预拌混凝土罐车调度问题建模与优化研究

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预拌混凝土是被广泛应用的一种建筑材料,具有节约水泥、提高劳动生产率、节约施工用地等优点。现阶段我国的大多数预拌混凝土生产企业仍然使用人工的方式安排预拌混凝土生产与调度计划,这种传统调度方式的效果完全依赖于调度人员的经验。对于预拌混凝土企业来说,信息化可以提高企业的市场竞争力,其中控制预拌混凝土的配送成本对其利润来说尤为重要。另外,由于预拌混凝土本身和递送过程的特点,造成其配送调度是一个非常棘手的问题。因此,预拌混凝土罐车调度问题的研究,能帮助混凝土生产企业更合理的安排车辆调度时序,避免时间与经济方面的浪费,同时能更好的协助混凝土施工现场安排浇筑任务。  预拌混凝土的调度配送问题属于物流配送领域,但由于包含罐车时序、搅拌站的装载时序、施工现场的时间需求、及时生产、不间断配送等多个子问题,使得预拌混凝土罐车调度问题的研究,具有一定的挑战性和通用性。因此,本文在详细研究、分析预拌混凝土罐车调度特点的基础上,从混凝土罐车配送时的旅行时间入手,建立了混凝土罐车调度的时间依赖模型和随机旅行时间的机会规划模型,并提出相应的算法对问题求解优化。其次,分析预拌混凝土调度配送时面临的各种动态性,提出一种混凝土罐车重调度策略,为了能及时响应随机出现的动态因素,进一步提出了一种快速调度算法。然后,研究了与罐车调度问题密切相关的生产需求影响下的罐车车队预防性维修策略。最后,建立了预拌混凝土罐车调度及搅拌站管理的决策支持系统。本文的研究,可以帮助混凝土企业更好的安排罐车调度计划,制定设备维修保养计划,促进预拌混凝土企业的信息化建设。  论文的主要创新点如下:  (1)运输时间为常量的预拌混凝土罐车调度计划,无法应对复杂多变的路网状态。将运输时间的时间依赖性引入预拌混凝土罐车调度问题的研究中,使得罐车在运输配送混凝土时可以比较有效的避开拥堵时段,提高调度计划的可用性。建立了基于网络流模型的混合整数规划模型来描述时间依赖型混凝土罐车调度问题,并采用启发式规则算法求解问题。在运输时间依赖的基础上,进一步引入了运输时间的随机性,将混凝土罐车调度问题建模为随机时间依赖的机会规划模型。为了有效求解这类罐车随机时间依赖的问题,提出一种结合神经元网络、启发式规则的混合遗传算法。  (2)现实中,预拌混凝土罐车的调度环境是复杂多变的,其中客户需求的动态特性对调度计划的影响极大。因此,根据客户需求动态性特点,提出根据动态性水平确定重调度方式的重调度策略,以响应客户的动态需求。为了及时迅速的响应客户的动态需求,设计了一种快速调度算法来满足随时到来的客户动态需求,算法的主要思想是将大规模问题,分解为较小规模的问题逐步求解。  (3)预拌混凝土罐车车队的维护维修与混凝土的运输配送密切相关。在分析混凝土罐车车队特点的基础上,结合生产需求提出了基于最佳预防性维修间隔、最大预防性维修可提前期和预防性维修最大可推后期三个阈值的混凝土罐车车队预防性维修策略。该策略能使配送需求尽可能得到满足,又可以有效的协调罐车车队中多辆罐车进行预防性维修的时刻以降低维修费用。  (4)预拌混凝土企业信息化建设的程度极大地影响企业的市场竞争力。根据混凝土企业生产、运输、经营等多个业务流程特点,设计了结合实时监控的混凝土企业决策支持系统。该系统基于模型库、数据仓库和地理位置信息库,设计为面向服务的架构,通过企业服务总线将系统功能组件集成起来,使用一个统一的Portal作为人机交互的接口。
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