基于gpssh系統(tǒng)的瀝青路面機(jī)群仿真分析

基于gpssh系統(tǒng)的瀝青路面機(jī)群仿真分析

瀝青路面建設(shè)系統(tǒng)是由混合站、路面機(jī)、壓路機(jī)和自行車等基本因素組成的機(jī)械化施工系統(tǒng)。該系統(tǒng)的機(jī)械化水平和生產(chǎn)成本較高。傳統(tǒng)的機(jī)群配置方法難以實(shí)現(xiàn)最佳匹配,導(dǎo)致施工成本增加。在實(shí)際施工中,單位鋪設(shè)路段的成本與自卸車的運(yùn)距和拌合機(jī)、攤鋪機(jī)、碾壓機(jī)以及自卸車的技術(shù)參數(shù)和數(shù)量的變化,以及這些機(jī)械在生產(chǎn)過(guò)程中的相互作用和相互制約關(guān)系的變化而發(fā)生變化。因此,在對(duì)各個(gè)元素的技術(shù)參數(shù)調(diào)研和估計(jì)的基礎(chǔ)上,建立基于GPSS/H系統(tǒng)仿真軟件的瀝青路面機(jī)械化施工仿真模型,運(yùn)用GPSS/H仿真平臺(tái)對(duì)杭金衢高速公路第15合同段進(jìn)行了模擬,并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了深入分析,得到瀝青路面施工系統(tǒng)的最佳配置方案。1瀝青混合料的墊鋪、壓實(shí)過(guò)程瀝青路面施工系統(tǒng)由拌合站、攤鋪機(jī)、壓路機(jī)和自卸車等基本元素構(gòu)成,該系統(tǒng)的各個(gè)機(jī)械設(shè)備相互作用、相互制約,以拌合站為主導(dǎo)設(shè)備形成一個(gè)有機(jī)的整體。系統(tǒng)的工藝施工過(guò)程為:在拌合機(jī)處,自卸車排隊(duì)等待裝料,拌合機(jī)拌制瀝青混合料,并將拌制好的混合料通過(guò)自動(dòng)傳輸裝置裝入自卸車,再由自卸車運(yùn)往攤鋪現(xiàn)場(chǎng)。在攤鋪機(jī)處,自卸車到達(dá)并進(jìn)入等待隊(duì)列排隊(duì)等待卸料,自卸車進(jìn)入攤鋪區(qū)并和攤鋪機(jī)一起完成該車瀝青混合料的攤鋪,卸空后的自卸車前往拌合機(jī)處,排隊(duì)等待裝料。在碾壓機(jī)處,攤鋪機(jī)每攤鋪完畢單位車量的瀝青路面時(shí),碾壓機(jī)就開(kāi)始碾壓攤鋪好的路面,碾壓過(guò)程包括:初壓、復(fù)壓和終壓。在瀝青路面碾壓完畢后,對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。整個(gè)瀝青路面機(jī)械化施工系統(tǒng)的施工過(guò)程如圖1所示。2瀝青路面機(jī)械化施工系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案由于瀝青路面施工系統(tǒng)具有工藝復(fù)雜、外界影響因素眾多、各因素關(guān)系的動(dòng)態(tài)特性,以及該系統(tǒng)中隨機(jī)變量眾多的特點(diǎn),因此無(wú)法用解析的方法來(lái)確定復(fù)雜的施工系統(tǒng)機(jī)械配置。而GPSS/H是專門用來(lái)模擬隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的軟件,能夠完美的模擬該系統(tǒng)工藝過(guò)程,以及各個(gè)因素間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,從而確定出最佳的系統(tǒng)機(jī)械配置方案。本文將瀝青路面機(jī)械化施工系統(tǒng)劃分為2個(gè)子系統(tǒng):“拌合-運(yùn)輸-攤鋪”閉環(huán)子系統(tǒng)和“攤鋪-碾壓”開(kāi)環(huán)子系統(tǒng)。在正常條件下,模擬瀝青路面機(jī)械化施工系統(tǒng),設(shè)定條件如下:(1)在施工過(guò)程中,瀝青的溫度滿足每個(gè)作業(yè)工序的要求;(2)在拌合機(jī)和攤鋪機(jī)前,等待裝料和等待卸料的自卸車,遵守先進(jìn)先出的原則進(jìn)行裝卸;在碾壓機(jī)前,由攤鋪機(jī)攤鋪好的單位長(zhǎng)度的路面也遵循先進(jìn)先出的原則,按順序等待碾壓機(jī)進(jìn)行碾壓;(3)在施工過(guò)程中,天氣良好,適合瀝青路面攤鋪。2.1gpss軟件模塊GPSS(GeneralPurposeSimulationSystem)是一種通用模擬語(yǔ)言,是采用進(jìn)程交互法建模的仿真策略。近年來(lái)出現(xiàn)的GPSS的最新版本GPSS/H,其功能更加強(qiáng)大,模塊更加齊全。它最大的特點(diǎn)是仿真模型可采用一組標(biāo)準(zhǔn)的程序塊(Block)來(lái)表示其邏輯結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中的活動(dòng)實(shí)體(如自卸車),按程序塊圖中規(guī)定的方向由某一塊流向另一塊。一個(gè)程序塊對(duì)應(yīng)一條GPSS/H語(yǔ)句,它相當(dāng)于一個(gè)子程序,因而具有較強(qiáng)的建模能力,且能夠自動(dòng)輸出系統(tǒng)各種狀態(tài)參數(shù)的報(bào)表,克服了高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)仿真程序存在著程序量大的缺點(diǎn)。2.2mems/h仿真模型現(xiàn)以圖1所示的系統(tǒng)模式為例,建立該系統(tǒng)的GPSS/H仿真模型(見(jiàn)圖2)。(1)施工系統(tǒng)模型的基本組成以及在程序中各個(gè)代號(hào)的含義如表1所示。(2)GPSS/H的程序塊圖如圖2所示。3“六省市”的合作杭金衢高速公路是國(guó)家規(guī)劃的國(guó)道主干線上?！瘥惛咚俟返慕M成部分,是連接我國(guó)長(zhǎng)江南岸,以上海為龍頭的東西向六省市省會(huì)的大通道。其中,第15合同段位于衢州市龍游縣境內(nèi),起訖里程樁號(hào)為K201+980～K213+498,路線長(zhǎng)11.1794km。(1)瀝青混凝土透水平臺(tái)鋪筑的工程特點(diǎn)(1)杭金衢高速公路第合同段,全長(zhǎng)11.18km;(2)攤鋪混凝土總量Q=22069.32t;(3)攤鋪工程總面積S=131.365m2;(4)工程總厚度H=7cm;(5)工程總寬度M=11.75m;(6)攤鋪工程總長(zhǎng)度L=S/M=11.18km;(7)終壓后瀝青混凝土路面的密度D=2400kg/m3;(8)連通拌合站的便道長(zhǎng)度為L(zhǎng)b=0.5km;(9)攤鋪現(xiàn)場(chǎng)到便道入口的距離Lt=9.1794km;(10)總運(yùn)輸距離:Lz=Lb+Lt=9.6794km;11自卸車數(shù)Q1。(2)強(qiáng)制車間實(shí)現(xiàn)關(guān)系(1)選拌合設(shè)備為主導(dǎo)設(shè)備,采用PARKM3000型強(qiáng)制間歇移動(dòng)式瀝青拌合機(jī),理論生產(chǎn)率為200000kg/h;(2)攤鋪機(jī)采用ABG/TITAN423進(jìn)口瀝青攤鋪機(jī),設(shè)定攤鋪寬度為M=11.75m,全副攤鋪。(3)復(fù)壓和終壓攤鋪機(jī)以Vt=2～6m/min的速度勻速攤鋪。初壓時(shí)選用雙鋼輪壓路機(jī),碾壓2遍,速度為1.5～2.0km/h,初壓溫度應(yīng)當(dāng)控制在110～130℃;復(fù)壓使用輪胎壓路機(jī),碾壓4～6遍,速度為3.5～4.5km/h,復(fù)壓溫度應(yīng)當(dāng)控制在90～110℃;終壓時(shí)選用雙鋼輪壓路機(jī),碾壓2～4遍,直至消除輪跡,終壓溫度應(yīng)當(dāng)控制在70～90℃。自卸車滿載運(yùn)輸平均速度為40～60km/h;空載運(yùn)輸速度為50～70km/h,單車載重量為W=20000kg。(4)卸車時(shí)間自卸車重載時(shí)的運(yùn)輸時(shí)間X1:服從正態(tài)分布為N(10.51,1.382);卸車空載時(shí)的運(yùn)輸時(shí)間X2:服從正態(tài)分布為N(8.32,1.462);自卸車在攤鋪機(jī)處的卸車時(shí)間X3:服從正態(tài)分布N(6.67,1.412);自卸車在拌合機(jī)處的裝車時(shí)間X4:服從正態(tài)分布N(6.87,1.472);初壓壓實(shí)單位段的路面需要的時(shí)間X5:服從負(fù)指數(shù)分布,均值為12.39,均方差為3.32;復(fù)壓壓實(shí)單位段的路面需要的時(shí)間X6:服從負(fù)指數(shù)分布,均值為13.02,均方差為2.96;終壓壓實(shí)單位段的路面需要的時(shí)間X7:服從負(fù)指數(shù)分布,均值為7.93,均方差為1.46。(5)各設(shè)備利用率對(duì)比本方案中,攤鋪機(jī)正常工作時(shí)攤鋪速度Vt=5m/min,臺(tái)班開(kāi)始時(shí)運(yùn)輸距離8km。通過(guò)仿真運(yùn)行分析A、B兩個(gè)方案,得出各個(gè)主要設(shè)備的利用率。A方案的仿真運(yùn)行之后,各設(shè)備利用率如表3所示。由表3可知,隨著系統(tǒng)中自卸車數(shù)量增加,主導(dǎo)設(shè)備利用率未達(dá)到最高,就出現(xiàn)了初壓機(jī)和復(fù)壓機(jī)利用率100%,因此,初壓設(shè)備和復(fù)壓設(shè)備明顯不能滿足系統(tǒng)需要,故應(yīng)當(dāng)增加其數(shù)量。故A方案不合理。下面對(duì)增加初壓設(shè)備和復(fù)壓設(shè)備后的B方案進(jìn)行模擬,得到各個(gè)設(shè)備的利用率(見(jiàn)表4)。由表4可知,在該系統(tǒng)中,隨著自卸車輛數(shù)的增加各個(gè)機(jī)械設(shè)備的利用率不斷提高。當(dāng)車輛數(shù)達(dá)到7時(shí),主導(dǎo)設(shè)備利用率達(dá)到100%,次主導(dǎo)設(shè)備利用率達(dá)到90%以上,其他各個(gè)機(jī)械設(shè)備利用率達(dá)到80%以上。在此配置條件下,各個(gè)機(jī)械設(shè)備利用率較高,并且滿足系統(tǒng)的施工要求,因此該方案為可行方案。在實(shí)際工作中,隨著工程的進(jìn)展,當(dāng)運(yùn)輸車的運(yùn)輸距離不斷減少時(shí),所需運(yùn)輸時(shí)間減少,導(dǎo)致攤鋪機(jī)和拌合機(jī)的利用率快速增加,使得運(yùn)輸車的利用率下降,故在運(yùn)距減少到一定距離時(shí)應(yīng)當(dāng)減少運(yùn)輸車的數(shù)量。反之,在運(yùn)距增加到一定距離時(shí)應(yīng)當(dāng)增加運(yùn)輸車的數(shù)量。下面是運(yùn)距減少到4km時(shí),對(duì)B方案進(jìn)行模擬,得到各個(gè)設(shè)備利用率如表5所示。從表5可以看出,到運(yùn)輸車數(shù)量為6輛時(shí),系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的利用率就達(dá)到最大了。因此,系統(tǒng)運(yùn)距在3km時(shí),應(yīng)該使用6輛運(yùn)輸車。(6)以提高施工機(jī)械利用率為目標(biāo)特點(diǎn)的項(xiàng)目建設(shè)此配置經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的檢驗(yàn),圓滿地完成了杭金衢高速公路第15合同段的工程項(xiàng)目,達(dá)到了施工企業(yè)要求的降低施工成本、提