i n t i m e ) 即准时制生产。j i t 是一种以各种物料的零库存为目标 的管理模式。基本思想之一是屏除一切浪费。一方面j i t 要求达到最完善的工 作质量和产品质量，使可能的产品缺陷减至零；另一方面j i t 认为库存也是一 种浪费，要求将库存减至零。这样就使管理者在事前要对生产经营过程中可能 出现的情况进行预防和控制，从而提高企业的管理水平。 ( 4 ) a m ( a g e n tm a n u f a c t u r i n g ) 即敏捷制造。a m 是网络时代的重要产物，其 关键是制造资源通过网络在不同联盟之间的快速有效集成。企业问通过建立动 态联盟来进行产品的经营、开发、生产和销售。这样就要实行有效的信息管理 系统，为制造资源集成过程中的各种决策活动提供实用、准确、及时的信息。 在网络经济时代，信息管理系统的网络化是企业生存发展的必然举措。 1 2 2 国内物流管理的现状 改革开放的二十年里，国外物流管理系统中优秀的m r p i i ，e r p 管理软件 进入了我国，给企业带来了无限的生机。到现在，我国建立物流管理系统的企 业接近5 0 ，确实取得了一定的成绩，批物流管理系统正逐渐走向成熟，为 我国企业的现代化发挥着应有的作用。然而，随着制造业向全球化过程的迅速 发展，国内许多企业的经营规模不断扩张，在一个地区建立了大量的分支机构， 并且企业间的分工合作越来越密切，形成了网络式的经营环境。企业原有系统 在实际应用中越来越显示出众多弊端，主要表现如下【5 j ： ( 1 ) 相当一部分企业的物流管理系统是基于早期平台开发的，随着系统设备 的不断升级改造，计算机软硬件的迅速发展，无法在当前的操作系统中运行。 ( 2 ) 大多数物流管理系统是基于单用户的小型数据库系统，数据访问的开发 性支持得不好。特别当把系统迁移到网络环境下，用户访问量增大之后，往往 不能正常运行甚至陷于瘫痪。 ( 3 ) 在i n t e r n e t i n t r a n e t 技术蓬勃发展的今天，基于传统两层客户，服务器模 式下开发的系统在向互联网迁移时，技术障碍大等实际困难不能解决。 ( 4 ) 当前经济向全球化发展，企业经营规模范围扩张，原有系统对各地的予 公司管理困难对异地产品库存及资金不能有效控制，没能形成物流管理的网 络化体系。 ( 5 ) 企业生产环节缺乏先进有效的管理方法，内部资源缺乏合理配置，信息 沟通不畅，上传下达不及时。 1 3 企业铁路物流管理的现状和存在的问题 美国于1 9 6 4 年在盖脱威编组站建成世界上第一个企业铁路自动化系统。 日本在企业铁路运输调度自动化系统的研制技术方面积累了丰富经验，值得中 国铁路借鉴。在我国，冶金、石化、煤矿、港口、码头等重点行业领域中物品 的运输量非常巨大，许多企业单位按每年运进运出货物的总量统计就可达到数 千万吨，部分企业甚至达到了一亿多吨，在大多数企业这些货物的运输主要是 依靠企业自各铁路实现的，在这些企业中自备铁路除了承担将货物运进运出本 企业的任务以外，还承担着在企业内部各工序、各部门之间运送原材料、燃料、 半成品、成品的任务。据统计，目前我国企业自备铁路站场约有1 0 0 0 0 个。针 对这些数量众多的自各铁路物流运输生产调度自动化系统的研究工作起步较 晚，是在7 0 年代中期才开始进行的。虽然在近十几年内已有十几企业铁路正 在研制或实现了范围不同、程度不等、调速工具多样的自动化系统，取得了一 定的成就。但是总的来说目前我国的自备企业铁路运输调度仍处于以人工指挥 为主、应用系统分散孤立、基础信息不完备、数据共享能力差、安全措旌薄弱 的落后局面，从整体上看，还不能适应大规模生产和发展的需要，面临着许多 亟待解决的问题。主要表现在【6 】：规划不合理。铁路运输调度管理缺乏整体 规划，各环节没有理顺，布局不合理、成本很高、方式单一，导致企业整体效 益不佳。专业化程度不高。业态发展不平衡；信息化程度低。营销和经营水 平不高，目前不少从事钢材、煤炭、石化和建材贸易的经营企业，大多还处于 电话联系、手工操作、人工装卸较低层次的运作阶段；专业化程度不高。物 流运输、仓储的现代水平较低，物流中心和配送中心的建设在规模和发展速度 上都还不适应现代信息管理系统的要求：信息管理系统专业人才短缺。信息 管理系统人才是企业的信息管理系统发展的关键，也是物流企业成长的保障。 而企业信息管理系统或流通领域的物流管理和人才培养，相当滞后。 另外，企业铁路站场车辆信息、作业信息以及货物信息管理仍然处于人工 记录的管理方式。这些物流信息非常庞大，而且又时时刻刻都在动态的变化， 因此用原始的人工管理方式就需要一定数量的人专门来每天二十四小时不停 地跟踪记录这些庞大的动态变化的物流信息。由于人为疏忽和误操作，经常不 能实时准确的掌握站场的物流信息，从而给下一步的作业带来了困难，甚至使 整个作业不能顺利继续进行，这就为企业的生产等各个方面带来了严重的后 果，最终直接影响了公司的效益。随着工矿企业生产规模不断扩大，铁路运输 作业任务也越来越繁重，企业铁路不断的扩建，物流运输量也越来越庞大，而 铁路运输物流管理仍采用这种人工的方式是难以实时并准确的管理这些庞大 的物流信息的。 总之，到目前为止企业铁路物流自动化管理研究方面还是非常薄弱，虽然 已有少数单位开始进行企业铁路物流管理系统的研究工作并取得了一定的成 就a 例如，长沙铁道学院经管院开发的专用铁路运输管理信息系统。该系统包 括八个子系统：现车管理子系统、装卸车管理子系统、原料及产品管理子系统、 生产设备管理子系统、机车管理子系统等；兖矿集团铁路运输处开发的矿区铁 路运输现在车管理系统以及神化西部铁路运输股份有限公司开发的准铁路运 输管理信息系统。这些系统实现了一定程度上企业铁路物流的自动化管理提 高了企业的经济效益，提高了企业的现代化管理水平。但是这些单位开发的企 业铁路物流管理系统，主要是从调度管理的角度进行考虑，针对铁路运输车辆 管理业务而设计管理系统，缺乏物流过程控制层，不是完整的柔性自动化物流 系统。随着现代企业和公司日益扩大的生产规模，对铁路运输提出的更安全、 更高效率的要求，使研究采用企业铁路物流管理自动化技术变的越来越迫切。 1 4 课题的来源及主要研究的内容 课题来源于上海梅山钢铁公司企业铁路智能运输调度综合信息平台项目。 该项目获得了国家8 6 3 计划项目支持。该系统已研制成功并应用于上海梅山钢 铁公司、马鞍山钢铁公司等国内大型工矿企业，主要面向各企业所覆盖的自备 铁路站场。系统主要包含三方面内容：计算机联锁子系统、物流管理子系统和 机车无线作业子系统。该系统是基于计算机网络技术和数据库技术的一套信息 传输控制系统。本课题主要研究内容： ( 1 ) 分析企业铁路物流的发展和现状以及所存在的问题。 ( 2 ) 研究铁路运输调度作业数据的信息化、电子化、车号自动识别、铁路信 号计算机联锁、机车无线作业等技术，并研究利用这些技术实现企业铁路物流 运输调度综合自动化管理以及运输中的车辆与所运送物料的全自动跟踪。 ( 3 ) 分析企业铁路物流运输调度作业流程，提出了一种新的企业铁路物流运 输调度综合自动化管理方案。 ( 4 ) 以上海梅山钢铁公司为例，给出了企业铁路物流运输调度综合自动化管 理系统架构，并采用u m l 语言对该系统进行建模。 ( 5 ) 研究分析容错技术，提高系统的可靠性。 ( 6 ) 提出并探讨利用人工智能技术实现企业铁路物流运输调度计划的智能 编制。 1 5 本章小结 本章首先分析了物流起源和物流的概念，然后从分析当前物流管理现状入 手，并着重分析了企业铁路物流运输调度管理的状况，指出了目前企业铁路物 流管理方式所存在的诸多弊端以及目前国内其他已研制成功的企业铁路物流 管理系统的不足。最后阐述了本课题的来源和研究内容。 第二章企业铁路物流自动化管理的相关技术及应用 如何将铁路信号计算机联锁控制、机车无线作业、车号自动识别等自动化 技术应用在企业铁路物流自动化管理领域，实现企业铁路物流运输调度综合自 动化管理是本课题主要研究内容。因此，在本章各节分别对铁路信号计算机联 锁控制、机车无线作业、车号自动识别技术以及它们在企业铁路物流运输调度 自动化管理的作用进行探讨和研究。 2 1 铁路信号联锁技术 2 1 1 铁路信号联锁技术的发展 信号联锁技术的发展已经经历了机械联锁、电气联锁的阶段，现在正向电 子化阶段迈进。在我国铁路上应用着多种车站联锁系统，根据控制道岔和信号 机以及实现联锁的集中化程度，基本上分为非集中联锁系统和集中联锁系统。 非集中联锁系统在识别、消除和减弱危及行车安全的技术措施不够完善，只能 应用予运输不很繁忙且电源不够可靠的车站上。集中联锁系统是指集中地在信 号楼对信号机和道岔进行控制，且联锁机构也集中于信号楼的联锁系统【7 1 。目 前广泛采用的集中联锁系统是由继电器元件实现联锁逻辑，所以也称为电气集 中联锁系统。它用电气控制方式集中控制和监督车站的道广，信号灯，区段和 进路，并实现它们之间的联锁关系，典型的系统是6 5 0 2 电气集中联锁系统。 随者微型计算机的问世，以及容错理论和技术的发展，一些发达国家用微 型计算机代替了继电器电路，研制出了微机联锁系统。微机联锁系统是以微型 计算机为主要技术手段实现车站联锁的实时控制系统。该系统的基本任务是对 车站值班员的操作命令及现场各种表示信息通过计算机进行逻辑运算，并辅以 各种“冗余”及“故踌一安全”措旌。从而有效地对信号机和道岔等进行安全控制 【8 1 。 目前。计算机联锁系统仍以集中式控制系统c c s r c e n t r a l i z e dc o n 打o j s y s t e m ) 为主；另部分为较先进的集散式控制系统d c s ( d i s i b u t e dc o n t r o l s y s t e m ) ，并且向具有远程控制能力的方向过渡【9 】，如合肥工业大学研制的 h j 0 4 a 铁路信号计算机联锁系统；而现场总线式控制系统f c s ( f i e l d b u sc o n t r o l s y s t e m ) 作为一种新的技术将是未来的发展趋势。铁路信号计算机联锁系统是利 用铁路信号控制铁路运输的一个计算机控制系统，无论从系统的硬软结构或是 容错设计来看，许多铁路信号计算机联锁系统是类似的，所以，本文将以合肥 工业大学研发的h j 0 4 a 计算机联锁系统为实例来迸行阐述。 2 1 2h j 0 4 a 铁路信号计算机联锁系统结构 t h j 0 4 a 铁路信号计算机联锁系统是实现铁路站场内信号、道岔、进路三 者联锁关系的技术保障系统，它以二级互为复核的集散式工业控制计算机网络 为核心、贯穿c 逻辑冗余的设计思想、引进相位判断机制，配以多种专门研制 的故障安全型检测、执行设备以及成套专用软件包，从而实现安全可靠的 联锁控制。其结构如图2 一l 所示。 亚不肝亚小肝 理网坠= 型 毒 液晶显示大屏 俑圃 卜_ r 虱 。i 千电千9 年5 l l 干 t 同 i1ll圉 副切换装置御 审”审凡宙m 6 占u - 6 8 i i 道岔结合模块il 信号结合模块il 轨道结台模块i + + l 道岔 li 信号机 ii 轨道电路l 机对话层 锁运算层 核驱动层 结合层 控对象层 图2 一lh j 0 4 a 系统总体结构示意图 l 、人机对话层 将键盘、鼠标等输入设备的操作输入，传递到联锁计算机中，运用一机多 屏技术在多台计算机屏幕上显示整个铁路站场的图形表示信息，也可以使用液 晶显示大屏来显示站场的图形和文字。人机对话层是站场工作人员进行现场观 察、发布操作命令、进行其他处理的窗口。它主要包括各类显示设备、输入设 备、管理网络等，这些设备基本上位于总控制室中，方便管理和控制。 2 、联锁运算层 联锁运算层通过联锁计算机上运行的联锁软件实现操作输入的判别、联锁 信号分析、逻辑运算、控制命令生成、故障诊断等主要任务，在确认无误后将 控制命令下发给p l c 。系统中设置了两台联锁计算机，互为冷备，可人工进行 按钮切换。 3 、复核驱动层 复核驱动层由p l c 可编程逻辑控制器组成。承担着采集现场表示信息并 对其进行调用处理、对联锁主控机的控制命令进行复核并驱动现场设备动作和 7 系统自我监测等任务。 4 、结合层 结合层是联系计算机联锁与监控对象的中间纽带1 0 l ，主要有以下任务； 实现现场监控设备表示信息的电平一静动转换以及p l c 输出脉冲驱动信号的 动，静一电平转换，使p l c 的输入、输出信息具有故障一安全性能。采用专 用电路规范监控设备的测控过程，并为系统自我监测提供硬件支持。“h j 0 4 a 铁路信号计算机联锁系统”包括轨道电路电压值的状态检测、转辙机控制及道 岔表示信息检测、信号机控制( 含回测) 及灯丝检测三种基本结合电路。 5 、监控对象层 监控对象层是指计算机联锁系统中用以监测站场状态及调度机车的信号 控制设备，有作为列车行车信号指示用的色灯信号灯、转动道岔用的转辙机、 检测站场内轨道区段空闲或占用状态的轨道电路和作为轨道电路冗余设备用 于对过车车轴计数的总线式智能计轴器。 2 1 3h j 0 4 a 系统基本工作原理 信号员收到值班员下发的任务后通过鼠标在显示的站场图形上预排进路； 上位机联锁程序对要预排的进路进行逻辑运算，在判断条件正确后将道岔驱动 命令下发给p l c ；p l c 收到道岔驱动命令再进行一次复核，条件满足后通过结 合层设备输出驱动信号给室外道岔使之操动到正确位置，同时将道岔等状态通 过结合层设备上报给上位机显示站场实时运行图形；上位机联锁程序判断道岔 位置正确且其它条件( 区段空闲、无敌对进路等) 也符合后，将信号机开放命令 下发给p l c 。条件不满足将不下发命令并报警；p l c 收到开信号机命令后同样 再进行一次复核，复核发现错误将输出一个关信号灯信号并上报给上位机一个 报警信号，复核正确则输出驱动信号给室外信号机使之开放对应的信号灯并上 传其状态；上位机通过p l c 上报的状态绘制站场实时运行图形并判断现场状 态与执行命令的结果是否一致，不一致则进行报警；另外p l c 会将轨道状态 实时上报给上位机进行图形显示( 轨道占用显示红光带、空闲显示蓝光带、预 排显示白光带) ，上位机会根据行车条件下发关灯、区段解锁等命令】。 2 1 4 联锁系统在物流管理自动化中的作用 计算机联锁系统所需要的机车操作命令来源于操作员根据信息系统所提 供的当前各个站场的信息所编制的调度作业通知单。但联锁程序需要根据调度 作业通知单的内容，解析出具体的操作命令。根据车站行车值班员或调度中心 调度员编制的机车作业计划，自动生成信号的进路操作指令。操作员根据屏幕 显示的进路预排情况确定每一条进路的执行时机，并确认执行。列车进路办理 在设备故障状态下可自动降级选择办理直至无法办理。目的是取消以前的纸质 计划单传输，在显示屏幕上显示计划员发送的计划单，从而达到无纸化计划传 送以提高效率；依据计划单实现自动预排进路( 信号操作员需确认) 从而提高系 统安全性及自动化水平。进路自动生成和开放系统主要分三部分处理：一是根 据操作员所发送过来的调度作业通知单结构的元素内容找到每勾作业的始端、 终端信号机；二是搜索从始端到终端信号机所经过的进路；最后是自动开放这 些进路。对于每一勾的作业执行情况都要反馈给信息系统处理，以保证综合自 动化系统中的信息一致性。 以往的企业铁路物流管理系统主要是从调度管理的角度进行考虑，针对铁 路运输车辆管理业务而设计管理系统，缺乏物流过程控制层。计算机联锁系统 实现了企业铁路机车运输的自动化调度，因此企业铁路物流管理环境中，应用 计算机联锁系统可以实现物流的整个运输过程控制。这样就可以把铁路物流管 理系统和计算机联锁系统有机结合在一起，使得企业铁路运输物流成为一个整 体。从而计算机联锁系统为企业铁路物流运输的综合自动化管理奠定了一定的 基础，为企业铁路物流的自动化管理提供了必要的条件。 2 2 自动识别技术 自动设备识别技术是目前国际上发展很快的一项新技术，英文名称为 a u t o m a t i ce q u i p m e n ti d e n t i f i c a t i o n ，简称a e i 。该项技术的基本思想是通过采 用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备在不同的状态移动静止或 恶劣环境下的自动识别和管理。 2 2 1 自动识别技术的类型 目前应用最广泛的自动识别技术大致可以分为两个方面【他】：光学技术和无 线电技术。其中光学技术中普遍应用的产品可分为：条形码和摄像两大类。这 两类产品目前已广泛应用于人们的日常生活中，并已为人们所熟知。比如：条 形码用于商品管理，摄像用于抓拍违章车辆等。 无线电技术在自动识别领域应用中更具体的技术名称为射频识别，英文为 r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f l c a t i o n 简称为r f i d 。射频识别系统的组成一般至少包 括两个部分【l3 】：电子标签英文名为t a g ：阅读器，英文名称为r e a d e r 。 电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，应用中电子标签附着在待识别物 体的表面。阅读器又称为读出装置，应用中可无接触地读取并识别电子标签中 所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。进一步通过计算机及计算 机网络可实现从物体识别信息的采集、加工处理及远程传送等管理功能。 射频识别技术从其采用的频率不同可分为低频系统和高频系统两大类： 低频系统一般指其工作频率小于3 0 m h z 典型的工作频率有1 2 5 k h z 、2 2 5 k h z 、 1 3 5 6 m 等，在这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支 持其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离 9 较短( 无源情况典型阅读距离为1 0 c m ) 、电子标签外形多样( 卡状、环状、钮扣 状、笔状) 、阅读天线方向性不强等；高频系统一般指其工作频率大于 4 0 0 m h z ，典型的工作频段有：9 l 5 m h z 、2 4 5 0 m h z 、5 8 0 0 m h z 等。高频系统 在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签 及阅读器的成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远( 可达几米 至十几米) ，适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及电子标 签天线均有较强的方向性1 4 1 。 2 2 2 车号自动识别系统工作原理 在本文研究的铁路物流运输调度综合自动化系统中，车号自动识别系统采 用的是无源微波反射调制自动识别技术。基本系统组件包括：电子标签( 含有 车辆的标识信息即车号车次信息) 和地面阅读器( 或称为地面读出装置) 。其中地 面阅读器还肩负着向服务主机传送信息的任务，由软件完成车号数据记录整理 工作。自动设备识别系统从原理上说包括三个核心部分：电子标签；地面 读出装置即电子标签信息阅读器；计算机通讯系统。其中电子标签又是系统 中最基本的部分，地面读出装置的设计围绕电子标签的工作原理来设计整个系 统中待识别物体的标识信息的流程如图2 - 2 所示。 l 糕pl 宴舌囊割_ | 到恻一黼fl 标签f牍出装置ll 模铡i 模劂f 讯系统i 图2 2车号自动识别流程图 下面分别对构成车号自动识别系统的基本组件进行详细说明。 l 、t a g ( 电子标签) 车辆电子标签用于存储车辆身份信息，其存储的车辆身份信息具体内容如 图2 3 所示： 属 换换制制制 制 主垄 车 长长造造造 性 高低厂年 焦 造 种 位位高低 码 位位 月 型号 l23456 789 l o1 11 21 31 41 51 61 71 81 92 0 1 2 1 图2 3电子标签示意图 2 、r e a d e r ( 读出装置) 读出装置主要包括读出装置主机和微波收发天线。它能全天候自动采集旅 1 0 测点的路局车辆通过信息。读出装置采集到的数据包括数据信息和设备状态信 息。数据信息主要包括：车次、车号、车型、辆序、总辆数、车辆到达时间、 车辆通过时间和其它需加载信息等。 3 、计算机通讯系统 车号识别装置接口为r s 2 3 2 和r j 4 5 ，由于现场采集信号通讯距离较远( 大 约3 公里) ，采用专线m o