基于gpssh系統(tǒng)的瀝青路面機群仿真分析

基于gpssh系統(tǒng)的瀝青路面機群仿真分析

瀝青路面建設(shè)系統(tǒng)是由混合站、路面機、壓路機和自行車等基本因素組成的機械化施工系統(tǒng)。該系統(tǒng)的機械化水平和生產(chǎn)成本較高。傳統(tǒng)的機群配置方法難以實現(xiàn)最佳匹配,導致施工成本增加。在實際施工中,單位鋪設(shè)路段的成本與自卸車的運距和拌合機、攤鋪機、碾壓機以及自卸車的技術(shù)參數(shù)和數(shù)量的變化,以及這些機械在生產(chǎn)過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,在對各個元素的技術(shù)參數(shù)調(diào)研和估計的基礎(chǔ)上,建立基于GPSS/H系統(tǒng)仿真軟件的瀝青路面機械化施工仿真模型,運用GPSS/H仿真平臺對杭金衢高速公路第15合同段進行了模擬,并對仿真結(jié)果進行了深入分析,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、壓實過程瀝青路面施工系統(tǒng)由拌合站、攤鋪機、壓路機和自卸車等基本元素構(gòu)成,該系統(tǒng)的各個機械設(shè)備相互作用、相互制約,以拌合站為主導設(shè)備形成一個有機的整體。系統(tǒng)的工藝施工過程為:在拌合機處,自卸車排隊等待裝料,拌合機拌制瀝青混合料,并將拌制好的混合料通過自動傳輸裝置裝入自卸車,再由自卸車運往攤鋪現(xiàn)場。在攤鋪機處,自卸車到達并進入等待隊列排隊等待卸料,自卸車進入攤鋪區(qū)并和攤鋪機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處,排隊等待裝料。在碾壓機處,攤鋪機每攤鋪完畢單位車量的瀝青路面時,碾壓機就開始碾壓攤鋪好的路面,碾壓過程包括:初壓、復壓和終壓。在瀝青路面碾壓完畢后,對其進行檢驗。整個瀝青路面機械化施工系統(tǒng)的施工過程如圖1所示。2瀝青路面機械化施工系統(tǒng)設(shè)計方案由于瀝青路面施工系統(tǒng)具有工藝復雜、外界影響因素眾多、各因素關(guān)系的動態(tài)特性,以及該系統(tǒng)中隨機變量眾多的特點,因此無法用解析的方法來確定復雜的施工系統(tǒng)機械配置。而GPSS/H是專門用來模擬隨機服務(wù)系統(tǒng)的軟件,能夠完美的模擬該系統(tǒng)工藝過程,以及各個因素間的動態(tài)關(guān)系,從而確定出最佳的系統(tǒng)機械配置方案。本文將瀝青路面機械化施工系統(tǒng)劃分為2個子系統(tǒng):“拌合-運輸-攤鋪”閉環(huán)子系統(tǒng)和“攤鋪-碾壓”開環(huán)子系統(tǒng)。在正常條件下,模擬瀝青路面機械化施工系統(tǒng),設(shè)定條件如下:(1)在施工過程中,瀝青的溫度滿足每個作業(yè)工序的要求;(2)在拌合機和攤鋪機前,等待裝料和等待卸料的自卸車,遵守先進先出的原則進行裝卸;在碾壓機前,由攤鋪機攤鋪好的單位長度的路面也遵循先進先出的原則,按順序等待碾壓機進行碾壓;(3)在施工過程中,天氣良好,適合瀝青路面攤鋪。2.1gpss軟件模塊GPSS(GeneralPurposeSimulationSystem)是一種通用模擬語言,是采用進程交互法建模的仿真策略。近年來出現(xiàn)的GPSS的最新版本GPSS/H,其功能更加強大,模塊更加齊全。它最大的特點是仿真模型可采用一組標準的程序塊(Block)來表示其邏輯結(jié)構(gòu),系統(tǒng)中的活動實體(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。一個程序塊對應(yīng)一條GPSS/H語句,它相當于一個子程序,因而具有較強的建模能力,且能夠自動輸出系統(tǒng)各種狀態(tài)參數(shù)的報表,克服了高級語言實現(xiàn)仿真程序存在著程序量大的缺點。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(見圖2)。(1)施工系統(tǒng)模型的基本組成以及在程序中各個代號的含義如表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家規(guī)劃的國道主干線上?！瘥惛咚俟返慕M成部分,是連接我國長江南岸,以上海為龍頭的東西向六省市省會的大通道。其中,第15合同段位于衢州市龍游縣境內(nèi),起訖里程樁號為K201+980～K213+498,路線長11.1794km。(1)瀝青混凝土透水平臺鋪筑的工程特點(1)杭金衢高速公路第合同段,全長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度為Lb=0.5km;(9)攤鋪現(xiàn)場到便道入口的距離Lt=9.1794km;(10)總運輸距離:Lz=Lb+Lt=9.6794km;11自卸車數(shù)Q1。(2)強制車間實現(xiàn)關(guān)系(1)選拌合設(shè)備為主導設(shè)備,采用PARKM3000型強制間歇移動式瀝青拌合機,理論生產(chǎn)率為200000kg/h;(2)攤鋪機采用ABG/TITAN423進口瀝青攤鋪機,設(shè)定攤鋪寬度為M=11.75m,全副攤鋪。(3)復壓和終壓攤鋪機以Vt=2～6m/min的速度勻速攤鋪。初壓時選用雙鋼輪壓路機,碾壓2遍,速度為1.5～2.0km/h,初壓溫度應(yīng)當控制在110～130℃;復壓使用輪胎壓路機,碾壓4～6遍,速度為3.5～4.5km/h,復壓溫度應(yīng)當控制在90～110℃;終壓時選用雙鋼輪壓路機,碾壓2～4遍,直至消除輪跡,終壓溫度應(yīng)當控制在70～90℃。自卸車滿載運輸平均速度為40～60km/h;空載運輸速度為50～70km/h,單車載重量為W=20000kg。(4)卸車時間自卸車重載時的運輸時間X1:服從正態(tài)分布為N(10.51,1.382);卸車空載時的運輸時間X2:服從正態(tài)分布為N(8.32,1.462);自卸車在攤鋪機處的卸車時間X3:服從正態(tài)分布N(6.67,1.412);自卸車在拌合機處的裝車時間X4:服從正態(tài)分布N(6.87,1.472);初壓壓實單位段的路面需要的時間X5:服從負指數(shù)分布,均值為12.39,均方差為3.32;復壓壓實單位段的路面需要的時間X6:服從負指數(shù)分布,均值為13.02,均方差為2.96;終壓壓實單位段的路面需要的時間X7:服從負指數(shù)分布,均值為7.93,均方差為1.46。(5)各設(shè)備利用率對比本方案中,攤鋪機正常工作時攤鋪速度Vt=5m/min,臺班開始時運輸距離8km。通過仿真運行分析A、B兩個方案,得出各個主要設(shè)備的利用率。A方案的仿真運行之后,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,主導設(shè)備利用率未達到最高,就出現(xiàn)了初壓機和復壓機利用率100%,因此,初壓設(shè)備和復壓設(shè)備明顯不能滿足系統(tǒng)需要,故應(yīng)當增加其數(shù)量。故A方案不合理。下面對增加初壓設(shè)備和復壓設(shè)備后的B方案進行模擬,得到各個設(shè)備的利用率(見表4)。由表4可知,在該系統(tǒng)中,隨著自卸車輛數(shù)的增加各個機械設(shè)備的利用率不斷提高。當車輛數(shù)達到7時,主導設(shè)備利用率達到100%,次主導設(shè)備利用率達到90%以上,其他各個機械設(shè)備利用率達到80%以上。在此配置條件下,各個機械設(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。在實際工作中,隨著工程的進展,當運輸車的運輸距離不斷減少時,所需運輸時間減少,導致攤鋪機和拌合機的利用率快速增加,使得運輸車的利用率下降,故在運距減少到一定距離時應(yīng)當減少運輸車的數(shù)量。反之,在運距增加到一定距離時應(yīng)當增加運輸車的數(shù)量。下面是運距減少到4km時,對B方案進行模擬,得到各個設(shè)備利用率如表5所示。從表5可以看出,到運輸車數(shù)量為6輛時,系統(tǒng)中各個設(shè)備的利用率就達到最大了。因此,系統(tǒng)運距在3km時,應(yīng)該使用6輛運輸車。(6)以提高施工機械利用率為目標特點的項目建設(shè)此配置經(jīng)過實際工程的檢驗,圓滿地完成了杭金衢高速公路第15合同段的工程項目,達到了施工企業(yè)要求的降低施工成本、提