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三峡工程散装水泥/粉煤灰调运方案生成建模研究
 提问日期: 2003-06-25 18:58
摘 要 讨论三峡工程施工高峰期水泥和粉煤灰调运优化方案生成的建模问题,论述了建模思路,给出了决策变量、约束条件、目标函数、求解算法。   关键词 物料调运 建模 算法 三峡工程   中图分类号 TQ172.68 1 问题   长江三峡工程进入大坝混凝土浇筑施工高峰期后需要大量的水尼和粉煤灰。为保障混凝土浇筑施工的连续性,在施工工地建有多个拌和楼系统。每个拌和楼系统都建有若干个贮罐,用来贮存适量的水泥和粉煤灰,防备出现缺料。施工所需的水泥和粉煤灰由多个物料供应商(水泥厂和火电厂)供应。这些供应商位于远离工地的不同省、市、地区。所生产的物料或水运(轮船)、或公路(汽车)、或铁路(火车),先运至三峡工程物资采供主管部门指定的中转贮存地的存储系统中,再随时听从物资采供主管部门调度中心的指令,将物料短途倒运(简称“短倒”)到指定的拌和楼系统的贮罐中。图1给出了这一调运系统的“流”描述。   现在的问题是,由于不同供应商的物料价格(指供料到工地拌和楼系统的综合价格)、供货能力、运输周期存在差别,以及出於工程质量方面的考虑等原因,希望能根据某一施工计划期内各拌和楼系统提出的物料需求计划,在保障物料供应的前提下,在物料供应商和拌和楼贮罐之间建立某种合理的供应关系,并确定计划期每一单位时段内相应的供应量,既制定出合理的调运方案,从而,为三峡工程物资采供主管部门调度中心向有关供应商发出物料调运指令提供决策支持。 图1 调运系统的流描述 2 建模 2.1 建模假设   根据对实际系统业务流程的分析,我们认为下列假设条件对建模来说是成立的:   . 各拌和楼系统能按计划期单位时段(例如天)提出用料需求计划,尤其是因工程质量关系所决定的、对某特定供应商的物料需求计划。   . 各供应商综合考虑其生产能力、运输能力(包括车、船数量、运力、集装箱运输周期等)、仓储能力、市场业务关系等而确定下来的供货能力数据是可以得到的。   . 拌和楼物料安全库存期(一般为天数)、中转库物料安全库存期(一般为天数)、物料有效期(一般为天数),计划期初拌和楼与中转库的状态数据(如存贮量、已有的供应商―贮罐供应关系可否取消等)是可以获得的。   . 反映有关部门或业务专家对各个供应商的供货情况是否满意的信誉因子,在需要时是可以获得的。 2.2 建模要素 2.2.1 决策变量   根据调运系统的流描述,在建模时将下列待定量作为决策变量:   mjki――在第j个拌和楼,计划期内分配给第i个供应商储存第k种物料的储罐数;   Xjki(t)――在第t时段,第i个供应商应运达第j个拌和楼的第k种物料的数量(运达量);   Yjki1(t)――在第t时段,第1个中转港(站),第i个供应商应短倒到第j个拌和楼的第k种物料的数量(中转短倒量);   Zki1(t)――在第t时段,第i个供应商应运达到第1个中转港(站)的第k种物料的数量(港站到货量)。 2.2.2 主要约束   建模时考虑的主要约束有:   . 容量约束――对于每个时段、每个拌和楼(中转库)、每个供应商的期末库存量不能超过供应商在此处所拥有的储罐总容量。   . 安全库存约束――对于每个时段、每个拌和楼(中转库)、每个供应商的期末库存量不得小于要求该供应商在此处应拥有的安全存储量(由安全库存天数中的用料需求之和所确定)。   . 供货能力约束――对于每个时段、每个供应商对所有拌和楼的总供货量不能大于该供应商在此时段的供货能力。   . 物料有效期约束――为了避免物料过期,对于每个时段,每个拌和楼、中转库,每个供应商的期末库存量不得超过其在物料有效期内的总需求。   . 连续性条件――对于每个时段,每个拌和楼、中转库,每个供应商的期末库存量即为其下时段的期初库存量。   . 其他约束――例如由于工程质量、施工连续性所决定的某种特殊需要的供货关系、中转码头装卸能力,以及考虑到作业方便,要求供应商在一段时间内均匀供货等。 2.2.3 目标函数   模型的目标函数选定计划期内物料总折合成本最小。所谓折合,是指将供应商的物料单价除以赋予该供应商的信誉因子。目标函数数学描述如下:   式中Cki为第i个供应商第k种物料的单价(指运达价,已计入运杂费等),A为贴现率,ωki为权重系数或称信誉因子。如A取0,即不考虑贴现,ωki均取1,即等权,上式给出的将是实际的物料成本,如考虑A与ωki,则应在算出最优的Xjki(t)后,按下式算出实际付出的物料成本 2.3 模型数学描述   因受论文篇幅限制,模型数学描述将另文发表,此处从略。 3 模型求解   该模型可有两种方法求解:   方法一:此模型具有递阶优化特性,问题的关键是拌和楼储罐的分配。可以先设定一种储罐分配,这意味着给定一个厂供关系,在此条件下,再考虑到其他涉及到的约束,可以对下标进行分解,从而实现逐级优化,确定一相应的最好的可行方案;然后,改变一种储罐分配,又可确定一相应的最好可行方案;再相互比较,最终找出其中最好的。   方法二:在实际问题中,由于该模型具有约束极强,特殊的人为因素约束(例如供应商与拌和楼贮罐之间的供货关系不能随意改变)等特点,可构造一种启发式地仿真优化算法,既能较灵活地处理特殊约束,又能求得优化解,且算法简单明了,以月物料调运模型为例,其算法框图见图2。 4 说明   基本模型可选计划期为月,以计算计划月中逐日物料供应之要求来构建,得到所谓月物料调运模型,通过修改有关参数,如计划期长度、时段长度、增删有关约束可适应其他功能要求。例如取计划期为年,单位时段为月,可得到年物料调运模型;取计划期为旬或周,单位时段为天或台班,可得到旬或周物料调运模型等。   本文提出的模型与算法已在长江三峡工程散装水泥/粉煤灰调运信息系统的开发中实际运用。 作者单位:魏祥云 余明辉 陈建生(华中理工大学系统工程研究所,武汉 430074)      罗荣海 简季仲(长江三峡工程开发总公司物资部调度处,宜昌 443000)
 提问者:刘小俊  

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