原油远洋运输方案全局优化与软件系统开发
[摘要]研究了原油远洋运输计划编制面临的问题，提出了实现全局优化的管理方法，并开发了一款用于原油远洋运输方案编制的优化软件，以动态聚类图的方式辅助业务人员完成运输方案的编制工作，有效减低人工劳动强度，提高计划编制的经济性与时效性。
[关键词]原油远洋运输；运输方案；软件开发；全局优化
[中图分类号]F253.4；F550.74 [文献标识码]A [文章编号]1005—152X（2017）03—0143—04
1引言
近年，我国原油进口总量逐年上升，海关数据显示，截止至2016年9月我国原油进口量达到2.84×109t，其中约90%通过远洋油轮运输回国，年总运费超20×108美元，油轮滞期损失约2×108美元，此外，还存在巨额的亏舱、靠港费用损失难以统计等问题。我国原油进口的特点体现为数量大、批次多、种类繁杂、船型各异、方案编制人员劳动强度大、计划时效性不高、运输成本相对较高。
我国原油远洋运输已发展成为集团化联盟运作模式。各家炼厂按月将炼油需求上报给集团公司，由集团公司指定下属原油贸易公司统一组织采购并编制多船联盟远洋运输计划将油源海运回国。这种将小批次油品拼装成大船的方法可有效节省进口原油的远洋运输费用，同时对原油远洋运输方案的编制提出了较高的要求。
2原油远洋运输方案编制面临的难题
原油远洋运输的顺利运营依赖于经济而有效的远洋运输方案，而一个较好的原油远洋运输方案首先应满足所有限制条件，其次应尽量保证运输方案总费用较低。判断运输方案的经济性常用的标准包括：拼装在同一船的各批次油品装港之间航程较短，卸港之间航程也较短；油轮在各装港的装油等待时间不长；所有卸港的油轮抵达时间较为均匀，不出现多船“积港”现象。
当前编制和校核运输方案时，需要利用炼厂油品需求数据表、国际原油市场资源数据表、长期合同油源数据表等多种数据表格逐条进行比对分析，选出可拼装运输的油源进行采购并编制成拼装运输计划。然而庞大且繁杂的进口原油运输数据往往会相互影响，经常出现满足了航程优化但难以兼顾时间优化，满足了时间优化却又违反了某类限制条件等相互矛盾的情况，最终严重降低了方案制定的时效性和经济性。
原油远洋运输方案优化是一种包含空间、时间、船型及油种等多重维度组合变量优化的NP难问题，一般可采用遗传算法等现代自启发式算法实现计算机自动优化。出于对算法搜索时间的考虑，局部运输方案的优化采用计算机自动优化算法，而对于运输方案的全局优化则需采用聚类图解法来实现。
3原油远洋运输方案图解法优化软件开发
原油远洋运输动态聚类图解法将各种维度的数据进行时间一空间聚类、分散、合成，而后利用合成半径扫描、资源一需求相交线、资源拼装筛选表等手段进行远洋运输方案的寻优控制，通过业务人员的聚类拼装过程发掘启发性优化信息，从而与炼厂协商调整油种、数量、到货期限等各类初始条件，动态模糊优化各类限制条件与决策变量，从而优化运输方案，节约运输费用。
3.1软件操作主界面设计
原油远洋运输方案图解法优化软件是采用c#语言开发的C/S系统平台，利用SQL Server数据库管理系统构建系统数据库。数据库内将所有相关数据按类型分为支持数据和业务数据，支持数据是指原油远洋运输相关且一般不随月份变化的基础数据信息，例如港口航程数据、原油装港数据、原油卸港数据、船型数据、运河数据等；业务数据是指与炼厂月度生产计划相关且需按月份更新的动态数据，例如初始需求数据、市场资源数据及拼成油品数据等。
操作主界面设计有四个单元，分别为初始需求数据表单元、市场资源数据表单元、拼成油品数据单元及拼装方案图形展示单元，如图1所示。
初始需求数据表用于展示初始需求待拼油品数据，市场资源数据表用于展示可采购的资源油品数据，拼成油品数据表用于展示完成拼装的油品信息及船舶信息，拼装方案图形展示单元则将油品拼装信息图形化，以动态聚类图的形式展现，实现化繁为簡、所见即所得的进行运输方案编制的目的。
3.2软件功能设计
3.2.1油品资源筛选功能。油品装，卸港航程选择不当会造成亏舱损失、无法进出港等后果，而装/卸期选择不当则有可能造成“积港”、炼厂供应不足等后果。在进行运输方案编制时，油品装/卸港航程及装/卸期的选择将直接影响运输方案的优劣。因此，原油远洋运输方案图解法优化软件中设计油品资源筛选功能，可实现装港航程筛选、卸港航程筛选、装，卸期筛选及油品数量筛选。
（1）装港航程筛选功能。我国远洋进口原油的采购地区主要包括中东、西非、美洲及巴西等几大区域，油品资源进行区域内船运输。软件设计将各区域港口间航程存储于数据库内，对于因政治、港口吃水深度等限定因素制约而无法进行相互拼装的港口，则将其航程以较大数据存于数据库，确保在进行装港航程筛选时会被过滤剔除。
装港航程筛选时，在初始需求数据表内选中某待拼油品，并在装港航程范围框中输入航程上限值，当装港航程范围框失去焦点时，市场资源表中自动过滤装港航程范围小于上限值的油品。
（2）卸港航程筛选功能。我国油品卸港遍布全国各大港口，港口间航程同样存于数据库内。在进行卸港航程筛选时，在卸港航程范围框中输入航程上限值，则当卸港航程范围框失去焦点时，市场资源表中继续过滤卸港航程范围小于上限值的油品。
（3）装脚期筛选功能。软件设计装，卸期筛选功能时，将市场资源表中待筛选的油品资源作为第一港装/卸船，初始需求数据表内选中的待拼油品作为第二港装脚船，进行装/卸期筛选时，根据公式（1）计算油轮由第一港抵达第二港的时间。
装/卸期筛选时，在装/卸期范围框中输入日期允许范围，则当装，卸期范围框失去焦点时，市场资源表中继续过滤装脚期范围小于上限值的油品。
（4）油品数量筛选功能。在油品数量框中输入需要筛选油品的数量，并同时输入油品数量允许上下限，系统自动过滤屏蔽市场资源表油品数量超出下限范围的油品。
油品资源筛选功能可以有效缩小拼装方案的寻优范围，同时实现由系统内部算法代替人工判断港口间是否可拼装的步骤，辅助人工提高船期计划优化效率及准确性。
3.2.2拼船功能。市场资源表中经过筛选存留下的油品资源，经人工二次优选后可与选中的待拼油品拼船运输。软件设计以“整数+小数”形式为油品的“指定拼船”编号，“整数”部分为油轮编号，“小数”部分代表油轮所载油品编号，因此，标以相同油轮编号的油品代表拼成一船运输回国，如“指定拼船”编号分别为1.1和1.2的两个油品资源使用1号油轮装载运输。在进行拼船操作时，标有相同油轮编号的油品会被确定为同船运输，同时将拼装完成的油品从初始需求表内删除并复制到拼船方案数据表内。
3.2.3拆船功能。我国原油远洋运输使用油轮多为VLCC，计费吨26万t。当炼厂提报的需求油品数量超过26万t，或者按油品原始需求数量无法完成拼船运输时，业务人员需要将提报的油品资源进行拆分后再进行拼船运输。软件设计有油品拆船功能，拆分后油品的油品编号由“整数+小数”组成，整数部分延续拆分前油品编号，以小数部分进行区分，如油品编号为1的油品可能拆分为1.1和1.2两个油品，实现油品拼船运输灵活性的最大化。
3.3原油远洋运输方案图解优化的实现
对原油远洋运输方案进行图解优化，可以有效整合各类运输数据，形成直观形象的原油远洋运输方案图型，为业务人员提供需求批次到货期、接收港口空闲度、拼装方案经济性等系列启发性信息。将数量庞大且繁杂的数据表转化为清晰明了的聚类图，可直观显示需求油品是否得到落实、油品是否满足到货期限、各港口油轮到港均匀度及各船运输方案的经济性等。
方案图形展示图以卸载港口为纵坐标，按照实际由南到北地理位置从上至下排布，以油品限定，实际到货期为横坐标，从左到右依次增加排列。运输拼船方案由代表油品的不同形状图形（圆形代表初始需求待拼油品、方形代表成功拼船油品）、油品标签和拼船连接线组成，如图2所示。油品标签由“油品编号一供应企业一油品名称一油品数量”组成。连接线包括两种：依次连接同船运输油品的虚线，用于校核拼船方案；连接油品的初始需求与实际方案的实线，用于校核油品的到货日期。
油品图形以限定到货日期/实际到货日期为横坐标、卸油港口为纵坐标分布于图形方案展示区。利用油品图形在图形方案展示区分布空间位置即可校核原油远洋运输方案。例如：若将图形中同船已制定计划的油品连线后，上下距离较长，则表示卸港间航程较远，将造成较大不满载损失；左右距离较长则表示必然有船等待卸油，造成较高滞期损失。将需求油品与已制定计划的油品对应连线后，若左右距离较长，则表示油品实际到货期过早或过晚，滞期损失大或有可能导致炼厂停产。软件操作流程如下：
（1）从数据库将该月份的初始需求数据载入初始需求待拼数据单元，将该月份市场资源数据载入市场资源数据筛选单元。
（2）利用图形方案初始需求油品图形，按照从左到右、从下到上的油品拼装顺序，选中所有图形中位于最左侧最下方的油品作为首先拼装油品。
（3）初始需求油品中选中待拼装油品，在市场资源筛选中进行装，卸港航程的筛选、装/卸期的筛选及油品数量的筛选，过滤出满足拼装条件的油品资源，并优选出可与该需求油品拼船运输的油品资源。
（4）初始需求待拼数据中，将选中油品的“指定装船”中分别输入代表拼成一船运输的指定编码。
（5）按上述步骤依次对初始需求待拼数据中的油品数据进行拼装。
（6）利用方案图形展示单元，通过检查各油品图形之间的空间关系，即可校核拼成油品的拼船方案和到货日期，校验方案合理性。
（7）对于不合理的拼船可在拼船方案数据展示单元中选中这部分数据，单击“拆散拼船方案”，這部分数据重新显示到初始需求待拼数据和市场资源数据中，转到步骤（2），按上述步骤重新拼船。
（8）校核方案合理，单击“导出拼成油品”按钮将拼船方案以Excel表格形式导出，完成该月份原油远洋运输方案编制，具体流程如图3所示。
4结语
原油远洋运输方案编制图解优化软件可实现油品资源筛选、拼船、拆船等功能，将原油远洋运输的所有数据信息及方案以图形化的方式展示给业务人员，免去了人工逐条比对筛选数据的庞大工作量，解决了兼顾各种限制条件约束的难点，降低了方案编制失误的风险，提高了远洋运输方案编制的时效性与经济性。
