露天礦電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)的有阻塞排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型建模與分析.pdf

1、由于皆具間斷和連續(xù)運(yùn)輸工藝的優(yōu)點(diǎn)，電鏟-汽車(chē)-破碎站半連續(xù)開(kāi)采工藝系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外露天煤礦得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此，以提高半連續(xù)工藝系統(tǒng)生產(chǎn)效率為目的的系統(tǒng)運(yùn)行特性的研究也備受重視，在系統(tǒng)分析方法、模型與應(yīng)用方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。然而，破碎站的阻塞特性的存在，使在數(shù)學(xué)上真實(shí)表述和求解這一系統(tǒng)的運(yùn)行特性參數(shù)成為一個(gè)至今沒(méi)有得到解決的極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。本文針對(duì)半連續(xù)工藝系統(tǒng)的這一關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行理論和應(yīng)用研究。
　　 從排隊(duì)論的觀點(diǎn)分析，

2、電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)是一個(gè)有兩種不同類型顧客存在的閉合與開(kāi)放混合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，兩種類型的顧客分別是汽車(chē)和體積為車(chē)斗容積的物料單元。由于破碎站料倉(cāng)容量是一定的，當(dāng)料倉(cāng)滿的時(shí)候，卸車(chē)位處的車(chē)輛就不能卸車(chē)，阻塞就發(fā)生了，新到達(dá)的物料單元與運(yùn)載它的汽車(chē)同時(shí)受到阻塞?？梢?jiàn)，要真實(shí)描述和求解電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)的運(yùn)行特性，必須考慮破碎站的阻塞問(wèn)題。
　　 本文用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論建立起破碎站的有阻塞排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，即由描述破碎站兩個(gè)卸載服務(wù)臺(tái)的無(wú)限

3、容量子系統(tǒng)(模型M/M/2/∞)和描述破碎機(jī)和料倉(cāng)的有限容量子系統(tǒng)(模型M/D/1/N)組成的有阻塞串聯(lián)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型。因?yàn)榈诙€(gè)子系統(tǒng)的容量有限，當(dāng)其發(fā)生滿員時(shí)必然會(huì)引起第一個(gè)子系統(tǒng)服務(wù)臺(tái)的顧客的離開(kāi)過(guò)程受阻，使第一個(gè)服務(wù)臺(tái)中斷服務(wù)，即發(fā)生阻塞，相應(yīng)的到達(dá)過(guò)程不再是泊松過(guò)程。可見(jiàn)，阻塞的存在引起了前后兩個(gè)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)，破壞了現(xiàn)有排隊(duì)論理論分析的基礎(chǔ)--無(wú)后效性。理論上可以證明，對(duì)于這樣一個(gè)有阻塞、兩結(jié)點(diǎn)的串聯(lián)開(kāi)放式排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有

4、精確的解析解。因此，本文應(yīng)用隨機(jī)模擬求出這一系統(tǒng)在不同系統(tǒng)配置情形(不同的汽車(chē)到達(dá)率、破碎機(jī)處理能力、料倉(cāng)容積)下的運(yùn)行特性參數(shù)(排隊(duì)長(zhǎng)度、阻塞時(shí)間、空閑時(shí)間、破碎站實(shí)際生產(chǎn)能力)。求出了破碎站的特性，破碎站在整個(gè)電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)中就變?yōu)橛刑厥馓匦缘慕Y(jié)點(diǎn)。
　　 如前所述，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)有汽車(chē)和物料單元兩種不同類型顧客存在的閉合與開(kāi)放混合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，這一排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的分析采用先分解后綜合的思路，即按顧客類型分解成為閉合的車(chē)流

5、排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)和開(kāi)放的物料流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，然后把物料流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)和車(chē)流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的分析結(jié)果綜合得到對(duì)電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)的整體分析結(jié)果。
　　 物料流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)由電鏟裝車(chē)服務(wù)站-重車(chē)運(yùn)行服務(wù)站-破碎站卸載服務(wù)站-帶料倉(cāng)的破碎機(jī)破碎服務(wù)站組成，前兩個(gè)服務(wù)站的物流依附于車(chē)流，只有由破碎站卸載服務(wù)站-帶料倉(cāng)的破碎機(jī)破碎服務(wù)站組成的串聯(lián)子系統(tǒng)的特性對(duì)車(chē)流有影響，而此子系統(tǒng)正是前面研究的破碎站有阻塞排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，因此物流和車(chē)流之間的相互作用體現(xiàn)在破碎站

6、的特性上。
　　 在穩(wěn)態(tài)下，物料流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中破碎站卸載服務(wù)站與車(chē)流網(wǎng)絡(luò)中破碎站卸載服務(wù)站的相同點(diǎn)為：物料單元流的到達(dá)率與車(chē)流的到達(dá)率相同，而且車(chē)輛隊(duì)長(zhǎng)、等待隊(duì)長(zhǎng)與相對(duì)應(yīng)的物料單元的隊(duì)長(zhǎng)、等待隊(duì)長(zhǎng)也相同。因此穩(wěn)態(tài)時(shí)車(chē)流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中破碎站卸載服務(wù)站車(chē)流的到達(dá)率，車(chē)輛的隊(duì)長(zhǎng)實(shí)際上分別是由物料流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中破碎站卸載服務(wù)站物料單元的到達(dá)率和隊(duì)長(zhǎng)決定的。本文通過(guò)把破碎站隊(duì)長(zhǎng)-平均到達(dá)率關(guān)系曲線數(shù)值化得到了破碎站卸車(chē)位處每一個(gè)車(chē)流到達(dá)率對(duì)應(yīng)的隊(duì)

7、長(zhǎng)，形成數(shù)組，供車(chē)流網(wǎng)絡(luò)分析中使用。
　　 為了分析車(chē)流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，本文引入了閉合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展求和算法(ESUM)。就一個(gè)露天礦裝運(yùn)系統(tǒng)實(shí)例建立了閉合的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，并分別應(yīng)用ESUM算法和隨機(jī)模擬法對(duì)穩(wěn)態(tài)時(shí)系統(tǒng)的小時(shí)生產(chǎn)能力與投入車(chē)輛數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析比較，結(jié)果表明在分析露天礦裝運(yùn)系統(tǒng)時(shí)，采用ESUM算法能夠以較高的精度有效地對(duì)系統(tǒng)的非負(fù)指數(shù)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型求解。
　　 車(chē)流閉合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)包括電鏟裝車(chē)服務(wù)站-重車(chē)運(yùn)行

8、服務(wù)站-破碎站卸車(chē)服務(wù)站-空車(chē)運(yùn)行服務(wù)站-電鏟裝車(chē)服務(wù)站，在對(duì)車(chē)流排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析時(shí)還要用到兩個(gè)性質(zhì)：在串聯(lián)閉合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中，穩(wěn)態(tài)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的流量等于網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)服務(wù)臺(tái)的到達(dá)率。穩(wěn)態(tài)時(shí)閉合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中各結(jié)點(diǎn)處的顧客隊(duì)長(zhǎng)之和等于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)顧客的總數(shù)。利用這兩個(gè)性質(zhì)，以物料流網(wǎng)絡(luò)分析中得到的在穩(wěn)態(tài)條件下破碎站汽車(chē)到達(dá)率與對(duì)應(yīng)的汽車(chē)隊(duì)長(zhǎng)值構(gòu)成的數(shù)組為基礎(chǔ)，利用ESUM法反算求出穩(wěn)態(tài)時(shí)車(chē)流閉合排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中每一對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量和破碎站處汽車(chē)隊(duì)長(zhǎng)數(shù)值所對(duì)應(yīng)的其他服務(wù)站處

9、汽車(chē)平均隊(duì)長(zhǎng)值。再將上述四個(gè)服務(wù)站處的隊(duì)長(zhǎng)值求和，求出使這四個(gè)隊(duì)長(zhǎng)值的和等于實(shí)際投入到排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中的汽車(chē)總數(shù)時(shí)的穩(wěn)態(tài)網(wǎng)絡(luò)流量，就得到了所求的有阻塞的電鏟-汽車(chē)-破碎站排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的穩(wěn)態(tài)流量，據(jù)此穩(wěn)態(tài)流量可以利用ESUM的計(jì)算公式和破碎站的特性曲線求出所需的各種指標(biāo)。
　　 穩(wěn)態(tài)條件下破碎站卸車(chē)服務(wù)站處相同的到達(dá)率和相同的排隊(duì)長(zhǎng)度就是把兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的求解結(jié)果綜合起來(lái)，得到對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果的基礎(chǔ)。因此可以分別對(duì)兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)進(jìn)行求解

10、，再找出使破碎站卸車(chē)服務(wù)站處有相同到達(dá)率和相同等待隊(duì)長(zhǎng)的兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)，也就得到了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)態(tài)，從而得出對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行特性。
　　 根據(jù)元寶山露天煤礦的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料，在定產(chǎn)配車(chē)制的條件下，利用本文建立的分析方法對(duì)元寶山露天礦的電鏟-汽車(chē)-破碎站系統(tǒng)的兩個(gè)重要方面進(jìn)行了研究：元寶山露天煤礦載重汽車(chē)改型對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)效率和生產(chǎn)能力的影響、元寶山露天礦電鏟-汽車(chē)-破碎站生產(chǎn)系統(tǒng)車(chē)鏟比的確定。結(jié)果證明，本文所建立的模型和提出