《系统工程 第6版》 课件 实例五 海洋石油后勤基地海智能排程系统开发与应用

实例五：海洋石油后勤基地海智能排程系统开发与应用目录1研究背景1.1公司定位1.2战略背景1.3行业对标2问题分析2.1核心问题2.2现实问题2.3资源情况分析2.4问题分析2.5主要影响2.6问题小结3解决方案3.1解决思路3.2数字化信息采集3.3明确关键路径3.4识别作业态势3.5数学模型构建3.6模型求解3.7输出结果4预期效果4.1输出对比4.2数据对比5推广价值5.1经济效益5.2社会效益5.3推广价值1研究背景1.1公司定位联通陆地——海上生产供应链的物流枢纽保障海上生产的核心要塞中国海油1.2战略背景国家集团公司“找矿增储”的资源保障战略中国海油增储上产“七年行动计划”中海油物流公司改革转型的十字路口“七年行动计划”1.3行业对标港口类型货物船只吞吐量数字化调度张家港港口件杂货◆贸易物资

◆大批量

◆种类少◆万吨级船只

◆物资单一6000万吨作业链条数字化数字化调度海油惠州基地件杂货◆海上生产用料

◆小批量

◆种类多◆三用工作船

◆物资多样48万吨作业链条部分数字化人工经验排程张家港数字化技术应用带来管理决策精准高效，作业效率提升9.6%海油物流港对比人工经验排程，数字化能够有效解决粗放式调度管理存在的问题VS2问题分析2.1核心问题：复杂任务调度8000+家供应商200+海上作业平台16万种生产物资2.2现实问题各项生产数据均创历史新高，单靠传统的人海战术，就能提升作业时效吗？↑24%↑26%↑17%↑

25.9%↑

36.5%↑

5.1万吨2.3资源情况分析人机料法环班组名称人数（人）机具名称数量（EA）流通物料周转量占比作业线名称作业量占比场地名称量化指标装卸班组45叉车69MRO物资15%装箱集港25%基地总面积100万㎡仓储班组39拖车12设备备件5%装船作业30%办公面积30万㎡油库班组26吊车12一般危化品5%加油作业5%现场作业面积70万㎡物料班组11门机4工业气瓶5%输灰作业5%库房60个/9.8万㎡堆场班组57高空作业车1化学药剂5%接电作业3%港岸线长795延米叉车班组26

大宗料35%供水作业3%泊位9个拖车班组11

管材钢材30%解系缆作业1%加油泊位2个/1-2号吊车班组11

放射源出库1%装卸船/加水泊位7个/3-9号门机班组6

放射源入库1%输浆泊位1个/8号码头班组30

卸船作业14%输灰泊位6-7号/2个输灰班组12

移泊作业12%堆场总面积37.2万㎡理货班组2

料棚6个/0.39万㎡调度班组8

资源有限无法改变优化重点人力资源：存在限制成本压力问题机具资源：存在互斥与效率问题环境资源：客观无法改变的事实2.4问题分析末端要因——人工经验排程2.5主要影响2.5主要影响要因主要影响：物资集港与装卸船作业链条排程效率2.6问题小结多路径多目标任务存在识别偏差识别偏差作业状态关系与逻辑无法有效区分逻辑不清作业计划常调整，船舶停泊等待时间长船舶作业等待久人工排程资源时常出现波峰波谷，利用率不高资源利用率低直接影响间接影响优化方向明确关键路径识别作业态势优化目标明确关键路径识别作业态势3解决方案3.1整体思路核心问题分解目标优化方向理论应用船舶等待时间最(时间维度)明确关键路径(时间最优)工程网络进度资源利用率最大(空间维度)识别作业态势（空间最优）PetriNet模型数学建模人工智能“环”——FCFS/LCFS/最早离港/最短作业原则“机”、“料”——资源均衡原则模型求解算法验证多目标调度优化模型遗传算法求解预期输出相对偏差对比算法迭代优化船舶作业计划图设备设施作业计划图数字化信息采集智能排程系统构建输出计划决策管理实现步骤3.2数字化信息采集基础设施部署智能排程系统规划3.2数字化信息采集智能排程系统规划采用北斗定位技术及差分定位服务对人、机、材进行精准定位利用“电眼电脑”替代“人眼人脑”完成对作业动态记录与识别通过5G+NB-IoT综合组网技术实现港口作业要素数据采集回传数据中心3.3

明确关键路径第一条路径：1→2→3→4→7→8→9→13→14→15→16→17（11小时）第二条路径：1→2→3→4→10→11→12→13→14→15→16→17（11.5小时）第三条路径：1→5→13→14→15→16→17（9.5小时）第四条路径：1→6→13→14→15→16→17（6.5小时）缩短关键路径上的时效，即可实现船舶等待作业时间最短目标，达到时间最优工程网络进度3.4识别作业态势物资集港作业卸船疏运作业装船作业★Petri-Net模型：有效解决多节点、复杂系统、任务并发问题通过明确关键路径上的作业动态关系与逻辑，求解资源利用空间最优库所含义变迁含义P1智能仓库系统工作T1出库开始P2出口堆场占用T2出库结束P3装箱系统工作T3装箱开始P4出口堆场空闲T4装箱结束P5装箱系统空闲T5集货车辆到达P6集运系统工作T6卸车开始P7出港堆场占用T7卸车结束P8装船系统工作T8装船开始P9集运系统空闲T9装船结束P10装船系统空闲T10出港船舶到达P11出港堆场空闲T11进港船舶到达P12出港船舶等待T12卸船开始P13进港船舶等待T13卸船结束P14卸船系统工作T14装车开始P15进港堆场占用T15装车结束P16疏运系统工作

P17疏运系统空闲

P18卸船系统空闲

P19进港堆场空闲

P0智能排程系统工作

3.5数学模型构建集合：15个船舶集合B；作业集合S；船舶b作业集合BSb；泊位集合G；门机集合M；拖车集合T；叉车集合C；吊车集合F；作业s所需设备种类集合SV；作业s所需设备种类v可用设备集合Msv；加油泊位集合GB；输浆泊位集合GC；输灰泊位集合GD；装卸泊位集合GE；加水泊位集合GF。

模型定义3.5数学模型构建目标函数目标函数包含船舶靠泊等候时间最小和基地作业资源使用平衡率最大。其中，基地作业资源利用率最大转变为每个设施或设备作业时长减去所有设施和设备作业时长平均值的绝对值求和，反应资源利用平衡率，其值越小，表明资源利用越平衡。

基于资源均衡理论转变3.5数学模型构建约束条件

3.5数学模型构建约束条件

3.6模型求解遗传算法求解过程

3.7输出结果船舶作业计划图设备作业计划图4预期效果4.1输出对比资源充分利用作业量↑时间↓人工经验排程智能排程VS4.2数据对比时间：对比历史最优整体提升9%资源：有效工时整体提高37.98%作业时长平均作业时间整体减少35%↓35%关键路径时长关键路径时长缩短22%↓22%机具投入机具投入平均降低30%↓30%人员投入工人投入平均降低20%↓20%时间-作业时长空间-资源利用降低成本提高效率5推广价值5.1经济效益当年可为客户节省约1200万船舶租赁费用注：船舶租金4250元/小时，选取2021年智能排程同等作业量下与2020年人工排程对比同等作业量减少作业等待时长约4545小时5.2社会效益同等作业量下柴油消耗减少46730kg汽油消耗减少1590kg21年上半年对比20年同期，基地生产用燃料减少计算根据石油化工生产业关于二氧化碳排放核算的标准计算日均减排1.63kg