基于专家系统的挖泥船作业辅助分析与优化决策研究

摘要

挖泥船是水利疏浚的重要疏浚工具之一,在航道疏浚中有非常重要的作用。挖泥船有多种船型但其基本工作方式相同,首先通过斗轮、绞刀、泥耙等不同的切削工具剥离待改造泥层上的泥沙形成泥浆,然后通过泥泵将泥浆吸入船舱,装入配套的运输船转运或直接将泥浆通过管道输送到水面让水流带走泥沙,还有的是通过数公里的排泥管将泥浆输送到岸上进行吹填工程。绞吸式挖泥船是挖泥船中的一种类型,适用于挖掘松散沙、砂壤土、淤泥等松散软塑粘土。
　　 由于疏浚环境的复杂性,疏浚作业过程中,操作人员需要不断地对疏浚设备运行状态进行调整,以防止管路堵塞并尽可能的提高疏浚效率。但挖泥船设备控制系统复杂,操作人员难以对最佳工况进行准确的估计以实现各疏浚设备的协调工作。绞吸式挖泥船疏浚作业过程中舱内泥泵和绞刀运行的能耗占总能耗的80％,对泥泵和绞刀的运转进行优化控制,在不发生管道堵塞的前提下使挖泥产量极大化和能量浪费最小化,可有效地降低作业能耗并提高工效。因此本文提出了一套基于专家系统的优化作业解决方案,并开发了疏浚作业数据辅助分析及施工参数优化决策软件。
　　 本文首先介绍了课题研究的背景和挖泥船作业优化研究现状、绞吸式挖泥船疏浚系统的构成,依托实际项目分析了绞吸式挖泥船控制系统的功能需求,基于专家系统设计挖泥船优化作业专家系统解决方案。专家系统以现有疏浚行业标准、泥浆输送优化理论成果、疏浚仿真结果等为基础,针对当前施工条件分析疏浚设备工作特性,推理出疏浚效率最大化、能量损失最小化、参数匹配最优化的施工参数值,达到疏浚作业优化的目的。本文详细设计了挖泥专家系统知识库,并阐述了知识库获取新知识的方法。对专家系统的数据分析功能做了分析,针对挖泥专家系统的智能参数分配功能,对优化推理流程进行了详细设计。最后,以VC6.0为开发平台对挖泥船疏浚作业数据辅助分析功能及施工参数优化决策功能进行了初步实现。