CN114548870A - 钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统及方法，本申请以钢铁企业道路运输系统为研究对象，建立一套道路运输运行诊断与优化系统解决道路物流管理碎片化、经验化、临时化等问题，将钢铁企业道路运输相关的道路运输需求、路网设施设备配置和车辆运输组织方案等数据信息集成到系统数据库，自动对道路运输进行仿真并自动诊断方案瓶颈问题，并结合约束规则变化生成智能优化方案，且对优化前后的关键指标、组织方案等数据进行对标评估及可视化展示，做到“仿真—诊断—优化”一体化管控，帮助钢铁企业实现分析模型化、诊断数据化、管控可视化，实现道路物流降本增效，提高企业市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统及方法。
背景技术
道路物流是钢铁企业生产保供的重要运输方式，随着钢铁行业超低排放要求日趋严格，道路物流汽车少量化、成本经济化、运行高效化、管控智能化成为发展新趋势。目前钢铁企业道路物流运输需求具有运输品类繁多、起终点多且散、运输线路不稳定、车辆规格复杂、运输波动大等特点，同时运输管控具有汽车衡计量规则多、道路通行限制变化、道路负荷限制等影响，现场依靠人力调度的道路物流管理呈现出碎片化、经验化、临时化等特点，易造成车辆运输资源浪费、区间运输拥堵、运输效率低下、运输成本高等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统及方法，以解决目前钢铁企业道路物流管理碎片化、经验化、临时化，易造成车辆运输资源浪费、区间运输拥堵、运输效率低下、运输成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，该系统包括
道路运输可视化系统，用于采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据；
道路运输自动仿真系统，用于根据所述道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后触发全厂道路物流仿真，并输出仿真过程数据及仿真结果数据；
道路运输诊断评估系统，用于根据所述仿真结果和道路汽车运输实时数据计算特征量指标，然后将所述特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告；
道路运输方案优化系统，用于根据用户自定义约束条件，以成本最优或/和路径最短或/和路网负荷最均衡为优化目标方向，利用通路网智能优化算法对特征量指标异常的方案进行优化，生成道路运输优化方案。
进一步地，所述道路运输可视化系统包括运输监控模块，所述运输监控模块用于实时采集道路汽车运输实时数据；所述道路实时运输数据包括车辆实时位置、运输线路、允许行驶范围、行驶速度和运输任务；所述组织方案优化数据包括车辆工作状态、道路负载或作业节点负载。
进一步地，所述道路运输可视化系统还包括
智能报表模块，用于对运输监控模块采集到的数据进行分析，然后按照不同业务场景需求定制报表模板，再通过文档或/和表格或/和图形方式动态展示运输量、道路负荷、作业率、行业对标信息；
信息交互模块，用于将系统信息推送到设备终端或是从设备终端读取信息。
进一步地，智能报表模块通过文档、表格或图形的方式动态展示系统输出信息，并支持网页、Excel、Word、PPT和PDF多种格式文件导出。
进一步地，道路运输自动仿真系统包括组织调度仿真子模块、总图路网仿真子模块、单元车间仿真子模块、作业节点仿真子模块和运输设备仿真子模块；
组织调度仿真子模块，用于根据运输组织方案数据和道路实时运输数据自动转换生成运输规则，并自动进行组织调度方案模块建模；运输规则包括进出厂策略、计量策略、采样策略、道路通行限制策略和车型匹配策略；
总图路网仿真子模块，用于根据钢铁企业总图路网图层CAD自动识别道路网络布局信息、道路名称信息、道路长度宽度信息、车道数信息和道路交叉口信息，并自动进行基于GIS技术的路网建模；
单元车间仿真子模块，用于根据钢铁企业总图单元布置图层CAD自动识别车间单元布局、单元名称、单元出入口位置，根据单元制造工艺机理自动匹配进出物料品类，并自动进行基于GIS技术的单元建模；
作业节点仿真子模块，用于根据钢铁企业作业节点分布图层CAD自动识别大门、汽车衡、采样点等作业节点的名称及地理位置，并自动进行基于GIS技术的作业节点建模；
运输设备仿真子模块，用于读取道路实时运输数据，自动结合车型装载工艺匹配数据库建立装载物料品类与单车装载量关系映射表，并基于车型、单车载重、运行速度等设备参数进行运输设备建模。
进一步地，道路运输诊断评估系统包括运输特征量指标分析模块、路网系统负荷计算和运输综合评价模块；
运输特征量指标分析模块，用于根据道路实时运输数据自定义特征量指标，然后根据个性化修改指标计算公式自动计算特征量指标，并结合行业数据库的特征量指标合理范围进行可行性诊断；
路网系统负荷计算模块，用于按照《钢铁企业总图运输设计规范》中钢铁厂道路运输计算规则计算道路区间、交叉口、汽车衡、大门、采样点的作业负荷指标，并能基于规范给出的合理负荷区间值进行可行性诊断；
运输方案评估报告模块，用于对各类道路运输方案进行高效性评估，定制化筛选道路运输特征量指标及对标钢铁企业，进而基于数据库中的行业数据情况进行对标找差；并生成评估报告。
进一步地，道路运输方案优化系统包括运输智能优化模块；
运输智能优化模块，用于求解满足约束条件以及多目标运输需求下的最优运输组织流线方案，并能满足用户个性化定制及动态调整方案需求。
此外本申请还提供了一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化方法，该方法包括以下步骤：
S1：采集运输相关设备的道路物流运营数据并与终端设备进行信息交互；
S2：跟据道路物流运营数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后对道路运输系统进行模拟仿真并输出仿真结果；
S3：据仿真结果和道路物流运营数据计算特征量指标，然后将特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告；
S4：对特征量指标异常的方案进行多目标规划，通路网智能优化算法生成道路运输优化方案。
进一步地，该方法还包括：
S5：将优化方案传输到自动仿真系统及方案诊断评估系统进行计算、诊断、评估，生成优化方案与原方案的相关对比数据。
本发明的有益效果为：本发明构建了一套物流运行、系统仿真、平台管控一体化道路运输管控体系，有效解决了道路运输物流管理碎片化、经验化、临时化等难点。一方面，本发明内嵌了钢铁物流工艺知识，系统集成了钢铁物料流向工艺网络体系、钢铁道路物流特征指标行业数据库、钢铁道路物流诊断措施集、钢铁道路物流综合评价方法，有效提升了场景贴合度与操作便捷性；另一方面，本发明提出了道路运输监控与GIS地图技术、仿真技术相结合，实现了道路物流运输在真实地理空间的运行实时监控、问题提前预测、方案高效优化。本发明有利于促进道路物流提高运行效率、优化资源配置、降低物流成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为一种钢铁企业道路物流运行诊断与优化系统架构图；
图2为一种钢铁企业道路物流运行诊断与优化系统流程图。
具体实施方式
如图1所示的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，该系统包括道路运输可视化系统、道路运输自动仿真系统、道路运输诊断评估系统和道路运输方案优化系统；下面分别对各个组成系统进行详细描述：
上述道路运输可视化系统用于采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据，以上数据通过道路运输可视化系统上传到数据库中；随后用户可通过道路运输可视化系统对上述数据进行补充录入、修改、查询。
道路运输可视化系统包括运输监控模块、智能报表模块和信息交互模块。其中，运输监控模块用于采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据；道路实时运输数据包括车辆实时位置、运输线路、允许行驶范围、行驶速度和运输任务；组织方案优化数据包括车辆工作状态、道路负载或作业节点负载；智能报表模块用于根据道路实时运输数据和不同的业务场景需求个性化定制报表模板，智能报表模块能通过文档、表格、图形等多类型方式动态展示运输量、道路负荷、作业率、行业对标等系统输出信息，并支持网页、Excel、Word、PPT、PDF等多种格式文件导出；信息交互模块用于将系统信息推送到设备终端，或是设备终端读取系统信息。该道路运输可视化系统多维数据可基于GIS地图进行展示，并支持手机APP、电脑网页、手持终端多类型设备浏览。用户可通过道路运输可视化系统对上述数据进行补充录入、修改、查询。
上述道路运输自动仿真系统用于根据所述道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后触发全厂道路物流仿真，并输出仿真过程数据及仿真结果数据。
道路运输自动仿真系统包括组织调度仿真子模块、总图路网仿真子模块、单元车间仿真子模块、作业节点仿真子模块和运输设备仿真子模块。其中，组织调度仿真子模块用于根据运输组织方案数据和道路实时运输数据自动转换生成运输规则，并自动进行组织调度方案模块建模；运输规则包括进出厂策略(含进出厂物料集合、进出厂物料与厂区出入口匹配关系)、计量策略(含需计量物料名称、计量物料与汽车衡对应规则)、采样策略(含需采样物料名称、采样物料与采样点对应规则)、道路通行限制策略(含区段道路限制通行、单向通行)、车型匹配策略(含汽车车型与运输物料的匹配关系、各物料对应车型单车载重)等；总图路网仿真子模块用于根据钢铁企业总图路网图层CAD自动识别道路网络布局信息、道路名称信息、道路长度宽度信息、车道数信息和道路交叉口信息，并自动进行基于GIS技术的路网建模；单元车间仿真子模块用于根据钢铁企业总图单元布置图层CAD自动识别车间单元布局、单元名称、单元出入口位置，根据单元制造工艺机理自动匹配进出物料品类，并自动进行基于GIS技术的单元建模；作业节点仿真子模块用于根据钢铁企业作业节点分布图层CAD自动识别大门、汽车衡、采样点等作业节点的名称及地理位置，并自动进行基于GIS技术的作业节点建模；运输设备仿真子模块用于读取道路实时运输数据，自动结合车型装载工艺匹配数据库建立装载物料品类与单车装载量关系映射表，并基于车型、单车载重、运行速度等设备参数进行运输设备建模。
上述道路运输诊断评估系统用于根据仿真结果和道路物流运营数据计算特征量指标，然后将特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告。
道路运输诊断评估系统包括运输特征量指标分析模块、路网系统负荷计算和运输综合评价模块。其中，运输特征量指标分析模块用于根据道路实时运输数据自定义特征量指标，然后根据个性化修改指标计算公式自动计算特征量指标，并结合行业数据库的特征量指标合理范围进行可行性诊断；路网系统负荷计算模块用于按照《钢铁企业总图运输设计规范》中钢铁厂道路运输计算规则计算道路区间、交叉口、汽车衡、大门、采样点的作业负荷指标，并能基于规范给出的合理负荷区间值进行可行性诊断；运输方案评估报告模块用于对各类道路运输方案进行高效性评估，定制化筛选道路运输特征量指标及对标钢铁企业，进而基于数据库中的行业数据情况进行对标找差；并生成评估报告。
上述道路运输方案优化系统，用于根据用户自定义约束条件，以成本最优或/和路径最短或/和路网负荷最均衡为优化目标方向，利用通路网智能优化算法对特征量指标异常的方案进行优化，生成道路运输优化方案。
道路运输方案优化系统包括运输智能优化模块，运输智能优化模块用于求解满足约束条件上述单一目标或多目标运输需求(包括扩成本最优、时间最短、负荷均衡等)下的最优运输组织流线方案，并能满足用户个性化定制及动态调整方案需求。
如图2所示，本申请还提供了一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化方法，该方法包括以下步骤：
S1：采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据；
S2：根据所述道路物流运营数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后触发全厂道路物流仿真，并输出仿真过程数据及仿真结果数据；
S3：根据所述仿真结果和道路汽车运输实时数据计算特征量指标，然后将所述特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告；
S4：根据用户自定义约束条件，以成本最优或/和路径最短或/和路网负荷最均衡为优化目标方向，利用通路网智能优化算法对特征量指标异常的方案进行优化，生成道路运输优化方案。
S5：将优化方案传输到自动仿真系统及方案诊断评估系统进行计算、诊断、评估，生成优化方案与原方案的相关对比数据。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，包括
道路运输可视化系统，用于采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据；
道路运输自动仿真系统，用于根据所述道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后触发全厂道路物流仿真，并输出仿真过程数据及仿真结果数据；
道路运输诊断评估系统，用于根据所述仿真结果和道路汽车运输实时数据计算特征量指标，然后将所述特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告；
道路运输方案优化系统，用于根据用户自定义约束条件，以成本最优或/和路径最短或/和路网负荷最均衡为优化目标方向，利用通路网智能优化算法对特征量指标异常的方案进行优化，生成道路运输优化方案。
2.根据权利要求1所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述道路运输可视化系统包括运输监控模块，所述运输监控模块用于实时采集道路汽车运输实时数据；所述道路实时运输数据包括车辆实时位置、运输线路、允许行驶范围、行驶速度和运输任务；所述组织方案优化数据包括车辆工作状态、道路负载或作业节点负载。
3.根据权利要求2所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述道路运输可视化系统还包括
智能报表模块，用于对运输监控模块采集到的数据进行分析，然后按照不同业务场景需求定制报表模板，再通过文档或/和表格或/和图形方式动态展示运输量、道路负荷、作业率、行业对标信息；
信息交互模块，用于将系统信息推送到设备终端或是从设备终端读取信息。
4.根据权利要求3所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述智能报表模块通过文档、表格或图形的方式动态展示系统输出信息，并支持网页、Excel、Word、PPT和PDF多种格式文件导出。
5.根据权利要求2所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述道路运输自动仿真系统包括
组织调度仿真子模块，用于根据所述运输组织方案数据和所述道路实时运输数据自动转换生成运输规则，并自动进行组织调度方案模块建模；所述运输规则包括进出厂策略、计量策略、采样策略、道路通行限制策略和车型匹配策略；
总图路网仿真子模块，用于根据钢铁企业总图路网图层CAD自动识别道路网络布局信息、道路名称信息、道路长度宽度信息、车道数信息和道路交叉口信息，并自动进行基于GIS技术的路网建模；
单元车间仿真子模块，用于根据钢铁企业总图单元布置图层CAD自动识别车间单元布局、单元名称、单元出入口位置，根据单元制造工艺机理自动匹配进出物料品类，并自动进行基于GIS技术的单元建模；
作业节点仿真子模块，用于根据钢铁企业作业节点分布图层CAD自动识别大门、汽车衡、采样点等作业节点的名称及地理位置，并自动进行基于GIS技术的作业节点建模；
运输设备仿真子模块，用于读取道路实时运输数据，自动结合车型装载工艺匹配数据库建立装载物料品类与单车装载量关系映射表，并基于车型、单车载重、运行速度等设备参数进行运输设备建模。
6.根据权利要求5所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述道路运输诊断评估系统包括
运输特征量指标分析模块，用于根据道路实时运输数据自定义特征量指标，然后根据个性化修改指标计算公式自动计算特征量指标，并结合行业数据库的特征量指标合理范围进行可行性诊断；
路网系统负荷计算模块，用于按照《钢铁企业总图运输设计规范》中钢铁厂道路运输计算规则计算道路区间、交叉口、汽车衡、大门、采样点的作业负荷指标，并能基于规范给出的合理负荷区间值进行可行性诊断；
运输方案评估报告模块，用于对各类道路运输方案进行高效性评估，定制化筛选道路运输特征量指标及对标钢铁企业，进而基于数据库中的行业数据情况进行对标找差；并生成评估报告。
7.根据权利要求6所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化系统，其特征在于，所述道路运输方案优化系统包括运输智能优化模块；
所述运输智能优化模块，用于求解满足约束条件以及多目标运输需求下的最优运输组织流线方案，并能满足用户个性化定制及动态调整方案需求。
8.一种钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集运输相关设备的道路汽车运输实时数据及组织方案优化数据；
S2：根据所述道路物流运营数据自动构建道路运输仿真模型并确定仿真边界，然后触发全厂道路物流仿真，并输出仿真过程数据及仿真结果数据；
S3：根据所述仿真结果和道路汽车运输实时数据计算特征量指标，然后将所述特征量指标与特征量指标预设的合理区间进行比较，同时集合用户定义的同类型企业进行指标对标找差后，生成方案评估报告；
S4：根据用户自定义约束条件，以成本最优或/和路径最短或/和路网负荷最均衡为优化目标方向，利用通路网智能优化算法对特征量指标异常的方案进行优化，生成道路运输优化方案。
9.根据权利要求8所述的钢铁企业道路运输自动仿真与诊断优化方法，其特征在于，该方法还包括：
S5：将优化方案传输到自动仿真系统及方案诊断评估系统进行计算、诊断、评估，生成优化方案与原方案的相关对比数据。
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