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中圖分類號:C913.32 文獻標識碼:A 文章編號:
前沿:近些年隨著國家中部崛起戰略的深入貫徹與落實,跨省、跨市的合作以及經濟特區的打造已經成為引導中部地區經濟快速發展的重要戰略舉措,一系列的區域發展戰略在這一時期得以提出。結合黃梅縣綜合交通運輸規劃的研究成果,對縣域綜合交通運輸規劃中的規劃目地、目標、原則進行了說明,并對布局方案做了詳細闡述。
1、綜合交通運輸規劃的目的及范圍
1.1 規劃目的
落實黃梅縣重要戰略舉措,引領小池鎮跨越式開放開發;打造黃梅作為鄂、贛、皖三省交界現代物流強縣,支撐黃梅縣構建“二區一軸”城鎮體系;促進黃梅旅游業發展、構建“一線四區八城鎮”旅游空間格局;銜接各種運輸方式,打造一體化綜合運輸體系。
1.2 規劃范圍及期限
規劃區域范圍為黃岡市黃梅縣,主要對區域范圍內公路、鐵路、水路等運輸方式形成的綜合交通運輸網絡及相關銜接進行規劃;規劃的重點區域為小池濱江新區。
規劃期限以2012年為規劃基年,規劃目標年擬定為2030年,大致分為三個階段:
近期:2013~2017年;
中期:2018~2022年;
遠期:2023~2030年。
1.3 規劃依據
(1)《公路網規劃編制辦法》、《汽車客運站級別劃分和建設要求》(JT 200-2004 )、《汽車貨運站(場)級別劃分和建設要求》、《港口總體規劃編制內容及文本格式》等行業規范;
(2)相關的交通規劃
《湖北省省道網規劃》
《湖北省公路水路交通運輸發展“十二五”規劃》
《黃岡市交通“十二五”發展規劃》
《黃梅縣交通“十二五”發展規劃》
(3)相關的社會經濟發展規劃
《黃岡市國民經濟與社會發展第十二個五年規劃綱要》
《黃梅縣國民經濟與社會發展第十二個五年規劃綱要》
《九江市城市總體規劃》
《黃梅縣城鎮總體規劃》
《黃梅濱江新城發展戰略規劃》
《湖北小池濱江新區總體規劃》
《黃梅縣旅游發展總體規劃》
《黃梅縣五祖鎮總體規劃》
《黃梅新縣河西區控制性詳細規劃》
《大別山實驗區規劃》
2、綜合交通運輸規劃的原則及目標
2.1 規劃原則
適度超前,先行引導;無縫對接,零距離換乘與轉運;因地制宜,保護環境;注重服務,以人為本。
2.2 規劃目標
布局規劃的目標從兩方面著手,一是概念目標,一是具體目標。
概念目標即以國省道干線、主要港區、旅游公路、物流園區建設為重點,形成“以高速公路、一級公路、鐵路,長江航運為主骨架,以普通國省道和旅游公路為基礎,以縣鄉公路為補充,以重要客貨運場站為節點的布局合理、容量充足、銜接順暢、服務高效以及安全經濟的綜合交通運輸體系。黃梅縣綜合交通運輸體系應適應黃梅縣的跨越式發展需要,總體發展階段由目前的“難以適應”,到近期的“基本適應”,再到遠期“全面適應,適度超前”階段。
根據黃梅縣綜合交通運輸狀況,具體目標分為兩個內容,一是各種運輸方式的發展,涵蓋公路、鐵路、水運、航空四種運輸方式;一是重點發展區域的發展,結合黃梅縣重要戰略舉措,重點打造北部禪宗旅游區和小池濱江新區。
3、綜合交通運輸布局方案
通過梳理黃梅縣現有交通基礎設施,以支持重點發展區域為導向,以縣域主要節點間的客貨流量流向為架構,在黃梅縣規劃布局“兩縱五橫兩環兩樞紐”的綜合交通運輸體系。
3.1 運輸通道布局
整合已有交通規劃,升級現有道路,打通南北旅游通道,適當考慮跨越式發展的要求,進行“兩縱五橫”的運輸通道布局:縱一線-英山至九江綜合運輸通道、縱二線-柳林至小池旅游運輸通道、橫一線-大河至停前旅游運輸通道、橫二線-蘄春至宿松綜合運輸通道、橫三線-太白湖至大源湖綜合運輸通道、橫四線-武穴至龍感湖綜合運輸通道、橫五線-沿江綜合運輸通道。
3.2 圈層布局
在“兩縱五橫”綜合運輸通道的基礎上,構建北部禪宗旅游環形圈和南部沿湖旅游環形圈。強化對旅游景區的支撐,尤其是加強各景區的聯動,增加景區的可達性。
北部禪宗旅游環形圈規劃項目布局圖 南部沿湖旅游環形圈規劃項目布局圖
3.3 其他
除去上述兩個方面的布局,也要對交通樞紐、農村公路、運輸系統、信息系統進行合理布局。
4、重點區域綜合交通運輸布局方案
4.1 城區對外交通布局
梳理現有對外通道,以“擴大容量、過境外繞、內外分離”的總方針為指導,結合黃梅城區總體規劃以及主要對外客貨場站等節點的布局,規劃“兩橫兩縱一環十放射”的對外交通布局方案。
黃梅縣城區對外交通布局方案圖
4.2 小池濱江新區綜合交通運輸布局
根據小池鎮交通發展現狀,結合《湖北小池濱江新區總體規劃》,針對其產業發展格局,強化對工業園區、物流園區、港口碼頭、景區、公鐵站場的連接,對小池濱江新區布局“四橫六縱六聯絡線”的綜合交通運輸網絡。在已有客貨運場站的基礎上,規劃布局一個小池一級客運站、三個大型貨車停車場、三個物流園區、一個多用途碼頭和一個通用機場。
小池濱江新區綜合交通運輸布局圖
5、綜合評價
5.1 技術評價
本次規劃方案實施后,黃梅縣域的公路總里程將達到約5450公里,在現狀里程的基礎上翻了一番多。
2030年黃梅縣公路網規模
目前,全國各地正在掀起各種綜合交通運輸樞紐的規劃和建設。綜合交通運輸樞紐規劃是建設高質量樞紐的前提,但由于我國尚未建立綜合交通運輸樞紐規劃編制標準,已編制的或正在編制的綜合交通運輸樞紐規劃,從范圍到內容或從目標到原則都不一樣,篇章結構更是千差萬別。因此,對已完成的規劃進行歸納、總結是十分必要的,以期利于綜合交通運輸樞紐規劃編制體系的構建和提高規劃編制質量。
2區域性綜合交通運輸樞紐規劃編制存在的主要問題
由于我國尚未出臺區域性綜合交通運輸樞紐規劃編制辦法,已完成的規劃各不相同是必然的。雖然規劃報告的形式和組織結構可以不同,但其核心內容應是相似的。通過對區域性綜合交通運輸樞紐規劃的深入研究,發現存在以下八個方面的主要問題。
2.1無規劃成果
目前,有些區域性綜合交通運輸樞紐規劃僅僅從交通運輸的角度,對城市總體規劃、城市交通規劃、高速公路網規劃、鐵路網規劃、航空發展規劃、港口總體規劃、公路樞紐布局規劃和物流發展規劃等已有的規劃進行匯總,未能從綜合的角度發現問題,并提出相應的解決方案。本文認為,城市總體規劃、城市交通規劃等規劃僅是編制綜合交通運輸樞紐規劃的基礎,并不是依據,如果所編制的規劃與各專項規劃都吻合,那么就沒有編制綜合交通運輸樞紐規劃的必要了。各專項規劃的編制都有其各自的立場,如果完全按照這些規劃實施,將很難達到將各種交通方式有機整合并高效運轉的目的。
2.2概念不清
由于概念不清,導致對規劃目標、原則把握不準確,甚至規劃層次和范圍都存在諸多問題。首先,工作深度不應超出“規劃”階段,應把重點放在規劃階段需要解決的重要問題上。其次,研究對象是“樞紐”,即客貨運量達到較大規模的站場,換言之,公交上落站點規劃、人行天橋建設規劃等不屬于這個范圍。再次,“綜合”這個概念是指兩種以上交通方式在一定范圍內的結合,需要對各種交通方式進行適度整合,當然也包括同一種交通方式的適度整合和多種交通方式的適度整合兩個層次。最后,“區域性”明確了規劃工作范圍,并非僅僅是各種交通方式匯集到城市某個點,而是把某個指定范圍(如一個城市)作為一個區域性樞紐進行規劃。
2.3現狀分析不透切
雖然現行的區域性綜合交通運輸樞紐規劃一般都有現狀分析,但其只停留在對現狀基礎設施的分析上,較少涉及已有交通運輸相關規劃的分析研究。因此,需要增加對現狀有關規劃的研究和分析。
2.4缺乏遠景交通需求預測成果
現行的規劃期限大多確定為20年,也有30年、10年和5年。區域性綜合交通樞紐規劃作為指導各項相關規劃的長遠規劃,其規劃期限應比城市總體規劃的期限長,至少與城市總體規劃的期限相等,建議以30年~50年為宜。對于城市終極發展條件較明顯的城市,其規劃期限還應延長。現有的規劃往往缺乏對城市間交通量的預測,缺乏各站場和通道的交通流量、流向分析,這直接影響到規劃成果的合理性和長遠指導性。
2.5規劃工作深度把握不準
建議依據以下原則把握規劃工作深度:規劃報告的內容和深度應與規劃目標或任務相一致,以能實現既定規劃目標或任務為度;規劃階段無需對規劃項目進行規模、標準及方案等方面的分析研究;規劃工作深度和范圍應與規劃范圍相吻合,即規劃范圍越大,就越具戰略性和長遠性。
2.6多種交通方式的整合程度不當
一是各交通方式的整合程度低,不敢超越現有的專項規劃,僅僅把已規劃的樞紐站場羅列統計到一起。二是過度整合,有些規劃為了整合而整合,不分析交通條件,把各種交通方式強行組合在一起。有些規劃為迎合領導要求,把整個區域或城市的多種交通方式整合到一個樞紐中,建設所謂的“形象工程”“標志性工程”,造成城市局部交通擁堵等問題。三是整合后規模過大。對于特大城市和大城市而言,規劃多個綜合交通樞紐是必然的。確定各樞紐建設規模的上限是關鍵問題,比如一個綜合鐵路站場樞紐的發送旅客量應控制在什么規模為宜,同理,空港、公路客運站和物流站場也存在這類問題。在目前的規劃中,常缺少對規模的研究或優化組合。控制樞紐規模的首要因素是樞紐周邊市政基礎設施現狀及規劃情況。根據本文的初步分析,對應于我國城市規劃現狀水平和交通狀況,一個單式公路客運樞紐的日發送旅客量宜控制在5萬人次以內,一個綜合鐵路客運樞紐的年發送旅客量宜控制在5000萬人次以內,一個空港的年旅客吞吐量宜控制在5000萬人次以內。目前,北京、上海和廣州等特大城市普遍存在嚴重的交通擁堵甚至癱瘓的情況,且這一情況在未來相當長的時間內難以得到改善,因此為確保樞紐周邊交通的通暢和高效,宜適當控制單個綜合樞紐的規模。
2.7未研究各個樞紐的周邊交通問題
通過對我國年發送旅客量1000萬人次的樞紐的實際運行情況進行分析可知,這類站場常常引起周邊道路的交通擁堵和癱瘓,因此在規劃中必需研究樞紐周邊城市道路的規劃問題,提出對已有規劃進行局部修改的方案,確保對外、對內交通的高效、快捷和順暢。
2.8規劃內容不齊全,缺乏規劃項目表
雖然目前尚沒有相關的規程和規范明確區域性綜合交通運輸樞紐規劃應包括哪些內容,但應根據規劃目標和任務,把涉及實現規劃目標任務的內容作為規劃內容。就工程建設領域而言,缺乏項目表的規劃是不完整的,甚至可以視同無規劃成果。項目表是對規劃方案量化和直觀的表達,是指導項目建設的重要依據。根據規劃的內容、深度和實施年限,確定項目名稱、建設規模和宏觀標準等;對擬近期實施的項目,還應包括投資匡算甚至初擬資金籌措方案等。
3區域性綜合交通運輸樞紐規劃編制體系探討
通過對國內多個區域性綜合交通運輸樞紐規劃報告的深入研究,結合樞紐規劃自身的特點,對樞紐規劃報告編制的相關內容進行歸納和提煉,構建由以下內容組成的基本編制體系。
(1)概述。這部分內容是對規劃報告的綜合性概括和論述,其作用是讓閱讀者快速、全面地了解規劃的主要成果。根據這個目標,規劃背景、指導思想、編制依據、主要參考資料以及主要規劃方案等均應包括在內。
(2)交通基礎設施現狀及現有的相關規劃成果分析。現狀分析是任何規劃的基礎工作。現狀分析包括兩個層次:一是交通基礎設施現狀分析;二是現有相關規劃成果分析。現狀交通基礎設施分析應包括公路、鐵路、水運、管道和航空五種交通方式的現狀分析,以及各樞紐的現狀和對外、對內通道的現狀分析。通過對已完成的相關規劃的分析和整合,從中發現與“條條分割、條塊分割”管理相沖突、重復布置、交通不暢等問題。
(3)規劃的必要性和實施可能性分析。通過對規劃區域的社會經濟、發展機遇和區位優勢等的分析,提出規劃的必要性。通過對各項實施基本條件的分析,研究規劃實施的可能性,增強規劃實施的信心。
(4)交通需求預測。交通需求預測是制定規劃方案的主要依據,應包括以下四個方面:①各樞紐站場中各交通方式的客運總量、貨運總量預測。②各樞紐站場集中和發生交通量預測(包括流量和流向兩類成果)。對于大型綜合客運樞紐還應分車型(公交車、出租車、長途客車等)進行流量、流向預測。③各方向進出規劃區域的交通量預測。④區域內部快速通道交通量預測。在四個方面的交通需求預測中,第③和第④方面的預測難度較大,原因是現狀的交通量預測模型是針對獨立項目交通量預測而設定的,不適用于區域間多個交通項目的整體需求預測,因此需要創新預測方法。
(5)規劃目標及原則。規劃目標相當于任務書,是規劃方案的方向,在規劃目標的指導下通過制訂工作大綱,可確定各部分的工作深度和工作范圍。規劃原則是為實現規劃目標而設定的工作原則,是在充分調查研究的基礎上制定的,能夠指導各項規劃工作的正常開展。
(6)對外主通道規劃。對外主通道的建設將直接影響城市內部的交通狀況,應將其作為規劃的重點。對于一個城市而言,出進城的通道有多種,如高速公路、一級公路、二級公路、鐵路、空港和水路等;對于區域性綜合交通運輸樞紐規劃而言,考慮到規劃自身的戰略性和長遠性,可把高速公路、快速路、鐵路、空港、水運干線和管道干線作為對外主通道規劃的對象。由于規劃期限長于其他交通規劃,因此在“主通道規劃”這部分,應研究本區域和鄰近區域的經濟發展走勢,對經濟發展要有足夠的前瞻性和預見性。建議根據走廊經濟發展的新趨勢和現狀經濟走廊的發展速度,從新增交通走廊或改造現狀走廊等方面突破現有規劃,提出更長遠的主通道方案。
(7)區域內快速通道規劃。為使各種交通流快速進出城市,城市區域內的快速進出城通道應與對外主通道一一對應,且要讓每條外向主通道直射(直達)城市核心區域。目前許多城市的對外通道只連接到城市外環高速公路,這必將引起部分進出城交通的過度繞行,加重城市內部相關道路的負擔,降低進出城交通的效率。為此,建議進出城主通道按全部控制出入的快速路標準進行建設,有條件的地方應考慮高速公路直接進城。那種盲目阻止高速公路進城的觀點是錯誤的,甚至把本已進城的高速公路改為部分控制出入的快速路,類似的決策應慎之。區域內快速通道規劃還應重點研究區域內各分區之間的快速通道方案問題。在區域內的快速通道規劃中,保證規劃的樞紐站場全部與快速通道連接是首要原則,其次在有條件的情況下盡可能研究各樞紐間快速路相連接的問題,如果各樞紐之間均有快速路相連接,將利于各城區之間快速通道的構建。
(8)客貨樞紐站場綜合規劃。這部分的工作主要包括:確定交通方式整合度、布點、對大型綜合樞紐周邊道路進行規劃。對于單式樞紐,不存在交通方式的整合問題。為提高運輸效率,新規劃的客貨站場一般都會考慮各種交通方式的整合,但整合度要恰當,切不可盲目追求整合度而使單個綜合樞紐規模過大。關于布點,主要結合城市總體規劃和各樞紐的功能以及交通流量、流向確定,原則上要滿足各種交通流快速進出城的要求,一般都把樞紐布置于高速公路或快速路附近。單式樞紐可能只干擾緊鄰道路的車輛通行,但大型綜合樞紐將影響一個區域,需要對其周邊市政道路進行重新規劃或調整規劃。年發送或吞吐旅客量在5000萬人次的特大型樞紐,應規劃二條或二條以上的高速公路或快速路直接為其服務,最佳為四條。對于大型空港樞紐而言,商務旅客較多,對進出空港的快捷性和安全可靠性要求更高,因此至少需要一條高速公路專線,且不能與其他高速公路共線。對于只有一條高速公路為其服務的空港,至少還應增加一條城市快速路或一級公路作為備用通道。
(9)信息系統規劃。該部分內容包括規劃目標、規劃內容、系統功能需求分析、系統結構、各子系統功能劃分、技術支持手段等。通過充分利用現代計算機技術、信息處理技術、智能卡技術和通信技術等,建立綜合交通樞紐信息系統,以實現各運輸方式間的協調發展,提高交通樞紐的客貨組織及運輸效率,為樞紐提供有力的技術支持保障。同時,滿足社會公眾對運輸信息的不同需求,實現各運輸主管部門之間、各種運輸方式之間、運輸企業和社會公眾之間信息的有機互動與共享。在樞紐信息系統規劃過程中,應利用和發揮已有的電子政務網絡平臺、數據資源中心、政務地理信息共享平臺、信息共享交換平臺等基礎公共性信息資源,加強對系統基礎信息數據庫的整合、共享和開發建設,加快交通信息資源整合,促進交通一卡通的實施,加強政務信息化建設,加速客運貨運企業實現生產、管理的信息化。
(10)環境保護規劃。這部分內容包括:研究規劃方案的環境制約因素;分析規劃項目對環境的影響程度和環境承載能力,以避免規劃方案被環保部門“一票否決”,同時確實保護環境,促進交通事業的健康有序和可持續發展。
(11)規劃實施的保障措施。這部分內容要從政策、資金、人力和物力等方面提出一定的保障措施,同時也應針對規劃實施過程中可能出現的問題,提出一些具有針對性的保障措施或建議。
(12)建設項目規劃。在規劃方案確定后,應從規劃方案中把項目合理地提煉出來。需要注意以下問題:①要避免把所有建設內容都整合到一個項目中;②要把同類項目整合在一起,盡量避免不同種類項目的相互交叉;③考慮審批部門不同的因素;④考慮便于籌措資金的因素;⑤考慮便于組織實施的因素,如便于委托設計、便于施工管理等;⑥盡量避免經營性項目與非經營性項目的整合;⑦把可申請上級資金補助的項目單獨整理出來;⑧考慮“條條分割、條塊分割”的現實因素;⑨盡量避免近期建設項目與遠期建設項目的整合。總之,這部分工作應作為重點來抓,建議以項目表的形式附于規劃文本之后,配以文字說明。規劃項目表的信息種類可根據項目實施計劃分別確定。
關鍵詞:Quest;車間物流;物流規劃;仿真
中圖分類號:F273 文獻標識碼:A
隨著制造業自動化、智能化水平的不斷提高,企業通過在加工階段提高效率來降低成本的潛力越來越小,目前企業競爭的關鍵在于能否充分運用與制造業密切相關的物流技術,幫助企業縮短占產品生產周期90%~95%的物流時間,提高效率降低成本。同時有資料表明,已運行的復雜制造系統約有80%沒有完全達到設計要求,其存在的問題中60%可以歸結為初期規劃不合理或失誤,其中尤其需要解決生產能力不匹配和現場物流規劃以及布局不合理等問題[1-2]。
隨著計算機仿真技術的不斷發展與成熟,在產品越來越復雜、生產設備和制造系統日趨復雜和昂貴的今天,引入數字化工廠技術,并通過定量的手段來分析和優化各環節,進行工廠建設的成本分析和生產過程變更分析,能保證在可制造的前提下,實現快速、低成本和高質量的制造[3]。尤其在生產線物流的規劃過程中,利用計算機虛擬仿真技術對未來生產現場進行模擬,建立三維物流仿真模型,物流規劃工程師可以直觀地進行物流線路的分析,分析物流的瓶頸點,并提供柱狀圖或餅狀圖的分析工具以便捷地進行物流線路的調整以及物流負荷的調整。因此,它被廣泛地應用于產業園以及廠房的規劃設計中[4-6]。
本文將以某重型機械上市集團公司新規劃的管道生產車間為例進行基于Quest的車間物流規劃與仿真優化問題研究,從車間物流運作模式、運輸工具數量、各類暫存區規劃,以及通道擁塞程度分析等角度進行車間物流規劃與仿真驗證優化,最終得到一個可行并較優的物流方案。
1 車間物流規劃
車間物流規劃即是將車間內的所有生產設備、運輸工具、附屬設施(休息室、衛生間等)和各種作業流程(轉運、倉儲等),依照生產流程,作適當的安排與布置,使工廠的生產活動能夠順利和流暢[6]。
本文以某重型機械上市集團公司新規劃的管道生產車間為例,對其車間物流進行研究。首先利用過程分析與數學計算相結合的方法對物流配送模式、運輸工具數量、暫存區面積進行初步規劃,然后通過Quest仿真軟件進行物流方案的仿真驗證,得到一系列參考指標并進行分析優化,找到較優的物流方案。實現的過程如圖1.1所示。
1.1 車間生產流程
該車間主要包括單層淬火管(六代管)、雙層淬火管(五代管)、拖泵管、法蘭、和彎管等產品生產線。由卷管線生產出的各管件經過各自的生產線加工成型再依次經過熱處理、涂裝以及產出成品運至立體倉庫。車間物流簡圖如圖1.2所示。
卷管線的原材料由門S2經過通道由貨車運輸到卷管線線前端,吊裝上線,然后依次經過縱剪分條,開卷對校平焊,活套等工序,產生管件原材料。該生產線共生產5種類型的管件,分別為單層淬火管、雙層淬火管(由于是復合管,需要兩種類型的管件原料)、拖泵管、彎管生產線的管件原材料,前4種經地下運輸線(圖1.2中藍色線路)分類暫存于法蘭生產線右端的焊管緩存區,彎管原材料則直接由卷管線左端配送至彎管線邊(傳送帶)。
單層和雙層淬火管的原材料由焊管緩存區通過積放鏈(圖1.2紅色線路所示)運至線邊緩存區,部分由行車直接吊裝進行切割下料并除銹焊接,焊接所需的法蘭由法蘭輸送系統自動配送到達,焊接完成的產品由地下運輸線輸送至U形熱處理線,熱處理線采用單件懸掛方式流動生產,然后再經懸掛鏈送至涂裝線緩存區,管件在緩存區進行分類裝框,再經拋丸,涂裝形成成品,最后在涂裝區的左側區域進行貼標、打包、小貨車運送入庫。與單層和雙層淬火管不同的是,拖泵管焊接線的成品直接通過軌道電動車運送至涂裝線進行加工而不進行熱處理,但其后的加工過程與上述類似。
彎管原材料由焊管線通過傳送帶運至線邊緩存,此線類似復合管,每一個成型的彎管毛坯需要同廠外配送的內管一對一進行組合,加工地點與法蘭組裝地點相鄰,成型的彎管再經過涂裝拋丸成品打包運至車間內的立體倉庫。
眼切產品則是原材料由廠外運至加工地點,完成之后由小貨車運至立體倉庫入庫。
根據車間設計規劃的需求,本文主要對物流運作模式、各緩存區以及線邊庫存量、運輸設備數量進行設計規劃,然后進行Quest仿真建模,對運輸工具的利用率以及門徑吞吐進行驗證,由此反應出該車間的物流狀況。
1.2 物流配送模式規劃
拉式物流配送是按JIT準時化生產的思想,“在需要的時候,按需要的量配送所需的產品”,通過生產的計劃控制及庫存的管理,追求所謂的“零庫存”或庫存的最小化。其優點為按需配送,避免線邊物料堆積;應變能力強,后方系統支持線邊物料需求的變動;對物料需求的回饋及時性好,配送組盤過程能夠在物料需求指令發出后,全力滿足此指令的需求。缺點為系統分析較復雜,應變的情況較多,隨機性大;存在配送到貨延時的風險。
推式(非JIT)物流配送中物流控制的基本原理是根據最終需求結構計算出各階段的物料需求量,考慮各階段的提前期之后,向各階段物料分揀或配送指令。此種配送方式的特點是流程控制集中依賴于發貨順序表,可對之進行獨立的優化,人員和設備利用率高,但機動性不夠強,每個節點的物料配送主要根據主生產計劃進行安排,按照一定時間間隔配送,線邊庫存水平相對較高,同時也不利于生產過程中各個環節的緊密聯系。
本文所涉管道成型車間的配送流程主要包括:直縫焊接線板材、內管(彎管)、眼切原材料、法蘭的配送。特點為:品種少、批量大、配送頻次低。對此,我們選擇采用一種改進的批量拉式配送模式,其流程如圖1.3所示。
各個需求點的物料低于最低庫存時,便向暫存區發送要料請求,物料暫存區接受指令并向配送人員傳達發貨指令進行組盤和配送。
此種配送方案繼承了拉式配送的優點:按需配送,避免線邊物料堆積;應變能力強,支持線邊物料需求的變動;對物料需求的回饋及時性好,配送過程能夠在物料需求指令發出后,全力滿足此指令的需求,同時由于該車間配送品種少批量大的特點,也避免了JIT模式下系統復雜、反應能力要求過高的缺點。
1.3 配送工具數量規劃
根據物流配送路徑、配送方式以及工藝部門提供的流程規劃和配送工具信息對各個通道內部的車輛數目進行初步分析,具體過程如下。
獲取各種運輸工具的基礎數據:其中叉車的空載速度為1.5m/s,負載速度為1m/s;并獲取各個配送流程的裝載時間和卸載時間等。
1.4 暫存區規劃
該車間暫存區規劃主要為滿足延續性生產的各加工單元線邊最低庫存的規劃。加工單元線邊為滿足生產連續性而設置的臨時庫存,一般直接擺放在加工機器附件的區域以便及時滿足加工需求。線邊最低庫存不僅與生產有著直接聯系,更是JIT生產(或者看板生產等拉式生產模式)的源頭,該管道車間的拉式生產模式如圖1.3所示,最低庫存作為原動力拉動整個配送體系正常運轉。
2 基于Quest的仿真與優化
Quest是達索(Dassault)公司旗下產品Delmia的一部分,是用于對生產工藝流程的準確性與生產效率進行仿真與分析的全三維數字化工廠環境。它提供強有力的交互式仿真建模功能,是用于實現系統過程可視化和確認生產流程決策是否滿足產品生產要求的強大的仿真開發和分析工具。
2.1 Quest建模
利用Quest進行生產線仿真首先要在設計廠房的CAD布局圖以及工藝流程的基礎上建立幾何模型,然后確定幾何模型之間的關聯關系和其對應的仿真參數仿真以及使用SCL仿真語言對仿真模型內在的邏輯進行設定。
該管道車間的部分系統參數與運輸工具參數如表2.1和表2.2所示。
根據廠房規劃的CAD圖紙用Quest建立幾何模型,根據車間工藝流程、規劃的物流配送模式(1.2小節)以及初步評估出的運輸工具數量(1.3小節)等進行邏輯建模,最終模型如圖2.1所示。
然后通過SCL語言控制仿真結果的輸出,包括計數器數值輸出、利用率報表的輸出等。具體過程為:Quest通過編寫的SCL語言將仿真結果輸出到DAT文件中,Excel再通過VBA讀取DAT文件中的數值,最終在Excel中將數據轉化為表達更加直觀的圖表。該實驗中,我們用SCL語言編寫了對各個運輸工具的利用情況和主要門徑(N1、S1、S2)的吞吐狀況的統計分析程序語句,隨著仿真的進行,目標事件觸發程序計數器,將結果輸出到指定路徑的DAT文件中,最后在預先用VBA語句編制好的EXCEL文檔中讀出DAT文件并轉化成直方圖和表格數據。
2.2 仿真結果分析及優化
每天的加工時間為20h,由于該車間的換線周期為3天,即可將此實驗的仿真時鐘設為60h,進行仿真實驗,得到各運輸工具的利用情況如圖2.2所示。
由此可見,該物流方案下,所有配送點均滿足配送及時性,但成品運送(圖中的成品小貨車1和2)的平均利用率偏高,達到了82%。根據經驗值,利用率超過75%,視為不安全,即超過安全閾值(實際生產中總會有類似設備故障等各種異常事件發生,仿真分析中配送工具的利用率如果超過75%,則在實際生產過程中極可能遇到因異常事件發生而無法滿足正常配送的風險),需改善。
將成品入庫的配送車輛數目增加一輛,其他物理模型以及邏輯模型不變,再次進行仿真試驗和數據統計分析,得到的運輸工具利用情況如圖2.3所示。
此時成品小貨車利用率降為了58.2%,所有的配送工具利用率都在安全閾值范圍內,判定方案合理。
在車間物流的研究中,除了運輸工具的工作負荷和利用率至關重要以外,門徑吞吐量也直接反應了相關通道的擁塞程度,從而可以一定程度上衡量該車間的物流狀況是否良好。為了驗證該物流方案是否較優,對改進后的方案再次進行仿真試驗,得到門徑吞吐統計輸出結果如圖2.4所示。
橫坐標統計時間間隔為30min,縱坐標為每30min經過該門徑的車輛數目。圖中顯示,在3個周期的生產中,門徑吞吐最高峰出現在S2門,此時每30min通過測試點的車輛數目最多為12,即最高峰時期,每兩輛車之間經過測試點的平均時間間隔為2.5min,負載速度(實則為車間里最慢的行駛速度)為1m/s,則物流最高峰時兩輛車之間的距離最近為150m,叉車間的安全行駛距離為90m,這個距離遠遠超出安全閾值,即通道暢通,物流狀況良好。
由此,對于該車間從物流運作模式、暫存區的規劃到運輸工具的規劃這一整體的物流方案,可作為工廠產線規劃和持續改善過程中的有效參考。
3 結 論
本文以某管道車間為案例,對其各項物流要素進行規劃,并利用Quest數字工廠平臺進行仿真優化,最終得到一個可行并較優的物流方案。研究表明,利用仿真軟件對生產運作進行仿真,可彌補傳統設計規劃方法所考慮不到的因素,并且快捷方便,效果明顯。此種研究方法可提高企業規劃的準確性,有效地降低規劃成本,不失為工廠物流設計的一個有效方法。
參考文獻:
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關鍵詞:風電場;道路走廊;優化設計
1 概述
風電項目地處河北省蔚縣南部,位于太行山}與燕山山脈的交接地帶。風電場區域范圍內地形復雜、地勢陡峭、山巒綿亙、溝壑縱橫。按地理分布,風場區域可分為東、西兩片區域,規劃面積約為150km2。區域范圍內風能資源總體較豐富,本風電場選擇單機容量2MW的機型101臺。風場區域近鄰京、津,交通便利,周邊有109、112、207國道、省道和縣際道路與北京、宣化、陽原,以及保定市淶源縣相連。風電大件設備可通過京張高速或張石高速到達蔚縣,再轉入“村村通”水泥路到達本風場范圍。
由于本風場規劃范圍廣、工程地質條件復雜,為了降低風電場內道路建設工程造價及后期維護運營成本,在對工程現場進行詳細踏勘的基礎上,結合大型設備的運輸要求,對風電場建設及運維道路路線進行了統籌規劃,并對局部路徑進行了多方案對比優化。
2 工程地質條件
本工程區域范圍內地形較為復雜,為探明區域范圍內地質巖性及物理力學性質,對工程范圍內地形地貌及地質巖性進行了現場踏勘及鉆探采集。
2.1 地形地貌
風電場場址區多崇山峻嶺,山勢較陡,嶺高溝深,高程在1400~2150m 之間,屬中低山。頂部山丘多呈渾圓狀,坡度略緩,一般在5~25°之間;局部呈陡崖發育。山上草植被發育,樹木多分布在山體背陰面。基巖少,主要分布在邊緣,覆蓋層相對較薄,一般小于3.0m,局部溝谷地段相對較厚。
2.2 地質巖性及物理力學性質
風電場范圍內山體巨厚,少部分地段基巖,地層巖性主要為灰巖、白云巖。大部分山體上部存在覆蓋層,主要為粉土混碎石;山腳及溝谷地段覆蓋層較厚,多為黃土狀粉土,根據工程鉆探結果,典型路段的工程地質條件有:粉土混碎石、碎石、強風化灰巖、中等風化灰巖、強風化白云巖、中等風化白云巖等。
3 道路規劃及設計
3.1 道路技術標準
本工程場內道路在建設期主要作為風機設備運輸的臨時道路,主要的通過車型有大型凹形板拖車、多軸線液壓板式拖車等;在后續運營時作為檢修道路,主要以常規越野車為主;根據以上服務功能并結合本工程的實際情況,道路路基設計寬度為6m,道路行車道寬度為5米,兩側設土路肩0.5米;根據需要設置排水溝;道路最大縱坡為14%,在局部困難地段可以達到16%,但通過牽引車輛提供助力;道路轉彎半徑不小于35m。路段采用裝載機或推土機拓寬平整,并用壓路機碾壓密實后加200mm厚山皮石面層。
3.2 道路路線規劃及優化
3.2.1 總體路線規劃
根據風機機位的分布情況,本風場范圍道路可分為東西兩個區域來規劃設計,結合現場踏勘的情況,對道路方案進行了分區域專項規劃,在經濟、實用、安全、環保的前提下,對各區域道路進行了多方案綜合論證,最終形成具有針對性道路路徑規劃方案,具體如下。
(1)西區(#1~#49)
西區共有49臺風機,緊鄰河北-山西省界分布,山西境內為已建成投產的風場,故該區域可有兩種道路規劃方案,方案一:河北側方案,該方案總體規劃為設備可通過京張高速或張石高速到達蔚縣,再轉入“村村通”水泥路,再以蔚縣馬鋪村東的溝口為起點,向上攀升至#15機位,與場內道路相連接并到達各風機機位;方案二:山西側方案。本風場緊鄰山西側已建成的風電場,可利用已建風電道路運輸風機設備。經現場踏勘,山西側風電場道路可與茍莊村西側的省道S201相接,并一直延伸至省界附近到達本風場,總長度約20km,本段道路為相鄰風場的進場運輸道路,基本具備運輸風機設備的條件;該方案上山道路均位于山西境內,道路運輸條件較為成熟,但位于省外,需與路產部門或地方溝通協商。
通過對上述兩個方案進行綜合分析:得出方案一道路均需新建,施工工期相對較長,但該路徑方案位于蔚縣境內,地方協調及后續運維簡便,可免去眾多后顧之憂,后續施工檢修方便;方案二雖可部分利用山西境內已有道路,但存在較多的不確定因素,且后續運營維護道路需繞道山西,路徑較長將增大運維成本,經綜合考慮,推薦方案一河北側方案。
(2)東區(#50~#101)
本區域共涉及52臺風機,根據現場勘查情況,風場道路共有兩個規劃方案:
方案一:運輸道路從鄰近已建成的甄家灣風電場接入,直接將道路主線連接到#87風機平臺,與場內道路相連接并到達各風機機位;方案二:從甄家灣村南側的112國道為接口開始攀升,到達#97風機機位,與場內道路相連接并到達各風機機位。
通過對上述兩個道路規劃方案的技術指標對比可知:方案一利用已建成的風場道路,可大幅減低道路的投資,從路線長度、用地面積、工程造價等方面考慮均優于方案二,且方案一路線范圍內工程地質情況較好,工程風險小易于實施,故推薦方案一。
按照以上原則,對風電場道路進行了統籌規劃,根據沿線地形、地貌、地質特征,靈活運用技術指標,在充分考慮平、縱、橫指標優化組合的基礎上,盡量實現路基土石方填挖平衡和工程量最少,并對道路的排水設施及邊坡防護進行了綜合考慮。
本工程經優化設計后的道路工程量約為:路線長度78.1km;土石方開挖937200m3;土石方回填843480m3;山皮石路面78100m3;管涵180道;M7.5漿砌片石邊溝3000m3;M7.5漿砌片石擋土墻3000 m3。
3.2.2 局部方案對比優化
本風電場升壓站位于村落南側的臺階高地上,被一道河谷與村落分割開來,根據現場踏勘,進站道路有兩個方案可供選擇。
方案一:以升壓站西側已有水泥混凝土道路為起點,沿河谷的南側(不跨越河谷)延伸,在升壓站北側回轉后,向南到達升壓站位置。
方案二:進站道路經由升壓站北側的村落,向南跨越河谷后一路攀爬到達升壓站位置。
經綜合分析,方案一進站道路沿著河谷的南側直至升壓站,長度約2380m,全為新建道路,路徑范圍以內地勢較為平緩,道路施工方便,可降低道路的開挖及回填量;方案二經村落跨越溝谷后可達升壓站,長度約2880m,該方案雖可利用村落部分已有道路,但需跨越北側河谷,跨越及防護工程復雜,工程造價高,施工工期較長,經綜合比選,最終推薦方案一。
4 結束語
近年來,隨著風力發電項目的大規模開發,陸上風電場正向丘陵、山區等風資源豐富但工程建設投資巨大的區域推進,風機設備具有超長、超寬、超高、超重的特征,加之山地風電場地形復雜,風電機組運輸對道路設計提出更高的要求,風電場道路的規劃和設計作為風電場項目的“龍頭”,在山區風電場建設中的作用愈來愈重要。
文章以實體工程為依托,通過對工程現場地形地貌及工程地質條件進行勘察分析,對風電場內道路路線進行了統籌規劃,并在經濟、實用、安全、環保的前提下,對道路局部路徑進行了多方案對比優化,減少了土石方開挖及回填等工程量,縮短了工期,減少了投資,對類似風電場的規劃和設計具有重要的借鑒意義。
參考文獻
[1]JTG B01-2015.公路工程技術標準[S].
關鍵詞:循跡式視覺識別、AGV、方案規劃
自動導引車(Automated GuidedVehicle,AGV)是一種可以沿規定路線自動行駛.實現自動搬運的運輸車輛。作為智能物流系統中的核心設備之一,AGV通過與其他信息化、智能化裝備的聯動,可以實現柔性和智能化物料搬運。目前應用中常見的AGV導航技術,主要有磁/電磁、激光、視覺、光電、慣性等。
目前存AGV應用中以循跡式應用為主,其原理是在地面上或地下鋪設色帶或電磁帶(如磁/電磁、視覺、光電等導航方法),AGV循著色帶或電磁帶的路徑行走。激光式導引則采用激光定位和設定虛擬路徑的方式導航。視覺識別系統通過數字攝像頭采集地面上色帶的圖像,經過識別后可以進行循跡式定位和導航,此外該系統也可以通過其他導航圖形標記的識別(如二維碼或者特定導航圖形)實現自動導引。
相對于埋設電磁導線、磁條,或者地面埋設導航磁釘等導引方法而言,視覺識別方法不但增強了系統的靈活性,并且降低了硬件投入和維護成本;同時也可以避免出現如慣性導航等無路標導航方法存在的誤差積累問題。相對于激光導航方法,視覺識別導航的優勢在于其低廉的系統硬件成本以及智能擴展特定,只要軟件和模式識別功能足夠智能,機器人就可以實現多種導航和定位功能。
本文對循跡式視覺識別導航機理與系統組成進行分析,總結其在總圖規劃時的特點,并針對實際案例進行規劃研究,對相關AGV的應用有一定借鑒意義。
一、導航系統組成及
控制流程
視覺識別導引AGV主要由車身、伺服驅動電機、視覺識別系統、安全傳感器、無線通信模塊、主控系統、手動操作系統等組成,其與常規AGV的主要區別在于機內設置了數字圖像采集CCD、視頻處理卡和主控計算機。由于實時處理圖像的數據量較大,普通的嵌入式MCU或PLC均不能達到實時處理效能,故采用車載計算機完成圖形識別和導航功能。視覺導航系統主要由數字攝像頭、圖像采集卡、AGV主控制器、行走驅動系統和執行電機等組成,如圖1所示。
視覺導航系統工作流程如下:首先由數字攝像頭采集地面路標圖像,再將彩色空間數字圖像信號送入圖像采集卡進行預處理,形成二值圖像,之后由主控系統進行路徑識別,由此確定AGV當前位置等地理信息。經過與AGV的目標位置的比較,AGV系統生成運動控制指令,經過驅動器解析后生成驅動信號并驅動行走電機,實現AGV的導航控制,系統工作過程如圖2所示。
圖3為攝像頭采集的原始圖像信號和經過計算機識別后的數字圖像信號。視覺導航系統能夠精確識別出路徑標識及其輪廓,從而能夠用于車輛的精準控制。
二、系統組成與調度原理
AGV柔性搬運系統除了AGV本體以外,還包括中央調度系統、自動充電系統、無線網絡AP及中繼器、工位無線呼叫設備、上線下自動控制系統與機構、呼叫數據采集器、機柜、交通指示燈、物流轉運車、路徑指示膠帶等。AGV系統網絡組織結構,如圖4所示。
當生產線上有物料運輸需求時,相應工位上的操作員可以通過無線呼叫器,向中央控制臺發送物流需求。中央調度系統確認調度任務需求后,首先搜索系統中AGV的工作狀態,選擇處于空閑狀態且距離目標位置最近的AGV執行搬運任務。此外,工廠的MES系統也可以直接通過無線或總線通信方式向AGV調度系統發出物流運輸指令,由后者調度系統內的AGV進行搬運。系統調度控制過程,如圖5所示。
三、視覺識別AGV總圖
規劃特點分析
由多臺AGV組成的柔性搬運系統中,需要對總運輸路線進行合理規劃,以最大化發揮AGV系統的運輸能力。工廠生產是一個動態系統,影響其物流的因素眾多,因此在總圖規劃中需要了解工廠內部的物流狀態,熟悉AGV所涉及的物流路線的大致情況,并針對性地進行系統設計。
1.規劃原則
在實際規劃時,首先根據工廠總圖確定物料搬運的各工位點、各區段之間的運輸量、其他人員車輛的交通狀況、地面情況以及各班工人的丁作時間制度等因素,在總圖上初步規劃出AGV運輸路線,并確定相關的參數。接著合理的設置緩沖區、取貨卸貨臺、自動充電站、呼叫盒、無線中繼器等的位置,構成完整系統。在規劃時,需要遵循以下原則:
(1)減少路線交叉。這不僅會節省由于交通管制帶來的額外硬件投入,也能減少AGV由于在路口管制導致的等待時間:
(2)減少雙向行駛路徑。在符合工藝流程要求的前提下,路線應該以單向行駛為主,AGV能夠確保在單向行駛時抵達所有工位點。采用雙向路徑設置時,需要進行區域鎖定控制,以避免AGV相向行駛導致碰撞或者線路死鎖。
(3)保持線路間運輸量平衡:在單向環形路線中常常會出現公用線路的AGV數量過多而導致系統總體的運輸效率下降。此時在通道空間容許的條件下應該設置復線運輸,或者通過涮度系統的合理控制,使公共線路上AGV能夠合理調度。
2.視覺識別AGV系統的規劃特點
視覺識別導航AGV通過識別鋪設于地面的色帶進行導航行駛,識別路標可以采用與地面背景色形成反差的純色帶。例如在常見的綠色油漆地面上,采用純白色帶,或者在淺色地面上采用純黑色帶均可以實現視覺識別導航。系統有如下特點:
(1)多分支路徑識別可靠性高。由于視覺識別路徑精度可達到1mm以內,當兩條路徑之間的夾角較小的時候仍然可以清晰地識別兩條路徑,因此對于Y字形路徑的識別率和可靠性優于磁條導航和埋線式導航。
(2)線路鋪設靈活簡便。色帶材質柔軟,可以鋪設成各類曲線形狀,施工快速。
(3)施工費用低。由于色帶可以采用各類材料實現,如純色防水膠布、油漆等,鋪設成本更低,后期維護也更加方便。
(4)抗碾壓性好。色帶和油漆對于重載車輛的耐受性更好。路徑標志受損后修復工藝簡便。
(5)適應鋼板地面。重工業工廠車間物流通道中為了保護地面,常常會在地面鋪設鋼板。由于鋼板對于磁傳感器的干擾而導致脫軌,這類地面上難以使用磁導航類AGV。另外在冶金行業中有鐵質粉塵的情況下,也會對磁傳感器設備形成干擾。而視覺導航系統不受此限制,可以在各類鋼板等金屬路面及有鐵質粉塵存在的環境中鋪設路徑通行。
四、規劃實例
1.在電商物流行業的應用規劃
隨著我國電商行業的迅猛發展,電商企業對于物流自動化的需求與日俱增,在物流環節采用更加柔性、更加智能的解決方案成為一種趨勢。電商倉儲物流中心有大量的物流運輸需求。而且時效性要求高。目前對于運輸量以及路徑相對固定的物流,多采用傳統的輸送線方式進行。電商物流中還存在大量的輔助物流,例如退貨暫存等環節,其工藝特點是有一個物流源應對多個并行處理工位。這些環節采用固定式輸送線不僅在設備投入上不經濟,而且靈活性差,不能應對突發狀況以及后期可能的流程改造需求。另外固定式輸送難以實現多工位間的負荷自動平衡。此類工藝條件下采用AGV是較好的解決方法。AGV可以實現工位間的柔性連接,靈活應對可能的工藝流程變化;用戶的訂單處理系統可以根據各工位的情況實時合理分配工位之間的訂單處理量,使系統達到效率最佳狀態。
如圖7所示為某電商物流中心退供暫存區的布局。由AGV為退供處理區各工位搬運物料,將滿料箱從上料點運送到各工位,再將空料箱從工位運輸到下料點。現場有28個包裝流水線配送點,由于工位位置對稱,因此設置2個AGV上料點、2個AGV下箱點、2個自動充電點,同時在AGV下箱點邊設置空載周轉箱放置區。AGV小車在AGV上料點與包裝流水線之間來回運轉,將滿載/空載周轉箱運送至相應的位置。在流水線每個工位上都設置了動力輥道,AGV可與包裝流水線輥筒線自動對接并交互,將滿載周裝箱移至輥筒線上并收回空載周裝箱AGV小車為自動移載式,設置有兩個獨立的輥簡移載裝置,對應兩個不同高度的輥道線,一次可以同時搬運兩個料箱,成倍提升效率。
系統的工作流程,如圖8。
AGV作業流程說明如下:(1)AGV小車在等待區待命,等待調度系統發出運輸指令;(2)當AGV接收到運輸任務后,立即自動巡線運動,按照規劃路線行駛至上料點固定位置并自動與輸送線對位,向系統發出到位信號;(3)系統發出指令,上料點輥道將滿載周轉箱自動輸送至AGV車載輥簡上;(4)料箱到位后AGV車載讀卡器讀取周轉箱相應信息,自動判定該料箱的運送目的位置;(5)AGV啟動自動巡線行走,沿路線行駛到達指定流水線工位點;(6)到位停穩后,AGV啟動輥筒電機,將滿載周轉箱移載至包裝流水線的輥筒線上;(7)包裝流水線啟動另一條輥筒線,將空載周轉箱移載至AGV小車上空載料箱位;(8)AGV車載傳感器監測到料箱到位后,啟動自動巡線行走,按照規劃路線返回AGV下箱點;(9)卸載空料箱后,AGV返回待命區。
從圖7中路線布局可以看出,本方案采用多點轉彎折回路線。即當AGV從靠近物料上貨點的工位上接收到料箱后,可以就近選擇一條最短路徑回到AGV上料點,而不必繞一個大圈再回到AGV上料點,在運輸任務量大的情況下,這樣的調度方式可以能夠節省大量的運輸時間。由于包裝處理區的線路是多個環狀線路的套接,到最遠端丁位取貨的AGV會碾壓其行進線路上的橫向導航帶。視覺識別導航由于采用色帶或者地面油漆,厚度小,韌性好,因此路標的抗碾壓性好,AGV行駛通過時車身的顛簸較小,在這類多環模式運輸中更加有優勢。另外,由于丁位之間比較密集,線路交叉點多,岔道之間的夾角不大,給岔道識別帶米難度。由于視覺識別分辨率高,對于Y字形岔路的識別可靠性穩定,可保證導航系統的正常運行。
在線路規劃中,有兩種設計方案,一種是上下兩個區域分別使用一個AGV上料點,另外一種是兩個區域合并使用一個上料點,兩種情況的取舍需要對總體效率進行規劃后得出。
在A方案中,上下分別設置一個上料點。分路線AGV完成單個整體流程所運行的路線平均長度約為73m;AGV平均穩定行駛速度為35m/min,因此分路線AGV完成單個流程耗時約73÷35=2.1min。現場節拍為4箱/min,在不考慮輥簡運輸與人工上下料時間情況下,現場需求15s間隔進行一次運輸作業,則分路線所需ACV小車數量為2.1x60÷15=9輛。因此整體所需AGV小車數量為18輛。
在B方案中,上下區域合并使用一個上料點,整體路線AGV完成單個整體流程所運行的路線平均長度約為167米,考慮到區域內可能有人行走,因此AGV平均穩定行駛速度為35m/min,則AGV完成單個流程耗時為167÷35=4.8min,則此方案所需AGV小車數量為4.8x60÷15=20輛。
對比就可以發現,A方案所需AGV數量為18輛,較后一種方案減少了2輛AGV,同時A方案整體運行系統與B方案相比較為簡單,交通管制相對降低,可一定程度上減少AGV在運行路線上的交通等待時間與單程空跑的占比。因此選用A方案是較好選擇。實際生產中,存在著人工上下料與輥簡運輸耗時,同時也存在著交通等待耗時等情況,因此每條路線需配備1臺備用AGV;故選用A方案,所需ACV小車整體數量為18+2=20輛。
系統還設置了周轉箱的自動識別系統,實現完全自動化的周轉箱識別和柔性搬運。在每個動力輥床上配置讀卡器,在AGV上配置一個讀卡器,同時在周裝箱的規定位置配置一個識別卡。人工將滿載周轉箱放置在動力輥床上后,輥床讀卡器讀取識別卡,人工根據系統提供的工位點信息通過識別卡在線配置界面修改識別卡相應信息;滿載周轉箱通過動力輥筒加載到車載輥筒上,車載讀卡器讀取識別卡,根據卡內相應信息與既定規則自動判定AGV運送位置。
2.在冶金環境中的應用規劃
鋼鐵冶金生產中,對于工序間物流自動化的需求正在逐年上升。高爐是鋼鐵生產中的重要設備,在高爐鐵口放完鐵水后,泥炮機通過液壓缸將炮泥注入鐵口中,將鐵口堵住。在冶煉期間,需要定時為高爐泥炮機補充炮泥。在傳統作業方式下常采用人工駕駛叉車進行炮泥運輸。但是高爐周圍有高溫、噪音、含鐵粉塵等不利條件,人員勞動環境惡劣,采用AGV自動補充炮泥則可以有效解決上述問題。圖9為某鋼鐵生產企業高爐炮泥的運輸線路布置圖。
炮泥運輸需求如F:(1)炮泥框架周轉區至炮泥框架存放區之間的滿料托盤移載;(2)炮泥框架存放區至炮泥上線點的物料搬運上線及空托盤回收,實現炮泥的移載、上線、空托盤回收等環節的自動化物流。
炮泥托盤周轉區、滿托盤存放區、空框架存放區等區域設置托盤的光電檢測裝置。為了代替人工叉車運輸,AGV也采用叉車式,負載形式為叉舉式,最大負載規格為1200kg,最大舉升高度1700mm。
AGV采用的導航技術需要符合現場工況的特殊要求:
(1)現場存在大量的含鐵粉塵,不僅對設備正常運行造成影響,也對各類磁傳感器形成干擾。
(2)叉車自重加上炮泥重量超過2噸,會對沿線鋪設的導航線路造成碾壓,易損壞線路。
(3)南于現場條件限制,地面不能開挖作業,因此不能采用預埋式導航技術。
(4)由于未來應用數量大,宜采用經濟型導航技術。
由于上述條件限制,采用視覺識別導航AGV是較為合適的方案:首先是地面無需開挖,施工周期快;另外視覺系統不受含鐵粉塵十擾,滿足環境使用要求;叉車式AGV由于其自身結構特點,在叉取及擺放托盤環節會產生很多交叉分支路徑,且岔路口的兩條線路交匯處夾角較小,普通導航方式容易脫軌。而視覺導引則可滿足Y型分岔路精確識別需求。
系統工作流程如圖10所示:(1)當接收到上料點的任務信號后,AGV運行到炮泥托盤存放區,叉取一個滿托盤并運輸至線邊上料點,精準擺放在規定位置上,等待線邊機器人取料。滿托盤的物料被取空后,AGV把空托盤運輸至空托盤存放區,并根據上料機器人反饋的信號,決定是否進行下一個滿托盤的上線輸送。(2)當完成一次炮泥填裝后,調度系統根據炮泥框架存放區兩個暫存點的物料數量變化,指令AGV行駛至炮泥框架周轉區,依據檢測系統的反饋結果依次把四列周轉區的滿托盤輸送至存放區,根據存放區的檢測反饋結果,分別補足2個擺放貨架的滿托盤物料。(3)如果一個滿托盤的炮泥在一次裝填過程中沒有被取盡,AGV會根據上料機器人反饋結果將其運回滿料存放區。(4)物料上線及補料移載完畢后,小車回到充電站按照預設的充電時間進行充電,等待AGV小車上料點的下一次呼叫命令。
關鍵詞:城際鐵路;西安樞紐;規劃;方案研究
西韓城際鐵路作為關中城市群城際鐵路網向東北方向的重要分支,經西延高鐵引入西安樞紐,與國家高速鐵路網連通,同時具備從韓城向東延伸至侯馬與大西高鐵聯通的條件,首尾與國家高速鐵路網連通之后將形成西北東部與西南地區至華北、東北又一便捷通道。
1西安至韓城線城際鐵路概況
根據2014年6月國家發改委《關于關中城市群城際鐵路規劃(2014-2020年)的批復》(發改基礎[2014]1449號)及正在修編關中城市群城際鐵路規劃,西安至韓城城際鐵路是關中城市群城際鐵路網重要骨架線之一,主要承擔西安至韓城間城際客流,并兼顧沿線地方客流和旅游客流。本項目南端的西安樞紐與西成高鐵、鄭西高鐵、西寶高鐵,及寧西線、西康線銜接,沿線客流通過本項目既與西安市便捷交流,也可直達西南、中南等地區。線路從西安市引出向東經西安市國際港務區、高陵縣、閻良區、渭南市富平縣、蒲城縣、澄城縣、合陽縣至本項目終點韓城市,線路全長209.73km。其中西安北至富平閻良段利用西延高鐵,富平閻良至韓城段新建線路長度161.50km。
2西安樞紐規劃概況
2.1西安樞紐概況
西安鐵路樞紐線現為銜接鄭西、西寶、大西3條高鐵、以及隴海及貨運北環線、包西、侯西、西康、寧西、咸銅、西平和西戶支線等11條鐵路12個方向的大型環形鐵路樞紐。隨著西成、銀西、包西、西武、西渝高鐵,西韓、閻機、西法等關中城際鐵路等引入西安樞紐,將形成銜接8條普速線路、8條高鐵、6條城際鐵路的特大型環形鐵路樞紐,詳見圖1。
2.2樞紐在建及擬建工程概況
在建項目有:西成高鐵、銀西高鐵、西安站改擴建工程及新筑鐵路綜合物流中心。擬建及規劃項目有:西安至延安高鐵、西安至十堰高鐵、西安至重慶高鐵、西平線增建二線及西安樞紐貨運第二雙線、樞紐南環線及相關聯絡線,及關中城際鐵路。
2.3城市總體規劃及相關交通規劃
西安樞紐范圍涉及西安、咸陽、渭南三市,與樞紐方案研究有關的主要為西安市以及大西安都市圈總體規劃。西安市城市總體規劃:根據西安市第四次《城市總體規劃(2008-2020)》,西安市將建成為新歐亞大陸橋中國段中心城市之一,交通樞紐城市及中國西部經濟中心和陜西省政治經濟文化中心,“一線兩帶”的核心城市。大西安都市圈總體規劃布局:“大西安”規劃范圍包括西安市整個行政轄區、渭南富平縣城、咸陽市秦都、渭城、涇陽、三原“兩區兩縣”,用地12009km2,至規劃期末形成建設用地1329km2、總人口1250萬人的規模。主城區用地1280km2,總人口850萬人。軌道交通線網調整規劃:根據2016年最新大西安城市軌道交通線網規劃,線網由市區線和市域線兩大部分組成,共23條線路,其主體網絡形態呈棋盤+放射型結構,線網總規模986km。
2.4樞紐客運量預測
2.4.1運量預測思路和方法采用“四階段法”基本思路,根據全國鐵路客運量預測和區域客運量發展趨勢,對區域客運總量進行生成和分布預測;結合城際網中各線功能和影響因素進行運量分配,在此基礎之上對本項目客運量進行預測和分析。2.4.2樞紐客運量預測預測近、遠期樞紐客車總對數分別為682對/d、851對/d,其中動車615對/d、781對/d,普速85對/d、72對/d。樞紐客流特點是以始發終到客流為主,近、遠期始發終到客車為488對/d、623對/日,約占樞紐總對數72%,其中動車441對/d、582對/d,普速47對/d、41對/d。本線近、遠期列車對數為51對/d、64對/d。
2.5樞紐總圖規劃修編意見
2.5.1總圖格局在原總圖規劃基礎上,研究年度規劃包西高鐵、西武高鐵、西渝高鐵、樞紐第二貨運北環線和城際鐵路引入樞紐,以及西平線增建二線等,樞紐將構成以隴海鐵路、鄭西西寶、包西西渝高鐵為主軸,兩條貨運北環線和樞紐南環線組成的大型環形鐵路樞紐。包西高鐵與西渝高鐵在樞紐內南北向貫通組成包海客運通道,西武高鐵接入包海通道紡織城站。客運系統:規劃西安站、西安北站、西安東站(紡織城)、新西安南站為主要客站,阿房宮站為輔助客站,形成“四主一輔”客運站布局。西安站、西安北站為樞紐東西向隴海通道上主要客站,紡織城站為樞紐南北向包海通道上主要客站,新西安南站為樞紐西北與東南向快速客運通道上主要客站,同時承擔城際鐵路主要作業。解編系統:新豐鎮編組站為樞紐內唯一編組站,為路網性編組站,雙向三級七場站型;規劃預留臨閻輔助編組站。貨運系統:規劃新筑鐵路綜合物流中心為全國性物流中心,規劃建設新豐鎮、引鎮、戶縣、空港、臨閻鐵路物流中心為區域性物流中心,形成“一主五輔”貨運(物流)格局,既有西安西、西安東、咸陽等站的貨場逐步外遷。2.5.2客運站分工西安北站辦理鄭西、西寶、大西、西成、銀西、包西高鐵長途動車組始發終到作業和東西向動車組通過作業以及成都與鄭州、運城、延安方向,銀川與重慶及武漢方向動車組通過作業。西安站辦理普速列車為主,兼辦部分短途始發終到動車組及銀川與成都方向動車組通過作業和西韓城際鐵路動車組作業。西安東站(紡織城)辦理武漢、重慶方向動車組始發終到作業,延安、銀川與武漢、重慶方向動車組通過作業,以及西康線普速列車通過作業。新西安南站辦理銀川與武漢、重慶方向動車組通過作業,以及部分城際列車始發終到及通過作業。阿房宮站主要辦理成都方向動車組及部分城際列車通過作業。
3引入西安樞紐方案研究
3.1研究思路
本次研究結合《西安鐵路樞紐總圖規劃》,以總圖規劃和高鐵網架構為基礎,以城際路網引入為切入點,綜合考慮城市總體規劃、工程設置、經濟點分布等因素,在樞紐客運系統布局及線網構成的基礎上,研究了本線引入樞紐的走向和接軌方案,達到樞紐客運系統布局合理,運輸組織順暢、服務質量優質、預留條件充分的目的,以適應樞紐客運量的增長需求。
3.2引入西安樞紐通道研究
3.2.1方案概述根據西安鐵路樞紐總圖格局及客運系統布局,結合關中城市群城際鐵路網規劃,研究了利用西延高鐵通道經富平閻良地區引入樞紐方案(方案I)和沿既有包西鐵路新建雙線經臨潼東站引入樞紐方案(方案Ⅱ)兩大類方案。方案I:利用西延高鐵通道經富平閻良地區引入樞紐方案方案自比較起點蒲城南站引出后向西沿S106省道布線,經到賢鎮后線路折向西南繞避富平規劃區后引入西延高鐵富平閻良站,后利用西延高鐵引入西安樞紐西安北、西安等站。新建線路長度55.65km,橋隧比67.95%,工程總投資81.25億元。方案Ⅱ:沿既有包西鐵路新建雙線經臨潼東站引入樞紐方案方案自蒲城南站引出,出站后折向西南布線,跨既有侯西鐵路,于既有線南側、鹵陽湖現代產業綜合開發區規劃區北側設鹵陽湖站,后跨至侯西鐵路北側傍行既有包西線西側走行,于閻良區東側設站,出站繼沿包西線西側,跨越渭河后經臨潼東站引入西安北和西安站。新建線路長度69.15km,橋隧比69.26%,工程總投資100.96億元。詳見圖2。3.2.2方案優缺點分析及推薦意見綜合分析,方案Ⅱ線路建設長度較長且臨潼東站大西高鐵區間無砟軌道改擴建非常困難,需中斷行車施工,對既有線運營影響大,施工難度大,本線需經鄭西或大西高鐵臨潼東至西安北段運行至西安北站,致使該區段能力緊張,且與大同至寶雞方向動車組列車及包西線普速客車干擾較大,運營管理不便,該方案予以舍棄。方案I具有符合城市總體發展規劃,方便城市旅客出行,有利于吸引客流,工程易于實施,工程投資省,運輸組織順暢等優點,推薦采用方案I,即利用西延高鐵通道經富平閻良地區引入樞紐方案。
3.3富平閻良地區引入方案比選
3.3.1城市規劃概況閻良區距離西安市中心50km,總人口28萬人。富平縣位于西安市北部,總人口82萬,城市空間結構為:“一心、三帶、三片區”,城市居住區主要分布在既有咸銅線兩側,規劃向東、向南擴展,逐步形成富閻一體化布局。3.3.2本線引入富平閻良地區線路走向及接軌方案研究根據西延高鐵、西韓城際鐵路及閻良至機場城際鐵路客流特點,研究年度內延安、韓城與西安北和機場方向均有一定數量的列車開行,故需考慮4個方向的互聯互通。考慮到既有閻良站線路軌道和配套基礎設施標準較低,且車站周邊建筑密集,引入條件較差,不利于城際線路的接入,需擇址新建城際站。結合西延高鐵推薦的富平閻良地區站位以及本線及閻良至機場城際鐵路線路走向,富平閻良地區接軌方案主要研究了富平閻良站接軌、新設閻良北城際站接軌及閻良西站接軌3個方案。3.3.2.1方案概述方案Ⅰ-1:西延高鐵富平閻良站接軌方案富平與閻良兩城市相距10~15km,根據城市發展規劃及線路走向情況,西延高鐵在經過該地區時線路從高陵引出,沿西禹高速通道布線,在荊山塬上合設富平閻良站,跨越石川河折向西北方向。本線自北端由西延高鐵兩側疏解引入富平閻良站,與閻良至機場城際鐵路貫通,經富平閻良站實現各方向的連通。比較段落本線與閻良至機場城際鐵路線路長度合計87.63km。詳見圖3。在閻良區北側新設閻良北站,本線與閻良至機場城際鐵路貫通,同時設置韓城至西安北方向的聯絡線接入西延高鐵預留的閻良線路所,以實現四個方向的聯通。比較段落本線與閻良機場城際鐵路線路長度合計74.24km,各方向聯絡線合計長度為30.50km。方案Ⅰ-3:西延高鐵新建閻良西站接軌方案西延高鐵于閻良區以西西禹高速西側具備設閻良西站的條件,本線自北端西延高鐵兩側疏解引入新設的閻良西站,與閻良至機場城際鐵路貫通,經閻良西站實現各方向的聯通。比較段落本線線路長度合計79.31km。3.3.2.2方案優缺點分析富平閻良地區接軌方案比較,詳見表1。3.3.2.3方案推薦意見綜上所述,方案Ⅰ-1符合高鐵大通道布線要求,車站設置均衡,城際與高鐵銜接緊密,旅客換乘方便;綜合比較投資較省;同時符合省政府和地方政府意見,有利于實現富平、閻良兩地“一體化”進程,帶動兩地共同發展。本次推薦方案Ⅰ-1:西延高鐵富平閻良站接軌方案。3.3.3接軌站建設方案研究富平閻良站共銜接延安、韓城、西安和機場四個方向,根據車站布置形式對線路疏解方式、行車組織的影響,結合車站周圍地形地貌和城市規劃,研究了合場布置和并場布置2個方案。3.3.3.1方案概述方案Ⅰ-1-1:合場布置方案西延高速鐵路、西韓城際鐵路及閻良至咸陽機場城際鐵路車場合并設置。西延高鐵正線中穿貫通,本線在車站北端分上下行疏解引入,閻良至咸陽機場城際鐵路在車站南段分上下行疏解接軌。車站按4臺10線規模設置,西延高鐵2臺6線工程,本線2臺4線工程,閻良至咸陽機場城際鐵路在本站設置立折線,以滿足立折車的折返需要。車站西安端站同左位置設綜合維修工區1處。詳見圖4。方案Ⅰ-1-2:并場布置方案車站采用一站兩場布置形式,由東向西依次為高速場和城際場,高速場南端設置與閻良至咸陽機場城際鐵路的上下行聯絡線,滿足咸陽機場與延安方向車流的運輸需求;城際場南端設置與西延高鐵的上下行聯絡線,滿足西安北與韓城方向車流的運輸需求。高速場按2臺6線規模設置;城際場按2臺5線規模設置,本線實施2臺4線,閻良至咸陽機場城際鐵路實施到發線1條。閻良至咸陽機場城際車采用站前折返方式。其他客運配套設施同合場布置方案。詳見圖5。3.3.3.2方案優缺點比較及推薦意見合場布置方案優點:車站與各方向銜接順暢,線路疏解簡單,無需設置聯絡線,行車組織較方便;缺點:車站站坪太長,用地較大,近期一次性建設工程量大,投資較大。并場布置方案優點:站坪長度短,用地較少,車場工程可按照近遠期需求分步實施,近期工程量較小,投資少;缺點:各方向銜接需設置聯絡線,線路疏解復雜。綜上分析,由于合場布置線路疏解簡單,無需單獨設置聯絡線,車流組織方便,故本次推薦方案Ⅰ-1-1:合場布置方案。3.4本線引入樞紐客運站及區間能力分析本線引入樞紐運輸徑路順暢,經檢算,研究年度車站及相關線路能力均能滿足本線引入運輸需單獨設置聯絡線,車流組織方便,故本次推薦方案Ⅰ-1-1:合場布置方案。
4結語
關鍵詞:物流運輸;組合優化;路徑優化;線性規劃;啟發式算法
中圖分類號:TP391
整車物流指的是按照客戶訂單對整車快速配送的全過程。隨著我國汽車規模的擴大發展,乘用車的整車物流成為了當前面臨的主要問題之一。
1 通用模型
1.1 兩階段線性規劃模型
1.1.1 模型定義
本文中假設所有轎運車都是雙層;轎運車到達目的地后不得返回;轎運車在運輸過程中可中途卸載部分乘用車;卸車成本忽略不計,總成本僅與派遣的轎運車數量和行程有關。
在滿足假設前提的情況下,定義轎運車集合П=與待運乘用車集合=,有任意轎運車類型Пi=和待運乘用車類型=。其中,πi為轎運車的數量,WiD,LiD,HiD,WiU,LiU,HiU分別為轎運車上下兩層的寬、長和高;θi為待運乘用車的數量,wi,li,hi分別為待運乘用車的寬、長和高。則乘用車物流運輸計劃問題可描述為:在滿足Constraint(1)的情況下,對于轎運車和待運乘用車集合П和,求出Xmin,使得Cost(Xmin)=mini(Cost(Xi))。
在假設前提下,對于任意轎運車Пi,可將其視為ПiD=(下層)與ПiU=(上層)。
(1)
1.1.2 兩階段線性規劃
定義1 切分模式:給定寬為W,長為L的長方形X=,以及一系列的小的長方形Y=,Yi=,1≤i≤n。需要將X切分為寬為且長為L的條(長方形)。一種切分模式λiX可定義如公式(2):
λiX=T,Σjbj*wj≤W (2)
其中,是在切分模式λiX下,能切分出的寬為長為L的長方形個數。記可能切分模式的總數為γX。
定義2 兩階段線性規劃:給定Пp∈П和,兩階段線性規劃問題分為兩個階段。
(1)將規格為Wi*Li的長方形切分為wj*Li,θj∈的“條”,Σwj≤Wi。
(2)給定規格wj*Li的條,將其切分為最終規格為wk*lk的塊,wk≤wj且Σlk≤Li。
0 0 2 1 2 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0
W0=3.5 L0=24.3 λ10λ20λ30λ40 λ11 λ12λ22λ32λ42λ52 λ13λ23λ33λ43λ53λ63λ73λ83λ93λ103λ113λ123λ133λ143λ153
(wi,li)=(1.605,3.615)
(1.7,4.61)
(1.785,4.63) 2 1 1
1 2
1 -1
-1 -1 -1 -1 -1
-1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 =0
=0
=0
(wi,li)=(1.605,3.615)
(1.7,4.61)
(1.785,4.63) 6 5 4 2 1
1 2 3 4 5 5 4 2 1 4 2 2 1 1 1
4 3 2 1 1 2 1 3 2 1
1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 2 1 2 3 5 ≥20
≥8
≥6
圖1 示例-兩階段劃分
假設只有一種規格的轎運車П0=,三種待運乘用車1=,2=和3=,則 。兩階段可描述為:第一步:將條形3.5?24.3編號為0。該條形能夠以γ0=4種方式,切分成包含寬分別為,長為24.3的條。如圖1,在切分模式λ30中,可得到,長為24.3的條各塊。第二步:給定規格為1.785?24.3的條,給定切分模式λ83,可切分出規格為,,的塊各塊。
1.1.3 通用模型
通用模型FS首先,建立通用模型FS。記Пi∈П的規格W*L,=中有 種不同的寬,分別為 。則在規劃過程中,總共有 種規格的條形,它們的規格分別為W*L, 。按順序將這些規格編號為 。
定義3 Ai定義Ai=[λ1i…λγii]。λji是針對規格編號i的形狀,能進行的第j種切分方式。記Ai的行數和列數分別為ri,ci,則有:當 或i≠0,ri=m時,ci=γi。
定義4 ,其中 表示的是對應第j種切分方法需重復的次數。
定義5 Ni=[n1i…nmi]T,其中nji表示對應切分方法j能產生史小塊的數量。
根據上述定義,給定規格編號為i的長方形,其能分割出的長方形數量可通過公式 求出。實際上,第一階段問題是是針對W*L的線性規劃問題,第二階段是針對第一階段wi*L的線性規劃問題,將兩者結合,可得到以下條件: ; 。其中 是指,第一階段的產出需要等于第二階段的消耗。
至此,可以得適用于單一規格的單層轎運車的通用形式FS,通用模型FM可對適用單一規格的通用形式進行修改,以形成適用于多規格的單層轎運車構造通用形式。考慮到有q種不同的單層轎運車,對于每一種轎運車1≤i≤q,都有對應的Ai,則適用于多規格的單層轎運車的線性方程應滿足以下基本形式:AX≥N′;A=diag[A1,…,Aq];N′=[0 n11 n21 … nm1 … 0 n1p … nmp]T。
在建立好通用形式FS或FM之后,則可對其進行求解,得出最優解X*以及相應能夠運送的各型乘用車數量N*。對于求得的N*, 。
1.2 基于蟻群算法的路徑優化模型
將一般運輸路徑問題簡化為圖2所示。在滿足假設前提的條件下,乘用車路徑規劃問題可描述為:對于給定轎運車集合П和待轎運車集合Σ=,需要在指定的約束條件Constraint的情況下,使得轎運車集合Σ運送到目的地。
圖2 一般路徑規劃問題的路徑圖
因此,定義滿足Constraint的解決方案為元組S=,其中Sk=(si為需要使用Пi型轎運車的數量)為運送到k地的指派方案。同時,該解決方案對應成本Cost(S)=(式中Counts為該指派方案需要的轎運車的總數,Lengths為該方案行駛的總里程);成本之間的比較關系由式(3)定義:
(3)
則乘用車路徑規劃問題可描述為:對于給定轎運車集合П和待轎運車集合Σ,在滿足Constraint的基礎上,求出Smin,使得Cost(Smin)=min(Cost(S))。
1.2.1 基本模型及建模
根據圖2,為使運輸的轎運車數量以及型號最優(數量最少,轎運車使用成本最低),可采取由遠到近的分配策略,從而縮減較近節點的轎運車需求。利用此策略,對原有路徑圖的簡化為圖3。如圖4,利用上文所提到的兩階段線性規劃模型,可計算在E、A兩地的需求合并后,轎運車的最優指派方案,以及每輛轎運車的裝配方案。
圖3 簡化后路徑圖
圖4 E、A兩地的運輸規劃問題
根據圖4,可把B地作為始發站。對E、A兩地的運輸規劃問題可轉化為標簽問題。可定義標簽A為0,E為1,解定義為Spath=。路徑優化的問題優化模型約束為: ; ; 。
1.2.2 蟻群算法流程
初始狀態:上述問題模型可轉化為分層選擇模型。初始狀態,將m只螞蟻隨機放入第一層的0節點或1節點,隨機從下層中選擇一個標簽來前進;t時刻在節點i和下層節點j之間的殘留信息量用τij(t)表示;在初始時殘留信息量相同,設τij(0)=c。
轉移概率:螞蟻k(k=1,…,m)在運動過程中,由各條路徑上殘留的信息量決定其運動方向。螞蟻k在t時刻從節點i運動到下一層的節點j的概率用pkij(t)來表示,如式(4):
(4)
其中,α為殘留信息量的信息素啟發因子;β為期望值的啟發因子;ηij為啟發值。
信息素更新:經過n個時間段,所有螞蟻都完成對每個標簽的選擇,將最新的螞蟻訪問過的路徑留下的新信息加入到τij(t)中。信息素根據以下公式進行更新:
τij(t+1)=(1-p)τij(t)+Δτij; (5)
; (6)
其中,1*代表第k只螞蟻通過Pathij;2*代表第k個解決方案滿足約束。式中,p表示信息素揮發因子,取[0.5,0.9];Δτkij表示第k只螞蟻在此次循環中在ij路徑上的信息素增量,若該螞蟻訪問了該路徑,則增量為正數,否則為0;在計算增量上,Q為正常數,Fk為第k只螞蟻的路徑所產生的解的適應度;在計算適應度時,若第k只螞蟻的標簽方案符合所有的約束,則適應度為正值,否則為0;fmax,fmin分別為當前蟻群中產生的最優解和最差解的適應度函數值。
2 模型總結
針對多規格轎運車裝配問題和多地點路徑規劃問題,本文分別提出了對應的數學模型:兩階段線性規劃模型與基于蟻群算法的路徑優化模型,并給出了相應算法流程。模型最后可輸出對多規格轎運車的最優裝配方案,以滿足單一目標地的乘用車需求。
對于路徑優化問題,本文給出基于蟻群算法的優化模型,利用啟發式算法正反饋的機制,以較少時間實現對復雜解空間最優解的逼近。
參考文獻:
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[8]吳雪琴.線性規劃在物流運輸中數學模型的建立及應用[J].江西電力職業技術學院學報,2007(01).
關鍵詞:線性規劃;單純形解法
中圖分類號:G712 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2015)03-037-02
隨著社會的發展,網購及物資流通等越來越頻繁,物流配送越來越跟我們的生活息息相關,物流公司也如雨后春筍般越來越多。
在所有的經濟活動中,我們始終追求的是在國家政策法規和產品質量標準的范圍內達到利潤的最大化,物流公司也不例外。利潤的最大化可以通過降低成本或增加凈利潤值達到。
在物流配送中,運輸成本占到了總成本的三分之一到三分之二還多,所以,如何充分利用運輸設備和人員,最大限度的提高運輸運作效率是運輸管理中最需要關注的問題。
運輸管理中最常見的決策問題是選擇出運輸工具在公路網、鐵路網、水運航線或航空線路運行中的最佳路線,以便盡可能縮短運輸時間或距離,達到降低成本和改善服務的目的。
優化運輸線路的常用方法有圖上作業法與表上作業法,實質就是用矩陣的方式寫出供需平衡問題,利用線性規劃找出初始方案,檢查是否為最優方案,逐漸調整,得出最優方案。下面我們給出一個實例來說明規劃在物流線路規劃中的應用問題:
例如:JC啤酒廠目前在C地區內有A1、A2兩個配送點分別存有啤酒21箱,29箱。需要送往3個連鎖超市B1、B2、B3。三個連鎖超市的需求量分別為20箱,18箱,12箱。而且已知各配送點和超市的地理位置及它們之間的道路通阻情況,請以線路最短為準對該次運輸任務進行優化。
下面先給出該次運輸的運距運量交通示意圖:
考慮運距最短,這樣需要的運輸成本低。從圖中我們希望找到A1、A2分別到B1、B2、B3的最短運距。可以看出最短運距如下表:
設A1運往B1、B2、B3的啤酒量分別為 箱、 箱、 箱,A2運往B1、B2、B3的啤酒量分別為 箱, 箱, 箱。考慮到配送點運出啤酒的數量與各自的儲量平衡,有
考慮到超市運進啤酒的數量與各自的需量平衡,有
上面得到的五個線性方程式中有一個線性方程是多余的,不妨去掉第一個線性方程式。當然對決策變量皆有非負約束,有
總運費為 (元)
于是得到這個線性規劃問題的數學模型為
應用單純形解法求解時,該數學模型必須是標準形式。引進新的目標函數:
所得線性規劃問題化為標準形式
所求最小值
得到單純形矩陣
我們發現該單純形矩陣沒有現成的初始可行基,因此要找初始可行基,具體變化如下:
于是得到有四個基變量 , , , 構成的初始可行基。
由于所有檢驗數皆非負,且非基變量 , 對應的檢驗數皆為正,所以基本可行解為唯一最優解。令非基變量 , ,得到基變量 , , , ,于是得到這個線性規劃問題的唯一最優解:
最優值等于檢驗行常數項的相反數,即
所以應從A1調出9箱啤酒運往B2,12箱啤酒運往B3,從A2調出20箱啤酒運往B1、9箱啤酒運往B2,才能使得總運費最省,最省運費值是381元。
如果運距運量圖更復雜,或者其他條件發生變化,我們還可以用數學軟件來處理。在線性規劃中,我們經常用到的軟件是LINGO,在LINGO中輸入程序如下:
執行得:
從上圖中可以看出結論跟我們上面計算的結果是一樣的。
以上的這種方法我們稱為線性規劃問題的單純形解法,如果較簡單,可以手動計算,如果稍微復雜,可以用數學軟件來求解。
在線性規劃中,比較常用的軟件是LINGO。這種方法可以用于物資調運方案的制定,運輸線路的開發等。
參考文獻:
[1] 黃紅選 運籌學:數學規劃.北京:清華大學出版社,2011.
【關鍵詞】配電網規劃;優化方法;分析
配電網規劃的數學規劃方法包括確定性方法和不確定性方法。其中,確定性方法又包括線性規劃法、非線性規劃法、動態規劃法、網流規劃法,而不確定方法有模糊規劃法、場景分析法、風險度估計法等。配電網規劃的啟發式方法包括傳統啟發式方法、啟發式專家系統和現代啟發式方法。
1.配電網數學規劃優化方法
(1)線性規劃法。在眾多的數學規劃方法中,線性規劃法是研究最早,也是最為成熟的一種數學優化方法,它在配電網規劃中的應用幾乎涵蓋了配電網規劃早、中期的所有研究。線性規劃法又分為運輸模型、線性規劃、整數規劃、混合整數規劃等。運輸模型是最為簡單的一種線性規劃法。由于模型簡單,其求解算法也最為有力。然而,運輸模型的一個嚴重缺陷是運輸費用必須嚴格表達為線性化費用,而用嚴格線性化費用模型來代替實際的非線性化費用模型是不準確的。運輸模型另一個嚴重缺陷是它不滿足電網運行的許多約束條件。不帶整數變量的線性規劃是傳統的、狹義的線性規劃法。它的模型雖然較運輸模型復雜,但其求解算法也比較成熟。
無論是采用線性規劃的運輸模型還是不帶整數受量的純線性規劃模型,都無法考慮到配電網規劃的離散性,而整數規劃則彌補了這方面的缺陷。在求解整數規劃問題時,由于整數規劃的離散特征,解的數目是有限的,并且隨整數約束變量數目的增加而呈組合性的增加,因此,通過顯式的方法枚舉所有解的方案通常是不現實的。整數規劃的常用方法是分文定界法,它是一種把隱式枚舉和顯式枚舉有效結合起來的整數規劃方法,它的有效性依賴于它的枚舉邏輯的有效性。
(2)不確定性規劃。目前,在配電網規劃中考慮不確定性主要有三種方法。第一種方法是采用模糊數學理論。對配電網規劃問題建立了相應的模糊線性規劃模型,并相應發展了直流模糊潮流和交流模糊潮流。建立了以模糊供電總成本最小為優化目標,通過計算電網故障狀態下的模糊電量不足期望值計算模糊缺電成本,最后利用遺傳算法產生動態優化解。采用盲數模型在合理的考慮多種不確定信息基礎上進行了電網規劃,達到了理想效果。第二種方法是場景分析法。場景分析法并不直接對配電網規劃中的不確定性因素進行建模,而是將未來規劃年的環境預想為多種可能的確定性場景,然后在不同的場景下進行確定性的常規配電網規劃,考慮對各種場景都具有較高適應性的配電網規劃方案為最優的柔性方案;第三種方法是風險評估法。這種方法是通過對可能出現的不確定性情形進行評估和考慮,確定各個方案的風險率,然后進行確定性的電網規劃,從而得到最優的柔性擴展方案。
2.配電網啟發式規劃優化方法
以上分析了數學規劃方法在配電網規劃中的應用,可以發現,非線性規劃方法的局限性使得建立在非線性費用函數和非線性約束條件上的配電網規劃模型往往得不到有效的解,而混合整數線性規劃模型既彌補了運輸模型和不帶整數變量的純線性規劃模型過于簡化的特點,又避免了非線性規劃的“非魯棒性”,因而成為求解配電網規劃問題較理想的數學規劃方法。但是,即使是這種最為理想的數學規劃方法,當進行實際的配電網規劃時,由于變量的數目和約束條件很多,也會變得非常因難,更不用說再在配電網規劃中加入其他方面的考慮,如不確定性因素等。針對以上數學規劃方法的不足,啟發式算法的特點就更為突出,它綜合考慮了規劃效率和規劃效果兩個指標。在實踐過程中,許多啟發式方法,特別是現代啟發式方法常常能給出令人滿意的、高質量的解。啟發式方法的優點是直觀、靈活、計算速度快,便于規劃人員在規劃過程中參與具體的決策,通過規劃人員過去的經驗和常用的配電網規劃啟發式規則,并借助于數學規劃方法,得出符合工程實際的規劃方案。
(1)傳統的啟發式方法。傳統的啟發式方法通常基于系統某一性能指標對可行性路徑上線路參數的靈敏度,根據一定的原則,逐步選代直到得到滿足要求的方案為止。這種方法在配電網規劃中的應用主要是結合“支路交換”技術進行的。所謂支路交換是指:對輻射狀配電網,通過添加—條支路來形成一個環,然后斷開另一條支路以恢復其輻射狀網絡結構。重復該過程,直到任意支路交換均不能使目標函數減小為止。
(2)專家式啟發方法。啟發式專家系統可以看作是傳統啟發式方法的發展,它與傳統啟發式方法的區別是在規劃過程中引入了規劃專家的經驗,并便于規劃人員參與到具體的規劃決策中去。值得指出的是,專家系統不是用來代替規劃人員的,而是利用存放在知識庫中的知識和數據庫中的基礎數據,并通過推理機的推理,給規劃人員提供相對較優的規劃方案,而最終的規劃方案的選擇是由規劃人員作出的。
(3)現代啟發式方法。現代啟發式方法是一種通用的優化算法。它的另外一個重要特點是所有這些方法均能實現并行計算。由于現代啟發式方法在求解組合最優問題時表現出的卓越性能,在過去的20年中,它受到前所未有的關注。然而,現代啟發式方法也有其不足之處,它在處理具體問題的約束條件時,雖然采用懲罰函數的方法把約束條件加到目標函數中去,但是在如何選擇合適的懲罰函數方面,它往往缺少有效的手段。另外一個不容忽視的缺點是,當配電網節點比較多時,不可避免的會出現“維數災”問題。
3.結論
綜上所述,在配電網架優化規劃的各種方法中,總的來講可以分為數學規劃和啟發式算法兩大類。但是,即使對于最理想的數學規劃方法,由于配電網規劃中變量的數目和約束條件很多,使用該類方法變得非常因難,更不用說再在配電網規劃中加入其他方面的考慮,如不確定性因素等。而啟發式算法又分為傳統啟發式方法、專家式啟發方法和現代啟發式方法的算法。傳統的啟發式方法具有較高的計算效率,但是容易陷入局部最優解;專家式啟發方法目前還不成熟,有待進一步研究。 一方面,從表面上看,對于規劃問題計算效率似乎并不重要,但是配電網規劃中負荷點眾多,若使用輸電網規劃方法或遺傳算法等方法,不可避免地會遇到“維數災”問題。更重要的是,實際上任何一種優化規劃方法都是在規劃工程師根據經驗確定了設計思路和限制因素的情況下開展的,規劃工程師需要根據所得結果不斷調整設計思路和限制條件。因此電網規劃實際上是一種人機交互式的設計過程,人的藝術性和經驗性在其中起到了很大的作用,優化規劃方法僅僅是針對設計師各種思路的輔助工具。因此要求優化規劃算法具有較高的計算效率,以便能夠對設計師眾多的設計思路和調整方案產生較快的響應。另一方面,實踐經驗表明:對于配電網架規劃問題,盡管存在大量局部最優解,但是大部分局部最優解與全局最優解的指標相差不大,作為工程近似最優解完全可行。
參考文獻