露天矿生产的车辆安排

CUMCM03B 露天矿生产的车辆安排

铁工业是国家工业的基础之一，铁矿是钢铁工业的主要原料基地。许多现代化铁矿是露

天开采的，它的生产主要是由电动铲车(以下简称电铲)装车、电动轮自卸卡车(以下简称卡车)运输来完成。提高这些大型设备的利用率是增加露天矿经济效益的首要任务。

露天矿里有若干个爆破生成的石料堆，每堆称为一个铲位，每个铲位已预先根据铁含量将石料分成矿石和岩石。一般来说，平均铁含量不低于25％的为矿石，否则为岩石。每个铲位的矿石、岩石数量，以及矿石的平均铁含量(称为晶位)都是已知的。每个铲位至多能安置一台电铲，电铲的平均装车时间为5分钟。

卸货地点(以下简称卸点)有卸矿石的矿石漏、2个铁路倒装场(以下简称倒装场)和卸岩石的岩石漏、岩场等，每个卸点都有各自的产量要求。从保护国家资源的角度及矿山的经济效益考虑，应该尽量把矿石按矿石卸点需要的铁含量(假设要求都为29．5％1％，称为品位限制)搭配起来送到卸点，搭配的量在一个班次(8小时)内满足品位限制即可。从长远看，卸点可以移动，但一个班次内不变。卡车的平均卸车时间为3分钟。

所用卡车载重量为154吨，平均时速28。卡车的耗油量很大，每个班次每台车消耗近1吨柴油。发动机点火时需要消耗相当多的电瓶能量，故一个班次中只在开始工作时点火一次。卡车在等待时所耗费的能量也是相当可观的，原则上在安排时不应发生卡车等待的情况。电铲和卸点都不能同时为两辆及两辆以上卡车服务。卡车每次都是满载运输。

每个铲位到每个卸点的道路都是专用的宽60的双向车道，不会出现堵车现象，每段道路的里程都是已知的。

一个班次的生产计划应该包含以下内容：出动几台电铲，分别在哪些铲位上；出动几辆卡车，分别在哪些路线上各运输多少次(因为随机因素影响，装卸时间与运输时间都不精确，所以排时计划无效，只求出各条路线上的卡车数及安排即可)。一个合格的计划要在卡车不等待条件下满足产量和质量(品位)要求，而一个好的计划还应该考虑下面两条原则之一：

1．总运量(吨公里)最小，同时出动最少的卡车，从而运输成本最小；

2．利用现有车辆运输，获得最大的产量(岩石产量优先；在产量相同的情况下，取总运量最小的解)。

请你就两条原则分别建立数学模型，并给出一个班次生产计划的快速算法。针对下面的实例，给出具体的生产计划、相应的总运量及岩石和矿石产量。

某露天矿有铲位10个，卸点5个，现有铲车7台，卡车20辆。各卸点一个班次的产量要求：矿石漏1．2万吨、倒装场11．3万吨、倒装场Ⅱ1．3万吨、岩石漏1．9万吨、岩场1．3万吨。

优秀答卷

赛 题

优秀答卷

露天矿生产的车辆安排

于俊泊，肖川，楚玉强

指导教师：韩铁民

（东北大学，沈阳110004）

编者按：面对问题既要选择铲位，又要考虑产量、晶位限制，及车辆不等待等诸多要求，本文将问题分为几个阶段用不同方法处理，达到了满意的效果。文章精炼，论述清晰。

摘要：如何利用最小的资源消耗取得理想的产量要求,是本文讨论的重点问题。文章采用两种方法——贪心法和线性规划建立模型，针对两个目标进行安排。

第1阶段：采用贪心法按距离、产量、晶位等要求依次取得最优、次优……等若干较优的铲位，获得一些铲位的组合方案。

第2阶段：对这些组合进行线性规划：以车次为变量，根据不同目标建立目标函数，根据产量等条件限制建立约束方程，然后求整数解，在这些解中取最优者。

第3阶段：根据每条路线上的车次数再次利用贪心法进行具体的车辆安排。

关键词：贪心法；线性规划；车次；车辆安排

分类号：AMS(2000) 90C05 中图分类号：0221．1 文献标识码：A

1 问题的分析

变量说明

M 卡车总数(20辆)

V 卡车行驶速度(28公里

L 卡车载重量(154吨)

T 一个班次的总时间(8小时)

T a电铲的平均装车时间(5分钟)

T b卡车的平均卸车时间(3分钟)

i 卸点编号(5个，分别为矿石漏、倒装场I、倒装场II、岩石漏、岩场，前3个用

于卸矿石，后2个卸岩石)

j 铲位编号(10个)

D ij 卸点i与铲位j之间的距离

N i 卸点i的产量要求

Q aj 铲位j的矿石数量

Q bj 铲位i 的岩石数量 P j 铲位j 的矿石平均铁含量

K ij 一辆卡车一个班次内在卸点i 与铲位j 之间可往返的次数 X ij 卸点i 与铲位j 之间需要安排的车次数

如果直接从题意出发，安排运输路线是比较困难的，因为卡车的行驶路线可以改变可以通过求出每条路线的车次数达到解决问题的目的。

铲车的安排方法共有(m

n C n 为铲位数,m为铲车数)种，计算复杂度较大，可用贪心法

找出较优的若干位置，确定较优的安排方案，对这些安排方案，有如下方法：

目标及各个产量要求、品位要求等均为每条路线上车次的一次函数，故可用线性规划求解。

由已知条件可以得到线性规划的目标函数、约束方程。

对贪心法筛选过的铲车安排方法分别求出其线性规划的最优解，然后在其中再选出最优者，可得最优的铲车安排和车次，依据车次安排每辆卡车。 2 模型的建立 过程一——铲车安排

基于分析，首先得到铲车安排方法共有7

10120C =种，如果直接计算120种组合，耗时

太多，通过分析，最优解只可能存在于一些较优的组合中，可以采用贪心法获得这些组合。 贪心法的思想是：每次选择当前最优的点，如不满足条件，再选择次优点，以此类推。通过分析知，卡车应先选择距离卸点最近的铲位，才能以最小的运量获得足够的产量，若此铲位不能满足产量要求，再取次近的铲位，若不能达到品位要求，还需要选择可以平衡品位的点。

如本题的实例，先选取距离矿石漏最近的铲位9，铲位9可满足产量，但无法满足品位要求，再选择可均衡品位的最近的点——铲位3。同理，选择距离倒装场I 的较近铲位2，铲位4，距离倒装场II 较近的铲位10，平衡品位的铲位1……确定1，2，3，4，9，10六个最优点，再从剩下的四个点中选取一个即可，经过这种方法筛选后的铲车安排方法为二4种。

对于筛选后的方法，用线性规划逐一建立模型求解，下面以将铲车安排在1，2，3，4，5，6，7铲位为例(非上文提到的较优组合，仅作举例说明)： 过程二——线性规划求解车次 1．针对目标1建立模型 目标函数 总运量

5

7

11

min ij ij i j Z L D X ===⋅⋅∑∑

约束方程：

1)各个卸点的产量要求：

7

1

,(1,2,3,4,5)ij

i j L X

N i =≥=∑

2)各个卸点的品位要求：