專利名稱：多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工程機(jī)械自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及道路施工機(jī)械機(jī)群優(yōu)化配置技術(shù)背景道路施工機(jī)械資源優(yōu)化配置技術(shù)是一門以設(shè)備及其群體為對象，建立在機(jī)械、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫、概率統(tǒng)計(jì)、專家系統(tǒng)、道路施工等技術(shù)基礎(chǔ)上的綜合性交叉技術(shù)。是一種直接為生產(chǎn)服務(wù)，促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的工程實(shí)用技術(shù)。
現(xiàn)代大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是由多品種、多數(shù)量工程施工機(jī)械施工機(jī)群協(xié)同作業(yè)的生產(chǎn)過程。施工企業(yè)在保證質(zhì)量的前提下，無不追求施工效率和施工成本，并對生產(chǎn)過程的均衡性提出了越來越高的要求。工程開始階段，編制施工計(jì)劃，合理配置人力(人力資源配置)、物力(設(shè)備資源配置和材料資源配置)是首當(dāng)其沖的任務(wù)。
隨著技術(shù)進(jìn)步和大生產(chǎn)的發(fā)展要求，國內(nèi)外工程界、企業(yè)界對設(shè)備資源優(yōu)化配置越來越重視，也使此項(xiàng)技術(shù)的研究得到發(fā)展。由于路面施工機(jī)群的設(shè)備的品種和數(shù)量較多，各種機(jī)械的工作狀態(tài)又有一定隨機(jī)性，致使此項(xiàng)技術(shù)的研究仍停留在理論上，尚未對施工實(shí)踐起指導(dǎo)作用。機(jī)械配置仍停留在依據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行配置階段。因而，道路施工機(jī)械配置不科學(xué)；實(shí)時(shí)性差；出現(xiàn)物料斷流和積壓；施工成本加大，生產(chǎn)效率低；施工質(zhì)量與管理水平差等諸多問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)存在的問題，提供了一種多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法。
本發(fā)明的應(yīng)用對象是由拌和機(jī)—攤鋪機(jī)—壓實(shí)機(jī)—自卸車—裝載機(jī)組成的公路路面施工機(jī)群。
本發(fā)明中(1)多目標(biāo)函數(shù)指由質(zhì)量、成本、施工效率、均衡性生產(chǎn)四個目標(biāo)綜合形成的目標(biāo)函數(shù)。(2)道路施工機(jī)械拌和機(jī)、攤鋪機(jī)、壓實(shí)機(jī)、自卸車、裝載機(jī)等組成的公路路面施工機(jī)群。(3)資源指組成公路路面施工機(jī)群的設(shè)備的品種、機(jī)型和數(shù)量。
本發(fā)明的多目標(biāo)函數(shù)，即以質(zhì)量、成本、施工效率、均衡性生產(chǎn)四者綜合形成目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行道路施工機(jī)械資源優(yōu)化配置。其配置方法包括①以施工機(jī)械均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃和評價(jià)模型按兩種模式編制施工計(jì)劃，即以“要求工期不變，供應(yīng)機(jī)械均衡”或“供應(yīng)機(jī)械有限，要求工期最短”，根據(jù)用戶要求擇其一種進(jìn)行，計(jì)算出每天的施工進(jìn)度和對機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，作為機(jī)械資源優(yōu)化配置的依據(jù)。
②以施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置在第①步施工計(jì)劃基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在施工單位的設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫中選擇機(jī)型，保證施工質(zhì)量。在單機(jī)選型基礎(chǔ)上，按照計(jì)劃要求進(jìn)行機(jī)群配置，求出每種機(jī)械的數(shù)量。
③以施工成本為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案施工成本是以機(jī)群系統(tǒng)中所有機(jī)械的總臺班費(fèi)為指標(biāo)計(jì)算的。以總臺班費(fèi)最小為原則，編制機(jī)群配置評價(jià)模型，對第②步形成的機(jī)群配置方案進(jìn)行評價(jià)，并按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的原則修改它。
④以施工效率為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案提高施工效率的本質(zhì)就是讓設(shè)備的空閑概率最低！以此為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，對第③步形成的機(jī)群配置方案進(jìn)行評價(jià)，也按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的原則修改它。
按①②③④的順序編制軟件總流程，就可以形成比較理想的多目標(biāo)函數(shù)機(jī)械資源優(yōu)化配置方案。
本發(fā)明評價(jià)模型中加入優(yōu)化配置施工機(jī)械的依據(jù)，使配置優(yōu)化方法簡便，提高了實(shí)用性。
目前的研究大多采用概率統(tǒng)計(jì)理論，理論性強(qiáng)，適用面廣，但計(jì)算較復(fù)雜，實(shí)用性差。相反，許多施工人員的經(jīng)驗(yàn)公式簡單易行，但使用范圍較窄。為此，將兩者結(jié)合形成優(yōu)化、評價(jià)模型，不求理論價(jià)值多高，但求實(shí)用價(jià)值大。數(shù)學(xué)模型有的取自理論分析，有的是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有的則取自相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。大部分為代數(shù)式，優(yōu)化配置快速、簡便和實(shí)用。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，以目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃，進(jìn)行單機(jī)選型、機(jī)群配置，編制評價(jià)模型進(jìn)行配置優(yōu)化，其特點(diǎn)是以質(zhì)量、成本、施工效率、均衡性為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行道路施工機(jī)械資源優(yōu)化配置；其優(yōu)化配置方法包括1)以施工機(jī)構(gòu)均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃按兩種模式編制施工計(jì)劃，一是要求工期不變，供應(yīng)機(jī)械均衡，二是供應(yīng)機(jī)械有限，要求工期最短，擇一編制出每天的施工進(jìn)度和對機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，作為施工機(jī)械優(yōu)化配置依據(jù)；2)以施工質(zhì)量、施工成本或施工效率擇一為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置，然后，以另外兩指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案，得到道路施工機(jī)械優(yōu)化配置；其中施工質(zhì)量是在施工計(jì)劃基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，按照質(zhì)量要求，在施工單位的設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫中選擇機(jī)型，保證施工質(zhì)量；施工成本是以機(jī)群系統(tǒng)中所有機(jī)械的總臺班費(fèi)為指標(biāo)，以總臺班費(fèi)最小為原則編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的方法修改優(yōu)化配置方案；施工效率是讓設(shè)備的空閑概率最低，以此為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的方法修改優(yōu)化配置方案。
本發(fā)明還可以采取如下技術(shù)措施上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是道路施工機(jī)械按以下順序進(jìn)行優(yōu)化配置1)以施工機(jī)械均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃；2)以施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置；3)以施工成本為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)修改來優(yōu)化機(jī)群配置方案；4)以施工效率為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)修改來優(yōu)化機(jī)群配置方案。
上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是根據(jù)運(yùn)距的變化均衡調(diào)整優(yōu)化配置自卸車數(shù)量和種類。
上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是單機(jī)選型和機(jī)群配置優(yōu)化的依據(jù)為1)道路施工機(jī)群由主導(dǎo)機(jī)械和輔助機(jī)械組成，拌和機(jī)、攤鋪機(jī)為主導(dǎo)機(jī)械，其余為配套輔機(jī)。配套輔機(jī)生產(chǎn)率容量略≥主導(dǎo)機(jī)械，按K＝1.0-1.3的安全系數(shù)配置。例如，裝載機(jī)能力≥1.2×拌和機(jī)能力，自卸車能力≥1.2×攤鋪機(jī)能力。
2)拌和機(jī)生產(chǎn)率Pb＝T·Kt·PbO其中Pb拌和機(jī)臺班生產(chǎn)率，噸/臺班PbO拌和機(jī)平均小時(shí)生產(chǎn)率，噸/小時(shí)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0T臺班工作時(shí)間，小時(shí)3)攤鋪機(jī)生產(chǎn)率Pt＝60·T·Kt·h·b·V，立方米/臺班其中Pt攤鋪機(jī)每個臺班生產(chǎn)率，立方米/臺班T臺班工作小時(shí)數(shù)，小時(shí)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0h壓實(shí)后的攤鋪厚度，米b攤鋪寬度，米V攤鋪速度，米/分鐘4)壓路機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算PY=TKtLB[(n1α×V1+n2α×V2+n3α×V3)L+nt]m]]>(平方米/臺班)其中Py壓路機(jī)每臺班生產(chǎn)率T臺班工作小時(shí)數(shù)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0L作業(yè)段長度，米B壓路機(jī)作業(yè)寬度，米n1，n2，n3相應(yīng)速度下的碾壓遍數(shù)v1，v2，v3不同檔位下的工作速度，米/分鐘α滑轉(zhuǎn)效率；α＝0.8n＝n1+n2+n3t換檔時(shí)間；t＝0.001小時(shí)m沿寬度方向的碾壓帶數(shù)。
5)為滿足拌和機(jī)供料需配置裝載機(jī)的數(shù)量nz=Pb(L/V1+L/V2+tb+tp)60qi×kzz]]>式中n1-每小時(shí)裝載次數(shù)L-裝料距離，米
qi-裝載機(jī)斗容量，噸V1-裝載機(jī)空載行車速度，米/分鐘V2-裝載機(jī)滿載行車速度，米/分鐘ti-裝載機(jī)裝料時(shí)間，分鐘tp-裝載機(jī)卸料時(shí)間，分鐘Pb-拌和機(jī)生產(chǎn)率，噸/小時(shí)nz-裝載機(jī)的數(shù)量Kzz-安全系數(shù)，Kzz＝1.0-1.3上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是單機(jī)選型和機(jī)群配置優(yōu)化的依據(jù)為安全系數(shù)K＝1.1-1.3，臺班利用系數(shù)Kt＝0.8～0.9，安全系數(shù)，Kzz＝1.2上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是以施工成本為目標(biāo)函數(shù)的評價(jià)模型為Ze＝Ze最小其中機(jī)群施工每臺班的使用費(fèi)用Ce=Σi=1nKhiTmiNiKli]]>機(jī)群每臺班產(chǎn)量投資額Ke＝(Kz/Py)×PT機(jī)群施工每臺班的成本折算費(fèi)用Ze＝Ce+EhKe式中Ni機(jī)群中第i種機(jī)械的總臺數(shù)Ce機(jī)群施工每臺班作業(yè)成本，元/臺班Eh標(biāo)準(zhǔn)投資效果系數(shù)，Eh＝0.12-0.18。
Ke機(jī)群每臺班產(chǎn)量投資額Khi第i種機(jī)械平均小時(shí)作業(yè)成本，元/小時(shí)Tmi第i種機(jī)械在一個臺班的工作時(shí)間，取Tmi＝8小時(shí)；K1i第i種機(jī)械每臺班的正常利用系數(shù)，由統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到，通常K1i＝0.8-0.9n機(jī)群中機(jī)械的型號種數(shù)，按型號分Kz機(jī)群投資總額Py機(jī)群平均年產(chǎn)量PT機(jī)群在當(dāng)前工程中的臺班平均產(chǎn)量；Ze機(jī)群施工每臺班的成本折算費(fèi)用上述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特點(diǎn)是施工效率評價(jià)模型評價(jià)時(shí)先由概率統(tǒng)計(jì)得到拌和、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓空閑的概率分別為Pb(0)，Pt(0)，Pyc(0)，Pyf(0)，Pyz(0)；進(jìn)而得到設(shè)備利用率如下拌和機(jī)利用率Kb(0)＝[1-Pb(0)]×100％攤鋪機(jī)利用率Kt(0)＝[1-Pt(0)]×100％初壓機(jī)利用率Kcy(0)＝[1-Pcy(0)]×100％復(fù)壓機(jī)利用率Kfy(0)＝[1-Pfy(0)]×100％終壓機(jī)利用率Kzy(0)＝[1-Pzy(0)]×100％本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)滿足機(jī)群配置物流原則—均勻供料，連續(xù)作業(yè)物流指瀝青混凝土料從原料(瀝青、沙石等)到形成路面的流通搬運(yùn)過程。理想物流狀態(tài)為——在任何中間節(jié)點(diǎn)，物流盡量不停頓，或日停頓時(shí)間t＝tmin最小。具體說，當(dāng)拌和機(jī)剛拌好一車料時(shí)，就有一輛自卸車剛好到達(dá)拌和機(jī)處并裝料；當(dāng)攤鋪機(jī)剛好需要進(jìn)料時(shí)，就有一輛自卸車剛好到達(dá)攤鋪機(jī)處并立即卸料；混合料剛攤鋪完，壓路機(jī)就根據(jù)其溫度進(jìn)行不同階段的壓實(shí)(初壓、復(fù)壓、終壓)。
根據(jù)瀝青混合料隨溫度變化的特點(diǎn)，機(jī)群配置的物流要求是能保證在溫度規(guī)定范圍內(nèi)，將混合料連續(xù)均勻地運(yùn)到、攤鋪、壓實(shí)。不缺料延誤，也不堆積，連續(xù)流水作業(yè)。
(2)滿足機(jī)群配置誤差流原則—誤差最小形象地講，施工機(jī)群智能化系統(tǒng)就是一個大閉環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，給定值即目標(biāo)函數(shù)如質(zhì)量、工期、成本、效率、機(jī)械均衡性等；調(diào)節(jié)裝置即機(jī)群配置與控制調(diào)度模塊；智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)即單機(jī)智能系統(tǒng)和人(人是作為多智能體中的一種)；受控對象即機(jī)群中的各個單機(jī)如拌和機(jī)、攤鋪機(jī)、自卸車、壓路機(jī)、裝載機(jī)；閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)則是由單機(jī)智能儀表、網(wǎng)絡(luò)無線通訊、GPS、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷共同組成；實(shí)測值則是由狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷模塊對反饋值進(jìn)行計(jì)算評價(jià)的結(jié)果。
按照經(jīng)典控制理論，誤差流＝目標(biāo)函數(shù)給定值向量-實(shí)測值向量。理想的施工過程中應(yīng)當(dāng)是“無差調(diào)節(jié)”，物流在各處的參數(shù)向量(溫度、容重、產(chǎn)量、混合料配比、停頓時(shí)間等)應(yīng)是一個穩(wěn)定的“參數(shù)向量場”，各處的“場強(qiáng)”不隨時(shí)間而變化。但實(shí)際上是動態(tài)的，各處的參數(shù)向量隨時(shí)間的變化值就組成了誤差流。很顯然，機(jī)群配置與控制調(diào)度的目標(biāo)是誤差流最小——生產(chǎn)最均衡，質(zhì)量最穩(wěn)定。從而使施工過程智能化系統(tǒng)近似為一個穩(wěn)定的“時(shí)不變系統(tǒng)”。
(3)實(shí)現(xiàn)機(jī)械配置自動化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、成本、效率、機(jī)械均衡性四項(xiàng)指標(biāo)。
綜上所述，本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械配置自動化，取代了人的繁瑣勞動，降低了出錯概率。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、成本、效率、機(jī)械均衡性四項(xiàng)指標(biāo)，為真正實(shí)現(xiàn)物流、誤差流的控制目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。


圖1是道路施工機(jī)械機(jī)械優(yōu)化配置系統(tǒng)硬件組成示意圖。
圖2是道路施工機(jī)械資源優(yōu)化配置總流程圖。
圖3是質(zhì)量為目標(biāo)的單機(jī)選型子程序流程圖。
圖4是成本評價(jià)子程序流程圖。
圖5是效率評價(jià)子程序流程圖。
圖6是施工機(jī)械均衡性評價(jià)子程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)例，并配合附圖詳細(xì)說明如下1)本發(fā)明需要的軟、硬件環(huán)境由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫等硬件和機(jī)械配置程序組成的機(jī)械資源優(yōu)化配置系統(tǒng)，其硬件組成見附圖1。整個系統(tǒng)的只有1個服務(wù)器3，選擇另外兩個分機(jī)的目的是為了方便分工，各分機(jī)的功能服務(wù)器都具備，故障診斷分機(jī)7主要是用來分析故障，決策系統(tǒng)分機(jī)9主要是用來決策研究，發(fā)生和接受指令的功能只有服務(wù)器3具有。本系統(tǒng)有屏幕1進(jìn)行整個地圖或局部的監(jiān)視，有GPS接收機(jī)4與衛(wèi)星5通訊。服務(wù)器3裝有監(jiān)視器2，通過GSM調(diào)制服務(wù)器6實(shí)現(xiàn)故障和決策的通信，服務(wù)器3通過集線器8與故障監(jiān)測分機(jī)7決策分機(jī)9以及繪圖儀10相連。本系統(tǒng)可以增加一些外設(shè)。
計(jì)算機(jī)配置為PentiumIII以上的PC兼容機(jī)。64M以上的內(nèi)存。1024×768以上的顯示器。數(shù)據(jù)庫是存儲在網(wǎng)絡(luò)上的，因此對存儲器要求不高，但至少應(yīng)為6G以上。
軟件環(huán)境Windows98/2000或windows NT操作系統(tǒng)。基于文字?jǐn)?shù)據(jù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)庫和動態(tài)數(shù)據(jù)庫采用Microsoft Access和SQL Server(Structured Query Language結(jié)構(gòu)化查詢語言)，SQL標(biāo)準(zhǔn)符合ISO 9075。軟件開發(fā)及編程語言采用Borland C++Builder 5.0，也可以采用其他語言編制。
數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)分類數(shù)據(jù)庫中存有施工單位的設(shè)備資源，包括機(jī)種、機(jī)型、使用年限、數(shù)量、性能參數(shù)等，還有其他資源數(shù)據(jù)，供資源配置時(shí)調(diào)用。
資源數(shù)據(jù)分類如下施工過程數(shù)據(jù)施工進(jìn)度，設(shè)備消耗，原材料消耗，人力消耗等。
施工工程數(shù)據(jù)施工環(huán)境，地理位置，水文地理資料，施工任務(wù)要求，施工工程標(biāo)準(zhǔn)等。
機(jī)群狀態(tài)數(shù)據(jù)施工過程中各單機(jī)姿態(tài)，性能參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)等。
可用資源數(shù)據(jù)施工單位設(shè)備種類，人員組成，結(jié)構(gòu)和技術(shù)等級，原材料分類和數(shù)量等。
2)機(jī)械資源優(yōu)化配置系統(tǒng)實(shí)施方式①以施工機(jī)械均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃和評價(jià)模型首先是編制施工計(jì)劃。有兩種計(jì)劃編制模式，即以“要求工期不變，供應(yīng)機(jī)械均衡”或“供應(yīng)機(jī)械有限，要求工期最短”，根據(jù)用戶要求擇其一種進(jìn)行，計(jì)算出每天的施工進(jìn)度和對機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，作為機(jī)械資源優(yōu)化配置的依據(jù)。
其次是研制評價(jià)模型。在公路施工中，施工條件、系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)隨著施工的進(jìn)行每時(shí)每刻都在變化。攤鋪機(jī)不停地向前推進(jìn)，拌和設(shè)備與攤鋪機(jī)之間的距離(即自卸車的運(yùn)距)在不斷變化。若假設(shè)拌和機(jī)在攤鋪的起始位置，則拌和設(shè)備與攤鋪機(jī)之間的距離將逐漸加大，即自卸車的運(yùn)輸距離逐漸增大，運(yùn)送能力逐漸下降，這必然導(dǎo)致系統(tǒng)的生產(chǎn)率下降。
這一問題的解決，一是把運(yùn)距視為一個變量，反映不同運(yùn)距條件下的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)；二是模擬運(yùn)距的變化，動態(tài)地為機(jī)械化施工系統(tǒng)配置運(yùn)輸車輛，調(diào)整系統(tǒng)組配方案，穩(wěn)定系統(tǒng)生產(chǎn)率。組配方案見附圖6。
②以施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置在第①步施工計(jì)劃基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，按照相關(guān)行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在施工單位的設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫中選擇機(jī)型，保證施工質(zhì)量。
在單機(jī)選型基礎(chǔ)上，按照計(jì)劃要求進(jìn)行機(jī)群配置，求出每種機(jī)械的數(shù)量。單機(jī)選型和機(jī)群配置程序流程見附圖3。其中，讀入初始數(shù)據(jù)讀入施工進(jìn)度計(jì)劃，機(jī)械所需生產(chǎn)率要求等初始數(shù)據(jù)。拌和機(jī)設(shè)備選型按拌和機(jī)計(jì)算公式，以保證生產(chǎn)率和施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，從設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫中選擇拌和機(jī)機(jī)型。通常拌和機(jī)只配置1臺。攤鋪機(jī)設(shè)備選型使攤鋪機(jī)生產(chǎn)率略大于拌和機(jī)，以保證質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，從設(shè)備資源庫中選攤鋪機(jī)機(jī)型。通常推鋪機(jī)配置1臺或2臺。壓路機(jī)設(shè)備選型使壓路機(jī)生產(chǎn)率略大于攤鋪機(jī)，以保證質(zhì)量為目標(biāo)，從設(shè)備資源庫中選初壓、復(fù)壓、終壓機(jī)機(jī)機(jī)型和數(shù)量。裝載機(jī)選型使裝載機(jī)生產(chǎn)率略大于攤鋪機(jī)，從設(shè)備資源庫中選機(jī)型和數(shù)量。自卸車配置按照機(jī)群工作最佳狀態(tài)配置自卸車機(jī)型和數(shù)量。顯示機(jī)型和數(shù)量顯示機(jī)群中各機(jī)種的機(jī)型和數(shù)量。顯示并存儲顯示并存儲單機(jī)配置方案。修改初始參數(shù)人機(jī)交互，修改初始參數(shù)，開始新一輪的選型配置。
③以施工成本為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案施工成本是以機(jī)群系統(tǒng)中所有機(jī)械的總臺班費(fèi)為指標(biāo)計(jì)算的。而此指標(biāo)則取決于機(jī)械配置所形成的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)的目的是使各型機(jī)械數(shù)量組合能保證施工工作接近理想工作情況，此時(shí)對應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)與機(jī)械組合關(guān)系應(yīng)當(dāng)是(一)施工機(jī)群中一般情況下只有1臺拌和機(jī)，此時(shí)拌和機(jī)處的自卸車數(shù)量n1應(yīng)等于或接近于1(n1≈1)，即拌和機(jī)處有一輛汽車，而這輛汽車正在裝料。當(dāng)這輛車裝完料運(yùn)走時(shí)，另一輛汽車立即進(jìn)入裝料狀態(tài)。
(二)當(dāng)攤鋪機(jī)為1臺時(shí)，攤鋪機(jī)處的自卸車數(shù)量n2應(yīng)等于或接近于1(n2≈1)，即攤鋪機(jī)處有一輛汽車，而這輛汽車正在向攤鋪機(jī)卸料；當(dāng)這輛車卸料完成準(zhǔn)備返回運(yùn)料時(shí)，另一輛汽車立即進(jìn)入向攤鋪機(jī)卸料狀態(tài)。當(dāng)攤鋪機(jī)為2臺時(shí)，攤鋪機(jī)處的自卸車數(shù)量n2應(yīng)等于或接近于2(n2≈2)，即每臺攤鋪機(jī)前均有一輛汽車正在卸料，當(dāng)每輛車向各自的攤鋪機(jī)卸料完成準(zhǔn)備返回運(yùn)料時(shí)，另一輛汽車立即進(jìn)入向各自攤鋪機(jī)卸料狀態(tài)。
(三)同樣的道理，用當(dāng)量自卸車數(shù)可以說明各壓路機(jī)前待壓實(shí)路面的瀝青混合料工作量的當(dāng)量車數(shù)期望值。
綜合上述(一)、(二)、(三)點(diǎn)，系統(tǒng)狀態(tài)與機(jī)械組合關(guān)系用一句話表示就是每臺施工機(jī)械前面都要有相當(dāng)于一車瀝青混合料的工作量。
這樣配置的機(jī)械組合，避免了相互等待造成的工作時(shí)間和機(jī)械臺班費(fèi)的浪費(fèi)，提高了設(shè)備實(shí)際利用率，降低了成本。
利用上述原則，編制機(jī)群配置評價(jià)模型，對第②步形成的機(jī)群配置方案進(jìn)行評價(jià)，并按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的原則修改它。施工成本評價(jià)子流程見附圖4。其中，讀入機(jī)群配置數(shù)據(jù)讀入機(jī)群配置的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括機(jī)種、機(jī)型與數(shù)量組合。計(jì)算機(jī)群總臺辦費(fèi)按成本計(jì)算法計(jì)算機(jī)群設(shè)備的總臺辦費(fèi)。計(jì)算公式見成本評價(jià)模型。自卸車減1，裝載機(jī)減1自卸車數(shù)量減1運(yùn)算，裝載機(jī)數(shù)量減1運(yùn)算，重組機(jī)群。自卸車加1與/或裝載機(jī)加1自卸車數(shù)量加1運(yùn)算與/或裝載機(jī)數(shù)量加1運(yùn)算，重組機(jī)群。質(zhì)量指標(biāo)校核調(diào)用生產(chǎn)率計(jì)算公式，分別計(jì)算在新的數(shù)量組合下，裝載機(jī)、自卸車的生產(chǎn)率是否滿足要求。按新機(jī)群配置方案按新的機(jī)群組合成第二步配置方案，即同時(shí)滿足質(zhì)量和成本目標(biāo)方案。顯示機(jī)群機(jī)型和數(shù)量顯示機(jī)群中各機(jī)種的機(jī)型和數(shù)量。顯示并存儲方案顯示并存儲第二步方案。
④以施工效率為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案提高施工效率的本質(zhì)就是讓設(shè)備尤其是關(guān)鍵設(shè)備的空閑概率最低！在路面施工中的關(guān)鍵設(shè)備是拌和機(jī)與攤鋪機(jī)。以此為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，對第③步形成的機(jī)群配置方案進(jìn)行評價(jià)，也按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的原則修改它。理論上可以證明，只要單機(jī)選型正確且機(jī)群配置符合③中所說的“理想工作情況”，就能達(dá)到理想施工效率的目標(biāo)。施工效率評價(jià)子流程見附圖5。其中，讀入機(jī)群配置數(shù)據(jù)讀入機(jī)群配置的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括機(jī)種、機(jī)型與數(shù)量組合。按效率核算法計(jì)算機(jī)群設(shè)備空閑概率按效率核算法計(jì)算機(jī)群設(shè)備(尤其是主導(dǎo)機(jī)械拌和機(jī)、攤鋪機(jī))的空閑概率。計(jì)算公式見效率評價(jià)模型。自卸車加1自卸車數(shù)量加1運(yùn)算，重組機(jī)群。自卸車減1與/或裝載機(jī)減1自卸車數(shù)量減1運(yùn)算與/或裝載機(jī)數(shù)量減1運(yùn)算，重組機(jī)群。成本指標(biāo)校核調(diào)用成本計(jì)算公式，計(jì)算在新的機(jī)群組合下，設(shè)備和總臺辦費(fèi)是否滿足要求。效率校核與成本校核的數(shù)據(jù)二選一無論成本校核還是效率校核，均進(jìn)行兩次修正，取各自的第二次數(shù)據(jù)。將效率校核的數(shù)據(jù)與成本校核的數(shù)據(jù)列表顯示、比較，人為二選一形成新的機(jī)群組合第三步配置方案，即同時(shí)滿足質(zhì)量、成本和效率目標(biāo)的方案。顯示機(jī)群機(jī)型和數(shù)量顯示機(jī)群中各機(jī)種的機(jī)型和數(shù)量。顯示并存儲方案顯示并存儲第三步方案。
按①②③④的順序編制軟件總流程，就可以形成比較理想的多目標(biāo)函數(shù)機(jī)械資源優(yōu)化配置方案。軟件總流程見附圖2。其中，調(diào)用機(jī)構(gòu)均衡模塊編制施工進(jìn)度計(jì)劃，計(jì)算機(jī)機(jī)械所需生產(chǎn)率要求。調(diào)用單機(jī)選型模塊以施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，從設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫選擇機(jī)型和數(shù)量，組成機(jī)群初步方案。調(diào)用成本評價(jià)模塊以施工成本為目標(biāo)函數(shù)，參照設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫，對機(jī)群初步方案評價(jià)并進(jìn)行修改，得出第二步方案。調(diào)用效率評價(jià)模塊以施工效率為目標(biāo)函數(shù)，參照設(shè)備資源數(shù)據(jù)庫，對機(jī)群第二步方案評價(jià)并進(jìn)行修改，得出第三步方案。顯示方案顯示第三步方案。存儲方案存儲第三步方案作為最終方案。修改初始參數(shù)人機(jī)交互，修改初始參數(shù)，開始末新一輪的選型配置。滿意否？此處判斷為人為的，即判斷質(zhì)量、成本、效率各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足預(yù)定的要求。
應(yīng)當(dāng)指出，按②③④的優(yōu)先級排列順序，并在后續(xù)的評價(jià)修改中采用“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的原則，正是體現(xiàn)四個目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)先級別。例如，本文就體現(xiàn)了質(zhì)量第一、成本第二、效率第三的要求。相反，如果將模塊順序變換一下，則將體現(xiàn)另一種優(yōu)先級別。
權(quán)利要求
1.多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，以目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃，進(jìn)行單機(jī)選型、機(jī)群配置，編制評價(jià)模型進(jìn)行配置優(yōu)化，其特征是以質(zhì)量、成本、施工效率、均衡性為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行道路施工機(jī)械優(yōu)化配置；其優(yōu)化配置方法包括1)以施工機(jī)械均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃按兩種模式編制施工計(jì)劃，一是要求工期不變，供應(yīng)機(jī)械均衡，二是供應(yīng)機(jī)械有限，要求工期最短，擇一編制出每天的施工進(jìn)度和對機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，作為施工機(jī)械優(yōu)化配置依據(jù)；2)以施工質(zhì)量、施工成本或施工效率擇一為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置，然后，以另外兩指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案，得到道路施工機(jī)械優(yōu)化配置；其中施工質(zhì)量是在施工計(jì)劃基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，按照質(zhì)量要求，在施工單位的設(shè)備機(jī)械數(shù)據(jù)庫中選擇機(jī)型，保證施工質(zhì)量；施工成本是以機(jī)群系統(tǒng)中所有機(jī)械的總臺班費(fèi)為指標(biāo)，以總臺班費(fèi)最小為原則編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的方法修改優(yōu)化配置方案；施工效率是讓設(shè)備的空閑概率最低，以此為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)按照“機(jī)型就高不就低，數(shù)量就多不就少”的方法修改優(yōu)化配置方案。
2.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是道路施工機(jī)械按以下順序進(jìn)行優(yōu)化配置1)以施工機(jī)構(gòu)均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃；2)以施工質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置；3)以施工成本為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)修改來優(yōu)化機(jī)群配置方案；4)以施工效率為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)修改來優(yōu)化機(jī)群配置方案。
3.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是根據(jù)運(yùn)距的變化均衡調(diào)整優(yōu)化配置自卸車數(shù)量和種類。
4.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是單機(jī)選型和機(jī)群配置優(yōu)化的依據(jù)為1)道路施工機(jī)械分主導(dǎo)機(jī)械和輔助機(jī)械，拌和機(jī)、攤鋪機(jī)為主導(dǎo)機(jī)械；配套輔助機(jī)械生產(chǎn)率略≥主導(dǎo)機(jī)械，按K＝1.0-1.3的安全系數(shù)配置；2)拌和機(jī)生產(chǎn)率Pb＝T·Kt·Pb0其中Pb拌和機(jī)臺班生產(chǎn)率，噸/臺班Pb0拌和機(jī)平均小時(shí)生產(chǎn)率，噸/小時(shí)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0T臺班工作時(shí)間，小時(shí)3)攤鋪機(jī)生產(chǎn)率Pt＝60·T·Kt·h·b·V，立方米/臺班其中Pt攤鋪機(jī)每個臺班生產(chǎn)率，立方米/臺班T臺班工作小時(shí)數(shù)，小時(shí)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0h壓實(shí)后的攤鋪厚度，米b攤鋪寬度，米V攤鋪速度，米/分鐘4)壓路機(jī)生產(chǎn)率計(jì)算PY=TKtLB[(n1α×V1+n2α×V2+n3α×V3)L+nt]m]]>(平方米/臺班)其中Py壓路機(jī)每臺班生產(chǎn)率T臺班工作小時(shí)數(shù)Kt臺班工作時(shí)間利用系數(shù)，Kt＝0.7～1.0L作業(yè)段長度，米B壓路機(jī)作業(yè)寬度，米n1，n2，n3相應(yīng)速度下的碾壓遍數(shù)v1，v2，v3不同檔位下的工作速度，米/分鐘α滑轉(zhuǎn)效率；α＝0.8n＝n1+n2+n3t換檔時(shí)間；t＝0.001小時(shí)m沿寬度方向的碾壓帶數(shù)。5)為滿足拌和機(jī)供料需配置裝載機(jī)的數(shù)量nz=Pb(L/V1+L/V2+tb+tp)60qi×kzz]]>式中n1-每小時(shí)裝載次數(shù)L-裝料距離，米q1-裝載機(jī)斗容量，噸V1-裝載機(jī)空載行車速度，米/分鐘V2-裝載機(jī)滿載行車速度，米/分鐘ti-裝載機(jī)裝料時(shí)間，分鐘tp-裝載機(jī)卸料時(shí)間，分鐘Pb-拌和機(jī)生產(chǎn)率，噸/小時(shí)nz-裝載機(jī)的數(shù)量Kzz-安全系數(shù)，Kzz＝1.0-1.3
5.按照權(quán)利要求4所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是單機(jī)選型和機(jī)群配置優(yōu)化的依據(jù)為安全系數(shù)K＝1.1-1.3，臺班利用系數(shù)Kt＝0.8～0.9，安全系數(shù)，Kzz＝1.2
6.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是以施工成本為目標(biāo)函數(shù)的評價(jià)模型Ze＝Ze最小其中機(jī)群施工每臺班的使用費(fèi)用Ce=Σi=1nKhiTmiNiKli]]>機(jī)群每臺班產(chǎn)量投資額Ke＝(Kz/Py)×PT機(jī)群施工每臺班的成本折算費(fèi)用Ze＝Ce+EhKe式中Ni機(jī)群中第i種機(jī)械的總臺數(shù)Ce機(jī)群施工每臺班作業(yè)成本，元/臺班Eh標(biāo)準(zhǔn)投資效果系數(shù)，Eh＝0.12-0.18。Ke機(jī)群每臺班產(chǎn)量投資額Khi第i種機(jī)械平均小時(shí)作業(yè)成本，元/小時(shí)Tmi第i種機(jī)械在一個臺班的工作時(shí)間，取Tmi＝8小時(shí)；Kli第i種機(jī)械每臺班的正常利用系數(shù)，由統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到，通常Kli＝0.8-0.9n機(jī)群中機(jī)械的型號種數(shù)，按型號分Kz機(jī)群投資總額Py機(jī)群平均年產(chǎn)量PT機(jī)群在當(dāng)前工程中的臺班平均產(chǎn)量；Ze機(jī)群施工每臺班的成本折算費(fèi)用
7.按照權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)函數(shù)的道路施工機(jī)械優(yōu)化配置方法，其特征是施工效率評價(jià)模型評價(jià)時(shí)先由概率統(tǒng)計(jì)得到拌和、攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓空閑的概率分別為Pb(0)，Pt(0)，Pyc(0)，Pyf(0)，Pyz(0)；進(jìn)而得到設(shè)備利用率如下拌和機(jī)利用率Kb(0)＝[1-Pb(0)]×100％攤鋪機(jī)利用率Kt(0)＝[1-Pt(0)]×100％初壓機(jī)利用率Kcy(0)＝[1-Pcy(0)]×100％復(fù)壓機(jī)利用率Kry(0)＝[1-Pfy(0)]×100％終壓機(jī)利用率Kzy(0)＝[1-Pzy(0)]×100％
全文摘要
本發(fā)明屬于工程機(jī)械自動化技術(shù)領(lǐng)域。以多目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃，進(jìn)行單機(jī)選型、機(jī)群配置，編制評價(jià)模型進(jìn)行配置優(yōu)化，包括1)以施工機(jī)構(gòu)均衡性為目標(biāo)函數(shù)編制施工計(jì)劃。按兩種模式編制施工計(jì)劃，一是要求工期不變，供應(yīng)資源均衡，二是供應(yīng)資源有限，要求工期最短，擇一編制出每天的施工進(jìn)度和對機(jī)械生產(chǎn)率的要求值，作為施工機(jī)械優(yōu)化配置依據(jù)。2)以施工質(zhì)量、施工成本或施工效率擇一為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單機(jī)選型和機(jī)群配置，然后，以另外兩指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)編制機(jī)群配置評價(jià)模型，評價(jià)并修改機(jī)群配置方案，得到道路施工機(jī)械優(yōu)化配置。本發(fā)明采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了施工機(jī)械優(yōu)化配置，保證機(jī)群配置物流均勻供料，連續(xù)作業(yè)，并且誤差流最小。
文檔編號G06F9/00GK1503157SQ0214907
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者李學(xué)忠, 鄭尚龍, 戎賢, 王福山, 吳國祥, 孫立新, 王振剛, 崔根群, 陳洪江 申請人:天津工程機(jī)械研究院