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關(guān)鍵詞:綜合交通運(yùn)輸;規(guī)劃;目的
中圖分類號(hào):C913.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
前沿:近些年隨著國(guó)家中部崛起戰(zhàn)略的深入貫徹與落實(shí),跨省、跨市的合作以及經(jīng)濟(jì)特區(qū)的打造已經(jīng)成為引導(dǎo)中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措,一系列的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略在這一時(shí)期得以提出。結(jié)合黃梅縣綜合交通運(yùn)輸規(guī)劃的研究成果,對(duì)縣域綜合交通運(yùn)輸規(guī)劃中的規(guī)劃目地、目標(biāo)、原則進(jìn)行了說(shuō)明,并對(duì)布局方案做了詳細(xì)闡述。
1、綜合交通運(yùn)輸規(guī)劃的目的及范圍
1.1 規(guī)劃目的
落實(shí)黃梅縣重要戰(zhàn)略舉措,引領(lǐng)小池鎮(zhèn)跨越式開(kāi)放開(kāi)發(fā);打造黃梅作為鄂、贛、皖三省交界現(xiàn)代物流強(qiáng)縣,支撐黃梅縣構(gòu)建“二區(qū)一軸”城鎮(zhèn)體系;促進(jìn)黃梅旅游業(yè)發(fā)展、構(gòu)建“一線四區(qū)八城鎮(zhèn)”旅游空間格局;銜接各種運(yùn)輸方式,打造一體化綜合運(yùn)輸體系。
1.2 規(guī)劃范圍及期限
規(guī)劃區(qū)域范圍為黃岡市黃梅縣,主要對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)公路、鐵路、水路等運(yùn)輸方式形成的綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)銜接進(jìn)行規(guī)劃;規(guī)劃的重點(diǎn)區(qū)域?yàn)樾〕貫I江新區(qū)。
規(guī)劃期限以2012年為規(guī)劃基年,規(guī)劃目標(biāo)年擬定為2030年,大致分為三個(gè)階段:
近期:2013~2017年;
中期:2018~2022年;
遠(yuǎn)期:2023~2030年。
1.3 規(guī)劃依據(jù)
(1)《公路網(wǎng)規(guī)劃編制辦法》、《汽車(chē)客運(yùn)站級(jí)別劃分和建設(shè)要求》(JT 200-2004 )、《汽車(chē)貨運(yùn)站(場(chǎng))級(jí)別劃分和建設(shè)要求》、《港口總體規(guī)劃編制內(nèi)容及文本格式》等行業(yè)規(guī)范;
(2)相關(guān)的交通規(guī)劃
《湖北省省道網(wǎng)規(guī)劃》
《湖北省公路水路交通運(yùn)輸發(fā)展“十二五”規(guī)劃》
《黃岡市交通“十二五”發(fā)展規(guī)劃》
《黃梅縣交通“十二五”發(fā)展規(guī)劃》
(3)相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃
《黃岡市國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》
《黃梅縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》
《九江市城市總體規(guī)劃》
《黃梅縣城鎮(zhèn)總體規(guī)劃》
《黃梅濱江新城發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》
《湖北小池濱江新區(qū)總體規(guī)劃》
《黃梅縣旅游發(fā)展總體規(guī)劃》
《黃梅縣五祖鎮(zhèn)總體規(guī)劃》
《黃梅新縣河西區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》
《大別山實(shí)驗(yàn)區(qū)規(guī)劃》
2、綜合交通運(yùn)輸規(guī)劃的原則及目標(biāo)
2.1 規(guī)劃原則
適度超前,先行引導(dǎo);無(wú)縫對(duì)接,零距離換乘與轉(zhuǎn)運(yùn);因地制宜,保護(hù)環(huán)境;注重服務(wù),以人為本。
2.2 規(guī)劃目標(biāo)
布局規(guī)劃的目標(biāo)從兩方面著手,一是概念目標(biāo),一是具體目標(biāo)。
概念目標(biāo)即以國(guó)省道干線、主要港區(qū)、旅游公路、物流園區(qū)建設(shè)為重點(diǎn),形成“以高速公路、一級(jí)公路、鐵路,長(zhǎng)江航運(yùn)為主骨架,以普通國(guó)省道和旅游公路為基礎(chǔ),以縣鄉(xiāng)公路為補(bǔ)充,以重要客貨運(yùn)場(chǎng)站為節(jié)點(diǎn)的布局合理、容量充足、銜接順暢、服務(wù)高效以及安全經(jīng)濟(jì)的綜合交通運(yùn)輸體系。黃梅縣綜合交通運(yùn)輸體系應(yīng)適應(yīng)黃梅縣的跨越式發(fā)展需要,總體發(fā)展階段由目前的“難以適應(yīng)”,到近期的“基本適應(yīng)”,再到遠(yuǎn)期“全面適應(yīng),適度超前”階段。
根據(jù)黃梅縣綜合交通運(yùn)輸狀況,具體目標(biāo)分為兩個(gè)內(nèi)容,一是各種運(yùn)輸方式的發(fā)展,涵蓋公路、鐵路、水運(yùn)、航空四種運(yùn)輸方式;一是重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域的發(fā)展,結(jié)合黃梅縣重要戰(zhàn)略舉措,重點(diǎn)打造北部禪宗旅游區(qū)和小池濱江新區(qū)。
3、綜合交通運(yùn)輸布局方案
通過(guò)梳理黃梅縣現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施,以支持重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域?yàn)閷?dǎo)向,以縣域主要節(jié)點(diǎn)間的客貨流量流向?yàn)榧軜?gòu),在黃梅縣規(guī)劃布局“兩縱五橫兩環(huán)兩樞紐”的綜合交通運(yùn)輸體系。
3.1 運(yùn)輸通道布局
整合已有交通規(guī)劃,升級(jí)現(xiàn)有道路,打通南北旅游通道,適當(dāng)考慮跨越式發(fā)展的要求,進(jìn)行“兩縱五橫”的運(yùn)輸通道布局:縱一線-英山至九江綜合運(yùn)輸通道、縱二線-柳林至小池旅游運(yùn)輸通道、橫一線-大河至停前旅游運(yùn)輸通道、橫二線-蘄春至宿松綜合運(yùn)輸通道、橫三線-太白湖至大源湖綜合運(yùn)輸通道、橫四線-武穴至龍感湖綜合運(yùn)輸通道、橫五線-沿江綜合運(yùn)輸通道。
3.2 圈層布局
在“兩縱五橫”綜合運(yùn)輸通道的基礎(chǔ)上,構(gòu)建北部禪宗旅游環(huán)形圈和南部沿湖旅游環(huán)形圈。強(qiáng)化對(duì)旅游景區(qū)的支撐,尤其是加強(qiáng)各景區(qū)的聯(lián)動(dòng),增加景區(qū)的可達(dá)性。
北部禪宗旅游環(huán)形圈規(guī)劃項(xiàng)目布局圖 南部沿湖旅游環(huán)形圈規(guī)劃項(xiàng)目布局圖
3.3 其他
除去上述兩個(gè)方面的布局,也要對(duì)交通樞紐、農(nóng)村公路、運(yùn)輸系統(tǒng)、信息系統(tǒng)進(jìn)行合理布局。
4、重點(diǎn)區(qū)域綜合交通運(yùn)輸布局方案
4.1 城區(qū)對(duì)外交通布局
梳理現(xiàn)有對(duì)外通道,以“擴(kuò)大容量、過(guò)境外繞、內(nèi)外分離”的總方針為指導(dǎo),結(jié)合黃梅城區(qū)總體規(guī)劃以及主要對(duì)外客貨場(chǎng)站等節(jié)點(diǎn)的布局,規(guī)劃“兩橫兩縱一環(huán)十放射”的對(duì)外交通布局方案。
黃梅縣城區(qū)對(duì)外交通布局方案圖
4.2 小池濱江新區(qū)綜合交通運(yùn)輸布局
根據(jù)小池鎮(zhèn)交通發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合《湖北小池濱江新區(qū)總體規(guī)劃》,針對(duì)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局,強(qiáng)化對(duì)工業(yè)園區(qū)、物流園區(qū)、港口碼頭、景區(qū)、公鐵站場(chǎng)的連接,對(duì)小池濱江新區(qū)布局“四橫六縱六聯(lián)絡(luò)線”的綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。在已有客貨運(yùn)場(chǎng)站的基礎(chǔ)上,規(guī)劃布局一個(gè)小池一級(jí)客運(yùn)站、三個(gè)大型貨車(chē)停車(chē)場(chǎng)、三個(gè)物流園區(qū)、一個(gè)多用途碼頭和一個(gè)通用機(jī)場(chǎng)。
小池濱江新區(qū)綜合交通運(yùn)輸布局圖
5、綜合評(píng)價(jià)
5.1 技術(shù)評(píng)價(jià)
本次規(guī)劃方案實(shí)施后,黃梅縣域的公路總里程將達(dá)到約5450公里,在現(xiàn)狀里程的基礎(chǔ)上翻了一番多。
2030年黃梅縣公路網(wǎng)規(guī)模
目前,全國(guó)各地正在掀起各種綜合交通運(yùn)輸樞紐的規(guī)劃和建設(shè)。綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃是建設(shè)高質(zhì)量樞紐的前提,但由于我國(guó)尚未建立綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃編制標(biāo)準(zhǔn),已編制的或正在編制的綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃,從范圍到內(nèi)容或從目標(biāo)到原則都不一樣,篇章結(jié)構(gòu)更是千差萬(wàn)別。因此,對(duì)已完成的規(guī)劃進(jìn)行歸納、總結(jié)是十分必要的,以期利于綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃編制體系的構(gòu)建和提高規(guī)劃編制質(zhì)量。
2區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃編制存在的主要問(wèn)題
由于我國(guó)尚未出臺(tái)區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃編制辦法,已完成的規(guī)劃各不相同是必然的。雖然規(guī)劃報(bào)告的形式和組織結(jié)構(gòu)可以不同,但其核心內(nèi)容應(yīng)是相似的。通過(guò)對(duì)區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃的深入研究,發(fā)現(xiàn)存在以下八個(gè)方面的主要問(wèn)題。
2.1無(wú)規(guī)劃成果
目前,有些區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃僅僅從交通運(yùn)輸?shù)慕嵌?,?duì)城市總體規(guī)劃、城市交通規(guī)劃、高速公路網(wǎng)規(guī)劃、鐵路網(wǎng)規(guī)劃、航空發(fā)展規(guī)劃、港口總體規(guī)劃、公路樞紐布局規(guī)劃和物流發(fā)展規(guī)劃等已有的規(guī)劃進(jìn)行匯總,未能從綜合的角度發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并提出相應(yīng)的解決方案。本文認(rèn)為,城市總體規(guī)劃、城市交通規(guī)劃等規(guī)劃僅是編制綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃的基礎(chǔ),并不是依據(jù),如果所編制的規(guī)劃與各專項(xiàng)規(guī)劃都吻合,那么就沒(méi)有編制綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃的必要了。各專項(xiàng)規(guī)劃的編制都有其各自的立場(chǎng),如果完全按照這些規(guī)劃實(shí)施,將很難達(dá)到將各種交通方式有機(jī)整合并高效運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。
2.2概念不清
由于概念不清,導(dǎo)致對(duì)規(guī)劃目標(biāo)、原則把握不準(zhǔn)確,甚至規(guī)劃層次和范圍都存在諸多問(wèn)題。首先,工作深度不應(yīng)超出“規(guī)劃”階段,應(yīng)把重點(diǎn)放在規(guī)劃階段需要解決的重要問(wèn)題上。其次,研究對(duì)象是“樞紐”,即客貨運(yùn)量達(dá)到較大規(guī)模的站場(chǎng),換言之,公交上落站點(diǎn)規(guī)劃、人行天橋建設(shè)規(guī)劃等不屬于這個(gè)范圍。再次,“綜合”這個(gè)概念是指兩種以上交通方式在一定范圍內(nèi)的結(jié)合,需要對(duì)各種交通方式進(jìn)行適度整合,當(dāng)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(gè)層次。最后,“區(qū)域性”明確了規(guī)劃工作范圍,并非僅僅是各種交通方式匯集到城市某個(gè)點(diǎn),而是把某個(gè)指定范圍(如一個(gè)城市)作為一個(gè)區(qū)域性樞紐進(jìn)行規(guī)劃。
2.3現(xiàn)狀分析不透切
雖然現(xiàn)行的區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃一般都有現(xiàn)狀分析,但其只停留在對(duì)現(xiàn)狀基礎(chǔ)設(shè)施的分析上,較少涉及已有交通運(yùn)輸相關(guān)規(guī)劃的分析研究。因此,需要增加對(duì)現(xiàn)狀有關(guān)規(guī)劃的研究和分析。
2.4缺乏遠(yuǎn)景交通需求預(yù)測(cè)成果
現(xiàn)行的規(guī)劃期限大多確定為20年,也有30年、10年和5年。區(qū)域性綜合交通樞紐規(guī)劃作為指導(dǎo)各項(xiàng)相關(guān)規(guī)劃的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃,其規(guī)劃期限應(yīng)比城市總體規(guī)劃的期限長(zhǎng),至少與城市總體規(guī)劃的期限相等,建議以30年~50年為宜。對(duì)于城市終極發(fā)展條件較明顯的城市,其規(guī)劃期限還應(yīng)延長(zhǎng)?,F(xiàn)有的規(guī)劃往往缺乏對(duì)城市間交通量的預(yù)測(cè),缺乏各站場(chǎng)和通道的交通流量、流向分析,這直接影響到規(guī)劃成果的合理性和長(zhǎng)遠(yuǎn)指導(dǎo)性。
2.5規(guī)劃工作深度把握不準(zhǔn)
建議依據(jù)以下原則把握規(guī)劃工作深度:規(guī)劃報(bào)告的內(nèi)容和深度應(yīng)與規(guī)劃目標(biāo)或任務(wù)相一致,以能實(shí)現(xiàn)既定規(guī)劃目標(biāo)或任務(wù)為度;規(guī)劃階段無(wú)需對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)及方案等方面的分析研究;規(guī)劃工作深度和范圍應(yīng)與規(guī)劃范圍相吻合,即規(guī)劃范圍越大,就越具戰(zhàn)略性和長(zhǎng)遠(yuǎn)性。
2.6多種交通方式的整合程度不當(dāng)
一是各交通方式的整合程度低,不敢超越現(xiàn)有的專項(xiàng)規(guī)劃,僅僅把已規(guī)劃的樞紐站場(chǎng)羅列統(tǒng)計(jì)到一起。二是過(guò)度整合,有些規(guī)劃為了整合而整合,不分析交通條件,把各種交通方式強(qiáng)行組合在一起。有些規(guī)劃為迎合領(lǐng)導(dǎo)要求,把整個(gè)區(qū)域或城市的多種交通方式整合到一個(gè)樞紐中,建設(shè)所謂的“形象工程”“標(biāo)志性工程”,造成城市局部交通擁堵等問(wèn)題。三是整合后規(guī)模過(guò)大。對(duì)于特大城市和大城市而言,規(guī)劃多個(gè)綜合交通樞紐是必然的。確定各樞紐建設(shè)規(guī)模的上限是關(guān)鍵問(wèn)題,比如一個(gè)綜合鐵路站場(chǎng)樞紐的發(fā)送旅客量應(yīng)控制在什么規(guī)模為宜,同理,空港、公路客運(yùn)站和物流站場(chǎng)也存在這類問(wèn)題。在目前的規(guī)劃中,常缺少對(duì)規(guī)模的研究或優(yōu)化組合??刂茦屑~規(guī)模的首要因素是樞紐周邊市政基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀及規(guī)劃情況。根據(jù)本文的初步分析,對(duì)應(yīng)于我國(guó)城市規(guī)劃現(xiàn)狀水平和交通狀況,一個(gè)單式公路客運(yùn)樞紐的日發(fā)送旅客量宜控制在5萬(wàn)人次以內(nèi),一個(gè)綜合鐵路客運(yùn)樞紐的年發(fā)送旅客量宜控制在5000萬(wàn)人次以內(nèi),一個(gè)空港的年旅客吞吐量宜控制在5000萬(wàn)人次以內(nèi)。目前,北京、上海和廣州等特大城市普遍存在嚴(yán)重的交通擁堵甚至癱瘓的情況,且這一情況在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)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(dāng)控制單個(gè)綜合樞紐的規(guī)模。
2.7未研究各個(gè)樞紐的周邊交通問(wèn)題
通過(guò)對(duì)我國(guó)年發(fā)送旅客量1000萬(wàn)人次的樞紐的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析可知,這類站場(chǎng)常常引起周邊道路的交通擁堵和癱瘓,因此在規(guī)劃中必需研究樞紐周邊城市道路的規(guī)劃問(wèn)題,提出對(duì)已有規(guī)劃進(jìn)行局部修改的方案,確保對(duì)外、對(duì)內(nèi)交通的高效、快捷和順暢。
2.8規(guī)劃內(nèi)容不齊全,缺乏規(guī)劃項(xiàng)目表
雖然目前尚沒(méi)有相關(guān)的規(guī)程和規(guī)范明確區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃應(yīng)包括哪些內(nèi)容,但應(yīng)根據(jù)規(guī)劃目標(biāo)和任務(wù),把涉及實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)任務(wù)的內(nèi)容作為規(guī)劃內(nèi)容。就工程建設(shè)領(lǐng)域而言,缺乏項(xiàng)目表的規(guī)劃是不完整的,甚至可以視同無(wú)規(guī)劃成果。項(xiàng)目表是對(duì)規(guī)劃方案量化和直觀的表達(dá),是指導(dǎo)項(xiàng)目建設(shè)的重要依據(jù)。根據(jù)規(guī)劃的內(nèi)容、深度和實(shí)施年限,確定項(xiàng)目名稱、建設(shè)規(guī)模和宏觀標(biāo)準(zhǔn)等;對(duì)擬近期實(shí)施的項(xiàng)目,還應(yīng)包括投資匡算甚至初擬資金籌措方案等。
3區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃編制體系探討
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多個(gè)區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃報(bào)告的深入研究,結(jié)合樞紐規(guī)劃自身的特點(diǎn),對(duì)樞紐規(guī)劃報(bào)告編制的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行歸納和提煉,構(gòu)建由以下內(nèi)容組成的基本編制體系。
(1)概述。這部分內(nèi)容是對(duì)規(guī)劃報(bào)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(guī)劃的主要成果。根據(jù)這個(gè)目標(biāo),規(guī)劃背景、指導(dǎo)思想、編制依據(jù)、主要參考資料以及主要規(guī)劃方案等均應(yīng)包括在內(nèi)。
(2)交通基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀及現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)劃成果分析。現(xiàn)狀分析是任何規(guī)劃的基礎(chǔ)工作?,F(xiàn)狀分析包括兩個(gè)層次:一是交通基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀分析;二是現(xiàn)有相關(guān)規(guī)劃成果分析?,F(xiàn)狀交通基礎(chǔ)設(shè)施分析應(yīng)包括公路、鐵路、水運(yùn)、管道和航空五種交通方式的現(xiàn)狀分析,以及各樞紐的現(xiàn)狀和對(duì)外、對(duì)內(nèi)通道的現(xiàn)狀分析。通過(guò)對(duì)已完成的相關(guān)規(guī)劃的分析和整合,從中發(fā)現(xiàn)與“條條分割、條塊分割”管理相沖突、重復(fù)布置、交通不暢等問(wèn)題。
(3)規(guī)劃的必要性和實(shí)施可能性分析。通過(guò)對(duì)規(guī)劃區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、發(fā)展機(jī)遇和區(qū)位優(yōu)勢(shì)等的分析,提出規(guī)劃的必要性。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)實(shí)施基本條件的分析,研究規(guī)劃實(shí)施的可能性,增強(qiáng)規(guī)劃實(shí)施的信心。
(4)交通需求預(yù)測(cè)。交通需求預(yù)測(cè)是制定規(guī)劃方案的主要依據(jù),應(yīng)包括以下四個(gè)方面:①各樞紐站場(chǎng)中各交通方式的客運(yùn)總量、貨運(yùn)總量預(yù)測(cè)。②各樞紐站場(chǎng)集中和發(fā)生交通量預(yù)測(cè)(包括流量和流向兩類成果)。對(duì)于大型綜合客運(yùn)樞紐還應(yīng)分車(chē)型(公交車(chē)、出租車(chē)、長(zhǎng)途客車(chē)等)進(jìn)行流量、流向預(yù)測(cè)。③各方向進(jìn)出規(guī)劃區(qū)域的交通量預(yù)測(cè)。④區(qū)域內(nèi)部快速通道交通量預(yù)測(cè)。在四個(gè)方面的交通需求預(yù)測(cè)中,第③和第④方面的預(yù)測(cè)難度較大,原因是現(xiàn)狀的交通量預(yù)測(cè)模型是針對(duì)獨(dú)立項(xiàng)目交通量預(yù)測(cè)而設(shè)定的,不適用于區(qū)域間多個(gè)交通項(xiàng)目的整體需求預(yù)測(cè),因此需要?jiǎng)?chuàng)新預(yù)測(cè)方法。
(5)規(guī)劃目標(biāo)及原則。規(guī)劃目標(biāo)相當(dāng)于任務(wù)書(shū),是規(guī)劃方案的方向,在規(guī)劃目標(biāo)的指導(dǎo)下通過(guò)制訂工作大綱,可確定各部分的工作深度和工作范圍。規(guī)劃原則是為實(shí)現(xiàn)規(guī)劃目標(biāo)而設(shè)定的工作原則,是在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上制定的,能夠指導(dǎo)各項(xiàng)規(guī)劃工作的正常開(kāi)展。
(6)對(duì)外主通道規(guī)劃。對(duì)外主通道的建設(shè)將直接影響城市內(nèi)部的交通狀況,應(yīng)將其作為規(guī)劃的重點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)城市而言,出進(jìn)城的通道有多種,如高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)公路、鐵路、空港和水路等;對(duì)于區(qū)域性綜合交通運(yùn)輸樞紐規(guī)劃而言,考慮到規(guī)劃自身的戰(zhàn)略性和長(zhǎng)遠(yuǎn)性,可把高速公路、快速路、鐵路、空港、水運(yùn)干線和管道干線作為對(duì)外主通道規(guī)劃的對(duì)象。由于規(guī)劃期限長(zhǎng)于其他交通規(guī)劃,因此在“主通道規(guī)劃”這部分,應(yīng)研究本區(qū)域和鄰近區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展走勢(shì),對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要有足夠的前瞻性和預(yù)見(jiàn)性。建議根據(jù)走廊經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新趨勢(shì)和現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)走廊的發(fā)展速度,從新增交通走廊或改造現(xiàn)狀走廊等方面突破現(xiàn)有規(guī)劃,提出更長(zhǎng)遠(yuǎn)的主通道方案。
(7)區(qū)域內(nèi)快速通道規(guī)劃。為使各種交通流快速進(jìn)出城市,城市區(qū)域內(nèi)的快速進(jìn)出城通道應(yīng)與對(duì)外主通道一一對(duì)應(yīng),且要讓每條外向主通道直射(直達(dá))城市核心區(qū)域。目前許多城市的對(duì)外通道只連接到城市外環(huán)高速公路,這必將引起部分進(jìn)出城交通的過(guò)度繞行,加重城市內(nèi)部相關(guān)道路的負(fù)擔(dān),降低進(jìn)出城交通的效率。為此,建議進(jìn)出城主通道按全部控制出入的快速路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè),有條件的地方應(yīng)考慮高速公路直接進(jìn)城。那種盲目阻止高速公路進(jìn)城的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的,甚至把本已進(jìn)城的高速公路改為部分控制出入的快速路,類似的決策應(yīng)慎之。區(qū)域內(nèi)快速通道規(guī)劃還應(yīng)重點(diǎn)研究區(qū)域內(nèi)各分區(qū)之間的快速通道方案問(wèn)題。在區(qū)域內(nèi)的快速通道規(guī)劃中,保證規(guī)劃的樞紐站場(chǎng)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(wèn)題,如果各樞紐之間均有快速路相連接,將利于各城區(qū)之間快速通道的構(gòu)建。
(8)客貨樞紐站場(chǎng)綜合規(guī)劃。這部分的工作主要包括:確定交通方式整合度、布點(diǎn)、對(duì)大型綜合樞紐周邊道路進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)于單式樞紐,不存在交通方式的整合問(wèn)題。為提高運(yùn)輸效率,新規(guī)劃的客貨站場(chǎng)一般都會(huì)考慮各種交通方式的整合,但整合度要恰當(dāng),切不可盲目追求整合度而使單個(gè)綜合樞紐規(guī)模過(guò)大。關(guān)于布點(diǎn),主要結(jié)合城市總體規(guī)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(jìn)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(chē)輛通行,但大型綜合樞紐將影響一個(gè)區(qū)域,需要對(duì)其周邊市政道路進(jìn)行重新規(guī)劃或調(diào)整規(guī)劃。年發(fā)送或吞吐旅客量在5000萬(wàn)人次的特大型樞紐,應(yīng)規(guī)劃二條或二條以上的高速公路或快速路直接為其服務(wù),最佳為四條。對(duì)于大型空港樞紐而言,商務(wù)旅客較多,對(duì)進(jìn)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(duì)于只有一條高速公路為其服務(wù)的空港,至少還應(yīng)增加一條城市快速路或一級(jí)公路作為備用通道。
(9)信息系統(tǒng)規(guī)劃。該部分內(nèi)容包括規(guī)劃目標(biāo)、規(guī)劃內(nèi)容、系統(tǒng)功能需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、各子系統(tǒng)功能劃分、技術(shù)支持手段等。通過(guò)充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、智能卡技術(shù)和通信技術(shù)等,建立綜合交通樞紐信息系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸方式間的協(xié)調(diào)發(fā)展,提高交通樞紐的客貨組織及運(yùn)輸效率,為樞紐提供有力的技術(shù)支持保障。同時(shí),滿足社會(huì)公眾對(duì)運(yùn)輸信息的不同需求,實(shí)現(xiàn)各運(yùn)輸主管部門(mén)之間、各種運(yùn)輸方式之間、運(yùn)輸企業(yè)和社會(huì)公眾之間信息的有機(jī)互動(dòng)與共享。在樞紐信息系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中,應(yīng)利用和發(fā)揮已有的電子政務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、數(shù)據(jù)資源中心、政務(wù)地理信息共享平臺(tái)、信息共享交換平臺(tái)等基礎(chǔ)公共性信息資源,加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的整合、共享和開(kāi)發(fā)建設(shè),加快交通信息資源整合,促進(jìn)交通一卡通的實(shí)施,加強(qiáng)政務(wù)信息化建設(shè),加速客運(yùn)貨運(yùn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管理的信息化。
(10)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃。這部分內(nèi)容包括:研究規(guī)劃方案的環(huán)境制約因素;分析規(guī)劃項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的影響程度和環(huán)境承載能力,以避免規(guī)劃方案被環(huán)保部門(mén)“一票否決”,同時(shí)確實(shí)保護(hù)環(huán)境,促進(jìn)交通事業(yè)的健康有序和可持續(xù)發(fā)展。
(11)規(guī)劃實(shí)施的保障措施。這部分內(nèi)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(shí)也應(yīng)針對(duì)規(guī)劃實(shí)施過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,提出一些具有針對(duì)性的保障措施或建議。
(12)建設(shè)項(xiàng)目規(guī)劃。在規(guī)劃方案確定后,應(yīng)從規(guī)劃方案中把項(xiàng)目合理地提煉出來(lái)。需要注意以下問(wèn)題:①要避免把所有建設(shè)內(nèi)容都整合到一個(gè)項(xiàng)目中;②要把同類項(xiàng)目整合在一起,盡量避免不同種類項(xiàng)目的相互交叉;③考慮審批部門(mén)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(shí)施的因素,如便于委托設(shè)計(jì)、便于施工管理等;⑥盡量避免經(jīng)營(yíng)性項(xiàng)目與非經(jīng)營(yíng)性項(xiàng)目的整合;⑦把可申請(qǐng)上級(jí)資金補(bǔ)助的項(xiàng)目單獨(dú)整理出來(lái);⑧考慮“條條分割、條塊分割”的現(xiàn)實(shí)因素;⑨盡量避免近期建設(shè)項(xiàng)目與遠(yuǎn)期建設(shè)項(xiàng)目的整合。總之,這部分工作應(yīng)作為重點(diǎn)來(lái)抓,建議以項(xiàng)目表的形式附于規(guī)劃文本之后,配以文字說(shuō)明。規(guī)劃項(xiàng)目表的信息種類可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃分別確定。
關(guān)鍵詞:Quest;車(chē)間物流;物流規(guī)劃;仿真
中圖分類號(hào):F273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
隨著制造業(yè)自動(dòng)化、智能化水平的不斷提高,企業(yè)通過(guò)在加工階段提高效率來(lái)降低成本的潛力越來(lái)越小,目前企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵在于能否充分運(yùn)用與制造業(yè)密切相關(guān)的物流技術(shù),幫助企業(yè)縮短占產(chǎn)品生產(chǎn)周期90%~95%的物流時(shí)間,提高效率降低成本。同時(shí)有資料表明,已運(yùn)行的復(fù)雜制造系統(tǒng)約有80%沒(méi)有完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求,其存在的問(wèn)題中60%可以歸結(jié)為初期規(guī)劃不合理或失誤,其中尤其需要解決生產(chǎn)能力不匹配和現(xiàn)場(chǎng)物流規(guī)劃以及布局不合理等問(wèn)題[1-2]。
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,在產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜、生產(chǎn)設(shè)備和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜和昂貴的今天,引入數(shù)字化工廠技術(shù),并通過(guò)定量的手段來(lái)分析和優(yōu)化各環(huán)節(jié),進(jìn)行工廠建設(shè)的成本分析和生產(chǎn)過(guò)程變更分析,能保證在可制造的前提下,實(shí)現(xiàn)快速、低成本和高質(zhì)量的制造[3]。尤其在生產(chǎn)線物流的規(guī)劃過(guò)程中,利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)對(duì)未來(lái)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬,建立三維物流仿真模型,物流規(guī)劃工程師可以直觀地進(jìn)行物流線路的分析,分析物流的瓶頸點(diǎn),并提供柱狀圖或餅狀圖的分析工具以便捷地進(jìn)行物流線路的調(diào)整以及物流負(fù)荷的調(diào)整。因此,它被廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)園以及廠房的規(guī)劃設(shè)計(jì)中[4-6]。
本文將以某重型機(jī)械上市集團(tuán)公司新規(guī)劃的管道生產(chǎn)車(chē)間為例進(jìn)行基于Quest的車(chē)間物流規(guī)劃與仿真優(yōu)化問(wèn)題研究,從車(chē)間物流運(yùn)作模式、運(yùn)輸工具數(shù)量、各類暫存區(qū)規(guī)劃,以及通道擁塞程度分析等角度進(jìn)行車(chē)間物流規(guī)劃與仿真驗(yàn)證優(yōu)化,最終得到一個(gè)可行并較優(yōu)的物流方案。
1 車(chē)間物流規(guī)劃
車(chē)間物流規(guī)劃即是將車(chē)間內(nèi)的所有生產(chǎn)設(shè)備、運(yùn)輸工具、附屬設(shè)施(休息室、衛(wèi)生間等)和各種作業(yè)流程(轉(zhuǎn)運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)等),依照生產(chǎn)流程,作適當(dāng)?shù)陌才排c布置,使工廠的生產(chǎn)活動(dòng)能夠順利和流暢[6]。
本文以某重型機(jī)械上市集團(tuán)公司新規(guī)劃的管道生產(chǎn)車(chē)間為例,對(duì)其車(chē)間物流進(jìn)行研究。首先利用過(guò)程分析與數(shù)學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法對(duì)物流配送模式、運(yùn)輸工具數(shù)量、暫存區(qū)面積進(jìn)行初步規(guī)劃,然后通過(guò)Quest仿真軟件進(jìn)行物流方案的仿真驗(yàn)證,得到一系列參考指標(biāo)并進(jìn)行分析優(yōu)化,找到較優(yōu)的物流方案。實(shí)現(xiàn)的過(guò)程如圖1.1所示。
1.1 車(chē)間生產(chǎn)流程
該車(chē)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(chǎn)品生產(chǎn)線。由卷管線生產(chǎn)出的各管件經(jīng)過(guò)各自的生產(chǎn)線加工成型再依次經(jīng)過(guò)熱處理、涂裝以及產(chǎn)出成品運(yùn)至立體倉(cāng)庫(kù)。車(chē)間物流簡(jiǎn)圖如圖1.2所示。
卷管線的原材料由門(mén)S2經(jīng)過(guò)通道由貨車(chē)運(yùn)輸?shù)骄砉芫€線前端,吊裝上線,然后依次經(jīng)過(guò)縱剪分條,開(kāi)卷對(duì)校平焊,活套等工序,產(chǎn)生管件原材料。該生產(chǎn)線共生產(chǎn)5種類型的管件,分別為單層淬火管、雙層淬火管(由于是復(fù)合管,需要兩種類型的管件原料)、拖泵管、彎管生產(chǎn)線的管件原材料,前4種經(jīng)地下運(yùn)輸線(圖1.2中藍(lán)色線路)分類暫存于法蘭生產(chǎn)線右端的焊管緩存區(qū),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(qū)通過(guò)積放鏈(圖1.2紅色線路所示)運(yùn)至線邊緩存區(qū),部分由行車(chē)直接吊裝進(jìn)行切割下料并除銹焊接,焊接所需的法蘭由法蘭輸送系統(tǒng)自動(dòng)配送到達(dá),焊接完成的產(chǎn)品由地下運(yùn)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(dòng)生產(chǎn),然后再經(jīng)懸掛鏈送至涂裝線緩存區(qū),管件在緩存區(qū)進(jìn)行分類裝框,再經(jīng)拋丸,涂裝形成成品,最后在涂裝區(qū)的左側(cè)區(qū)域進(jìn)行貼標(biāo)、打包、小貨車(chē)運(yùn)送入庫(kù)。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(guò)軌道電動(dòng)車(chē)運(yùn)送至涂裝線進(jìn)行加工而不進(jìn)行熱處理,但其后的加工過(guò)程與上述類似。
彎管原材料由焊管線通過(guò)傳送帶運(yùn)至線邊緩存,此線類似復(fù)合管,每一個(gè)成型的彎管毛坯需要同廠外配送的內(nèi)管一對(duì)一進(jìn)行組合,加工地點(diǎn)與法蘭組裝地點(diǎn)相鄰,成型的彎管再經(jīng)過(guò)涂裝拋丸成品打包運(yùn)至車(chē)間內(nèi)的立體倉(cāng)庫(kù)。
眼切產(chǎn)品則是原材料由廠外運(yùn)至加工地點(diǎn),完成之后由小貨車(chē)運(yùn)至立體倉(cāng)庫(kù)入庫(kù)。
根據(jù)車(chē)間設(shè)計(jì)規(guī)劃的需求,本文主要對(duì)物流運(yùn)作模式、各緩存區(qū)以及線邊庫(kù)存量、運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃,然后進(jìn)行Quest仿真建模,對(duì)運(yùn)輸工具的利用率以及門(mén)徑吞吐進(jìn)行驗(yàn)證,由此反應(yīng)出該車(chē)間的物流狀況。
1.2 物流配送模式規(guī)劃
拉式物流配送是按JIT準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)的思想,“在需要的時(shí)候,按需要的量配送所需的產(chǎn)品”,通過(guò)生產(chǎn)的計(jì)劃控制及庫(kù)存的管理,追求所謂的“零庫(kù)存”或庫(kù)存的最小化。其優(yōu)點(diǎn)為按需配送,避免線邊物料堆積;應(yīng)變能力強(qiáng),后方系統(tǒng)支持線邊物料需求的變動(dòng);對(duì)物料需求的回饋及時(shí)性好,配送組盤(pán)過(guò)程能夠在物料需求指令發(fā)出后,全力滿足此指令的需求。缺點(diǎn)為系統(tǒng)分析較復(fù)雜,應(yīng)變的情況較多,隨機(jī)性大;存在配送到貨延時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。
推式(非JIT)物流配送中物流控制的基本原理是根據(jù)最終需求結(jié)構(gòu)計(jì)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(diǎn)是流程控制集中依賴于發(fā)貨順序表,可對(duì)之進(jìn)行獨(dú)立的優(yōu)化,人員和設(shè)備利用率高,但機(jī)動(dòng)性不夠強(qiáng),每個(gè)節(jié)點(diǎn)的物料配送主要根據(jù)主生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行安排,按照一定時(shí)間間隔配送,線邊庫(kù)存水平相對(duì)較高,同時(shí)也不利于生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系。
本文所涉管道成型車(chē)間的配送流程主要包括:直縫焊接線板材、內(nèi)管(彎管)、眼切原材料、法蘭的配送。特點(diǎn)為:品種少、批量大、配送頻次低。對(duì)此,我們選擇采用一種改進(jìn)的批量拉式配送模式,其流程如圖1.3所示。
各個(gè)需求點(diǎn)的物料低于最低庫(kù)存時(shí),便向暫存區(qū)發(fā)送要料請(qǐng)求,物料暫存區(qū)接受指令并向配送人員傳達(dá)發(fā)貨指令進(jìn)行組盤(pán)和配送。
此種配送方案繼承了拉式配送的優(yōu)點(diǎn):按需配送,避免線邊物料堆積;應(yīng)變能力強(qiáng),支持線邊物料需求的變動(dòng);對(duì)物料需求的回饋及時(shí)性好,配送過(guò)程能夠在物料需求指令發(fā)出后,全力滿足此指令的需求,同時(shí)由于該車(chē)間配送品種少批量大的特點(diǎn),也避免了JIT模式下系統(tǒng)復(fù)雜、反應(yīng)能力要求過(guò)高的缺點(diǎn)。
1.3 配送工具數(shù)量規(guī)劃
根據(jù)物流配送路徑、配送方式以及工藝部門(mén)提供的流程規(guī)劃和配送工具信息對(duì)各個(gè)通道內(nèi)部的車(chē)輛數(shù)目進(jìn)行初步分析,具體過(guò)程如下。
獲取各種運(yùn)輸工具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù):其中叉車(chē)的空載速度為1.5m/s,負(fù)載速度為1m/s;并獲取各個(gè)配送流程的裝載時(shí)間和卸載時(shí)間等。
1.4 暫存區(qū)規(guī)劃
該車(chē)間暫存區(qū)規(guī)劃主要為滿足延續(xù)性生產(chǎn)的各加工單元線邊最低庫(kù)存的規(guī)劃。加工單元線邊為滿足生產(chǎn)連續(xù)性而設(shè)置的臨時(shí)庫(kù)存,一般直接擺放在加工機(jī)器附件的區(qū)域以便及時(shí)滿足加工需求。線邊最低庫(kù)存不僅與生產(chǎn)有著直接聯(lián)系,更是JIT生產(chǎn)(或者看板生產(chǎn)等拉式生產(chǎn)模式)的源頭,該管道車(chē)間的拉式生產(chǎn)模式如圖1.3所示,最低庫(kù)存作為原動(dòng)力拉動(dòng)整個(gè)配送體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2 基于Quest的仿真與優(yōu)化
Quest是達(dá)索(Dassault)公司旗下產(chǎn)品Delmia的一部分,是用于對(duì)生產(chǎn)工藝流程的準(zhǔn)確性與生產(chǎn)效率進(jìn)行仿真與分析的全三維數(shù)字化工廠環(huán)境。它提供強(qiáng)有力的交互式仿真建模功能,是用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)程可視化和確認(rèn)生產(chǎn)流程決策是否滿足產(chǎn)品生產(chǎn)要求的強(qiáng)大的仿真開(kāi)發(fā)和分析工具。
2.1 Quest建模
利用Quest進(jìn)行生產(chǎn)線仿真首先要在設(shè)計(jì)廠房的CAD布局圖以及工藝流程的基礎(chǔ)上建立幾何模型,然后確定幾何模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和其對(duì)應(yīng)的仿真參數(shù)仿真以及使用SCL仿真語(yǔ)言對(duì)仿真模型內(nèi)在的邏輯進(jìn)行設(shè)定。
該管道車(chē)間的部分系統(tǒng)參數(shù)與運(yùn)輸工具參數(shù)如表2.1和表2.2所示。
根據(jù)廠房規(guī)劃的CAD圖紙用Quest建立幾何模型,根據(jù)車(chē)間工藝流程、規(guī)劃的物流配送模式(1.2小節(jié))以及初步評(píng)估出的運(yùn)輸工具數(shù)量(1.3小節(jié))等進(jìn)行邏輯建模,最終模型如圖2.1所示。
然后通過(guò)SCL語(yǔ)言控制仿真結(jié)果的輸出,包括計(jì)數(shù)器數(shù)值輸出、利用率報(bào)表的輸出等。具體過(guò)程為:Quest通過(guò)編寫(xiě)的SCL語(yǔ)言將仿真結(jié)果輸出到DAT文件中,Excel再通過(guò)VBA讀取DAT文件中的數(shù)值,最終在Excel中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為表達(dá)更加直觀的圖表。該實(shí)驗(yàn)中,我們用SCL語(yǔ)言編寫(xiě)了對(duì)各個(gè)運(yùn)輸工具的利用情況和主要門(mén)徑(N1、S1、S2)的吞吐?tīng)顩r的統(tǒng)計(jì)分析程序語(yǔ)句,隨著仿真的進(jìn)行,目標(biāo)事件觸發(fā)程序計(jì)數(shù)器,將結(jié)果輸出到指定路徑的DAT文件中,最后在預(yù)先用VBA語(yǔ)句編制好的EXCEL文檔中讀出DAT文件并轉(zhuǎn)化成直方圖和表格數(shù)據(jù)。
2.2 仿真結(jié)果分析及優(yōu)化
每天的加工時(shí)間為20h,由于該車(chē)間的換線周期為3天,即可將此實(shí)驗(yàn)的仿真時(shí)鐘設(shè)為60h,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),得到各運(yùn)輸工具的利用情況如圖2.2所示。
由此可見(jiàn),該物流方案下,所有配送點(diǎn)均滿足配送及時(shí)性,但成品運(yùn)送(圖中的成品小貨車(chē)1和2)的平均利用率偏高,達(dá)到了82%。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值,利用率超過(guò)75%,視為不安全,即超過(guò)安全閾值(實(shí)際生產(chǎn)中總會(huì)有類似設(shè)備故障等各種異常事件發(fā)生,仿真分析中配送工具的利用率如果超過(guò)75%,則在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中極可能遇到因異常事件發(fā)生而無(wú)法滿足正常配送的風(fēng)險(xiǎn)),需改善。
將成品入庫(kù)的配送車(chē)輛數(shù)目增加一輛,其他物理模型以及邏輯模型不變,再次進(jìn)行仿真試驗(yàn)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,得到的運(yùn)輸工具利用情況如圖2.3所示。
此時(shí)成品小貨車(chē)?yán)寐式禐榱?8.2%,所有的配送工具利用率都在安全閾值范圍內(nèi),判定方案合理。
在車(chē)間物流的研究中,除了運(yùn)輸工具的工作負(fù)荷和利用率至關(guān)重要以外,門(mén)徑吞吐量也直接反應(yīng)了相關(guān)通道的擁塞程度,從而可以一定程度上衡量該車(chē)間的物流狀況是否良好。為了驗(yàn)證該物流方案是否較優(yōu),對(duì)改進(jìn)后的方案再次進(jìn)行仿真試驗(yàn),得到門(mén)徑吞吐統(tǒng)計(jì)輸出結(jié)果如圖2.4所示。
橫坐標(biāo)統(tǒng)計(jì)時(shí)間間隔為30min,縱坐標(biāo)為每30min經(jīng)過(guò)該門(mén)徑的車(chē)輛數(shù)目。圖中顯示,在3個(gè)周期的生產(chǎn)中,門(mén)徑吞吐最高峰出現(xiàn)在S2門(mén),此時(shí)每30min通過(guò)測(cè)試點(diǎn)的車(chē)輛數(shù)目最多為12,即最高峰時(shí)期,每?jī)奢v車(chē)之間經(jīng)過(guò)測(cè)試點(diǎn)的平均時(shí)間間隔為2.5min,負(fù)載速度(實(shí)則為車(chē)間里最慢的行駛速度)為1m/s,則物流最高峰時(shí)兩輛車(chē)之間的距離最近為150m,叉車(chē)間的安全行駛距離為90m,這個(gè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出安全閾值,即通道暢通,物流狀況良好。
由此,對(duì)于該車(chē)間從物流運(yùn)作模式、暫存區(qū)的規(guī)劃到運(yùn)輸工具的規(guī)劃這一整體的物流方案,可作為工廠產(chǎn)線規(guī)劃和持續(xù)改善過(guò)程中的有效參考。
3 結(jié) 論
本文以某管道車(chē)間為案例,對(duì)其各項(xiàng)物流要素進(jìn)行規(guī)劃,并利用Quest數(shù)字工廠平臺(tái)進(jìn)行仿真優(yōu)化,最終得到一個(gè)可行并較優(yōu)的物流方案。研究表明,利用仿真軟件對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作進(jìn)行仿真,可彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)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(yè)規(guī)劃的準(zhǔn)確性,有效地降低規(guī)劃成本,不失為工廠物流設(shè)計(jì)的一個(gè)有效方法。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:風(fēng)電場(chǎng);道路走廊;優(yōu)化設(shè)計(jì)
1 概述
風(fēng)電項(xiàng)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(fēng)電場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)地形復(fù)雜、地勢(shì)陡峭、山巒綿亙、溝壑縱橫。按地理分布,風(fēng)場(chǎng)區(qū)域可分為東、西兩片區(qū)域,規(guī)劃面積約為150km2。區(qū)域范圍內(nèi)風(fēng)能資源總體較豐富,本風(fēng)電場(chǎng)選擇單機(jī)容量2MW的機(jī)型101臺(tái)。風(fēng)場(chǎng)區(qū)域近鄰京、津,交通便利,周邊有109、112、207國(guó)道、省道和縣際道路與北京、宣化、陽(yáng)原,以及保定市淶源縣相連。風(fēng)電大件設(shè)備可通過(guò)京張高速或張石高速到達(dá)蔚縣,再轉(zhuǎn)入“村村通”水泥路到達(dá)本風(fēng)場(chǎng)范圍。
由于本風(fēng)場(chǎng)規(guī)劃范圍廣、工程地質(zhì)條件復(fù)雜,為了降低風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路建設(shè)工程造價(jià)及后期維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本,在對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)踏勘的基礎(chǔ)上,結(jié)合大型設(shè)備的運(yùn)輸要求,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)及運(yùn)維道路路線進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃,并對(duì)局部路徑進(jìn)行了多方案對(duì)比優(yōu)化。
2 工程地質(zhì)條件
本工程區(qū)域范圍內(nèi)地形較為復(fù)雜,為探明區(qū)域范圍內(nèi)地質(zhì)巖性及物理力學(xué)性質(zhì),對(duì)工程范圍內(nèi)地形地貌及地質(zhì)巖性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)踏勘及鉆探采集。
2.1 地形地貌
風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)多崇山峻嶺,山勢(shì)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(fā)育。山上草植被發(fā)育,樹(shù)木多分布在山體背陰面?;鶐r少,主要分布在邊緣,覆蓋層相對(duì)較薄,一般小于3.0m,局部溝谷地段相對(duì)較厚。
2.2 地質(zhì)巖性及物理力學(xué)性質(zhì)
風(fēng)電場(chǎng)范圍內(nèi)山體巨厚,少部分地段基巖,地層巖性主要為灰?guī)r、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(jù)工程鉆探結(jié)果,典型路段的工程地質(zhì)條件有:粉土混碎石、碎石、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r、中等風(fēng)化灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化白云巖、中等風(fēng)化白云巖等。
3 道路規(guī)劃及設(shè)計(jì)
3.1 道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
本工程場(chǎng)內(nèi)道路在建設(shè)期主要作為風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)道路,主要的通過(guò)車(chē)型有大型凹形板拖車(chē)、多軸線液壓板式拖車(chē)等;在后續(xù)運(yùn)營(yíng)時(shí)作為檢修道路,主要以常規(guī)越野車(chē)為主;根據(jù)以上服務(wù)功能并結(jié)合本工程的實(shí)際情況,道路路基設(shè)計(jì)寬度為6m,道路行車(chē)道寬度為5米,兩側(cè)設(shè)土路肩0.5米;根據(jù)需要設(shè)置排水溝;道路最大縱坡為14%,在局部困難地段可以達(dá)到16%,但通過(guò)牽引車(chē)輛提供助力;道路轉(zhuǎn)彎半徑不小于35m。路段采用裝載機(jī)或推土機(jī)拓寬平整,并用壓路機(jī)碾壓密實(shí)后加200mm厚山皮石面層。
3.2 道路路線規(guī)劃及優(yōu)化
3.2.1 總體路線規(guī)劃
根據(jù)風(fēng)機(jī)機(jī)位的分布情況,本風(fēng)場(chǎng)范圍道路可分為東西兩個(gè)區(qū)域來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘的情況,對(duì)道路方案進(jìn)行了分區(qū)域?qū)m?xiàng)規(guī)劃,在經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、環(huán)保的前提下,對(duì)各區(qū)域道路進(jìn)行了多方案綜合論證,最終形成具有針對(duì)性道路路徑規(guī)劃方案,具體如下。
(1)西區(qū)(#1~#49)
西區(qū)共有49臺(tái)風(fēng)機(jī),緊鄰河北-山西省界分布,山西境內(nèi)為已建成投產(chǎn)的風(fēng)場(chǎng),故該區(qū)域可有兩種道路規(guī)劃方案,方案一:河北側(cè)方案,該方案總體規(guī)劃為設(shè)備可通過(guò)京張高速或張石高速到達(dá)蔚縣,再轉(zhuǎn)入“村村通”水泥路,再以蔚縣馬鋪村東的溝口為起點(diǎn),向上攀升至#15機(jī)位,與場(chǎng)內(nèi)道路相連接并到達(dá)各風(fēng)機(jī)機(jī)位;方案二:山西側(cè)方案。本風(fēng)場(chǎng)緊鄰山西側(cè)已建成的風(fēng)電場(chǎng),可利用已建風(fēng)電道路運(yùn)輸風(fēng)機(jī)設(shè)備。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,山西側(cè)風(fēng)電場(chǎng)道路可與茍莊村西側(cè)的省道S201相接,并一直延伸至省界附近到達(dá)本風(fēng)場(chǎng),總長(zhǎng)度約20km,本段道路為相鄰風(fēng)場(chǎng)的進(jìn)場(chǎng)運(yùn)輸?shù)缆?,基本具備運(yùn)輸風(fēng)機(jī)設(shè)備的條件;該方案上山道路均位于山西境內(nèi),道路運(yùn)輸條件較為成熟,但位于省外,需與路產(chǎn)部門(mén)或地方溝通協(xié)商。
通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行綜合分析:得出方案一道路均需新建,施工工期相對(duì)較長(zhǎng),但該路徑方案位于蔚縣境內(nèi),地方協(xié)調(diào)及后續(xù)運(yùn)維簡(jiǎn)便,可免去眾多后顧之憂,后續(xù)施工檢修方便;方案二雖可部分利用山西境內(nèi)已有道路,但存在較多的不確定因素,且后續(xù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)道路需繞道山西,路徑較長(zhǎng)將增大運(yùn)維成本,經(jīng)綜合考慮,推薦方案一河北側(cè)方案。
(2)東區(qū)(#50~#101)
本區(qū)域共涉及52臺(tái)風(fēng)機(jī),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況,風(fēng)場(chǎng)道路共有兩個(gè)規(guī)劃方案:
方案一:運(yùn)輸?shù)缆窂泥徑呀ǔ傻恼缂覟筹L(fēng)電場(chǎng)接入,直接將道路主線連接到#87風(fēng)機(jī)平臺(tái),與場(chǎng)內(nèi)道路相連接并到達(dá)各風(fēng)機(jī)機(jī)位;方案二:從甄家灣村南側(cè)的112國(guó)道為接口開(kāi)始攀升,到達(dá)#97風(fēng)機(jī)機(jī)位,與場(chǎng)內(nèi)道路相連接并到達(dá)各風(fēng)機(jī)機(jī)位。
通過(guò)對(duì)上述兩個(gè)道路規(guī)劃方案的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比可知:方案一利用已建成的風(fēng)場(chǎng)道路,可大幅減低道路的投資,從路線長(zhǎng)度、用地面積、工程造價(jià)等方面考慮均優(yōu)于方案二,且方案一路線范圍內(nèi)工程地質(zhì)情況較好,工程風(fēng)險(xiǎn)小易于實(shí)施,故推薦方案一。
按照以上原則,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)道路進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃,根據(jù)沿線地形、地貌、地質(zhì)特征,靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo),在充分考慮平、縱、橫指標(biāo)優(yōu)化組合的基礎(chǔ)上,盡量實(shí)現(xiàn)路基土石方填挖平衡和工程量最少,并對(duì)道路的排水設(shè)施及邊坡防護(hù)進(jìn)行了綜合考慮。
本工程經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的道路工程量約為:路線長(zhǎng)度78.1km;土石方開(kāi)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(duì)比優(yōu)化
本風(fēng)電場(chǎng)升壓站位于村落南側(cè)的臺(tái)階高地上,被一道河谷與村落分割開(kāi)來(lái),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,進(jìn)站道路有兩個(gè)方案可供選擇。
方案一:以升壓站西側(cè)已有水泥混凝土道路為起點(diǎn),沿河谷的南側(cè)(不跨越河谷)延伸,在升壓站北側(cè)回轉(zhuǎn)后,向南到達(dá)升壓站位置。
方案二:進(jìn)站道路經(jīng)由升壓站北側(cè)的村落,向南跨越河谷后一路攀爬到達(dá)升壓站位置。
經(jīng)綜合分析,方案一進(jìn)站道路沿著河谷的南側(cè)直至升壓站,長(zhǎng)度約2380m,全為新建道路,路徑范圍以內(nèi)地勢(shì)較為平緩,道路施工方便,可降低道路的開(kāi)挖及回填量;方案二經(jīng)村落跨越溝谷后可達(dá)升壓站,長(zhǎng)度約2880m,該方案雖可利用村落部分已有道路,但需跨越北側(cè)河谷,跨越及防護(hù)工程復(fù)雜,工程造價(jià)高,施工工期較長(zhǎng),經(jīng)綜合比選,最終推薦方案一。
4 結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),隨著風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目的大規(guī)模開(kāi)發(fā),陸上風(fēng)電場(chǎng)正向丘陵、山區(qū)等風(fēng)資源豐富但工程建設(shè)投資巨大的區(qū)域推進(jìn),風(fēng)機(jī)設(shè)備具有超長(zhǎng)、超寬、超高、超重的特征,加之山地風(fēng)電場(chǎng)地形復(fù)雜,風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸對(duì)道路設(shè)計(jì)提出更高的要求,風(fēng)電場(chǎng)道路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)作為風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的“龍頭”,在山區(qū)風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)中的作用愈來(lái)愈重要。
文章以實(shí)體工程為依托,通過(guò)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)地形地貌及工程地質(zhì)條件進(jìn)行勘察分析,對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路路線進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃,并在經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、環(huán)保的前提下,對(duì)道路局部路徑進(jìn)行了多方案對(duì)比優(yōu)化,減少了土石方開(kāi)挖及回填等工程量,縮短了工期,減少了投資,對(duì)類似風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)具有重要的借鑒意義。
參考文獻(xiàn)
[1]JTG B01-2015.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].
關(guān)鍵詞:循跡式視覺(jué)識(shí)別、AGV、方案規(guī)劃
自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)(Automated GuidedVehicle,AGV)是一種可以沿規(guī)定路線自動(dòng)行駛.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬運(yùn)的運(yùn)輸車(chē)輛。作為智能物流系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一,AGV通過(guò)與其他信息化、智能化裝備的聯(lián)動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)柔性和智能化物料搬運(yùn)。目前應(yīng)用中常見(jiàn)的AGV導(dǎo)航技術(shù),主要有磁/電磁、激光、視覺(jué)、光電、慣性等。
目前存AGV應(yīng)用中以循跡式應(yīng)用為主,其原理是在地面上或地下鋪設(shè)色帶或電磁帶(如磁/電磁、視覺(jué)、光電等導(dǎo)航方法),AGV循著色帶或電磁帶的路徑行走。激光式導(dǎo)引則采用激光定位和設(shè)定虛擬路徑的方式導(dǎo)航。視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像頭采集地面上色帶的圖像,經(jīng)過(guò)識(shí)別后可以進(jìn)行循跡式定位和導(dǎo)航,此外該系統(tǒng)也可以通過(guò)其他導(dǎo)航圖形標(biāo)記的識(shí)別(如二維碼或者特定導(dǎo)航圖形)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)引。
相對(duì)于埋設(shè)電磁導(dǎo)線、磁條,或者地面埋設(shè)導(dǎo)航磁釘?shù)葘?dǎo)引方法而言,視覺(jué)識(shí)別方法不但增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性,并且降低了硬件投入和維護(hù)成本;同時(shí)也可以避免出現(xiàn)如慣性導(dǎo)航等無(wú)路標(biāo)導(dǎo)航方法存在的誤差積累問(wèn)題。相對(duì)于激光導(dǎo)航方法,視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)在于其低廉的系統(tǒng)硬件成本以及智能擴(kuò)展特定,只要軟件和模式識(shí)別功能足夠智能,機(jī)器人就可以實(shí)現(xiàn)多種導(dǎo)航和定位功能。
本文對(duì)循跡式視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航機(jī)理與系統(tǒng)組成進(jìn)行分析,總結(jié)其在總圖規(guī)劃時(shí)的特點(diǎn),并針對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行規(guī)劃研究,對(duì)相關(guān)AGV的應(yīng)用有一定借鑒意義。
一、導(dǎo)航系統(tǒng)組成及
控制流程
視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)引AGV主要由車(chē)身、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)、安全傳感器、無(wú)線通信模塊、主控系統(tǒng)、手動(dòng)操作系統(tǒng)等組成,其與常規(guī)AGV的主要區(qū)別在于機(jī)內(nèi)設(shè)置了數(shù)字圖像采集CCD、視頻處理卡和主控計(jì)算機(jī)。由于實(shí)時(shí)處理圖像的數(shù)據(jù)量較大,普通的嵌入式MCU或PLC均不能達(dá)到實(shí)時(shí)處理效能,故采用車(chē)載計(jì)算機(jī)完成圖形識(shí)別和導(dǎo)航功能。視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)主要由數(shù)字?jǐn)z像頭、圖像采集卡、AGV主控制器、行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行電機(jī)等組成,如圖1所示。
視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)工作流程如下:首先由數(shù)字?jǐn)z像頭采集地面路標(biāo)圖像,再將彩色空間數(shù)字圖像信號(hào)送入圖像采集卡進(jìn)行預(yù)處理,形成二值圖像,之后由主控系統(tǒng)進(jìn)行路徑識(shí)別,由此確定AGV當(dāng)前位置等地理信息。經(jīng)過(guò)與AGV的目標(biāo)位置的比較,AGV系統(tǒng)生成運(yùn)動(dòng)控制指令,經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器解析后生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)并驅(qū)動(dòng)行走電機(jī),實(shí)現(xiàn)AGV的導(dǎo)航控制,系統(tǒng)工作過(guò)程如圖2所示。
圖3為攝像頭采集的原始圖像信號(hào)和經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)識(shí)別后的數(shù)字圖像信號(hào)。視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)能夠精確識(shí)別出路徑標(biāo)識(shí)及其輪廓,從而能夠用于車(chē)輛的精準(zhǔn)控制。
二、系統(tǒng)組成與調(diào)度原理
AGV柔性搬運(yùn)系統(tǒng)除了AGV本體以外,還包括中央調(diào)度系統(tǒng)、自動(dòng)充電系統(tǒng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)AP及中繼器、工位無(wú)線呼叫設(shè)備、上線下自動(dòng)控制系統(tǒng)與機(jī)構(gòu)、呼叫數(shù)據(jù)采集器、機(jī)柜、交通指示燈、物流轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)、路徑指示膠帶等。AGV系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu),如圖4所示。
當(dāng)生產(chǎn)線上有物料運(yùn)輸需求時(shí),相應(yīng)工位上的操作員可以通過(guò)無(wú)線呼叫器,向中央控制臺(tái)發(fā)送物流需求。中央調(diào)度系統(tǒng)確認(rèn)調(diào)度任務(wù)需求后,首先搜索系統(tǒng)中AGV的工作狀態(tài),選擇處于空閑狀態(tài)且距離目標(biāo)位置最近的AGV執(zhí)行搬運(yùn)任務(wù)。此外,工廠的MES系統(tǒng)也可以直接通過(guò)無(wú)線或總線通信方式向AGV調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出物流運(yùn)輸指令,由后者調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的AGV進(jìn)行搬運(yùn)。系統(tǒng)調(diào)度控制過(guò)程,如圖5所示。
三、視覺(jué)識(shí)別AGV總圖
規(guī)劃特點(diǎn)分析
由多臺(tái)AGV組成的柔性搬運(yùn)系統(tǒng)中,需要對(duì)總運(yùn)輸路線進(jìn)行合理規(guī)劃,以最大化發(fā)揮AGV系統(tǒng)的運(yùn)輸能力。工廠生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng),影響其物流的因素眾多,因此在總圖規(guī)劃中需要了解工廠內(nèi)部的物流狀態(tài),熟悉AGV所涉及的物流路線的大致情況,并針對(duì)性地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1.規(guī)劃原則
在實(shí)際規(guī)劃時(shí),首先根據(jù)工廠總圖確定物料搬運(yùn)的各工位點(diǎn)、各區(qū)段之間的運(yùn)輸量、其他人員車(chē)輛的交通狀況、地面情況以及各班工人的丁作時(shí)間制度等因素,在總圖上初步規(guī)劃出AGV運(yùn)輸路線,并確定相關(guān)的參數(shù)。接著合理的設(shè)置緩沖區(qū)、取貨卸貨臺(tái)、自動(dòng)充電站、呼叫盒、無(wú)線中繼器等的位置,構(gòu)成完整系統(tǒng)。在規(guī)劃時(shí),需要遵循以下原則:
(1)減少路線交叉。這不僅會(huì)節(jié)省由于交通管制帶來(lái)的額外硬件投入,也能減少AGV由于在路口管制導(dǎo)致的等待時(shí)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(yīng)該以單向行駛為主,AGV能夠確保在單向行駛時(shí)抵達(dá)所有工位點(diǎn)。采用雙向路徑設(shè)置時(shí),需要進(jìn)行區(qū)域鎖定控制,以避免AGV相向行駛導(dǎo)致碰撞或者線路死鎖。
(3)保持線路間運(yùn)輸量平衡:在單向環(huán)形路線中常常會(huì)出現(xiàn)公用線路的AGV數(shù)量過(guò)多而導(dǎo)致系統(tǒng)總體的運(yùn)輸效率下降。此時(shí)在通道空間容許的條件下應(yīng)該設(shè)置復(fù)線運(yùn)輸,或者通過(guò)涮度系統(tǒng)的合理控制,使公共線路上AGV能夠合理調(diào)度。
2.視覺(jué)識(shí)別AGV系統(tǒng)的規(guī)劃特點(diǎn)
視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航AGV通過(guò)識(shí)別鋪設(shè)于地面的色帶進(jìn)行導(dǎo)航行駛,識(shí)別路標(biāo)可以采用與地面背景色形成反差的純色帶。例如在常見(jiàn)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(shí)現(xiàn)視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航。系統(tǒng)有如下特點(diǎn):
(1)多分支路徑識(shí)別可靠性高。由于視覺(jué)識(shí)別路徑精度可達(dá)到1mm以內(nèi),當(dāng)兩條路徑之間的夾角較小的時(shí)候仍然可以清晰地識(shí)別兩條路徑,因此對(duì)于Y字形路徑的識(shí)別率和可靠性優(yōu)于磁條導(dǎo)航和埋線式導(dǎo)航。
(2)線路鋪設(shè)靈活簡(jiǎn)便。色帶材質(zhì)柔軟,可以鋪設(shè)成各類曲線形狀,施工快速。
(3)施工費(fèi)用低。由于色帶可以采用各類材料實(shí)現(xiàn),如純色防水膠布、油漆等,鋪設(shè)成本更低,后期維護(hù)也更加方便。
(4)抗碾壓性好。色帶和油漆對(duì)于重載車(chē)輛的耐受性更好。路徑標(biāo)志受損后修復(fù)工藝簡(jiǎn)便。
(5)適應(yīng)鋼板地面。重工業(yè)工廠車(chē)間物流通道中為了保護(hù)地面,常常會(huì)在地面鋪設(shè)鋼板。由于鋼板對(duì)于磁傳感器的干擾而導(dǎo)致脫軌,這類地面上難以使用磁導(dǎo)航類AGV。另外在冶金行業(yè)中有鐵質(zhì)粉塵的情況下,也會(huì)對(duì)磁傳感器設(shè)備形成干擾。而視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)不受此限制,可以在各類鋼板等金屬路面及有鐵質(zhì)粉塵存在的環(huán)境中鋪設(shè)路徑通行。
四、規(guī)劃實(shí)例
1.在電商物流行業(yè)的應(yīng)用規(guī)劃
隨著我國(guó)電商行業(yè)的迅猛發(fā)展,電商企業(yè)對(duì)于物流自動(dòng)化的需求與日俱增,在物流環(huán)節(jié)采用更加柔性、更加智能的解決方案成為一種趨勢(shì)。電商倉(cāng)儲(chǔ)物流中心有大量的物流運(yùn)輸需求。而且時(shí)效性要求高。目前對(duì)于運(yùn)輸量以及路徑相對(duì)固定的物流,多采用傳統(tǒng)的輸送線方式進(jìn)行。電商物流中還存在大量的輔助物流,例如退貨暫存等環(huán)節(jié),其工藝特點(diǎn)是有一個(gè)物流源應(yīng)對(duì)多個(gè)并行處理工位。這些環(huán)節(jié)采用固定式輸送線不僅在設(shè)備投入上不經(jīng)濟(jì),而且靈活性差,不能應(yīng)對(duì)突發(fā)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(shí)現(xiàn)多工位間的負(fù)荷自動(dòng)平衡。此類工藝條件下采用AGV是較好的解決方法。AGV可以實(shí)現(xiàn)工位間的柔性連接,靈活應(yīng)對(duì)可能的工藝流程變化;用戶的訂單處理系統(tǒng)可以根據(jù)各工位的情況實(shí)時(shí)合理分配工位之間的訂單處理量,使系統(tǒng)達(dá)到效率最佳狀態(tài)。
如圖7所示為某電商物流中心退供暫存區(qū)的布局。由AGV為退供處理區(qū)各工位搬運(yùn)物料,將滿料箱從上料點(diǎn)運(yùn)送到各工位,再將空料箱從工位運(yùn)輸?shù)较铝宵c(diǎn)?,F(xiàn)場(chǎng)有28個(gè)包裝流水線配送點(diǎn),由于工位位置對(duì)稱,因此設(shè)置2個(gè)AGV上料點(diǎn)、2個(gè)AGV下箱點(diǎn)、2個(gè)自動(dòng)充電點(diǎn),同時(shí)在AGV下箱點(diǎn)邊設(shè)置空載周轉(zhuǎn)箱放置區(qū)。AGV小車(chē)在AGV上料點(diǎn)與包裝流水線之間來(lái)回運(yùn)轉(zhuǎn),將滿載/空載周轉(zhuǎn)箱運(yùn)送至相應(yīng)的位置。在流水線每個(gè)工位上都設(shè)置了動(dòng)力輥道,AGV可與包裝流水線輥筒線自動(dòng)對(duì)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(chē)為自動(dòng)移載式,設(shè)置有兩個(gè)獨(dú)立的輥簡(jiǎn)移載裝置,對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同高度的輥道線,一次可以同時(shí)搬運(yùn)兩個(gè)料箱,成倍提升效率。
系統(tǒng)的工作流程,如圖8。
AGV作業(yè)流程說(shuō)明如下:(1)AGV小車(chē)在等待區(qū)待命,等待調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)輸指令;(2)當(dāng)AGV接收到運(yùn)輸任務(wù)后,立即自動(dòng)巡線運(yùn)動(dòng),按照規(guī)劃路線行駛至上料點(diǎn)固定位置并自動(dòng)與輸送線對(duì)位,向系統(tǒng)發(fā)出到位信號(hào);(3)系統(tǒng)發(fā)出指令,上料點(diǎn)輥道將滿載周轉(zhuǎn)箱自動(dòng)輸送至AGV車(chē)載輥簡(jiǎn)上;(4)料箱到位后AGV車(chē)載讀卡器讀取周轉(zhuǎn)箱相應(yīng)信息,自動(dòng)判定該料箱的運(yùn)送目的位置;(5)AGV啟動(dòng)自動(dòng)巡線行走,沿路線行駛到達(dá)指定流水線工位點(diǎn);(6)到位停穩(wěn)后,AGV啟動(dòng)輥筒電機(jī),將滿載周轉(zhuǎn)箱移載至包裝流水線的輥筒線上;(7)包裝流水線啟動(dòng)另一條輥筒線,將空載周轉(zhuǎn)箱移載至AGV小車(chē)上空載料箱位;(8)AGV車(chē)載傳感器監(jiān)測(cè)到料箱到位后,啟動(dòng)自動(dòng)巡線行走,按照規(guī)劃路線返回AGV下箱點(diǎn);(9)卸載空料箱后,AGV返回待命區(qū)。
從圖7中路線布局可以看出,本方案采用多點(diǎn)轉(zhuǎn)彎折回路線。即當(dāng)AGV從靠近物料上貨點(diǎn)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(diǎn),而不必繞一個(gè)大圈再回到AGV上料點(diǎn),在運(yùn)輸任務(wù)量大的情況下,這樣的調(diào)度方式可以能夠節(jié)省大量的運(yùn)輸時(shí)間。由于包裝處理區(qū)的線路是多個(gè)環(huán)狀線路的套接,到最遠(yuǎn)端丁位取貨的AGV會(huì)碾壓其行進(jìn)線路上的橫向?qū)Ш綆?。視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航由于采用色帶或者地面油漆,厚度小,韌性好,因此路標(biāo)的抗碾壓性好,AGV行駛通過(guò)時(shí)車(chē)身的顛簸較小,在這類多環(huán)模式運(yùn)輸中更加有優(yōu)勢(shì)。另外,由于丁位之間比較密集,線路交叉點(diǎn)多,岔道之間的夾角不大,給岔道識(shí)別帶米難度。由于視覺(jué)識(shí)別分辨率高,對(duì)于Y字形岔路的識(shí)別可靠性穩(wěn)定,可保證導(dǎo)航系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
在線路規(guī)劃中,有兩種設(shè)計(jì)方案,一種是上下兩個(gè)區(qū)域分別使用一個(gè)AGV上料點(diǎn),另外一種是兩個(gè)區(qū)域合并使用一個(gè)上料點(diǎn),兩種情況的取舍需要對(duì)總體效率進(jìn)行規(guī)劃后得出。
在A方案中,上下分別設(shè)置一個(gè)上料點(diǎn)。分路線AGV完成單個(gè)整體流程所運(yùn)行的路線平均長(zhǎng)度約為73m;AGV平均穩(wěn)定行駛速度為35m/min,因此分路線AGV完成單個(gè)流程耗時(shí)約73÷35=2.1min。現(xiàn)場(chǎng)節(jié)拍為4箱/min,在不考慮輥簡(jiǎn)運(yùn)輸與人工上下料時(shí)間情況下,現(xiàn)場(chǎng)需求15s間隔進(jìn)行一次運(yùn)輸作業(yè),則分路線所需ACV小車(chē)數(shù)量為2.1x60÷15=9輛。因此整體所需AGV小車(chē)數(shù)量為18輛。
在B方案中,上下區(qū)域合并使用一個(gè)上料點(diǎn),整體路線AGV完成單個(gè)整體流程所運(yùn)行的路線平均長(zhǎng)度約為167米,考慮到區(qū)域內(nèi)可能有人行走,因此AGV平均穩(wěn)定行駛速度為35m/min,則AGV完成單個(gè)流程耗時(shí)為167÷35=4.8min,則此方案所需AGV小車(chē)數(shù)量為4.8x60÷15=20輛。
對(duì)比就可以發(fā)現(xiàn),A方案所需AGV數(shù)量為18輛,較后一種方案減少了2輛AGV,同時(shí)A方案整體運(yùn)行系統(tǒng)與B方案相比較為簡(jiǎn)單,交通管制相對(duì)降低,可一定程度上減少AGV在運(yùn)行路線上的交通等待時(shí)間與單程空跑的占比。因此選用A方案是較好選擇。實(shí)際生產(chǎn)中,存在著人工上下料與輥簡(jiǎn)運(yùn)輸耗時(shí),同時(shí)也存在著交通等待耗時(shí)等情況,因此每條路線需配備1臺(tái)備用AGV;故選用A方案,所需ACV小車(chē)整體數(shù)量為18+2=20輛。
系統(tǒng)還設(shè)置了周轉(zhuǎn)箱的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的周轉(zhuǎn)箱識(shí)別和柔性搬運(yùn)。在每個(gè)動(dòng)力輥床上配置讀卡器,在AGV上配置一個(gè)讀卡器,同時(shí)在周裝箱的規(guī)定位置配置一個(gè)識(shí)別卡。人工將滿載周轉(zhuǎn)箱放置在動(dòng)力輥床上后,輥床讀卡器讀取識(shí)別卡,人工根據(jù)系統(tǒng)提供的工位點(diǎn)信息通過(guò)識(shí)別卡在線配置界面修改識(shí)別卡相應(yīng)信息;滿載周轉(zhuǎn)箱通過(guò)動(dòng)力輥筒加載到車(chē)載輥筒上,車(chē)載讀卡器讀取識(shí)別卡,根據(jù)卡內(nèi)相應(yīng)信息與既定規(guī)則自動(dòng)判定AGV運(yùn)送位置。
2.在冶金環(huán)境中的應(yīng)用規(guī)劃
鋼鐵冶金生產(chǎn)中,對(duì)于工序間物流自動(dòng)化的需求正在逐年上升。高爐是鋼鐵生產(chǎn)中的重要設(shè)備,在高爐鐵口放完鐵水后,泥炮機(jī)通過(guò)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(shí)為高爐泥炮機(jī)補(bǔ)充炮泥。在傳統(tǒng)作業(yè)方式下常采用人工駕駛叉車(chē)進(jìn)行炮泥運(yùn)輸。但是高爐周?chē)懈邷?、噪音、含鐵粉塵等不利條件,人員勞動(dòng)環(huán)境惡劣,采用AGV自動(dòng)補(bǔ)充炮泥則可以有效解決上述問(wèn)題。圖9為某鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)高爐炮泥的運(yùn)輸線路布置圖。
炮泥運(yùn)輸需求如F:(1)炮泥框架周轉(zhuǎn)區(qū)至炮泥框架存放區(qū)之間的滿料托盤(pán)移載;(2)炮泥框架存放區(qū)至炮泥上線點(diǎn)的物料搬運(yùn)上線及空托盤(pán)回收,實(shí)現(xiàn)炮泥的移載、上線、空托盤(pán)回收等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化物流。
炮泥托盤(pán)周轉(zhuǎn)區(qū)、滿托盤(pán)存放區(qū)、空框架存放區(qū)等區(qū)域設(shè)置托盤(pán)的光電檢測(cè)裝置。為了代替人工叉車(chē)運(yùn)輸,AGV也采用叉車(chē)式,負(fù)載形式為叉舉式,最大負(fù)載規(guī)格為1200kg,最大舉升高度1700mm。
AGV采用的導(dǎo)航技術(shù)需要符合現(xiàn)場(chǎng)工況的特殊要求:
(1)現(xiàn)場(chǎng)存在大量的含鐵粉塵,不僅對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行造成影響,也對(duì)各類磁傳感器形成干擾。
(2)叉車(chē)自重加上炮泥重量超過(guò)2噸,會(huì)對(duì)沿線鋪設(shè)的導(dǎo)航線路造成碾壓,易損壞線路。
(3)南于現(xiàn)場(chǎng)條件限制,地面不能開(kāi)挖作業(yè),因此不能采用預(yù)埋式導(dǎo)航技術(shù)。
(4)由于未來(lái)應(yīng)用數(shù)量大,宜采用經(jīng)濟(jì)型導(dǎo)航技術(shù)。
由于上述條件限制,采用視覺(jué)識(shí)別導(dǎo)航AGV是較為合適的方案:首先是地面無(wú)需開(kāi)挖,施工周期快;另外視覺(jué)系統(tǒng)不受含鐵粉塵十?dāng)_,滿足環(huán)境使用要求;叉車(chē)式AGV由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在叉取及擺放托盤(pán)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)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(dǎo)航方式容易脫軌。而視覺(jué)導(dǎo)引則可滿足Y型分岔路精確識(shí)別需求。
系統(tǒng)工作流程如圖10所示:(1)當(dāng)接收到上料點(diǎn)的任務(wù)信號(hào)后,AGV運(yùn)行到炮泥托盤(pán)存放區(qū),叉取一個(gè)滿托盤(pán)并運(yùn)輸至線邊上料點(diǎn),精準(zhǔn)擺放在規(guī)定位置上,等待線邊機(jī)器人取料。滿托盤(pán)的物料被取空后,AGV把空托盤(pán)運(yùn)輸至空托盤(pán)存放區(qū),并根據(jù)上料機(jī)器人反饋的信號(hào),決定是否進(jìn)行下一個(gè)滿托盤(pán)的上線輸送。(2)當(dāng)完成一次炮泥填裝后,調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)炮泥框架存放區(qū)兩個(gè)暫存點(diǎn)的物料數(shù)量變化,指令A(yù)GV行駛至炮泥框架周轉(zhuǎn)區(qū),依據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)的反饋結(jié)果依次把四列周轉(zhuǎn)區(qū)的滿托盤(pán)輸送至存放區(qū),根據(jù)存放區(qū)的檢測(cè)反饋結(jié)果,分別補(bǔ)足2個(gè)擺放貨架的滿托盤(pán)物料。(3)如果一個(gè)滿托盤(pán)的炮泥在一次裝填過(guò)程中沒(méi)有被取盡,AGV會(huì)根據(jù)上料機(jī)器人反饋結(jié)果將其運(yùn)回滿料存放區(qū)。(4)物料上線及補(bǔ)料移載完畢后,小車(chē)回到充電站按照預(yù)設(shè)的充電時(shí)間進(jìn)行充電,等待AGV小車(chē)上料點(diǎn)的下一次呼叫命令。
關(guān)鍵詞:城際鐵路;西安樞紐;規(guī)劃;方案研究
西韓城際鐵路作為關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)向東北方向的重要分支,經(jīng)西延高鐵引入西安樞紐,與國(guó)家高速鐵路網(wǎng)連通,同時(shí)具備從韓城向東延伸至侯馬與大西高鐵聯(lián)通的條件,首尾與國(guó)家高速鐵路網(wǎng)連通之后將形成西北東部與西南地區(qū)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(jù)2014年6月國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于關(guān)中城市群城際鐵路規(guī)劃(2014-2020年)的批復(fù)》(發(fā)改基礎(chǔ)[2014]1449號(hào))及正在修編關(guān)中城市群城際鐵路規(guī)劃,西安至韓城城際鐵路是關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)重要骨架線之一,主要承擔(dān)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(xiàng)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(guò)本項(xiàng)目既與西安市便捷交流,也可直達(dá)西南、中南等地區(qū)。線路從西安市引出向東經(jīng)西安市國(guó)際港務(wù)區(qū)、高陵縣、閻良區(qū)、渭南市富平縣、蒲城縣、澄城縣、合陽(yáng)縣至本項(xiàng)目終點(diǎn)韓城市,線路全長(zhǎng)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(zhǎng)度161.50km。
2西安樞紐規(guī)劃概況
2.1西安樞紐概況
西安鐵路樞紐線現(xiàn)為銜接鄭西、西寶、大西3條高鐵、以及隴海及貨運(yùn)北環(huán)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(gè)方向的大型環(huán)形鐵路樞紐。隨著西成、銀西、包西、西武、西渝高鐵,西韓、閻機(jī)、西法等關(guān)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(huán)形鐵路樞紐,詳見(jiàn)圖1。
2.2樞紐在建及擬建工程概況
在建項(xiàng)目有:西成高鐵、銀西高鐵、西安站改擴(kuò)建工程及新筑鐵路綜合物流中心。擬建及規(guī)劃項(xiàng)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(yùn)第二雙線、樞紐南環(huán)線及相關(guān)聯(lián)絡(luò)線,及關(guān)中城際鐵路。
2.3城市總體規(guī)劃及相關(guān)交通規(guī)劃
西安樞紐范圍涉及西安、咸陽(yáng)、渭南三市,與樞紐方案研究有關(guān)的主要為西安市以及大西安都市圈總體規(guī)劃。西安市城市總體規(guī)劃:根據(jù)西安市第四次《城市總體規(guī)劃(2008-2020)》,西安市將建成為新歐亞大陸橋中國(guó)段中心城市之一,交通樞紐城市及中國(guó)西部經(jīng)濟(jì)中心和陜西省政治經(jīng)濟(jì)文化中心,“一線兩帶”的核心城市。大西安都市圈總體規(guī)劃布局:“大西安”規(guī)劃范圍包括西安市整個(gè)行政轄區(qū)、渭南富平縣城、咸陽(yáng)市秦都、渭城、涇陽(yáng)、三原“兩區(qū)兩縣”,用地12009km2,至規(guī)劃期末形成建設(shè)用地1329km2、總?cè)丝?250萬(wàn)人的規(guī)模。主城區(qū)用地1280km2,總?cè)丝?50萬(wàn)人。軌道交通線網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃:根據(jù)2016年最新大西安城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃,線網(wǎng)由市區(qū)線和市域線兩大部分組成,共23條線路,其主體網(wǎng)絡(luò)形態(tài)呈棋盤(pán)+放射型結(jié)構(gòu),線網(wǎng)總規(guī)模986km。
2.4樞紐客運(yùn)量預(yù)測(cè)
2.4.1運(yùn)量預(yù)測(cè)思路和方法采用“四階段法”基本思路,根據(jù)全國(guó)鐵路客運(yùn)量預(yù)測(cè)和區(qū)域客運(yùn)量發(fā)展趨勢(shì),對(duì)區(qū)域客運(yùn)總量進(jìn)行生成和分布預(yù)測(cè);結(jié)合城際網(wǎng)中各線功能和影響因素進(jìn)行運(yùn)量分配,在此基礎(chǔ)之上對(duì)本項(xiàng)目客運(yùn)量進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。2.4.2樞紐客運(yùn)量預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)近、遠(yuǎn)期樞紐客車(chē)總對(duì)數(shù)分別為682對(duì)/d、851對(duì)/d,其中動(dòng)車(chē)615對(duì)/d、781對(duì)/d,普速85對(duì)/d、72對(duì)/d。樞紐客流特點(diǎn)是以始發(fā)終到客流為主,近、遠(yuǎn)期始發(fā)終到客車(chē)為488對(duì)/d、623對(duì)/日,約占樞紐總對(duì)數(shù)72%,其中動(dòng)車(chē)441對(duì)/d、582對(duì)/d,普速47對(duì)/d、41對(duì)/d。本線近、遠(yuǎn)期列車(chē)對(duì)數(shù)為51對(duì)/d、64對(duì)/d。
2.5樞紐總圖規(guī)劃修編意見(jiàn)
2.5.1總圖格局在原總圖規(guī)劃基礎(chǔ)上,研究年度規(guī)劃包西高鐵、西武高鐵、西渝高鐵、樞紐第二貨運(yùn)北環(huán)線和城際鐵路引入樞紐,以及西平線增建二線等,樞紐將構(gòu)成以隴海鐵路、鄭西西寶、包西西渝高鐵為主軸,兩條貨運(yùn)北環(huán)線和樞紐南環(huán)線組成的大型環(huán)形鐵路樞紐。包西高鐵與西渝高鐵在樞紐內(nèi)南北向貫通組成包??瓦\(yùn)通道,西武高鐵接入包海通道紡織城站。客運(yùn)系統(tǒng):規(guī)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(yùn)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(yùn)通道上主要客站,同時(shí)承擔(dān)城際鐵路主要作業(yè)。解編系統(tǒng):新豐鎮(zhèn)編組站為樞紐內(nèi)唯一編組站,為路網(wǎng)性編組站,雙向三級(jí)七場(chǎng)站型;規(guī)劃預(yù)留臨閻輔助編組站。貨運(yùn)系統(tǒng):規(guī)劃新筑鐵路綜合物流中心為全國(guó)性物流中心,規(guī)劃建設(shè)新豐鎮(zhèn)、引鎮(zhèn)、戶縣、空港、臨閻鐵路物流中心為區(qū)域性物流中心,形成“一主五輔”貨運(yùn)(物流)格局,既有西安西、西安東、咸陽(yáng)等站的貨場(chǎng)逐步外遷。2.5.2客運(yùn)站分工西安北站辦理鄭西、西寶、大西、西成、銀西、包西高鐵長(zhǎng)途動(dòng)車(chē)組始發(fā)終到作業(yè)和東西向動(dòng)車(chē)組通過(guò)作業(yè)以及成都與鄭州、運(yùn)城、延安方向,銀川與重慶及武漢方向動(dòng)車(chē)組通過(guò)作業(yè)。西安站辦理普速列車(chē)為主,兼辦部分短途始發(fā)終到動(dòng)車(chē)組及銀川與成都方向動(dòng)車(chē)組通過(guò)作業(yè)和西韓城際鐵路動(dòng)車(chē)組作業(yè)。西安東站(紡織城)辦理武漢、重慶方向動(dòng)車(chē)組始發(fā)終到作業(yè),延安、銀川與武漢、重慶方向動(dòng)車(chē)組通過(guò)作業(yè),以及西康線普速列車(chē)通過(guò)作業(yè)。新西安南站辦理銀川與武漢、重慶方向動(dòng)車(chē)組通過(guò)作業(yè),以及部分城際列車(chē)始發(fā)終到及通過(guò)作業(yè)。阿房宮站主要辦理成都方向動(dòng)車(chē)組及部分城際列車(chē)通過(guò)作業(yè)。
3引入西安樞紐方案研究
3.1研究思路
本次研究結(jié)合《西安鐵路樞紐總圖規(guī)劃》,以總圖規(guī)劃和高鐵網(wǎng)架構(gòu)為基礎(chǔ),以城際路網(wǎng)引入為切入點(diǎn),綜合考慮城市總體規(guī)劃、工程設(shè)置、經(jīng)濟(jì)點(diǎn)分布等因素,在樞紐客運(yùn)系統(tǒng)布局及線網(wǎng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上,研究了本線引入樞紐的走向和接軌方案,達(dá)到樞紐客運(yùn)系統(tǒng)布局合理,運(yùn)輸組織順暢、服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)、預(yù)留條件充分的目的,以適應(yīng)樞紐客運(yùn)量的增長(zhǎng)需求。
3.2引入西安樞紐通道研究
3.2.1方案概述根據(jù)西安鐵路樞紐總圖格局及客運(yùn)系統(tǒng)布局,結(jié)合關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃,研究了利用西延高鐵通道經(jīng)富平閻良地區(qū)引入樞紐方案(方案I)和沿既有包西鐵路新建雙線經(jīng)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(jīng)富平閻良地區(qū)引入樞紐方案方案自比較起點(diǎn)蒲城南站引出后向西沿S106省道布線,經(jīng)到賢鎮(zhèn)后線路折向西南繞避富平規(guī)劃區(qū)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(zhǎng)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(jīng)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(cè)、鹵陽(yáng)湖現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)綜合開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)劃區(qū)北側(cè)設(shè)鹵陽(yáng)湖站,后跨至侯西鐵路北側(cè)傍行既有包西線西側(cè)走行,于閻良區(qū)東側(cè)設(shè)站,出站繼沿包西線西側(cè),跨越渭河后經(jīng)臨潼東站引入西安北和西安站。新建線路長(zhǎng)度69.15km,橋隧比69.26%,工程總投資100.96億元。詳見(jiàn)圖2。3.2.2方案優(yōu)缺點(diǎn)分析及推薦意見(jiàn)綜合分析,方案Ⅱ線路建設(shè)長(zhǎng)度較長(zhǎng)且臨潼東站大西高鐵區(qū)間無(wú)砟軌道改擴(kuò)建非常困難,需中斷行車(chē)施工,對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)影響大,施工難度大,本線需經(jīng)鄭西或大西高鐵臨潼東至西安北段運(yùn)行至西安北站,致使該區(qū)段能力緊張,且與大同至寶雞方向動(dòng)車(chē)組列車(chē)及包西線普速客車(chē)干擾較大,運(yùn)營(yíng)管理不便,該方案予以舍棄。方案I具有符合城市總體發(fā)展規(guī)劃,方便城市旅客出行,有利于吸引客流,工程易于實(shí)施,工程投資省,運(yùn)輸組織順暢等優(yōu)點(diǎn),推薦采用方案I,即利用西延高鐵通道經(jīng)富平閻良地區(qū)引入樞紐方案。
3.3富平閻良地區(qū)引入方案比選
3.3.1城市規(guī)劃概況閻良區(qū)距離西安市中心50km,總?cè)丝?8萬(wàn)人。富平縣位于西安市北部,總?cè)丝?2萬(wàn),城市空間結(jié)構(gòu)為:“一心、三帶、三片區(qū)”,城市居住區(qū)主要分布在既有咸銅線兩側(cè),規(guī)劃向東、向南擴(kuò)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(qū)線路走向及接軌方案研究根據(jù)西延高鐵、西韓城際鐵路及閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路客流特點(diǎn),研究年度內(nèi)延安、韓城與西安北和機(jī)場(chǎng)方向均有一定數(shù)量的列車(chē)開(kāi)行,故需考慮4個(gè)方向的互聯(lián)互通??紤]到既有閻良站線路軌道和配套基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)較低,且車(chē)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(jié)合西延高鐵推薦的富平閻良地區(qū)站位以及本線及閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路線路走向,富平閻良地區(qū)接軌方案主要研究了富平閻良站接軌、新設(shè)閻良北城際站接軌及閻良西站接軌3個(gè)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(jù)城市發(fā)展規(guī)劃及線路走向情況,西延高鐵在經(jīng)過(guò)該地區(qū)時(shí)線路從高陵引出,沿西禹高速通道布線,在荊山塬上合設(shè)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(cè)疏解引入富平閻良站,與閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路貫通,經(jīng)富平閻良站實(shí)現(xiàn)各方向的連通。比較段落本線與閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路線路長(zhǎng)度合計(jì)87.63km。詳見(jiàn)圖3。在閻良區(qū)北側(cè)新設(shè)閻良北站,本線與閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路貫通,同時(shí)設(shè)置韓城至西安北方向的聯(lián)絡(luò)線接入西延高鐵預(yù)留的閻良線路所,以實(shí)現(xiàn)四個(gè)方向的聯(lián)通。比較段落本線與閻良機(jī)場(chǎng)城際鐵路線路長(zhǎng)度合計(jì)74.24km,各方向聯(lián)絡(luò)線合計(jì)長(zhǎng)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(qū)以西西禹高速西側(cè)具備設(shè)閻良西站的條件,本線自北端西延高鐵兩側(cè)疏解引入新設(shè)的閻良西站,與閻良至機(jī)場(chǎng)城際鐵路貫通,經(jīng)閻良西站實(shí)現(xiàn)各方向的聯(lián)通。比較段落本線線路長(zhǎng)度合計(jì)79.31km。3.3.2.2方案優(yōu)缺點(diǎn)分析富平閻良地區(qū)接軌方案比較,詳見(jiàn)表1。3.3.2.3方案推薦意見(jiàn)綜上所述,方案Ⅰ-1符合高鐵大通道布線要求,車(chē)站設(shè)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?。煌瑫r(shí)符合省政府和地方政府意見(jiàn),有利于實(shí)現(xiàn)富平、閻良兩地“一體化”進(jìn)程,帶動(dòng)兩地共同發(fā)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(shè)方案研究富平閻良站共銜接延安、韓城、西安和機(jī)場(chǎng)四個(gè)方向,根據(jù)車(chē)站布置形式對(duì)線路疏解方式、行車(chē)組織的影響,結(jié)合車(chē)站周?chē)匦蔚孛埠统鞘幸?guī)劃,研究了合場(chǎng)布置和并場(chǎng)布置2個(gè)方案。3.3.3.1方案概述方案Ⅰ-1-1:合場(chǎng)布置方案西延高速鐵路、西韓城際鐵路及閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際鐵路車(chē)場(chǎng)合并設(shè)置。西延高鐵正線中穿貫通,本線在車(chē)站北端分上下行疏解引入,閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際鐵路在車(chē)站南段分上下行疏解接軌。車(chē)站按4臺(tái)10線規(guī)模設(shè)置,西延高鐵2臺(tái)6線工程,本線2臺(tái)4線工程,閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際鐵路在本站設(shè)置立折線,以滿足立折車(chē)的折返需要。車(chē)站西安端站同左位置設(shè)綜合維修工區(qū)1處。詳見(jiàn)圖4。方案Ⅰ-1-2:并場(chǎng)布置方案車(chē)站采用一站兩場(chǎng)布置形式,由東向西依次為高速場(chǎng)和城際場(chǎng),高速場(chǎng)南端設(shè)置與閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際鐵路的上下行聯(lián)絡(luò)線,滿足咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)與延安方向車(chē)流的運(yùn)輸需求;城際場(chǎng)南端設(shè)置與西延高鐵的上下行聯(lián)絡(luò)線,滿足西安北與韓城方向車(chē)流的運(yùn)輸需求。高速場(chǎng)按2臺(tái)6線規(guī)模設(shè)置;城際場(chǎng)按2臺(tái)5線規(guī)模設(shè)置,本線實(shí)施2臺(tái)4線,閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際鐵路實(shí)施到發(fā)線1條。閻良至咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)城際車(chē)采用站前折返方式。其他客運(yùn)配套設(shè)施同合場(chǎng)布置方案。詳見(jiàn)圖5。3.3.3.2方案優(yōu)缺點(diǎn)比較及推薦意見(jiàn)合場(chǎng)布置方案優(yōu)點(diǎn):車(chē)站與各方向銜接順暢,線路疏解簡(jiǎn)單,無(wú)需設(shè)置聯(lián)絡(luò)線,行車(chē)組織較方便;缺點(diǎn):車(chē)站站坪太長(zhǎng),用地較大,近期一次性建設(shè)工程量大,投資較大。并場(chǎng)布置方案優(yōu)點(diǎn):站坪長(zhǎng)度短,用地較少,車(chē)場(chǎng)工程可按照近遠(yuǎn)期需求分步實(shí)施,近期工程量較小,投資少;缺點(diǎn):各方向銜接需設(shè)置聯(lián)絡(luò)線,線路疏解復(fù)雜。綜上分析,由于合場(chǎng)布置線路疏解簡(jiǎn)單,無(wú)需單獨(dú)設(shè)置聯(lián)絡(luò)線,車(chē)流組織方便,故本次推薦方案Ⅰ-1-1:合場(chǎng)布置方案。3.4本線引入樞紐客運(yùn)站及區(qū)間能力分析本線引入樞紐運(yùn)輸徑路順暢,經(jīng)檢算,研究年度車(chē)站及相關(guān)線路能力均能滿足本線引入運(yùn)輸需單獨(dú)設(shè)置聯(lián)絡(luò)線,車(chē)流組織方便,故本次推薦方案Ⅰ-1-1:合場(chǎng)布置方案。
4結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞:物流運(yùn)輸;組合優(yōu)化;路徑優(yōu)化;線性規(guī)劃;啟發(fā)式算法
中圖分類號(hào):TP391
整車(chē)物流指的是按照客戶訂單對(duì)整車(chē)快速配送的全過(guò)程。隨著我國(guó)汽車(chē)規(guī)模的擴(kuò)大發(fā)展,乘用車(chē)的整車(chē)物流成為了當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題之一。
1 通用模型
1.1 兩階段線性規(guī)劃模型
1.1.1 模型定義
本文中假設(shè)所有轎運(yùn)車(chē)都是雙層;轎運(yùn)車(chē)到達(dá)目的地后不得返回;轎運(yùn)車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中可中途卸載部分乘用車(chē);卸車(chē)成本忽略不計(jì),總成本僅與派遣的轎運(yùn)車(chē)數(shù)量和行程有關(guān)。
在滿足假設(shè)前提的情況下,定義轎運(yùn)車(chē)集合П=與待運(yùn)乘用車(chē)集合=,有任意轎運(yùn)車(chē)類型Пi=和待運(yùn)乘用車(chē)類型=。其中,πi為轎運(yùn)車(chē)的數(shù)量,WiD,LiD,HiD,WiU,LiU,HiU分別為轎運(yùn)車(chē)上下兩層的寬、長(zhǎng)和高;θi為待運(yùn)乘用車(chē)的數(shù)量,wi,li,hi分別為待運(yùn)乘用車(chē)的寬、長(zhǎng)和高。則乘用車(chē)物流運(yùn)輸計(jì)劃問(wèn)題可描述為:在滿足Constraint(1)的情況下,對(duì)于轎運(yùn)車(chē)和待運(yùn)乘用車(chē)集合П和,求出Xmin,使得Cost(Xmin)=mini(Cost(Xi))。
在假設(shè)前提下,對(duì)于任意轎運(yùn)車(chē)Пi,可將其視為ПiD=(下層)與ПiU=(上層)。
(1)
1.1.2 兩階段線性規(guī)劃
定義1 切分模式:給定寬為W,長(zhǎng)為L(zhǎng)的長(zhǎng)方形X=,以及一系列的小的長(zhǎng)方形Y=,Yi=,1≤i≤n。需要將X切分為寬為且長(zhǎng)為L(zhǎng)的條(長(zhǎng)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(zhǎng)為L(zhǎng)的長(zhǎng)方形個(gè)數(shù)。記可能切分模式的總數(shù)為γX。
定義2 兩階段線性規(guī)劃:給定Пp∈П和,兩階段線性規(guī)劃問(wèn)題分為兩個(gè)階段。
(1)將規(guī)格為Wi*Li的長(zhǎng)方形切分為wj*Li,θj∈的“條”,Σwj≤Wi。
(2)給定規(guī)格wj*Li的條,將其切分為最終規(guī)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(shè)只有一種規(guī)格的轎運(yùn)車(chē)П0=,三種待運(yùn)乘用車(chē)1=,2=和3=,則 。兩階段可描述為:第一步:將條形3.5?24.3編號(hào)為0。該條形能夠以γ0=4種方式,切分成包含寬分別為,長(zhǎng)為24.3的條。如圖1,在切分模式λ30中,可得到,長(zhǎng)為24.3的條各塊。第二步:給定規(guī)格為1.785?24.3的條,給定切分模式λ83,可切分出規(guī)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(guī)格W*L,=中有 種不同的寬,分別為 。則在規(guī)劃過(guò)程中,總共有 種規(guī)格的條形,它們的規(guī)格分別為W*L, 。按順序?qū)⑦@些規(guī)格編號(hào)為 。
定義3 Ai定義Ai=[λ1i…λγii]。λji是針對(duì)規(guī)格編號(hào)i的形狀,能進(jìn)行的第j種切分方式。記Ai的行數(shù)和列數(shù)分別為ri,ci,則有:當(dāng) 或i≠0,ri=m時(shí),ci=γi。
定義4 ,其中 表示的是對(duì)應(yīng)第j種切分方法需重復(fù)的次數(shù)。
定義5 Ni=[n1i…nmi]T,其中nji表示對(duì)應(yīng)切分方法j能產(chǎn)生史小塊的數(shù)量。
根據(jù)上述定義,給定規(guī)格編號(hào)為i的長(zhǎng)方形,其能分割出的長(zhǎng)方形數(shù)量可通過(guò)公式 求出。實(shí)際上,第一階段問(wèn)題是是針對(duì)W*L的線性規(guī)劃問(wèn)題,第二階段是針對(duì)第一階段wi*L的線性規(guī)劃問(wèn)題,將兩者結(jié)合,可得到以下條件: ; 。其中 是指,第一階段的產(chǎn)出需要等于第二階段的消耗。
至此,可以得適用于單一規(guī)格的單層轎運(yùn)車(chē)的通用形式FS,通用模型FM可對(duì)適用單一規(guī)格的通用形式進(jìn)行修改,以形成適用于多規(guī)格的單層轎運(yùn)車(chē)構(gòu)造通用形式??紤]到有q種不同的單層轎運(yùn)車(chē),對(duì)于每一種轎運(yùn)車(chē)1≤i≤q,都有對(duì)應(yīng)的Ai,則適用于多規(guī)格的單層轎運(yùn)車(chē)的線性方程應(yīng)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(duì)其進(jìn)行求解,得出最優(yōu)解X*以及相應(yīng)能夠運(yùn)送的各型乘用車(chē)數(shù)量N*。對(duì)于求得的N*, 。
1.2 基于蟻群算法的路徑優(yōu)化模型
將一般運(yùn)輸路徑問(wèn)題簡(jiǎn)化為圖2所示。在滿足假設(shè)前提的條件下,乘用車(chē)路徑規(guī)劃問(wèn)題可描述為:對(duì)于給定轎運(yùn)車(chē)集合П和待轎運(yùn)車(chē)集合Σ=,需要在指定的約束條件Constraint的情況下,使得轎運(yùn)車(chē)集合Σ運(yùn)送到目的地。
圖2 一般路徑規(guī)劃問(wèn)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(yùn)車(chē)的數(shù)量)為運(yùn)送到k地的指派方案。同時(shí),該解決方案對(duì)應(yīng)成本Cost(S)=(式中Counts為該指派方案需要的轎運(yùn)車(chē)的總數(shù),Lengths為該方案行駛的總里程);成本之間的比較關(guān)系由式(3)定義:
(3)
則乘用車(chē)路徑規(guī)劃問(wèn)題可描述為:對(duì)于給定轎運(yùn)車(chē)集合П和待轎運(yùn)車(chē)集合Σ,在滿足Constraint的基礎(chǔ)上,求出Smin,使得Cost(Smin)=min(Cost(S))。
1.2.1 基本模型及建模
根據(jù)圖2,為使運(yùn)輸?shù)霓I運(yùn)車(chē)數(shù)量以及型號(hào)最優(yōu)(數(shù)量最少,轎運(yùn)車(chē)使用成本最低),可采取由遠(yuǎn)到近的分配策略,從而縮減較近節(jié)點(diǎn)的轎運(yùn)車(chē)需求。利用此策略,對(duì)原有路徑圖的簡(jiǎn)化為圖3。如圖4,利用上文所提到的兩階段線性規(guī)劃模型,可計(jì)算在E、A兩地的需求合并后,轎運(yùn)車(chē)的最優(yōu)指派方案,以及每輛轎運(yùn)車(chē)的裝配方案。
圖3 簡(jiǎn)化后路徑圖
圖4 E、A兩地的運(yùn)輸規(guī)劃問(wèn)題
根據(jù)圖4,可把B地作為始發(fā)站。對(duì)E、A兩地的運(yùn)輸規(guī)劃問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為標(biāo)簽問(wèn)題??啥x標(biāo)簽A為0,E為1,解定義為Spath=。路徑優(yōu)化的問(wèn)題優(yōu)化模型約束為: ; ; 。
1.2.2 蟻群算法流程
初始狀態(tài):上述問(wèn)題模型可轉(zhuǎn)化為分層選擇模型。初始狀態(tài),將m只螞蟻隨機(jī)放入第一層的0節(jié)點(diǎn)或1節(jié)點(diǎn),隨機(jī)從下層中選擇一個(gè)標(biāo)簽來(lái)前進(jìn);t時(shí)刻在節(jié)點(diǎn)i和下層節(jié)點(diǎn)j之間的殘留信息量用τij(t)表示;在初始時(shí)殘留信息量相同,設(shè)τij(0)=c。
轉(zhuǎn)移概率:螞蟻k(k=1,…,m)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,由各條路徑上殘留的信息量決定其運(yùn)動(dòng)方向。螞蟻k在t時(shí)刻從節(jié)點(diǎn)i運(yùn)動(dòng)到下一層的節(jié)點(diǎn)j的概率用pkij(t)來(lái)表示,如式(4):
(4)
其中,α為殘留信息量的信息素啟發(fā)因子;β為期望值的啟發(fā)因子;ηij為啟發(fā)值。
信息素更新:經(jīng)過(guò)n個(gè)時(shí)間段,所有螞蟻都完成對(duì)每個(gè)標(biāo)簽的選擇,將最新的螞蟻訪問(wèn)過(guò)的路徑留下的新信息加入到τij(t)中。信息素根據(jù)以下公式進(jìn)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(guò)Pathij;2*代表第k個(gè)解決方案滿足約束。式中,p表示信息素?fù)]發(fā)因子,取[0.5,0.9];Δτkij表示第k只螞蟻在此次循環(huán)中在ij路徑上的信息素增量,若該螞蟻訪問(wèn)了該路徑,則增量為正數(shù),否則為0;在計(jì)算增量上,Q為正常數(shù),F(xiàn)k為第k只螞蟻的路徑所產(chǎn)生的解的適應(yīng)度;在計(jì)算適應(yīng)度時(shí),若第k只螞蟻的標(biāo)簽方案符合所有的約束,則適應(yīng)度為正值,否則為0;fmax,fmin分別為當(dāng)前蟻群中產(chǎn)生的最優(yōu)解和最差解的適應(yīng)度函數(shù)值。
2 模型總結(jié)
針對(duì)多規(guī)格轎運(yùn)車(chē)裝配問(wèn)題和多地點(diǎn)路徑規(guī)劃問(wèn)題,本文分別提出了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型:兩階段線性規(guī)劃模型與基于蟻群算法的路徑優(yōu)化模型,并給出了相應(yīng)算法流程。模型最后可輸出對(duì)多規(guī)格轎運(yùn)車(chē)的最優(yōu)裝配方案,以滿足單一目標(biāo)地的乘用車(chē)需求。
對(duì)于路徑優(yōu)化問(wèn)題,本文給出基于蟻群算法的優(yōu)化模型,利用啟發(fā)式算法正反饋的機(jī)制,以較少時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜解空間最優(yōu)解的逼近。
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關(guān)鍵詞:線性規(guī)劃;單純形解法
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1002-7661(2015)03-037-02
隨著社會(huì)的發(fā)展,網(wǎng)購(gòu)及物資流通等越來(lái)越頻繁,物流配送越來(lái)越跟我們的生活息息相關(guān),物流公司也如雨后春筍般越來(lái)越多。
在所有的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中,我們始終追求的是在國(guó)家政策法規(guī)和產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)達(dá)到利潤(rùn)的最大化,物流公司也不例外。利潤(rùn)的最大化可以通過(guò)降低成本或增加凈利潤(rùn)值達(dá)到。
在物流配送中,運(yùn)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(yùn)輸設(shè)備和人員,最大限度的提高運(yùn)輸運(yùn)作效率是運(yùn)輸管理中最需要關(guān)注的問(wèn)題。
運(yùn)輸管理中最常見(jiàn)的決策問(wèn)題是選擇出運(yùn)輸工具在公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)、水運(yùn)航線或航空線路運(yùn)行中的最佳路線,以便盡可能縮短運(yùn)輸時(shí)間或距離,達(dá)到降低成本和改善服務(wù)的目的。
優(yōu)化運(yùn)輸線路的常用方法有圖上作業(yè)法與表上作業(yè)法,實(shí)質(zhì)就是用矩陣的方式寫(xiě)出供需平衡問(wèn)題,利用線性規(guī)劃找出初始方案,檢查是否為最優(yōu)方案,逐漸調(diào)整,得出最優(yōu)方案。下面我們給出一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明規(guī)劃在物流線路規(guī)劃中的應(yīng)用問(wèn)題:
例如:JC啤酒廠目前在C地區(qū)內(nèi)有A1、A2兩個(gè)配送點(diǎn)分別存有啤酒21箱,29箱。需要送往3個(gè)連鎖超市B1、B2、B3。三個(gè)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(diǎn)和超市的地理位置及它們之間的道路通阻情況,請(qǐng)以線路最短為準(zhǔn)對(duì)該次運(yùn)輸任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。
下面先給出該次運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距運(yùn)量交通示意圖:
考慮運(yùn)距最短,這樣需要的運(yùn)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(yùn)距。可以看出最短運(yùn)距如下表:
設(shè)A1運(yùn)往B1、B2、B3的啤酒量分別為 箱、 箱、 箱,A2運(yùn)往B1、B2、B3的啤酒量分別為 箱, 箱, 箱??紤]到配送點(diǎn)運(yùn)出啤酒的數(shù)量與各自的儲(chǔ)量平衡,有
考慮到超市運(yùn)進(jìn)啤酒的數(shù)量與各自的需量平衡,有
上面得到的五個(gè)線性方程式中有一個(gè)線性方程是多余的,不妨去掉第一個(gè)線性方程式。當(dāng)然對(duì)決策變量皆有非負(fù)約束,有
總運(yùn)費(fèi)為 (元)
于是得到這個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型為
應(yīng)用單純形解法求解時(shí),該數(shù)學(xué)模型必須是標(biāo)準(zhǔn)形式。引進(jìn)新的目標(biāo)函數(shù):
所得線性規(guī)劃問(wèn)題化為標(biāo)準(zhǔn)形式
所求最小值
得到單純形矩陣
我們發(fā)現(xiàn)該單純形矩陣沒(méi)有現(xiàn)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(gè)基變量 , , , 構(gòu)成的初始可行基。
由于所有檢驗(yàn)數(shù)皆非負(fù),且非基變量 , 對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)數(shù)皆為正,所以基本可行解為唯一最優(yōu)解。令非基變量 , ,得到基變量 , , , ,于是得到這個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題的唯一最優(yōu)解:
最優(yōu)值等于檢驗(yàn)行常數(shù)項(xiàng)的相反數(shù),即
所以應(yīng)從A1調(diào)出9箱啤酒運(yùn)往B2,12箱啤酒運(yùn)往B3,從A2調(diào)出20箱啤酒運(yùn)往B1、9箱啤酒運(yùn)往B2,才能使得總運(yùn)費(fèi)最省,最省運(yùn)費(fèi)值是381元。
如果運(yùn)距運(yùn)量圖更復(fù)雜,或者其他條件發(fā)生變化,我們還可以用數(shù)學(xué)軟件來(lái)處理。在線性規(guī)劃中,我們經(jīng)常用到的軟件是LINGO,在LINGO中輸入程序如下:
執(zhí)行得:
從上圖中可以看出結(jié)論跟我們上面計(jì)算的結(jié)果是一樣的。
以上的這種方法我們稱為線性規(guī)劃問(wèn)題的單純形解法,如果較簡(jiǎn)單,可以手動(dòng)計(jì)算,如果稍微復(fù)雜,可以用數(shù)學(xué)軟件來(lái)求解。
在線性規(guī)劃中,比較常用的軟件是LINGO。這種方法可以用于物資調(diào)運(yùn)方案的制定,運(yùn)輸線路的開(kāi)發(fā)等。
參考文獻(xiàn):
[1] 黃紅選 運(yùn)籌學(xué):數(shù)學(xué)規(guī)劃.北京:清華大學(xué)出版社,2011.
【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)規(guī)劃;優(yōu)化方法;分析
配電網(wǎng)規(guī)劃的數(shù)學(xué)規(guī)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(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、網(wǎng)流規(guī)劃法,而不確定方法有模糊規(guī)劃法、場(chǎng)景分析法、風(fēng)險(xiǎn)度估計(jì)法等。配電網(wǎng)規(guī)劃的啟發(fā)式方法包括傳統(tǒng)啟發(fā)式方法、啟發(fā)式專家系統(tǒng)和現(xiàn)代啟發(fā)式方法。
1.配電網(wǎng)數(shù)學(xué)規(guī)劃優(yōu)化方法
(1)線性規(guī)劃法。在眾多的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法中,線性規(guī)劃法是研究最早,也是最為成熟的一種數(shù)學(xué)優(yōu)化方法,它在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用幾乎涵蓋了配電網(wǎng)規(guī)劃早、中期的所有研究。線性規(guī)劃法又分為運(yùn)輸模型、線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃等。運(yùn)輸模型是最為簡(jiǎn)單的一種線性規(guī)劃法。由于模型簡(jiǎn)單,其求解算法也最為有力。然而,運(yùn)輸模型的一個(gè)嚴(yán)重缺陷是運(yùn)輸費(fèi)用必須嚴(yán)格表達(dá)為線性化費(fèi)用,而用嚴(yán)格線性化費(fèi)用模型來(lái)代替實(shí)際的非線性化費(fèi)用模型是不準(zhǔn)確的。運(yùn)輸模型另一個(gè)嚴(yán)重缺陷是它不滿足電網(wǎng)運(yùn)行的許多約束條件。不帶整數(shù)變量的線性規(guī)劃是傳統(tǒng)的、狹義的線性規(guī)劃法。它的模型雖然較運(yùn)輸模型復(fù)雜,但其求解算法也比較成熟。
無(wú)論是采用線性規(guī)劃的運(yùn)輸模型還是不帶整數(shù)受量的純線性規(guī)劃模型,都無(wú)法考慮到配電網(wǎng)規(guī)劃的離散性,而整數(shù)規(guī)劃則彌補(bǔ)了這方面的缺陷。在求解整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題時(shí),由于整數(shù)規(guī)劃的離散特征,解的數(shù)目是有限的,并且隨整數(shù)約束變量數(shù)目的增加而呈組合性的增加,因此,通過(guò)顯式的方法枚舉所有解的方案通常是不現(xiàn)實(shí)的。整數(shù)規(guī)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(jié)合起來(lái)的整數(shù)規(guī)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(guī)劃。目前,在配電網(wǎng)規(guī)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(shù)學(xué)理論。對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題建立了相應(yīng)的模糊線性規(guī)劃模型,并相應(yīng)發(fā)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(yōu)化目標(biāo),通過(guò)計(jì)算電網(wǎng)故障狀態(tài)下的模糊電量不足期望值計(jì)算模糊缺電成本,最后利用遺傳算法產(chǎn)生動(dòng)態(tài)優(yōu)化解。采用盲數(shù)模型在合理的考慮多種不確定信息基礎(chǔ)上進(jìn)行了電網(wǎng)規(guī)劃,達(dá)到了理想效果。第二種方法是場(chǎng)景分析法。場(chǎng)景分析法并不直接對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃中的不確定性因素進(jìn)行建模,而是將未來(lái)規(guī)劃年的環(huán)境預(yù)想為多種可能的確定性場(chǎng)景,然后在不同的場(chǎng)景下進(jìn)行確定性的常規(guī)配電網(wǎng)規(guī)劃,考慮對(duì)各種場(chǎng)景都具有較高適應(yīng)性的配電網(wǎng)規(guī)劃方案為最優(yōu)的柔性方案;第三種方法是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法。這種方法是通過(guò)對(duì)可能出現(xiàn)的不確定性情形進(jìn)行評(píng)估和考慮,確定各個(gè)方案的風(fēng)險(xiǎn)率,然后進(jìn)行確定性的電網(wǎng)規(guī)劃,從而得到最優(yōu)的柔性擴(kuò)展方案。
2.配電網(wǎng)啟發(fā)式規(guī)劃優(yōu)化方法
以上分析了數(shù)學(xué)規(guī)劃方法在配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用,可以發(fā)現(xiàn),非線性規(guī)劃方法的局限性使得建立在非線性費(fèi)用函數(shù)和非線性約束條件上的配電網(wǎng)規(guī)劃模型往往得不到有效的解,而混合整數(shù)線性規(guī)劃模型既彌補(bǔ)了運(yùn)輸模型和不帶整數(shù)變量的純線性規(guī)劃模型過(guò)于簡(jiǎn)化的特點(diǎn),又避免了非線性規(guī)劃的“非魯棒性”,因而成為求解配電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題較理想的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。但是,即使是這種最為理想的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法,當(dāng)進(jìn)行實(shí)際的配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí),由于變量的數(shù)目和約束條件很多,也會(huì)變得非常因難,更不用說(shuō)再在配電網(wǎng)規(guī)劃中加入其他方面的考慮,如不確定性因素等。針對(duì)以上數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的不足,啟發(fā)式算法的特點(diǎn)就更為突出,它綜合考慮了規(guī)劃效率和規(guī)劃效果兩個(gè)指標(biāo)。在實(shí)踐過(guò)程中,許多啟發(fā)式方法,特別是現(xiàn)代啟發(fā)式方法常常能給出令人滿意的、高質(zhì)量的解。啟發(fā)式方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、靈活、計(jì)算速度快,便于規(guī)劃人員在規(guī)劃過(guò)程中參與具體的決策,通過(guò)規(guī)劃人員過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和常用的配電網(wǎng)規(guī)劃啟發(fā)式規(guī)則,并借助于數(shù)學(xué)規(guī)劃方法,得出符合工程實(shí)際的規(guī)劃方案。
(1)傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法。傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法通常基于系統(tǒng)某一性能指標(biāo)對(duì)可行性路徑上線路參數(shù)的靈敏度,根據(jù)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(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用主要是結(jié)合“支路交換”技術(shù)進(jìn)行的。所謂支路交換是指:對(duì)輻射狀配電網(wǎng),通過(guò)添加—條支路來(lái)形成一個(gè)環(huán),然后斷開(kāi)另一條支路以恢復(fù)其輻射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。重復(fù)該過(guò)程,直到任意支路交換均不能使目標(biāo)函數(shù)減小為止。
(2)專家式啟發(fā)方法。啟發(fā)式專家系統(tǒng)可以看作是傳統(tǒng)啟發(fā)式方法的發(fā)展,它與傳統(tǒng)啟發(fā)式方法的區(qū)別是在規(guī)劃過(guò)程中引入了規(guī)劃專家的經(jīng)驗(yàn),并便于規(guī)劃人員參與到具體的規(guī)劃決策中去。值得指出的是,專家系統(tǒng)不是用來(lái)代替規(guī)劃人員的,而是利用存放在知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并通過(guò)推理機(jī)的推理,給規(guī)劃人員提供相對(duì)較優(yōu)的規(guī)劃方案,而最終的規(guī)劃方案的選擇是由規(guī)劃人員作出的。
(3)現(xiàn)代啟發(fā)式方法?,F(xiàn)代啟發(fā)式方法是一種通用的優(yōu)化算法。它的另外一個(gè)重要特點(diǎn)是所有這些方法均能實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。由于現(xiàn)代啟發(fā)式方法在求解組合最優(yōu)問(wèn)題時(shí)表現(xiàn)出的卓越性能,在過(guò)去的20年中,它受到前所未有的關(guān)注。然而,現(xiàn)代啟發(fā)式方法也有其不足之處,它在處理具體問(wèn)題的約束條件時(shí),雖然采用懲罰函數(shù)的方法把約束條件加到目標(biāo)函數(shù)中去,但是在如何選擇合適的懲罰函數(shù)方面,它往往缺少有效的手段。另外一個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)是,當(dāng)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)比較多時(shí),不可避免的會(huì)出現(xiàn)“維數(shù)災(zāi)”問(wèn)題。
3.結(jié)論
綜上所述,在配電網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃的各種方法中,總的來(lái)講可以分為數(shù)學(xué)規(guī)劃和啟發(fā)式算法兩大類。但是,即使對(duì)于最理想的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法,由于配電網(wǎng)規(guī)劃中變量的數(shù)目和約束條件很多,使用該類方法變得非常因難,更不用說(shuō)再在配電網(wǎng)規(guī)劃中加入其他方面的考慮,如不確定性因素等。而啟發(fā)式算法又分為傳統(tǒng)啟發(fā)式方法、專家式啟發(fā)方法和現(xiàn)代啟發(fā)式方法的算法。傳統(tǒng)的啟發(fā)式方法具有較高的計(jì)算效率,但是容易陷入局部最優(yōu)解;專家式啟發(fā)方法目前還不成熟,有待進(jìn)一步研究。 一方面,從表面上看,對(duì)于規(guī)劃問(wèn)題計(jì)算效率似乎并不重要,但是配電網(wǎng)規(guī)劃中負(fù)荷點(diǎn)眾多,若使用輸電網(wǎng)規(guī)劃方法或遺傳算法等方法,不可避免地會(huì)遇到“維數(shù)災(zāi)”問(wèn)題。更重要的是,實(shí)際上任何一種優(yōu)化規(guī)劃方法都是在規(guī)劃工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定了設(shè)計(jì)思路和限制因素的情況下開(kāi)展的,規(guī)劃工程師需要根據(jù)所得結(jié)果不斷調(diào)整設(shè)計(jì)思路和限制條件。因此電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)際上是一種人機(jī)交互式的設(shè)計(jì)過(guò)程,人的藝術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性在其中起到了很大的作用,優(yōu)化規(guī)劃方法僅僅是針對(duì)設(shè)計(jì)師各種思路的輔助工具。因此要求優(yōu)化規(guī)劃算法具有較高的計(jì)算效率,以便能夠?qū)υO(shè)計(jì)師眾多的設(shè)計(jì)思路和調(diào)整方案產(chǎn)生較快的響應(yīng)。另一方面,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明:對(duì)于配電網(wǎng)架規(guī)劃問(wèn)題,盡管存在大量局部最優(yōu)解,但是大部分局部最優(yōu)解與全局最優(yōu)解的指標(biāo)相差不大,作為工程近似最優(yōu)解完全可行。
參考文獻(xiàn)
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