鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化與仿真

1、鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化與仿真鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸工作流程包括從高爐出鐵直至鐵水運(yùn)往煉鋼 廠翻完罐，空罐被運(yùn)回高爐等待出鐵水為止的全過(guò)程，需要鐵水運(yùn)輸 調(diào)度能夠及時(shí)響應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行的瞬息變化，然而鐵水調(diào)度工作因其工作 強(qiáng)度異常大、所需掌控信息量繁多、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、生產(chǎn)波動(dòng)性大等 原因，一直是許多鋼廠信息化工作的難點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外解決鐵水調(diào)度 這一運(yùn)輸問(wèn)題的調(diào)度方法（包括智能調(diào)度）大多都是建立產(chǎn)銷平衡運(yùn) 輸，以此模型建立總路徑最短的目標(biāo)函數(shù)；有些文獻(xiàn)中只解決單一的 路徑問(wèn)題或魚雷罐的運(yùn)輸，還有的調(diào)度方法只考慮系統(tǒng)的運(yùn)輸能力, 但對(duì)鐵水調(diào)度全流程進(jìn)行管理沒(méi)有多大改進(jìn)?，F(xiàn)有系統(tǒng)未能同時(shí)考慮生產(chǎn)成本、能耗、現(xiàn)場(chǎng)

2、等不定因素，如高 爐出鐵點(diǎn)規(guī)律性差、運(yùn)輸過(guò)程中的機(jī)車能力浪費(fèi)、鐵水罐車承載力浪 費(fèi)而造成罐車數(shù)量大，以及區(qū)間線路能力的考慮不夠，造成機(jī)車碰撞 等因素。同時(shí)，咽喉道岔、信號(hào)對(duì)運(yùn)輸調(diào)度的影響也不可忽視，在系 統(tǒng)中也未得到考慮。所以，既有鐵水調(diào)度系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)多種因素 的快速變化，只被當(dāng)作信息管理系統(tǒng)使用，調(diào)度功能基本無(wú)法滿足企 業(yè)需求。以上這些都致使大多數(shù)鋼鐵企業(yè)鐵水調(diào)度所采用的調(diào)度方法 基本上還是人工調(diào)度，當(dāng)然，調(diào)度員腦力勞動(dòng)強(qiáng)度也較大，決策方式 和水平也是因人而異。本文將通過(guò)分析影響鐵水運(yùn)輸調(diào)度的眾多因素和鐵水運(yùn)輸系統(tǒng) 和高爐一轉(zhuǎn)爐鐵水區(qū)段運(yùn)輸過(guò)程，充分考慮運(yùn)輸過(guò)程中的柔性時(shí)間和 設(shè)備占用等

3、部分因素，在鐵水運(yùn)輸規(guī)則的前提下，對(duì)鐵水運(yùn)輸調(diào)度進(jìn) 行優(yōu)化仿真。1問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述2算法設(shè)計(jì)該問(wèn)題是一多目標(biāo)規(guī)劃問(wèn)題，且涉及的變量多而復(fù)雜，問(wèn)題有大 量的隨機(jī)因素，直接解算的算法設(shè)計(jì)困難，故根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的特點(diǎn)及 生產(chǎn)規(guī)律，將原問(wèn)題分步優(yōu)化，整體調(diào)整，設(shè)計(jì)適合于該實(shí)際問(wèn)題的 算法。其算法步驟主要為：步驟2廠區(qū)路徑選擇；步驟2機(jī)車避碰處理；步驟3優(yōu)化調(diào)度，其中要包括對(duì)魚雷罐車和機(jī)車運(yùn)用的優(yōu)化。2.1廠區(qū)路徑選擇鐵路路徑選擇問(wèn)題通常是采用圖論的理論和方法將鐵路網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn) 化為邊和頂點(diǎn)來(lái)解決。對(duì)企業(yè)廠區(qū)路網(wǎng)也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述, 考慮到魚雷罐車運(yùn)行路徑受到路徑起點(diǎn)、終點(diǎn)空間位置的影響，將區(qū) 域劃分為鐵水

4、生產(chǎn)、處理、運(yùn)送、消耗的不同職能區(qū)，由此建立運(yùn)輸 系統(tǒng)的路網(wǎng)模型，初始計(jì)劃路徑以Dijkstra算法找出鐵水鐵路運(yùn)輸系 統(tǒng)的最短路徑。2.2機(jī)車避碰機(jī)車牽引魚雷罐車在鐵路上行駛，通常使用預(yù)約機(jī)制來(lái)確認(rèn)前方 路況，即在行駛的過(guò)程中，對(duì)其計(jì)劃要行走的路徑中的路段進(jìn)行提前 占有，其他列車不能在同一時(shí)間共占此路段。因此，在多列車按照其 計(jì)劃路徑（最短路徑）運(yùn)行時(shí)，在預(yù)約時(shí)對(duì)此路段有可能產(chǎn)生矛盾。 此時(shí)，必須具有較合理的依據(jù)來(lái)確定將此路段預(yù)約給其中一輛列車。動(dòng)態(tài)交叉檢測(cè)確定動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)別動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)別是指在鐵水罐車運(yùn)行的過(guò)程中，賦予其重要度，即 優(yōu)先級(jí)，其可根據(jù)魚雷罐車運(yùn)輸環(huán)境和狀態(tài)的變化，對(duì)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行

5、累加。其表達(dá)公式如下：避碰方式當(dāng)確定優(yōu)先級(jí)之后，先預(yù)約的罐車先通過(guò)預(yù)約路段，而預(yù)約失敗 的則采取以下兩種方式避碰：1）等待通過(guò)；2）避開預(yù)約失敗路徑, 重新計(jì)算次短路徑。設(shè)機(jī)車的最大可行速度為V,記預(yù)約成功和失敗的列車分別為Ph 和PI：在情況1）下：sh和si應(yīng)利用列車速度調(diào)節(jié)機(jī)制合理加快速 度；在情況2）下，TI應(yīng)利用列車速度調(diào)節(jié)機(jī)制合理加快其速度。兩 種情況下，各機(jī)車速度必須小于等于V,這樣，就可以使PI減少耽 誤時(shí)間。2.3優(yōu)化調(diào)度魚雷罐車運(yùn)行的柔性在現(xiàn)場(chǎng)，魚雷罐車運(yùn)行作業(yè)包括處理、傳遞、等待四個(gè)過(guò)程，其 中處理和傳遞時(shí)間占的比例較小，絕大部分是等待時(shí)間。因此，必須 對(duì)魚雷罐的運(yùn)行作業(yè)

6、進(jìn)行合理安排，縮短其運(yùn)行周期來(lái)提高周轉(zhuǎn)效率。 現(xiàn)借鑒柔性時(shí)間概念，對(duì)魚雷罐的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。這里魚雷罐運(yùn)行作業(yè)的柔性時(shí)間是指魚雷罐車在高爐和轉(zhuǎn)爐之 間運(yùn)輸過(guò)程中各工序之間銜接時(shí)等待作業(yè)所用的時(shí)間，主要有重罐等 待配送預(yù)處理、空罐等待拉罐、空罐等待配送高爐等。從而也可以看 出，在魚雷罐運(yùn)行過(guò)程中，肯定存在柔性時(shí)間。設(shè)魚雷罐需從m個(gè)高爐向煉鋼廠運(yùn)送鐵水，則第i個(gè)（Ovwb） 高爐的魚雷罐運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：/Wb）高爐的魚 雷罐運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：機(jī)車運(yùn)行歸并優(yōu)化在鐵水運(yùn)輸過(guò)程中，前扒渣、預(yù)處理和后扒渣地點(diǎn)之間距離較近， 機(jī)車在這些工位之間運(yùn)行速度相同，故可將這三個(gè)工位合并為

7、一個(gè)點(diǎn), 即前處理工位，類似地，可將倒灌、清渣兩工位合并成后處理工位。 所以高爐至煉鋼廠的鐵水運(yùn)輸過(guò)程可歸并為機(jī)車牽引TPC的循環(huán)運(yùn) 動(dòng)，如圖2所示。設(shè)n為一組機(jī)車中的機(jī)車數(shù)目；為機(jī)車牽引重罐由高爐到煉鋼 廠往返的平均行駛速度；往為機(jī)車牽引重罐由高爐到煉鋼廠的平均行 駛速度；返為機(jī)車牽引空罐由煉鋼廠到高爐的平均行駛速度；m往為 機(jī)車牽引重罐由高爐到煉鋼廠途中停站次數(shù)；m返為機(jī)車牽引空罐由 煉鋼廠到高爐途中停站次數(shù)；T往為機(jī)車牽引重TPC運(yùn)輸時(shí)間；為有 高爐到煉鋼廠的平均加速度；有煉鋼廠返回高爐的平均加速度；T返 為機(jī)車牽引空TPC的返回時(shí)間；T其他為包含掛車、卸車和避碰處理 時(shí)間、道岔的平均延

8、遲使用時(shí)間和信號(hào)指示的平均等待時(shí)間在內(nèi)的其 他損失時(shí)間；de為道岔的平均延遲使用時(shí)間；xh為信號(hào)指示的平均 等待時(shí)間；T掛為掛車時(shí)間，T卸為卸車時(shí)間，T避碰為避碰處理時(shí) 間；p為干擾事件擴(kuò)大系數(shù)?？傻霉剑?算例仿真利用自動(dòng)調(diào)度作業(yè)圖表對(duì)防城港基地鐵水運(yùn)輸作業(yè)進(jìn)行12h全 過(guò)程的仿真鋪畫，以驗(yàn)證站場(chǎng)能力、機(jī)車數(shù)和運(yùn)用車輛數(shù)。其數(shù)據(jù)為： 高爐5500m3,年鐵產(chǎn)量920萬(wàn)t,工作日355d,日產(chǎn)量*好好t。每天 出鐵22次，每次出鐵1068to每罐280噸（取較不利情況），平均每 次出鐵3.8罐（考慮0.72.3的波動(dòng)系數(shù)，每次鐵岀2.664.94罐）， 每天91.5個(gè)重罐。鐵流速度大約10噸/min,每罐出鐵時(shí)間計(jì)為30min, 第一罐和最后一罐各加lOmino對(duì)角岀鐵，大約一個(gè)月左右換場(chǎng)一次。 其仿真結(jié)果局部放大圖如圖2圖4。4結(jié)語(yǔ)綜上所述，鐵水調(diào)度的優(yōu)化一方面通過(guò)減少魚雷罐的柔性時(shí)間,