Проектирование оптимальной структуры строительных машин при перевозке нерудных строительных материалов

Работу выполнила студент группы ЭХМ-40 Тарасова Ю.В._________ 20.12.97. ЯРОСЛАВЛЬ 1997г. РЕФЕРАТ 25 с., 4 рис., 16 табл., 3 библ. ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ, НЕРУДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ОБЪЕКТЫ, ПОТОК, ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА, МАССОВОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ, ПРИВЕДЕННЫЕ ЗАТРАТЫ,ОПТИМАЛЬНАЯ СТРУКТУРА, СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ. Объектом исследования являются перевозки нерудных строительных материалов из пунктов производства в пункты потребления. Цель работы: определение системы оптимального управления перевозками нерудных строительных материалов. В процессе работы проводились экспериментальные наблюдения, обработка исходных данных, расчеты параметров управления потоками транспортных средств с применением ПЭВМ “Искра 1030.11”. В результате проведенных исследований разработана оптимальная структура системы строительных и транспортных машин.

Эффективность проверялась по приведенным удельным затратам.

Составленная методика может быть использована для определения оптимальных материальных потоков (сыпучих материалов) вероятностных условиях производства. СОДЕРЖАНИЕ TOC o '1-3' ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................................................................. GOTOBUTTON _Toc407121125 PAGEREF _Toc407121125 4 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ................................................................................................................................. GOTOBUTTON _Toc407121126 PAGEREF _Toc407121126 5 2. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ............................................................................................ GOTOBUTTON _Toc407121127 PAGEREF _Toc407121127 7 2.1. Определение локальных стоимостей перевозок ....................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121128 PAGEREF _Toc407121128 7 2.2. Определение кратчайшего расстояния в транспортной сети ............................................. GOTOBUTTON _Toc407121129 PAGEREF _Toc407121129 8 2.3. Решение задачи прикрепления пунктов производства к пунктам потребления (транспортная задача) GOTOBUTTON _Toc407121130 PAGEREF _Toc407121130 10 2.4. Определение количественного состава транспортных средств ..................................... GOTOBUTTON _Toc407121131 PAGEREF _Toc407121131 12 2.4.1. Маршрут Е 2 Е 10 .................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121132 PAGEREF _Toc407121132 12 2.4.2. Маршрут Е 3 Е 11 .................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121133 PAGEREF _Toc407121133 15 2.4.2. Маршруты Е 1 Е 10 и Е 1 Е 11 ..................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121134 PAGEREF _Toc407121134 17 2.5. Определение оптимального потока материалов в сети ...................................................... GOTOBUTTON _Toc407121135 PAGEREF _Toc407121135 19 2.5.1. Расчет пропускных способностей ребер транспортной сети ................................................. GOTOBUTTON _Toc407121136 PAGEREF _Toc407121136 19 2.5.2. Определение потока минимальной стоимости (задача Басакера-Гоуэна) .......................... GOTOBUTTON _Toc407121137 PAGEREF _Toc407121137 19 2.6. Построение графика перевозки нерудных материалов ....................................................... GOTOBUTTON _Toc407121138 PAGEREF _Toc407121138 21 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121139 PAGEREF _Toc407121139 22 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121140 PAGEREF _Toc407121140 24 ПРИЛОЖЕНИЯ .................................................................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc407121141 PAGEREF _Toc407121141 25 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время логистика выступает как научное направление, которое играет ведущую роль в рационализации и автоматизации производства. Эта наука охватывает вопросы снабжения предприятия сырьем, материалами, полуфабрикатами, организацию сбыта и распределения, то есть осуществляет транспортировку готовой продукции.

Логистика базируется на кибернетике, исследовании операций, теории систем, экономической теории, экономике отрасли и др.

Основной целью логистики является рациональное управление материальными потоками для удовлетворения спроса и доставки грузов точно в срок.

Парадигма логистики: нужный товар нужного качества в нужном месте и в нужный срок.

Концепция логистики - построение интегрированных логистических систем начиная от этапа проектирования до утилизации вторсырья и отходов. Суть данной курсовой работы заключается в выработке оптимального решения для доставки нерудных строительных материалов на объекты строительства с минимальными затратами на доставку и с минимальными потерями времени. По ходу выполнения курсовой работы встает вопрос о решении комплекса взаимосвязанных задач, результаты каждой из которых является исходными данными для следующих.

Необходимо решить следующие задачи: 1. Найти кратчайшие пути в транспортной сети. 2. Закрепить пункты назначения за пунктами отправления. 3. Определить оптимальный состава транспортных средств, использующихся для перевозки строительных материалов. 4. Определить поток ресурсов минимальной стоимости. Все эти задачи являются актуальными для любого типа производства, особенно в условиях новой, рыночной экономики, когда (по данным статистики в настоящее время около 2% времени затрачивается на производство продукции и 85% на ее транспортировку к месту назначения. ) время и стоимость доставки продукции потребителям непосредственно влияет на экономические показатели эффективности работы предприятия. 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Имеются три карьера с песком (пункты Е 1 , Е 2 и Е 3 ). Из этих карьеров песок через ряд промежуточных пунктов Е 4 -Е 9 направляется на строящиеся дороги (пункты Е 10 , Е 11 ). Транспортная сеть(схема 1), по которой производится перевозка, представляет собой неориентированный граф G =(Е, е), где Е - вершины графа, соответствующие конечным и промежуточным пунктам перевозки, а е — ребра, соединяющие вершины графа, в данном случае — дороги, по которым перевозятся нерудные строительные материалы.

Пункты отправления (т.е. карьеры) обслуживаются экскаваторами с базы механизации, каждый из которых имеет определенную производительность. Песок с карьеров на строящиеся дороги перевозится с помощью автосамосвалов, которые имеются на автотранспортном предприятии. Над ребрами указаны расстояния между соседними узлами (км); объемы песка в пунктах отправления и потребность в нем в пунктах назначения приведена в таблице 1. Задача состоит в том, чтобы закрепить пункты отправления за пунктами назначения, определить оптимальный количественный и качественный состав автосамосвалов, которые перевозят требуемый объем песка с карьеров на объекты строительства, и составить почасовой график работы этих автосамосвалов.

Таблица 1. Объемы ресурсов и потребностей в них

Стоимость транспортировки 1 м 3 песка на 1997 год в долларах США определяется по формуле: С ij = (С (l) * 1,02 * 1,57 * 7500* r ) / 6000; (2) где С (l) — тарифная плата за перевозку 1 т песка на 1 км., руб. Она является переменной величиной и зависит от расстояния Lij (таблица 2); r — плотность песка (1.6 т/м 3 ). Прочие сомножители являются поправочными коэффициентами, которые учитывают изменение величины тарифной платы вследствие инфляции и влияния рыночных факторов.

Таблица 3 Тарифная плата за перевозку 1 т. груза

Задача решается составлением минимального дерева-остова.

Алгоритм, в конечном счете, сводится к перебору последовательно всех возможных вариантов пути и выбору из них кратчайшего.

Расчет кратчайшего пути производится по формуле: Uj=(Ui+Lij) , где Uj - кратчайшее расстояние до текущего пункта j ,км; Ui - кратчайшее расстояние до предыдущего пункта i ,км; Lij - расстояние между i и j пунктами,км. В результате решения этой задачи мы получили набор из 6 кратчайших маршрутов, соединяющих между собой все пункты отправления и все пункты назначения. Ниже, в таблице 5, представлены эти маршруты с указанием промежуточных пунктов, через которые они проходят, и общей длины маршрута.

Таблица 5. Кратчайшие маршруты в транспортной сети

Исходные данные для решения транспортной задачи представляют собой матрицу. В клетках этой матрицы сверху указаны стоимости (Cij) перевозки 1 м 3 груза из i -го пункта отправления в j -й пункт назначения, а в нижней части клеток будут показаны объёмы перевозок по этому маршруту ( Xij ). Целевая функция транспортной задачи заключается в минимизации общей стоимости всех перевозок: F = ® min Ход решения задачи: 1. Приводим исходную матрицу (вычитаем из С ij каждой строки минимальное значение С ij в этой строке; затем для столбцов, в которых нет ни одного нуля, из каждого С ij в столбце вычитаем минимальное С ij ).

Перераспределяем поток

Перераспределяем поток , и получаем оптимальную матрицу.

Расстояние между пунктами 37 км.

Необходимые формулы для расчетов: T ц = t ож + t погр + 2 L *60 /v ср + t м + t разг (1) T ц - продолжительность цикла автосамосвала, мин. T ож - время ожидания, мин. T погр - время погрузки, мин. L - расстояние между пунктами, км. v ср - средняя скорость автосамосвала, км/ч (50 км/ч). T м - время маневрирования, мин. T разг - время разгрузки, мин.

Количество автосамосвалов определяется по формуле m1 = t ц / t погр (2) Эта формула применима в том случае, если автосамосвалы подаются под загрузку равномерно, а продолжительность погрузки имеет незначительные отклоненияот среднего значения t ц. В реальной ситуации величины являются случайными и зависят от множества факторов, определяемых работой в забое и транспортными условиями. В результате этого в некоторые моменты времени возникнут простои экскаватора или автосамосвалов, что приведет к нарушению согласованной работы.

Поэтому для расчета машин применяется дополнительная формула: m2 = Пэ/Па (3) Коэффициент ожидания (загрузки) определяется по формуле (4) Таблица 6. Продолжительность погрузки автосамосвалов.

Таблица 7. Варианты комбинаций марок экскаваторов и автосамосвалов.

Производительность экскаватора с объемом ковша 0,65 м 3 с нормой выработки 100 м 3 за 1,45 часа равна Пэ = 100/1,45=68,97 м 3 /час.

Производительность экскаватора с объемом ковша 1,25 м 3 с нормой выработки 100 м 3 за 0,89 часа равна Пэ = 100/0,89=112,35 м 3 /час.

Производительность одного автосамосвала определяется по формуле Па = Qa * Кисп * Кв / ( t ц* x ), где (5) Па - производительность автосамосвала, м 3 /час; Qa - грузоподъемность автосамосвала, т; Кисп - коэффициент использования грузоподъемности; Кв - коэффициент использования по времени (0,9) t ц - продолжительность цикла автосамосвала, час; x - плотность материала, т/ м 3 . 1. Па = 1,48 м 3 /ч 2. Па = 1,96 м 3 /ч 3. Па = 2,27 м 3 /ч 4. Па = 3,18 м 3 /ч 5. Па = 8,12 м 3 /ч Количество машин определяется по формулам (1) и (2). В таблице 6 рассматривается семейство автосамосвалов q * = { 4,5; 6; 7; 10; 27 } . T ц 4.5 = 1,5+1+2*37*60/50+0,5+0,5=92,3 мин T ц 6 =1,5+1,7+2*37*60/50+0,5+0,5= 93 мин.; T ц 7 =1,5+2+2*37*60/50+0,5+0,5= 93,3мин.; T ц 10 =1,5+3,8+2*37*60/50+0,5+1= 95,6 мин.; T ц 27 =1,5+9,2+2*37*60/50+0,5+1= 101 мин.; Таблица 8 Характеристики автосамосвалов

Поскольку АТП может предоставить не более 30 машин, то рассмотрению подлежат только автосамосвалы с грузоподъемностью 10 и 27 тонн.

Относительная эффективность использования машин проверялась с помощью программы “ mod1 ” на ПЭВМ “Искра 1080”. Результаты работы программы представлены в таблице 5. Таблица 9 Характеристика эффективности автосамосвалов

Однако, если учесть, что 17,89% своего времени экскаватор простаивает, что его производительность равна Пэ ’ =83,33*(1-0,1789) = 68,42 м 3 /час, так что соблюдается неравенство Пэ m* Па Расчет приведенных затрат производится по формуле Пз=Сэ(1-р 0 ) + Ен Q э + m[a + b* 1 n(1-j) + Ен Qa] , где Пз - приведенные затраты; Сэ - стоимость машино-часа экскаватора, руб. (37,04/8) р 0 - коэффициент простоя экскаватора (0,1789) Ен - нормативный коэффициент эффективности,равный 0,12 Q э, Qa - инвентарно-расчетная стоимость экскаватора и автосамосвала в расчете на машино-час,( Q э ' = 21175/3075, Qa = 9170/2750 ), m - количество автосамосвалов (25) a - часть стоимость машино - часа, не зависящая от прбега. автосамосвала, руб. (11,07/8) b - затраты, приходящиеся на 1 км пробега самосвала, руб. (0,261) j - коэффициент простоя ( j = w/m= 2,7661 /25), где w - среднее число автосамосвалов в очереди( w = т-(1-р 0 )/а; Таблица 10. Технико-экономические составляющие затрат на самосвал.

Удельные затраты: Пу = Пз / Пэ(1-р 0 ) кэ, где Пэ - производительность экскаватора, м 3 /час Кэ - коэффициент перевыполнения производительности ведущей машины, равный 1,15; Пу = 340,4/(83,33*(1-0,1789)) 1,15=4,3358 р/(м 3 /час). 2.4.2. Маршрут Е 3 Е 11 Рассмотрим маршрут Е 3 Е 11. Он представляет собой одноканальную замкнутую систему массового обслуживания с вызовом из одного источника.

Расстояние между пунктами 25 км.

Необходимые формулы для расчетов (1), (2), (3). Производительность экскаватора с объемом ковша 1 м 3 и нормой выработки 100 м 3 за 1.2 часа составляет Пэ = 100/1,2 = 83,33 м 3 /час.

Производительность экскаватора с объемом ковша 0,65 м 3 с нормой выработки 100 м 3 за 1,45 часа равна Пэ = 100/1,45=68,97 м 3 /час.

Производительность экскаватора с объемом ковша 1,25 м 3 с нормой выработки 100 м 3 за 0,89 часа равна Пэ = 100/0,89=112,35 м 3 /час. 2. Па = 2,80 м 3 /ч 3. Па = 3,26 м 3 /ч 4. Па = 4,48 м 3 /ч 5. Па = 10,72 м 3 /ч В таблице 6 рассматривается семейство автосамосвалов q * = { 4,5; 6; 7; 10; 27 } . T ц 4.5 = 1,5+1+2*37*60/50+0,5+0,5 = 65,2мин.; T ц 6 =1,5+1,7+2*37*60/50+0,5+0,5= 65,5 мин.; T ц 7 =1,5+2+2*37*60/50+0,5+0,5= 67,8мин.; T ц 10 =1,5+3,8+2*37*60/50+0,5+1= 76,5 мин.; T ц 27 =1,5+9,2+2*37*60/50+0,5+1= 101 мин.; Таблица 12. Характеристики автосамосвалов

Таблица 14. Определение оптимального сотава комплекта машин.

Определение суммарной производительности автосамосвалов Производительность каждого из автосамосвалов, использующихся на маршруте Е 3 Е 11 , равна Па = 10,72 м 3 /час; Суммарная производительность автосамосвалов на этом маршруте составляет S Па= 10,72*14 = 150,08 м 3 /час Производительность экскаватора с объемом ковша 1,25 м 3 с нормой выработки 100 м 3 за 0,89 часа равна Пэ = 100/0,89=112,35 м 3 /час.

Однако, если учесть, что 15,67% своего времени экскаватор простаивает, что его производительность равна Пэ ’ =112,35*(1-0,1567) = 94,74 м 3 /час, так что соблюдается неравенство Пэ m* Па 2.4.2. Маршруты Е 1 Е 10 и Е 1 Е 11

Е 10 Е 1 Е 11

Расчет количества машин производится по формулам (1) и (2). В таблице 6 приведены результаты расчетов по семейству автосамосвалов q * = { 6; 7; 10; 27 } для маршрута Е 1 Е 10 длиной 30 км. T ц 6 =1,5+2,7+2*36*60/50+0,5+0,5= 77,2 мин.; T ц 7 =1,5+3+2*36*60/50+0,5+0,5=77,5 мин.; T ц 10 =1,5+4,8+2*36*60/50+0,5+1=79,8 мин.; T ц 27 =1,5+13,5+2*36*60/50+0,5+1=88,5 мин.; 2. Па = 2 , 36 м 3 /ч 3. Па = 2,74 м 3 /ч 4. Па = 3,80 м 3 /ч 5. Па = 9,27 м 3 /ч Таблица 15. Характеристики работы автосамосвалов

Таблица 16 Характеристика работы автосамосвалов

Таблица . Количество автосамосвалов, необходимых для маршрутов Е1-Е10 и Е1 - Е11.

Пропускные способности отдельных участков сети определяются исходя из рассчитанной выше суммарной производительности потоков автосамосвалов, идущих по этим участкам сети.

Пропускная способность вычисляется по формуле: b ij =m ik * П а ik *k а, где bij - пропускная способность по ребру между двумя пунктами, м 3 /час к - число маршрутов; ka - коэффициент перевыполнения (1,15-1,20); Пропускная способность ребер, через которые одновременно проходят несколько маршрутов, представляет собой сумму пропускных способностей каждого из этих маршрутов. Ниже представлен список маршрутов и соответствующих им пропускных способностей. Е 1 Е 10 - 55м 3 /час Е 1 Е 11 - 48м 3 /час Е 2 Е 10 - 95,4м 3 /час Е 3 Е 11 - 180м 3 /час Транспортная сеть с нанесенными на ней пропускными способностями и стоимостями перевозок представлена на схеме 3.. 2.5.2. Определение потока минимальной стоимости (задача Басакера-Гоуэна) Постановка задачи: задана сеть с одним истоком Е 0 и одним стоком Е 12 , и промежуточными вершинами Е 1 -Е 11 . Каждому ребру поставлены в соответствие две величины: пропускная способность bij и дуговая стоимость Cij (стоимость доставки единицы потока по ребру Е ij ). Необходимо найти поток из источника в сток заданной величины В, обладающий минимальной стоимостью.

Целевая функция: F = ® min Ограничения: 0 x bij , i ¹ j , i, j = 0,n — закон сохранения потока При наличии ограничений на пропускные способности ребер можно последовательно находить различные пути минимальной стоимости и пропускать по ним поток до тех пор, пока суммарная величина потока по всем путям не будет равна заданной величине потока.

Алгоритм Басакера-Гоуэна Положим все дуговые потоки равными нулю ( Xij =0). Находим в сети путь с минимальной стоимостью и определяем модифицированные дуговые стоимости Cij , зависящие от величины найденного потока следующим образом: С * ij = C ij , если 0 x ij b ij , и С * ij = , если x ij = b ij . Ход решения задачи: 1. v 1 = 48 м 3 /час . С1=5,28. Q1=min(bij)=min(103 ;48)=48. Х111=49. Закрываем дугу Е9-Е11. 2. v 2 = 180 м 3 /час . С1=5,28. Q1=min(bij)=min(1 80;180)=180. Х311=180. Закрываем дуги Е3-Е4,Е4-Е11. 3. v 3 = 55 м 3 /час . С1=6,08. Q1=min(bij)=min( 55;55)=180. Х110=55. Закрываем дуги Е1-Е9,Е9-Е10. 4. v 4 = 95 м 3 /час . С1=6,11. Q1=min(bij)=min( 95;95)=95. Х210=55. Закрываем дуги Е2-Е5,Е5-Е6, Е6-Е10. Все ребра закрыты, задача решена.

Пропускные способности каждого ребра:

Вызвано это стремлением многих грузовладельцев к сокращению запасов в производстве и в потреблении, поскольку их затраты на содержание запасов по ряду отраслей составляют более 20% на единицу выпускаемой продукции. Это доказывает важность решения задачи оптимального управления движением потоков грузов.