一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法与流程

本发明涉及自动化技术，尤其涉及一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法。

背景技术：

大型散货料场的主要作业就是将由轮船、火车或者汽车运来的物料及时卸下堆存于料场中。同时根据需求及时从堆场中取出特定数量和品种的物料，装上轮船、火车、汽车运送给用户，或者通过皮带机运送给用户。目前,为了提高设备的利用率，很多大型散货料场广泛采用堆取合一的堆取料机作为主要的装卸设备,来完成往料场卸料以及从料场取料外供的任务。堆取料机就成为了整个散货料场中最繁忙的设备，也是整个散货料场贮运设备资源配置的关键和瓶颈。因此，如何科学合理地为堆取料机分配作业任务，实现包括堆取料在内的料场内各设备之间的协同配合，直接影响到整个料场运营的效率和效益。

目前，在大型散货料场管理领域，在实际应用中主要还是通过人工为各堆取料机分配任务。近几年很多科研团队在实现取料机作业自动排程优化方面也进行了不断的探索，基本方法是由计算机根据一定的规律给出大量的分配方案，通过评价函数对每个分配方案进行评价，给出评分，然后筛选出评分相对较高的方案作为最终的选择方案。对于大型料场而言，由于堆取料机数量较多，需要执行的堆取料任务的数量也很多，且每台堆取料机可以执行位于轨道两侧的两个料条的作业，因此堆取料机之间在任务分配上存在着相互影响，采用现有的这些方法需要花费大量的计算时间，无法满足实际生产的需要。

为了有效地缩短计算时间，本发明在充分分析供、卸料任务在时间和空间上分配特点的基础上，以同一轨道上的所有堆取料机集合为对象，科学高效地计算出各集合内所有堆取料机总体作业能力在该集合作业范围内两个料条上分配的比例。以该比例为基础可快速得出各堆取料机的作业任务分配方案。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法，以同一轨道上的所有堆取料机集合为对象，科学高效地计算出各集合内所有堆取料机总体作业能力在该集合作业范围内两个料条上分配的比例。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法，包括以下步骤：

一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定关联区域，所述关联区域定义为互相共用堆取料机的两个料条作为一个关联区域；

步骤2、以关联区域为对象，计算可在各关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和，其中，每班工作为T小时；

则单个堆取料机的当班最大作业率为堆取料机的当班能够投入工作的最大作业时间/T；

则在单个关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率的累加；

步骤3、计算各轨道上的所有堆取料机最大作业率之和；

步骤4、计算各关联区域当班平均作业强度；

关联区域当班平均作业强度为关联区域上所有任务作业时间的总和/8；

步骤5、计算各料条当班的作业强度；料条当班的作业强度料条上所有任务作业时间的总和/T；

步骤6、判断下列条件是否同时成立：

1)各关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和大于等于对应的关联区域当班平均作业强度；

2)所有关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和的和大于等于对应的所有关联区域当班平均作业强度之和；

如果上述条件没有全部成立则执行步骤7；如果上述条件全部成立则执行步骤8；

步骤7、由人工减少相应区域的作业任务，确认后从步骤4开始重新执行；

步骤8、构建如下模型：

以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道上方料条处的作业时间占整体的百分比为设其分配在轨道下方料条处的作业时间占整体的百分比为其中下标r为轨道编号；

可得出如下约束条件：

(1)各料条作业时间占整体的百分比与料条相关轨道上所有堆取料机最大作业率之和的乘积大于等于该料条当班的作业强度；

即

taskscale₁^ascend×taskratesumr_1≥densityp₁

taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1≥densityp_i+1

taskscale_r^descend×taskratesumr_r≥densityp_r+1

其中i＝1,2,3，……，r-1；

(2)各轨道上方料条处的作业时间占整体的百分比为和分配在轨道下方料条处的作业时间占整体的百分比为之和为1；

即r为轨道编号；

其中，taskratesumrr为各轨道上的所有堆取料机最大作业率之和，下标r为轨道编号；densityp_p为各料条当班的作业强度，其中下标p为料条编号；

构造以下目标函数为：

F＝Min((taskscale₁^ascend×taskratesumr₁÷taskrateZ1－densityp₁÷densityz₁)²

+……+((taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1)÷taskrateZ_i－densityp₂÷densityz₁)²+((taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1)÷taskrateZ_i+1－densityp₂÷densityz₂)²+(taskscale_r^descend×taskratesumr_r÷taskrateZ_r－densityp_r+1÷densityz_r)²

其中，i＝1,2,3，……，r-1；

求解F即可得到的值，即得到了以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道两侧料条处的作业时间的比例，并以此为依据，得出各堆取料机的作业任务分配方案，进行堆取料机作业任务分配。

本发明产生的有益效果是：

一、在充分分析供、卸料任务在时间和空间上分配特点的基础上，以同一轨道上的所有堆取料机集合为对象，科学高效地计算出各集合内所有堆取料机总体作业能力在该集合作业范围内两个料条上分配的比例。以该比例为基础可快速得出各堆取料机的作业任务分配方案，具有很强的实用性。

二、该方法具有很强的通用性，以最复杂、耦合性最强的料场工艺配置为研究对象，计算出各轨道上堆取料机总体作业能力在该轨道作业范围内两个料条上分配的比例。对于其它不同工艺配置的料场，都可通过该方法进行计算。

三、方法简便，计算效率高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图。

图2是本发明实施例的料场布置图。

图中：1-料条；2-料堆；3-物料M0的料堆；4-物料Ml的料堆；5-物料Mr的料堆；6-空地；7-空地Ar。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于大型散货料场堆的堆取料机作业任务分配解耦的方法，包括以下步骤：

步骤1、确定关联区域，所述关联区域定义为互相共用堆取料机的两个料条作为一个关联区域；

步骤2、以关联区域为对象，计算可在各关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和，其中，每班工作为8小时；

则单个堆取料机的当班最大作业率为堆取料机的当班能够投入工作的最大作业时间/T；

则在单个关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率的累加；

步骤3、计算各轨道上的所有堆取料机最大作业率之和；

步骤4、计算各关联区域当班平均作业强度；

关联区域当班平均作业强度为关联区域上所有任务作业时间的总和/8；

步骤5、计算各料条当班的作业强度；料条当班的作业强度料条上所有任务作业时间的总和/T；

步骤6、判断下列条件是否同时成立：

1)各关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和大于等于对应的关联区域当班平均作业强度；

2)所有关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和的和大于等于对应的所有关联区域当班平均作业强度之和；

如果上述条件没有全部成立则执行步骤7；如果上述条件全部成立则执行步骤8；

步骤7、由人工减少相应区域的作业任务，确认后从步骤4开始重新执行；

步骤8、构建如下模型：

以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道上方料条处的作业时间占整体的百分比为设其分配在轨道下方料条处的作业时间占整体的百分比为其中下标r为轨道编号；

可得出如下约束条件：

(1)各料条作业时间占整体的百分比与料条相关轨道上所有堆取料机最大作业率之和的乘积大于等于该料条当班的作业强度；

即

taskscale₁^ascend×taskratesumr_1≥densityp₁

taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1≥densityp_i+1

taskscale_r^descend×taskratesumr_r≥densityp_r+1

其中i＝1,2,3，……，r-1；

(2)各轨道上方料条处的作业时间占整体的百分比为和分配在轨道下方料条处的作业时间占整体的百分比为之和为1；

即r为轨道编号；

其中，taskratesumr_r为各轨道上的所有堆取料机最大作业率之和，下标r为轨道编号；densityp_p为各料条当班的作业强度，其中下标p为料条编号；

构造以下目标函数为：

F＝Min((taskscale₁^ascend×taskratesumr₁÷taskrateZ1－densityp₁÷densityz₁)²

+……+((taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1)÷taskrateZ_i－densityp₂÷densityz₁)²+((taskscale_i^descend×taskratesumr_i+taskscale_i+1^ascend×taskratesumr_i+1)÷taskrateZ_i+1－densityp₂÷densityz₂)²+(taskscale_r^descend×taskratesumr_r÷taskrateZ_r－densityp_r+1÷densityz_r)²

其中，i＝1,2,3，……，r-1；

求解F即可得到的值，即得到了以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道两侧料条处的作业时间的比例，并以此为依据，得出各堆取料机的作业任务分配方案，进行堆取料机作业任务分配。

下面给一个具体实施例：

步骤1、确定关联区域(互相共用堆取料机的两个料条作为关联区域)。根据图2料场布置图所示,共有4个关联区域：1#关联区域，由料条1和料条2组成，料条1和料条2共用堆取料机h11、h12；2#关联区域，由料条2和料条3组成，料条2和料条3共用堆取料机h21、h22；3#关联区域，由料条3和料条4组成，料条3和料条4共用堆取料机h31、h32；4#关联区域，由料条4和料条5组成，料条4和料条5共用堆取料机h41、h42、h43。

步骤2、以关联区域为对象，求可在各关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和(每班工作8小时)。

堆取料机的当班最大作业率＝堆取料机的当班能够投入工作的最大作业时间/8；

设可在1#关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为taskrateZ1有taskrateZ1＝taskrateh₁₁+taskrateh₁₂+taskrateh₂₁+taskrateh₂₂

设可在2#关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为taskrateZ2有taskrateZ2＝taskrateh₁₁+taskrateh₁₂+taskrateh₂₁+taskrateh₂₂+taskrateh₃₁+taskrateh₃₂设可在3#关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为taskrateZ3有taskrateZ3＝taskrateh₂₁+taskrateh₂₂+taskrateh₃₁+taskrateh₃₂+taskrateh₄₁+taskrateh₄₂+taskrateh₄₃

设可在4#关联区域作业的所有堆取料机的当班最大作业率之和为taskrateZ4有taskrateZ4＝taskrateh₃₁+taskrateh₃₂+taskrateh₄₁+taskrateh₄₂+taskrateh₄₃

其中为第taskrateh₁₁～taskrateh₄₃分别对应为堆取料机h₁₁～h₄₃的当班最大作业率。

步骤3、计算各轨道上的所有堆取料机最大作业率之和taskratesumr_r。

设1#轨道上作业的所有堆取料机的最大作业率之和为taskratesumr₁

有taskratesumr₁＝taskrateh₁₁+taskrateh₁₂

设2#轨道上作业的所有堆取料机的最大作业率之和为taskratesumr₂

有taskratesumr₂＝taskrateh₂₁+taskrateh₂₂

设3#轨道上作业的所有堆取料机的最大作业率之和为taskratesumr₃

有taskratesumr₃＝taskrateh₃₁+taskrateh₃₂

设4#轨道上作业的所有堆取料机的最大作业率之和为taskratesumr₄

有taskratesumr₄＝taskrateh₄₁+taskrateh₄₂+taskrateh₄₃

步骤4、计算各关联区域当班平均作业强度densityz_z。

关联区域当班平均作业强度densityz_z＝关联区域上所有任务作业时间的总和/8。其中z为关联区域编号z＝(1～4)。

步骤5、计算各料条当班的作业强度densityp_p

料条当班的作业强度densityp_p＝料条上所有任务作业时间的总和/8。

其中p为料条编号p＝(1～5)。

步骤6、判断下列条件是否同时成立

如果上述条件没有全部成立则执行步骤7；

如果上述条件全部成立则执行步骤8；

步骤7、由人工减少相应区域的作业任务，确认后从步骤4开始从新执行。

步骤8、构建如下模型

以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道上方料条处的作业时间占整体的百分比为设其分配在轨道下方料条处的作业时间占整体的百分比为taskscale_r^descend，其中下标r为轨道编号r＝(1～4)。

可得出如下约束条件：

构造以下目标函数为

将

代入F的表达式，分别对

求偏导，有

解方程即可得到的值，即得到了以每个轨道上的所有堆取料机的总的当班最大作业率之和为整体，设其分配在轨道两侧料条处的作业时间的比例。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。