最优装卸安排优化模型-046-队(共42页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上最优装卸安排优化模型046队王天成 代川 李黎摘要:本文针对倒煤台最优装卸安排问题,首先为其设定了其装卸操作规则,并且对标准日和非标准日(周四)的情况分别分析,结合了概率密度函数和三重积分的相关理论依据,建立了以总期望费用最少为优化目标的模型,求得每个问题的结果,而后又充分利用计算机对整个装煤、运煤的过程进行模拟仿真,并且对计算的结果进行验证,具体的工作如下; 对于问题一、二,我们首先证明了在装车或者装煤的过程中,只要有列车到达,应调用两个工作班。随后,在我们制定的操作规则的前提下,分别对标准日和非标准日以及周五调用第二个工作班的次数进行了讨论,标准日分成了12种情况
2、,非标准日分成10中情况来讨论,最后计算出了每种情况的概率和期望,求得的结果是:770次,浮动区间为744,796,月滞期费用为348.7716万元,占总费用的48%。 对于问题三,我们分别对标准日和周四的日调度计划进行了设计,设计的原则有两个:第一是尽可能的不调用第二个工作班,第二是尽可能减少列车的滞期费用。最终我们给出的调度计划为:标准日为一个调度区间,具体调度安排有两种,详情请参阅正文,其费用是10.8万元;周四的调度安排是第一辆列车到达时间为5:00,大容量列车到达时间为11:00,第二辆列车到达时间为20:00,第三辆标准列车到达时间为20:00,此时总费用为33.6万元;由于周四的
3、安排对周五产生影响的概率很大,因此对周五也应该做如下的安排:第一辆列车6:00到达,第二辆列车13:00到达,第三辆列车20:00到达,总费用为11.1万元。 对于问题四,我们找到了有利于调用第三个工作班的情形区间,通过对比调用一个工作班、两个工作班和三个工作班所产生的总费用大小,最后得出了厂方应该考虑调用三个工作班的情况。之后,对于能否再加满第四辆标准列车,通过分析,我们发现,虽然能在时间上允许,但是由于其产生的滞期费用会使得总费用增加,因此,我们不建议厂方再装第四辆标准列车。 基于上述的整个讨论过程,我们用计算机进行模拟仿真,并且放宽假设条件,使得每天都是连续的,并且在不同的初始容量情况下
4、进行模拟,最终得到的模拟结果如下:年调用第二个工作班的次数为771次,月滞期费用为361.8205,与上面通过计算得到的解很接近,说明我们的模型是比较可靠的。关键字: 最优装卸安排计划 matlab计算机模拟仿真 滞期费用联合概率密度函数 蒙特卡洛模拟 一 问题重述(略)二 条件假设 为了便于讨论,本文建立了如下的基本假设条件: (1)各个工序之间无间隔,即工作班装煤至煤台,煤台装车没有时间的间隔。 (2)各个工作班装煤效率相同,即第二、三工作班的装煤速度与第一个工作班相同。 (3)第二、三工作班随时处于准备工作状态,只要有需要,均可以按时到达。 (4)列车的到达时间是随机的,并且到达时间服从
5、独立的均匀分布。 (5)火车容量与装车时间成正比,即一个大容量的列车装满的时间为6小时。 (6)场地的服务原则是“先来先装”,即先到的煤车装满煤开出倒煤台之后,下一列煤车才能开进倒煤台装煤。 (7)为计算的方便,我们假设以一周为一个初级单位时间计算,一年计算52周。另外,在计算过程中,对一周中,只对星期四和星期五独立讨论,其他的均采用相同的结果。 (8)为了计算方便,从第一天开始,我们假定倒煤台的初始容量为1.5倍标准列车容量。(9)假设一年有52个星期,一个月4个星期。三 符号变量 符号基本含义分别代表第一、二、三辆标准列车到达的时间代表大容量列车到达的时间表示单位时间内装煤操作总费用(含滞
6、期费用)表示单位时间内第i辆列车的滞期费用表示单位时间内第i辆列车的操作费用表示单位时间内调用第二个工作班的次数表示单位时间内调用第二个班的次数的概率表示第i辆列车的滞期时间表示为了装满第i辆列车而付出的操作时间表示第i辆车到达的时间的概率密度函数表示三辆车到达的时间的联合概率密度函数表示单位时间内调用第二个工作班的次数的期望每一天中倒煤台中的初始容量周四会对周五产生影响的概率总费用的期望值四 问题分析对于第一个问题和第二个问题,我们认为是一体的,因此我们做如下的分析: (1) 对标准日和非标准日加以区分(2) 计算出标准日调用第二个工作班的概率及其期望(3) 计算出非标准日调用第二个工作班的
7、概率及其期望(4) 在既定概率条件下,对产生的总费用和滞期费用分别积分,才能得到一月中的滞期费用。 对于问题三,题目要求给出日调度计划,因此,必须得对标准日、周四、周五进行分开讨论,而且列车到达时间的调度依据是使得总费用降低,这里要遵循两个原则:第一是尽可能的不调用第二个工作班,第二是尽可能的不让列车等待而产生滞期费用。 对于问题四,题目的问题是是否可以安排第三个工作队,如果我们假设有一种状况是,安排了第三个工作队后,会更优(总费用最少),那么,第三个工作班的调用就是合理的。然而对于能否再加满第四辆标准列车,必须考虑以下两个问题:第一,时间是否允许;第二,是否会增加滞期费用,如果时间允许,且不
8、会增加滞期费用,那么久可以接受,否则,就不建议增加列车。 五 模型建立及其求解5.1.问题一和问题二的模型及其求解5.1.1 模型准备 (一)标准列车到达时间的密度函数的概率分布 三列标准煤车,每一列煤车都具有随机一致分布,因此每列煤车的概率密度函数为: , 因此,其分布函数为 : , (二)理论证明 命题1:对于在任意一辆列车,在其装车的过程中,如果有另外的一列车到达,则当第一列车走后,调用两个工作队运煤比只用一个工程队运煤费用要少。证明过程如下:设车于时刻开始装车,正在装车时,车到达了,设此时为时刻。则当第一列车装满走后,用一个工作队运煤时产生的运煤费和滞时费用为: 当第一列车转满走后,用
9、两个工作队运煤时产生的运煤费和滞时费用为:显然,命题得证。 命题2:第一个工程队正在往煤台中运煤时,一列车到了,若此时煤台中的煤量不够列车所需的量,则马上调用第二个工程队运煤加快运煤效率可以减少总费用。证明过程: 当第一个工程队正在往煤台中运煤时,一列车到了,此时煤台中的煤量为。若继续只用一个工程队工作,则产生的运煤费和时滞费为: 若立刻调用第二个工程队工作,则产生的运煤费和时滞费为: 显然,命题得证。5.1.2 模型建立 (一) 目标函数及其约束由于本问题是要为经理决策倒煤台的操作过程,而寻求年预期开支最少,即寻找一种最优的操作过程,使得总费用最少,而厂方能够决定的只有是否加第二个工作班,在
10、什么时候加第二个工作班,其目标是为了降低由于列车等待而产生的滞期费。因此,我们建立如下的模型:目标函数: 满足条件: , 其中,表示第i辆标准列车的滞期费用,表示第i辆标准列车发生的操作费用,表示第i辆列车的滞期时间,表示为了装满第i辆列车而付出的操作时间,其中既包含了第一工作班的操作时间,也包含了第二工作班的操作时间。本模型主要是优化的值,使得在使用一定的第二工作班的基础上,让尽可能的小。为了求得本模型,我们必须定义如下的调用操作规则: (二)操作规则 在定义操作规则的时候,需要用到我们前面给出了的证明,即在装车的过程中,只要有列车到达,那么当装车完毕后,应该立即调用第二工作班,降低费用。
11、整个规则,我们分成三个部分讨论,第一个部分是标准日(非周四),另一个部分是非标准日(周四),第三个是时候非标准日影响的周五。 (1). 标准日(非周四)规则的讨论: 对于一个标准日来说,调用工作班所遵循得规则如下: 判断初始值,如果初始值,则让第一个到达的列车装车完离开,如果初始值,则直接加两个工作班进行加煤直到1为止。 如果第一辆列车加满走后,时间更新到了,此时判断第二、三辆列车到达时间与的大小。若,则此时面临两种情况,第一种是直接用一个工作班加煤;第二种是用两个工作班一起加煤。用一个工作班对应的条件是:;用两个工作班对应的情形的条件是:或者。 如规则中第二步一样,接下来继续往下逐个更新时间
12、,分别讨论,讨论的过程中应该注意:当一辆列车加满走后,依旧没有列车到达,那么则选择一个工作班工作;当一列车在装车的过程中,有列车到达,则到装车的列车离开后,调用两个工作班;当一个工作班在给煤台加煤的时候,来了列车,则判断此时煤台中的煤是否足够装一辆列车,如果不够,则迅速调用第二个工作队,如果足够一辆列车装满,则立即停下,迅速为列车装车;如果一个工作队在给煤台加煤的时候,煤台容量足够一辆列车转满的时候,若依然没有车来,那么继续往煤台加煤。 在为第一辆列车加煤的过程中,要逐个比较第二辆车与第三辆车到达的时间,如果加煤过程中有列车到达,则调用第二个工作班;在为第二辆列车加煤的过程中,只需要比较第三辆
13、列车到达的时间,如果第三辆车到达,那么调用第二个工作班,反之则调用一个班。 原则一:每一次更新时间,都必须与之后没有到达的列车的时间进行对比,逐个分析。 原则二:在装车的过程中或者是在往煤台中加煤的过程中,如果有后面的列车到达的时间间隔足够小(可以认为是同时到达,但是同时到达与实际情况不符合),那么我们采取先到的列车先加煤。 (2). 对于非标准日(周四)的规则 对于周四,我们仍然采取先到先来的操作方式,先到先加。 周四整天都用两个工作班加煤 当大容量的列车到达时候,如果倒煤台里面的容量超过0.5个标准列车容量,如果不足0.5个标准列车容量,则先将倒煤台加满,然后向大容量列车加煤。 (3).
14、周五的操作规则 由于周五列车的到达会受周四影响,因此我们定义周五如下操作: 如果周五的安排受了周四影响,而不能在第一辆列车到达之前完成装满倒煤台,周五会直接调用第二个工作班。 如果周五的安排没有受周四的影响,那么周五调用第二次工作班的情形跟标准日一样的规则。 (三 )对调用第二工作班的次数的分情况讨论 根据上面的规则,我们每更新一次时间(装车的过车或者是加煤的过车),就把更新后的时间与后面列车到达的时刻做比较,然后确定是否调用第二个工作班。这部分讨论依然分成三个部分,即标准日的调用情况,非标准日(周四)的调用情况,以及周五第二个工作班调用的情况。 (1).对于标准日的讨论 标准日部分,一共分成
15、了12种情形,这12种情形涵盖了在一个标准日中,三辆列车任意时刻到达所需要调用二个工作班的次数,很显然,一个标准日中,调用第二个工作班的次数有三种情形,即调用0次,调用1次,调用2次。 下面我们分别对这12种情形加以说明: 第1种:t1t1+5t2t2+7t3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 在这种情形下,调用第二个工作班的次数为0,因为三辆列车到达的时间间隔的时间足够大,一个工作班足够应付,而且费用最省。 第2种:t1t1+5t2t3t2+7 在这种情形下: 需要满足的条件有: 在这种情形中,由于,第为二辆列车加煤的时候,第三辆列车到达,因此调用第二个工作班的次数是1。 第3种:t1t1
16、+5t2t3t2+3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 此时,在为第二辆列车装车的时候,第三辆列车到达,所以,这种情况下调用第二个工作班的次数是1。 第4种:t1t2t1+5t1+12t3t1+3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 此时,在第一辆列车装满离开后,正在为第二辆列车加煤的过程中,第二辆列车到达,而后,第三辆列车到达时间在第二辆列车离开之后,因此只需要调用一次第二个工作班。 第5种情形:t1t1+12t1+5t1+3t3t2 在这种情形下: 需要满足的条件有: 在这种情况下,在第一辆列车装满离开后,正在为第二辆列车加煤的过程中,第二辆列车到达,而后,第三辆列车到达的时候,工作队还
17、在为第三辆列车加煤的过程中,因此整个过程需要调用2次第二个工作班。 第6种情形:t1+8t3t1+5t2t1t1+3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 在这种情况的时候,在第一辆列车装满离开后,正在为第二辆列车加煤的过程中,第二辆列车到达,第三辆车到达的时间在第二辆车离开之前,因此要调用2次第二个工作班。 第7种情形:t1t1+5t3t1+3t2 在这种情形下: 需要满足的条件有: 这种情况是在为第二辆车加煤的过程中,第二辆、第三辆车同时到达,因此要调用两次第2个工作班。 第8种情形:t1t2t1+3t1+11t3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 这种情况下,只是在第一辆列车装车的过程中
18、,第二辆车到达,第三辆列车与第二辆列车的间距时间很长,因此只需要调用一次第二工作班。 第9种情形:t1+7t1+3t3t1t2t1+11 在这种情形下: 需要满足的条件有: 这种情况需要用两次第二个工作班。 第10种情形:t1t1+11t3t2t1+3t1+7 在这种情形下: 需要满足的条件有: 这种情况也需要调用第二个工作班两次。 第11种情形: t1t1+11t3t2t1+3t1+4 在这种情形下: 需要满足的条件有: 这种情况的时候,需要调用两次第二个工作班。 第12种情形: t1t1+3t2t3 在这种情形下: 需要满足的条件有: 同样这种情形也需要调用两次第二个工作班。 (2) 非标
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- 最优 装卸 安排 优化 模型 046 42
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