冶金工厂物流动态仿真及优化第一阶段项目总结报告.doc

冶金工厂物流动态仿真及优化第一阶段项目总结报告冶金工厂物流动态仿真及优化第一阶段项目总结报告西安建筑科技大学2012.06.2028目录1 引言11.1 项目背景11.2 项目目的11.3 本阶段主要内容11.4 技术路线及软件结构22 图纸及数据规范化处理42.1 名称规范化处理42.1.1 概述42.1.2 解决方法42.2图纸规范化处理52.2.1 概述52.2.2 解决方法52.3物流数据规范化处理52.3.1概述52.3.2 解决办法53 软件界面及功能简介63.1 初始化63.1.1 道路系统初始化63.1.2 铁路系统初始化83.2 道路输出103.2.1 路段物流103.2.2 生产区物流123.2.3 物料物流133.2.4 交叉口物流143.2.5 物流简图143.3 铁路输出153.3.1 指定路段物流153.3.2 指定生产区物流163.3.3 指定物料物流173.3.4 指定区间通过能力183.3.5 指定咽喉通过能力193.3.6 平交道口204、技术说明214.1道路运输表的相关计算（附表1）214.4.1 交通量换算214.4.2 运输路径统计224.4.3 运输周期224.4.4 车辆配置224.2 铁路运输表的相关计算（附表2）234.3通过能力计算244.3.1 双线区间通过能力244.3.2单线区间通过能力244.3.3咽喉通过能力计算244.3.4利用率254.4 平交道口等级判定255 总结27冶金工厂物流动态仿真及优化第一阶段项目总结报告1 引言1.1 项目背景项目名称：冶金工厂物流动态仿真及优化（KT00-201002-AA1）项目单位：中冶南方工程技术有限公司总图与交通事业部软件开发：西安建筑科技大学软件用户：总图运输设计等专业工程设计人员 项目阶段：第一阶段（厂内物流分析）1.2 项目目的本项目针对冶金工厂在初步设计或改扩建阶段，无法便捷有效地分析优化建议加“、”或者“和”厂内物流和与总图方案之间关系这一问题，提出需要系统化地处理，来进行？厂内物流分析、厂内物流和总图方案的评价及优化、特定点的三维仿真等。1.3 本阶段主要内容本项目在ATUOCADAutoCAD和office excel平台上实现，将物流数据和工厂总平面图结合，并且可在两个软件上任意修改数据，实现物流分析统计、道路车辆分析计算、铁路车辆分析计算等功能，从而得到各种CAD图纸和数据表格。根据确定的物流方案及总平面布置图，从宏观角度分析各种物料的流量、运输方式及其路径，并对物料流量和路径进行仿真，最终实现优化全厂物流路径和主要通道宽度的目的。主要内容：1、物流方案与总平面布置图的结合依据给定的总平面布置图，提取参数，将车间简化，保留道路、铁路运输线路，生成总平面示意图。将物流方案中各种物料的起点、终点在总平面示意图上找到对应位置，以生产模块的运输出入口为研究对象。2、计算需配置的车辆数本次涉及铁路、公路两种种运输方式。依据物流方案的流量，建立相关数学模型，计算后自动生成厂内铁路和公路运输需配置的车辆数，并计算皮带运输机的相关参数。3物料流量及路径仿真根据总平面示意图及物流方案，分铁路、公路两种运输方式，仿真各种物料的流量大小、路径、流动方向，最后得出全厂物流流量及路径汇总。4、物流方案评价以总平面布置图为依据，统计道路与道路交叉点、道路与铁路交叉点数量以物料路径仿真图为依据、统计道路物流自身交叉情况、道路与铁路交叉情况。以运输距离、运输量、运费等为参考指标，依据物流仿真结果，计算本方案的物流评分。5、交叉口仿真以“物流方案评价”中交叉情况为依据，对指定交叉点进行交叉口仿真。1.4 技术路线及软件结构图1.1：项目技术路线图1.2：项目技术路线说明道路系统初始化道路图层规范化 道路物流信息管理 道路图层管理铁路系统初始化铁路图层规范化 铁路厂房信息输入 路径物流路段物流 全厂交通生产区物流物料物流交叉口物流物流简图指定路段物流指定生产区物流指定物料物流铁路平交道口指定区间通过能力 双线区间通过能力 单线区间通过能力指定咽喉区间通过能力初始化 道路输出 铁路输出道路输出指定路段物流路段物流 全部物流 设计通行能力指定生产区物流（道路）指定物料物流指定交叉口物流物流简图铁路输出指定路段物流路段物流 全部物流指定生产区物流指定物料物流铁路平交道口指定区间通过能力双线区间通过能力 单线区间通过能力指定咽喉区间通过能力初始化图层规范化道路信息输入铁路信息输入图1.3：软件目录结构2 图纸及数据规范化处理2.1 名称规范化处理2.1.1 概述对钢铁企业这种庞大的系统，厂内物流往往达到数百个，名称相同而实质内容不同的情况很多，如高炉、渣坑、仓库等这些车间或设施等可能存在多种物料，如钢铁企业煤炭、矿石的种类可能达到数十种。现在的设计没有对这些名称做标准化规定，要分清物流关系，只能通过分析说明书、图纸和物流表得到。而这对于计算机来说是不能分清的，所以第一步必须是名称的标准化处理。2.1.2 解决方法本软件涉及车间和物料两种名称。只对生产车间（物流的起终点）进行名称标准化，这样同名称同起终点可以由不同路径物流来表示。钢铁企业的工艺分析应该分清生产分区、生产分区内物流点，且对各种生产分区和车间进行标准化命名，应采用二级命名法，即：一级名+二级名。一级名称指的是一般钢铁企业大的分区，包括堆场、焦化、烧结、炼铁、炼钢连铸、轧钢、仓库等主要分区，为计算方便将厂外、辅助、其他也各自算为分区，但是因企业需要的不同，可能有所变化。一般情况下企业内会有多个炼铁？，此时需要加以区分，如炼铁A、炼铁B等。二级名称指的是生产分区内部的物流接入点或者转运点，如某个炼铁生产区中，包含的二级物流点可以表示为“炼铁A高炉矿槽、炼铁A高炉焦槽、炼铁A喷吹煤、炼铁A高炉、炼铁A干渣坑、炼铁A煤气除尘器”等，并理清每个分区的工艺关系。图2.1：厂房名称标准化示意图直接在CAD上将一级名称标注在生产分区内，将二级名称标注在厂房出入口位置，且一级名称和二级名称文字放在同一个图层上。软件在识别文字时默认文字插入点为出入口（出入口位置可以修改）。2.2图纸规范化处理2.2.1 概述本软件需要区分CAD图中的道路中心线、铁路中心线、厂房名称等个主要信息，以便将物流信息与CAD图纸对应，并计算物流路径。2.2.2 解决方法对于道路：在CAD图纸中，将道路中心线、道路边线分别放在单独的图层上，且道路中心线在交叉口处必须严格保持连接，以便计算机识别；对于铁路：在CAD图纸中，将铁路中心线放到单独的图层，以便计算机识别。2.3物流数据规范化处理2.3.1概述本软件规定，不同物料名称、路径、起终点、运输方式的物流均为不同的物流，在物流表中表示为不同的物流序号。因此需要统一的数据格式。2.3.2 解决办法本软件规定输入表的表头和数据格式如下，其中起点区域、终点区域、起点车间、终点车间四个位置必须与CAD图中的车间名称完全对应，在excel表中已有的名称，必须提前添加到CAD图中。表2.1标准表头及格式序号物料名称起点区域起点车间终点区域终点车间物流量运输方式3废钢25码头码头-废钢进口炼钢炼钢-废钢堆场51.00 汽车7铁合金43厂外厂外-工厂站炼钢炼钢-铁合金库16.47 汽车15矿石、萤石46料场料场-炼钢辅料炼钢炼钢-配料间58.50 汽车26焦油64焦化焦化-焦油厂外厂外-配套区17.80 汽车3 软件界面及功能简介3.1 初始化初始化包括道路系统初始化和铁路系统初始化，主要内容是录入图纸，道路厂房信息（物流信息录入），界面见图3.1所示。图3.1：初始化界面3.1.1 道路系统初始化1、道路图层规范化让计算机识别道路中心线图层、厂房名称图层，其它图层可以选择性添加，以便后续计算。图层识别界面见图3.2所示。图3.2：道路图层规范化界面用于添加整个图层；用于添加或删除单个对象；用于改变图层的颜色和线宽，以便检查遗漏；用于指定数据存放位置，包括工程所有数据和图纸。2、道路厂房信息输入（道路物流录入）将物流数据与CAD图纸联系起来，自定义对应厂房的出入口位置，填写或者修改物流表单，计算道路相关数据，包括起终点车间、物料名称、物流量等基本信息的录入，在数据录入完成后在对应CAD图纸上计算物流的最短路径，并将路径信息返回到excel表中。所有的物流数据都可以从厂房信息输入界面、对应的excel表录入和修改。物流录入界面见图3.3所示。图3.3：厂房信息输入厂房名称：根据CAD图和excel表确定，但是excel表中的名称必须包含在CAD图中，否则结果报错；：默认的厂房出入口在对应文字的插入点，如果需要修改出入口，先确定厂房名称，再根据提示信息分别确定出口和入口位置；运输方式、吨位：可以设置单独的运输方式表，在此只需要选择或任意修改；？各种系数：系数是默认值，可以根据需要修改；：可以打开物流表单所在的excel表，从excel表中对基本数据进行修改，改完后保存，并且通过与软件动态更新；excel表见附表1所示。：是填写本物流表单后，进行添加、删除、修改操作。：点击关闭按钮，出现图3.4提示数据生成界面。图3.4道路数据生成界面点击否则回到界面3.3继续信息输入；点击是则进行最短路径计算，并将距离信息返回物流信息表，生成的图形如图3.5所示。图3.5 路径计算得到的图形3.1.2 铁路系统初始化1、铁路图层规范化让计算机识别铁路中心线图层、厂房名称图层，其它图层可以选择性添加，以便后续计算。图层识别界面见图3.6所示。图3.6 铁路图层规范化窗口窗口中各种按钮功能与图3.2内容相同。2、铁路厂房信息输入（铁路物流录入）图3.7 铁路厂房信息输入窗口窗口中各种按钮功能与图3.3内容相同。此处excel数据表格式见附表2所示，点击关闭按钮会提示是否生成后续数据，点击是，则计算最短路径。3.2 道路输出道路输出功能主要是演示和得到各种道路物流详细资料，包括路段物流、生产区物流、物料物流、交叉口物流、物流简图等内容。其控制界面如图3.8所示。图3.8 道路输出界面3.2.1 路段物流1、路段物流控制显示某路段上的物流和交通流信息，并且可以同时显示多个路段，可以单独生产excel表格，其控制界面见图3.9所示，其显示界面见图3.10所示，得到的路段详细物流统计表头见表3.1所示。图3.9 道路路段物流控制界面图3.10 道路路段物流CAD显示效果表3.1：*路段详细物流统计表序号物料名称起点车间终点车间物流量车型/吨位运次/天交通量1232、全部路段物流控制显示全部路段上的物流和交通流信息显示，可以生成物流简图和交通量简图，并生成数据表。其控制界面见图3.11所示。图3.11 道路全部路段物流控制界面显示物流简图：结果如图3.12所示，生成全路段交通量简图，全路段物流统计表见表3.2所示。图3.12 区路段交通量简图表3.2 全厂路段物流统计表序号道路编号道路名称物流量（万吨/年）交通量道路宽度车道数通过能力车道占用率左行右行左行右行123显示物流示意图：结果如图3.13所示，得到全路段交通等级划分图，划分边界在交通参数处输入。图中将交通量划分为红、黄、绿三个等级。图3.13 全厂交通量等级划分图3.2.2 生产区物流通过车间名称，控制显示物流信息，并且在CAD图上动态显示运输路径，还可以通过自定义路径来重新定义路径，并可以生成对应的物流表格；还可以选择区域，统计与此区域相关的物流信息，生成表格。其控制界面如图3.14所示图3.14 道路生产区物流显示控制界面其在CAD界面上的显示效果如图3.15所示图3.15：物流路径显示效果区域物流统计表如表3.3所示表3.3：区域物流统计表序号起点区域终点区域物流量（万吨/年）运次/天交通量运输距离（米）123*区域物流统计表如3.4所示表3.4：*区域详细物流表序号物料名称起点车间终点车间物流量车型吨位天运次 交通量运输距离（米）量距积直线距离曲折率车速（km/h）耗时（分）1233.2.3 物料物流通过物料名称，控制物流信息的统计和现实，其控制界面如图3.16所示，在CAD上的显示效果和图3.15相似。图3.16：物料物流控制界面生成全厂物料物流统计表如表3.5所示表3.5：物料物流统计表序号物料名称物流量（万吨/年）运次/天交通量123生成*物料详细统计表如表3.6所示表3.6：*物料详细统计表序号物料名称起点车间终点车间物流量车型吨位（吨）运次交通量运输距离（米）量距积起终点直线距离（米）曲折率车速（km/h）耗时（分）1233.2.4 交叉口物流通过选择交叉口来统计交叉口的物流信息，其控制界面如图3.17所示；其在CAD中的显示效果如图3.18所示。图3.17：交叉口物流控制界面图3.18：交叉口物流分析显示效果3.2.5 物流简图显示一级名称之间的物流关系，控制界面如图3.19所示，显示效果如图3.20所示。图3.19：物流简图控制界面图3.20：物流简图显示效果3.3 铁路输出铁路输出功能主要是演示和得到铁路相关物流的详细资料。包括指定路段物流、指定生产区物流、指定物料物流、指定区间通行能力、指定咽喉通过能力，其控制界面如图3.21所示。图3.21 铁路输出控制界面3.3.1 指定路段物流通过如图3.22的控制界面，在图上截取铁路路段，显示通过截面的物流信息如图3.23，并生成如表3.7的表格。图3.22：铁路路段物流图3.23：铁路路段物流显示效果表3.7：*区间详细物流统计表序号物料名称起点车间终点车间物流量运次/天列车长度车列数1233.3.2 指定生产区物流通过指定生产车间，来统计物流信息，控制界面如图3.24所示，显示效果如图3.25所示，生成区域物流统计表如表3.8所示，生产*区域详细物流统计表如表3.9所示。图3.24铁路生产区物流控制界面图3.25 铁路生产区物流路径显示效果表3.8：区域物流统计表序号起点区域终点区域物流量（万吨/年）运次/天车列数运输距离（米）123表3.9：*区域物流详细统计表序号物料名称起点车间终点车间物流量车型吨位（吨）运次/天运输距离（米）列车长度车列数1233.3.3 指定物料物流通过指定物料，来统计物流信息，控制界面如图3.26所示，显示效果和图3.25相似，物料物流统计表如表3.10所示，*物料物流详细统计表如表3.11所示。图3.26：铁路物料物流控制界面表3.10：物料物流统计表序号物料名称物流量（万吨/年）运次/天车列数123表3.11：*物料物流详细统计表序号物料名称起点车间终点车间物流量运次/天运输距离（米）列车长度（米）列流量1233.3.4 指定区间通过能力通过指定区间，统计区间的实际物流信息，区分单线和双线，来计算选取区间的通过能力和利用率，并将所得数据生成表格。1、双线区间通过能力，如图3.27所示图3.27：双线区间通过能力计算界面2、单线区间通过能力，如图3.28所示图3.28：单线区间通过能力计算界面3.3.5 指定咽喉通过能力通过指定咽喉区，统计物流信息，计算咽喉通过能力和利用率，并将结果生成表格，计算界面如图3.29所示。图3.29：咽喉通过能力计算界面3.3.6 平交道口指定平交道口，统计交通量，划分平交道口等级，显示界面如图3.30所示图3.30：平交道口显示效果4、技术说明4.1道路运输表的相关计算（附表1）4.4.1 交通量换算交通量是在指定时间内通过道路某地点或某断面的车辆、行人数量。标准车当量数（PCU），也称当量交通量，是将实际的各种机动车和非机动车交通量按一定的折算系数换算成某种标准车型的当量交通量。厂内交通量是由生产规模及工艺决定的，随时间的变化较小，每天的交通量相对固定。对于交通量的换算，需要根据已知条件计算天运量、选择车型、每天的交通量。1、天运量天运量指平均每天的运输量，等于年运输量除以工作天数。年运输量一般单位为“万吨/年”，天运量单位为“吨/天”，年工作天数按照350天计算。工业生产中连续化生产模式和批式生产都存在，但总体来看是一个连续化生产过程，出了定期检修和意外事故，几乎不可能停止生产过程，因此每年的工作天数应该为365天减去检修天数再减去意外事故天数，如果没有特别说明，可采用350天计算；如果已知工作班制，三班制365天、二班制358天、一班制306天。2、选择车型在交通量换算中，关注的是车型和载重量，车型用于确定当量交通量的换算系数，载重量用于计算运输次数。车型的选择一般根据物料性质、工艺要求、运输量的大小等不同条件，选择不同的车型、吨位、外形尺寸、轴重等。车型的选择可参照钢铁厂总图运输设计手册（以下简称手册）“表7.1.2：运输不同物料的车辆选型”和“表10.2.1：载重汽车主要技术参数”。但是手册为1996年编制，数据过于陈旧，相关技术参数应该参照最新的厂家数据。3、交通量这里的交通量包括两层含义，每天运输次数N运次和当量交通量N当量。每天运输次数等于天运量乘以运输不平衡系数和装载不平衡系数再除以所选车辆的载重量。当量交通量等于每天的运次乘以换算系数。运输不平衡系数是为了消除运输的波动性，一般取值为1.11.2；装载不平衡系数是为了消除不同货物因密度不同而实际转载重量的不同，可参照手册“表7.1.6：车辆载重利用系数”；当量交通量指将各种车辆在一定的道路条件下的时间和空间占有率进行换算，从而得到各种车辆间的换算系数，将各种车辆换算为单一车种，折算系数在我国的公路工程技术标准和和城市道路设计规范均有规定，厂内道路交通标准汽车换算系数可参照工业企业铁路道口安全规范GB6389-1997附录A。当某种物料选择了多种车型时，应分开计算。4.4.2 运输路径统计包括运输距离测量、量距积计算、起终点直线距离测量、路线曲折率计算。运输距离指运输路径确定后的车辆运输长度，起终点的位置应该为车间出入口、装车卸车点，当没有明显的起终点时，应放在所运输物料的几何中心位置。起终点直线距离指起点和终点之间的直线距离。两个距离一般以米为单位。量距积是年运输量和运输距离相乘，单位为“万吨米/年”，用来描述货物运输状况的一个综合量。路线曲折率等于路线实际长度除以起终点的直线距离，为大于1的比值，值越大表明弯曲程度越大，路线的合理性越差。量距积越大则运输成本越高，应该将量距积从大到小排序，对较大的进行分析，分别查看对应的运输距离和路线曲折率。4.4.3 运输周期运输周期指 “货物装车重车运行货物卸车空车返回（或调用空车）”的一个过程。其中货物装车、货物卸车的占用时间与工艺及车辆相关,需要通过具体的工艺确定；重车运行时间由车速和运输距离、交叉口延迟确定，车速应满足工业企业厂内运输安全规程GB4387中的相关规定，一般没有特殊要求的车速定位V=15km/h；空车返回时间一般与重车运行时间相同，因为路径和车速相同，只是方向相反，如果路径和车速不同时，可以单独计算；当采用调用空车时，时间按照实际耗费时间给定。将四个时间相加，得到运输周期T周。则每辆车每天的周转次数N周转=工作时间/T周。其中工作时间可按照班制来确定，一班制为8小时、二班制为16小时、三班制为24小时23。4.4.4 车辆配置车辆数量的配置计算有粗略估算和按照运转时间计算两种方法。1、粗略计算厂内汽车运距在5km以内，每个班制内单个汽车的运量q=20003000t/a，如果已知物料的年运量为Q，则可计算在一个班制状态下，运输该物料所需要的车辆数约为A=Q/q，结果向上进取整。2、按照周转时间详细计算从上文可知每种物料运输采用的车型、每天车辆的运输次数N运次、车辆在对应工艺和道路状况下每天的周转次数N周转，另外车辆运行过程中不可避免的存在检修过程，并且配备的车辆上需要有余量，则需要考虑车辆备用系数K1（1.11.2），车辆检修系数K2（汽油车为1.1，柴油为1.15），则运输该物料所需要的车辆数为N=N运次N周转K1K2，结果向上进取整。4.2 铁路运输表的相关计算（附表2）铁路运输是以机车牵引车辆，沿着铺有轨道的线路运行，借助通信和信号联络，用来运输货物，实现货物在不同空间转移的活动22。钢铁企业铁路运输表达为“某物料运量为150万吨/年”，铁路分析上的研究对象为“每天的车流量”、“每天的列流量”和“列车长度”，对于一般运输设某物料运量Q年=150万吨/年，选择年工作天数为A=365天，铁路运输不均衡系数=1.15，车辆选择q标=60吨的敞车，车辆载重利用系数=1.0，列车编成车数m车=5辆/列，参数选择可参照钢铁企业总图运输设计手册中的相关内容。则重车车辆数N车=10000Q年Aq标=100001501.15365601=78.8（车/天）；（4-1）重车列车数N列=N车m车=78.775=15.8（列/天）；（4-2）对应的列车长度L列=l机+l车m车+l守=24+145+0=94（米）（4-3）式中：L列列车长度（通过cad图可得到，单位：米）l机机车长度（一般924米，此处取24米）l守守车长（一般8.8米，厂内可为0米）l车车辆长度（一般车14米，鱼雷罐车25.8米）m车列车编成车数（根据线路有效长、工艺定）4.3通过能力计算4.3.1 双线区间通过能力采用电话或半自动闭塞时 N=1440t行+采用自动闭塞时 N=1440t区式中：N区间通过能力，对/d 准备进路及开通信号时间，min；电气集中取0.3min，人工扳道取2.0min；（此处取2.0min） t行列车在区间运行时间，min（等于区间距离/区间运行速度，区间距离可从图上得到，但不是已列表格中的数据，需要重新量取，速度因状况的不同取340km/小时，具体见“工业企业厂内运输安全规程表3：列车运行和调车作业的限制速度”） t区自动闭塞区段列车间隔时间，min（给定）4.3.2单线区间通过能力N=1440t上+t下+2会+2不式中：t上、t下上下行列车在区间运行时间，min（等于区间距离/区间运行速度，区间距离可从图上得到，但上下行速度一般不同，速度因状况的不同取340km/小时，具体见“工业企业厂内运输安全规程表3：列车运行和调车作业的限制速度”） 会会车间隔时间，一般取2min（此处取2min） 不列车不同时刻，到发间隔时间，一般取34min（此处取4min）4.3.3咽喉通过能力计算N咽=1440k咽-T固t占式中：N咽咽喉通过能力，列/d k咽咽喉道岔最大利用率，复杂0.7，作业单纯0.75；（因为是厂内小站，此处采用0.75） T固昼夜办理固定作业占用咽喉计算区时间，min t占列车占用咽喉道岔一次作业平均时间，min（可取表5.1中“N列、每列车占用道岔时间”中对应较大的值）对于双线，且一组交叉渡线的咽喉区t占=L车长+L咽+L安V车T总占=t占N每增加一组道岔，应该减去增加道岔所占用的时间 T固 ，根据实际情况叠加得到T固=t占N4.3.4利用率K区=T1440K区区间线路利用率T每昼夜列车占用区间的总时间，min（车列数每列车占用区间时间，其中车列数在表5.1中“L列、车列数”计算，需要根据区间叠加，每列车占用区间时间与本文2.1.2算法相同）K咽=T+T固1440式中：K咽咽喉道岔利用率 T咽喉道岔总占用时间（本文中2.2.1，t占列车数，参考表5.1中“L列N列”的综合值）4.4 平交道口等级判定平交道口是指铁路和道路在同一平面上互相交叉的处所。当铁路与道路交叉时，道路交通量不大或没条件设置立体交叉时，应合并道路后设置平交道口，一般道口间的距离不应小于2km。交叉时应尽可能正交，不得已斜交时，交叉角也应大于45，以缩短道口的长度和宽度，为使驾驶员及时发现道口，通过平交道口的道路应为直线，从最外侧钢轨算起，道口两侧的道路直线长度不应小于50 m。厂内铁路运输较为密集，运输情况复杂，很难达到道口2km的间隔要求，同样很多地方也无法满