1、煤炭企业生产调度与销售方案设计全国获奖文章煤炭企业生产调度与销售方案设计第七组摘要企业是以盈利为第一目的，为实现利润的最大化，企业必须要有合理的生产调度与营销方案。本文探讨了煤炭企业生产调度与营销的最优化问题。第一问通过题中所给的约束条件，建立线性规划模型，再运用LINGO软件计算出该企业在符合所有前提条件下的最优生产比例，即：A、B、C三种原料的数量之比为299:2.1:358，但不满足原料B年进货量20万吨的条件。而后通过增加约束条件，得出最终年生产量，即：A原料243.37万吨；B原料20万吨；C原料395.63万吨，此时企业获得最大利润为222673.2万元。第二问根据古典杨森压力理论
2、探讨筒仓在装卸料时的受力情况，继而来表征筒仓在入放料时仓内产品的分布与堆积情况。而后又对只考虑入料且开始时筒仓无堆积；只考虑放料且开始时筒仓上部为平面；同时考虑入放料且入料速大于出料速等情况分别进行了讨论分析。第三问根据前两问所得相关模型与数据，为达到最大生产效益，建立以下生产方式，如表1：表1生产情况生产情况甲仓存量/吨乙仓存量/吨消耗时间/h准备002B7680016准备768002A76805120（A）8准备76805120(A)2C76805120(A)+7840(B)14按此种方式生产一个生产周期为356小时，产量为176150吨。为配合装车速度，生产速度最大为521吨/小时。关键
3、字：规划生产调度分布粉体流动一、问题背景煤炭是我国的主导能源, 占全国一次能源总产量的70%左右, 占全国一次能源总消费量的63%。在今后很长一段时期内, 煤炭仍将占据我国能源结构的主导地位。煤炭在我国能源结构中所占的比重远远高于世界水平, 而煤炭的生产和利用却给社会和环境带来了沉重的负担。为实现国家的经济发展目标, 导致对煤炭需求的不断增加, 经济发展临的能源约束矛盾和能源使用带来的环境污染问题更加突出。稳定的煤炭供应是实现其他目标的基础。在过去10 年中, 煤炭短缺、价格动荡、劣质产品、运输瓶颈等导致煤炭供应的不稳定。在煤炭利用方面, 以往的粗放式利用模式,存在能源利用率低、浪费严重问题。
4、我国能源效率比国际先进水平低10个百分点。能源利用中间环节(加工、转换和贮运) 损失量大, 浪费严重。近几十年来, 煤炭的混配技术得到越来越多的发展和应用。早在上世纪中期, 国际上已经开始将不同种类的煤炭通过混匀方式改变其品质,从最初的粗放式、小规模煤炭混匀作业, 至今已形成大规模、现代化、自动化精确配煤作业模式。主要的配煤作业模式有: 堆场配煤系统和筒仓精确配煤系统。堆场配煤系统又分为料床混匀系统和带式输送混配系统。料床混匀系统是利用煤炭堆场以及带式输送机、堆取料机, 以堆料和取料2种方式进行不同品种煤炭的混合, 此种方式配煤效率高,但煤炭的混匀程度和配比精度不容易控制; 带式输送混配系统是
5、利用煤炭堆场以及带式输送机、堆取料机, 以多台取料机同时分别取不同煤种物料, 按比例输送至混料带式输送机上实现煤炭的混配,原煤的计量采用电子皮带秤, 原煤的流量由配煤料仓下的给煤设备调节和控制, 此种配煤方式成品煤煤质比较稳定, 但对于3种及以上的多品种煤混配, 配煤系统堆场面积需求大, 设备投资高, 投资和运营成本高, 经济性差。筒仓精确配煤系统, 能够适应原煤品种的多样化, 配煤比较精确, 成品煤质量稳定且容易控制, 配煤工艺简单, 易实现自动化智能化控制,配煤系统的经济性好。因此, 筒仓精确配煤系统是配煤系统今后的发展方向。二、问题重述某煤炭企业近几年来一直在生产一种利润很高的产品，其质
6、量要求为：灰分10.01%-10.50%，挥发分35%，硫分0.8%。该产品的生产销售过程如图1所示。该图流程说明如下：（A）制造这种产品所需要的原料有很多种。该企业目前主要有如表1所示的A、B、C三种原料，其生产出来的产品数量用产率表示，如原料A的产率为80%表示每100吨原料A可以生产80吨产品。（B）在加工生产过程中一次只能对一种原料进行生产加工，该企业的原料加工生产能力为800吨/小时，每次连续生产时间在116个小时，每次停车时间不少于2小时，加工成本为10元/吨。（C）加工生产出来的产品存储到甲、乙两个筒仓中，可以根据用户的需要进行混装，使之达到用户的质量要求，其中甲仓的存储能力为1
7、1000吨，乙仓的存储能力为13000吨。（注：这里的存储能力表示筒仓在生产过程中允许存储的最大量，一般小于筒仓的容积）（D）显然A、B、C这三种原料生产的产品质量指标都不能满足用户的要求，因此需要将其中两种或两种以上的产品进行仓下混配，通常是由甲、乙两个筒仓同时放料完成配煤，使之达到用户的质量要求。（E）产品采用铁路外运，每列火车大约2000-3000吨，装车时间2-3个小时。现企业高层不打算扩大现有的生产规模，并规定了两个原则： 原则一、确保产品质量符合用户要求；原则二、为维护原料商长期合作积极性，规定A原料每年采购不少于40万吨，B原料每年采购不少于20万吨，C原料每年采购不少于60万吨
8、。利用这些资料和你自己可获得的其他资料，讨论以下问题：（1）如何安排生产销售使企业的利润最大。（2）筒仓的入料口在筒仓顶部，放料口在筒仓底部，放料口下方为皮带运输机。在实际生产过程中，通常会有两种以上的产品先后装到同一个筒仓中，试对只有一个入料口和一个放料口的理想筒仓建立数学模型，表征该筒仓在同时入放料情况下仓内产品的分布与堆积情况。（3）根据企业生产的实际情况，筒仓入料口为两条800mm8000mm的入料刮板，通过刮板将产品刮入筒仓（入料口可以只运行一个刮板，也可以两个刮板同时运行）；放料口为六个984mm1440mm的方孔，形成两排，每排三个放料口，放料口下方为配煤皮带运输机（放料口通常部
9、分运行，比如只运行一排中的1-2个，或同时运行两排每排1-2个）。筒仓的规格如附件1所示。试针对这种类型的筒仓建立适当的数学模型，对产品入放料过程中仓内产品的分布与堆积情况进行实时模拟，进而实现准确有效的产品入仓和混配装车。（4）以企业生产调度者为报告对象，写一份生产调度销售方案建议书。三、问题分析对企业最大利润的求解实质就是求线性规划最优解的问题。对筒仓内部产品的分布和堆积问题的解决有利于让厂商做出更合理的生产安排。对筒仓内部产品分布与堆积的研究，关键是解决筒仓内产品装配量的安排。要使得在最短的时间内，产量最大，我们考虑的是在每一个生产周期结束后两个筒仓都是尽量多的，以便于达到生产最大量。四
10、、问题假设问题1：1、假设该企业以最大生产规模生产；2、假设生产过程中不会因为设备故障灯意外因素导致停止生产；3、假设原材料价格不变。问题2：1、假设入料口与放料口均在筒仓的中心轴上；2、假设锥面倾角为65；3、产品密度、大小均相同；4、筒仓卸料是满足漏斗流出的物理条件。问题3：1、每年的生产时间占全年时间60%；2、入料速度为生产速度；3、装车速度为1000吨/小时；4、出料速度可调，可达到入料速度；5、产品全部销售完。五、定义与符号说明原料购买量原料购买量原料购买量生产所用的原料生产所用的原料生产所用的原料每吨成品的售价利润水平压力垂直压力散料与仓壁之间的摩擦系数散料密度侧压力系数重力加速
11、度充填散体与侧壁的摩擦系数充填散体的垂深小周期生产量小周期时间大周期生产量大周期时间最大平均生产速度六、模型的建立与求解6.1.1问题的分析此问是一个求解规划问题，通过一定的限制性条件，来确定最优解，即使利润达到最大值。在混配过程中，要使最终各成分均达到质量标准，必须让A、B、C三种产品混合（任意一种或两种产品混合都不能将各成分达到标准），这样既能够满足客户的要求，同时能将利润最大化。由题目可知，欲求利润最大，而销售额一定，产量要在条件的允许范围内尽量的大，因此可以降低成本，增大利润值。6.1.2模型的建立与求解设生产量为N吨的混合碳成品，需要A、B、C三种原料的购买量分别为a、b、c吨，生产
12、所用A、B、C三种原料分别为aa、bb、cc吨每吨成品的售价为m元，所得的利润为S，由此可以建立数学模型： 式中，由于每吨成品的售价是一定的，则可设元，产量，来讨论A、B、C三种产品的比例关系。根据产品的质量要求：灰分10.01%-10.50%，挥发分35%，硫分0.8%以及表二，可以得到如下的约束条件：表二某煤炭企业原料及产品规格表原料原料价格（元/吨）产品质量指标产率（%）灰分（%）挥发分（%）硫分（%）A5006.32340.480B7008.16261.960C30013.54360.970产品标准10.0110.05350.8使用LINGO解得：而此时求得的最优解中，且b远小于a、c
13、，为维护原料商长期合作积极性，可以使B的采购量就为20万吨，再通过LINGO得出最优化解为：此时，当购买原料量得到最大效率使用，即购买原料与用到生产上的相等，可以使利润达到最大，万元。6.2.1问题的分析筒仓是用来贮存散体物料的一种功能性构筑物，散体本身的物料特性以及筒仓结构与散体物料间相互作用对筒仓结构的动力响应具有重要影响。散体概念的引入：散体的颗粒处于弹性或塑性状态，并且具有一定的强度。散体运动状态的变化由其变形（体积和形状的改变）所表现出来，是不可恢复的。它与塑性变形的不同之处在于它有可能在体积不变的情况下发生；颗粒变形是指颗粒自身的可恢复和不可恢复性。散体颗粒虽然向各个方向传递压强，
14、但不相等。 在给定的一个速度放料，刚开始是，仓内无堆积物，可以认为入料大于放料的速度。由于产品在下落过程会碰到筒壁，产生阻力，从而使放料的速度下降，/筒仓内产品不断堆积。当堆积到一定程度时，底部承受的压力将变大，放料的速度也随之增大，但始终是小于入料的速度，产品继续在筒仓内堆积，直至达到一个入料结束，即生产间隔期，通过此过程分析仓内产品分布与堆积情况。6.2.2模型的建立与求解 筒仓是只有一个入料口和一个放料口且入料口与放料口均在筒仓的中心轴上，锥面倾角为65的理想模型。根据Janssen理论，由于仓壁侧压力随贮料的减少而减小，颗粒的流动状态从整体流动状态转变为管状流动状态。图1表示一个典型的
15、圆筒仓的外形，上部由竖直的筒壁所围成的圆柱形称为筒体，口径为R，下部由圆锥体构成的卸料装置称为漏斗。筒仓的动态压力是指筒体部分由卸料时引起的侧压力。当打开卸料口，散料在重力作用下向下位移。图1 筒仓物料层的作用力对物料层进行受力分析，由得力平衡式：（1）化简得：（2）式中为水平压力(侧压力) ；为垂直压力；为散料与仓壁之间的摩擦系数；为散料密度；g为重力加速度；D为仓筒内径。根据古典杨森压力理论可知,侧压力系数是散体极限平衡状态下得出的，他反映了垂直压力和水平压力的关系: （3）值为散体之间的内摩擦角度。水平压力：（4）垂直压力：（5）其中S为仓筒的水平断面积；f为充填散体与侧壁的摩擦系数；z
16、为充填散体的垂深。（5）式为筒仓仓壁的动态压力近似计算公式，利用（5）式可以计算出散料在仓体内整体流动时，筒仓在不同深度各点处的动态压力数值，即高度越低，所产生的压力就越大，在筒仓内中心处下陷的程度就越深。图2Kvapil实验观测方形容器内的堆积的粒子重力流动图3筒仓内粒子流出分布由图2、3可知，物料在筒仓内流动分为快速流和慢速流，快速流从中间流出，可以直观地认识到在筒仓内粒子在中间的速度要普遍高于筒壁处的粒子速度。入放料模型：1、只考虑入料时：开始入料时，筒仓内无物料，物料会不断堆积。上部散料处于背离垂直轴向外变形状态，根据詹尼克等理论基础，当散料背向垂直轴向外变形时，处于主动应力状态，即会
17、形成凸起，如图4：图42、只考虑放料的情况：开始时筒仓内有一定积累且最上部为平面，而下部的煤料在放料过程中受到漏斗内煤料向内变形的牵制，也必然会产生程度不同的向内水平变形。由于漏斗的斗壁式以某一角度倾斜的，故而煤料产生向着垂直轴向内变形状态，煤料放料区呈现横向压缩的被动应力场，处于被动应力状态，仓体内的散料由主动应力场向被动应力场过渡，其相应的动态侧压力系数自上而下由主动侧压力系数转向被动侧压力系数。由于被动侧压力大于主动侧压力，则会出现中间下降速度大于两侧下降速度，最后，煤料中部下陷，煤料上层形成凹形。如图5：图53、考虑同时入放料的情况：根据1,2两个模型，考虑到入料口大于出料口，即入料速
18、度大于出料速度，则同时入放料时也会形成积累。则物料上部如模型1形成凸形，但由于放料的存在，凸形的形成时间会延长。如图6：图64、基于模型3考虑先放A，再放B的情况：先放入A料，不放料，上部形成凸形，再放入B料。此时开始放料，则A料上部逐渐形成凹形，B料上下都形成凸形。如图7：图75、基于模型4考虑再放入产品C的情况：将A、B产品视为一个整体，则模型转变为模型4，形成如图8所示的分布情况。图86.3.1问题分析：筒仓的存储量有限，3种产品中有两种需要放在同一个筒仓中，必须将其中两种产品的生产交错进行。考虑B产品的用量相对较少，则对B产品单独生产，A、C产品交错生产。B放入甲仓中，A、C放入乙仓中
19、，则A、C的存储量相对较大，而B的用量较少，甲仓中存储的B产品可使用较长时间，从而减少产品生产准备时间。1.3.2 模型建立：通过第一问的模型可知在生产时间尽量大的情况下的生产量太大，现在考虑生产时间为每年时间的60%，则利用问题1的模型求解的a=130,b=20,c=220。A、C生产中，尽量将乙筒装满，满足下列公式：解得a=6550；b=11085；建立以下生产方式，生产时间情况如表三：表三生产情况生产情况甲仓存量/吨乙仓存量/吨消耗时间/h准备002B7680016准备768002A76805120（A）8准备76805120(A)2C76805120(A)+7840(B)14表2中，不
20、断循环操作A、C的入料和放料。其中A、C的入料速度等于各自的放料速度，每次循环中放出B产品590吨，循环13次。最终B剩余10吨，此时，停止生产A、C,开始生产B，生产16个小时，形成新一轮循环。一个小生产周期（以A、C生产为准）:解得Q=13550吨，T=26小时；一个大周期（以B生产为准）:解得吨，小时。 在混煤装车过程中，混煤单独进行，自考虑产品生产比例合适即可。由于装车速度为1000吨/小时，则生产速度应小于装车速度，生产速度最大为解得吨/小时，满足条件。6.4.1建议书尊敬的企业负责人：你好！我们是数模爱好者。对于贵公司的生产调度与销售的优化问题进行了建模分析。经过理论分析，我们发现
21、贵公司在生产调度与销售方面还存在不足之处，为提高贵公司生产效益，我们提出以下几个方面的建议，希望对贵公司有所帮助。1、在采购原料方面，为降低成本，必须将购买的原料充分利用，减少浪费，所以在采购原料前，先分配好各产品之间的比例关系，充分考虑在生产方面各部分可能产生的损耗，综合判定各原料采购量。2、在保证生产高品质的洁净煤的情况下，生产加工过程应该尽量保证不同原料混配以一定的比例混合进行。为实现混配的易操作性及生产的快速性，筒仓应该考虑扩增多个，以免储存问题出现多次停车换料。一旦增加筒仓的数量与容量，车间生产力可以尽量满负荷生产，进一步降低时耗，提高效益。3、在不同的筒仓进行混配时候，放料口相对位
22、置应该与转载火车的长度适应，放料口的开闭状态应该与配料比例相适应。同时，应该合理安排装载火车的换车时间，以减少放料的资源与时间浪费。最终，实现“多口生产，多筒混配，多车转载”的高速生产模式。随着煤炭市场化程度进一步发展,煤炭价格在一定程度上左右煤炭市场供求关系,这对煤炭企业带来更多机遇和挑战,从而对集团公司(局)运销调度工作带来更高要求,只有改变思想、熟悉业务、掌握全面,才能进一步把调度工作搞得更好。煤炭运销调度工作是整个煤炭运销调运系统中最重要环节,它不仅起“上情下达、下情上报”的作用,而且是煤炭日常调运最直接最基础的组织者和指挥者。煤炭运销调度工作的好坏,直接影响企业煤炭运销经营状况,间接
23、影响铁路运输正常运转,甚至辐射到微观调控和宏观调控经营决策中去。当前,煤炭市场化程度进一步提高,国家取消了电煤价格双轨制,重点合同电煤价格和动力煤市场价格趋于一致,煤炭价格在一定程度上反映了供求关系的变化,煤炭经营主体作用得到进一步发挥,煤炭运销调度也更有主动性和灵活性。对煤矿“产、运、销”、煤炭“储、装、运”情况掌握更加细致,对铁路流向,空车来源,用户要求,价格定位,市场变化了解得更清楚,市场信息掌握更加准确,才能使集团公司煤炭运销调度工作更趋向综合性。七、模型评价对于本题我们总共用了三个数学模型来分别解决前三问，第一个模型是线性规划模型，第二个模型是理想筒仓流速模型，第三个模型是筒仓入放料
24、过程中仓内产品的分布与堆积模型。模型一中，为满足客户需求以及受原料采购限制，建立了线性规划模型。优点：1、该模型操作简单方便，求得结果与实际相比较也较为准确；2、材料利用充分，减少了浪费。缺点：由于条件限制，约束条件的设立还不够全面，存在局限性。模型二中，仿照粉体流动的情况建立一个近似于出料速度变化图像的函数来模拟筒仓的出料速度。优点： 1、在筒仓中对产品出料放料时的分布有直观的认识；2、对出料速度及分布图的变化趋势有较好的解释。缺点：模型求解中没有用较为精确的数据来进一步说明分布的变化情况。模型三中，在模型一的基础上，按照一定的合理的比例进行配煤。优点：1、在按照产品最大生产量来生产时，较大
25、程度上减少了准备时间；2、原料得到了充分利用，降低了成本中的损失。缺点：模型趋于理想化，未考虑在筒仓中各产品混煤过程。八、参考文献1马彦敏.筒仓配煤技术在我国的应用前景J.起重运输机械2009 (12)2 翟振威，原国平，张峰涛. 筒仓贮料流态的颗粒流数值模拟J.山西建筑 2008年12月第34 卷第35 期3 韩仲琦. 料仓及重力场的粉粒体流动J.设计与研究 2003-034 陈长冰. 基于整体流型的粉体料仓设计分析J.化工设备与管道 2006-065 周健，池永.颗粒流法及程序J.岩土力学 2000.21(3) 271-274九、附录附件1实际产品筒仓的规格尺寸图2 筒仓与装车点示意图 注
26、：本图为示意图，图上有42个筒仓说明（1） 该图为一个剖面，筒仓卸料离地3500mm（即3.5m），下圆台高为15500mm，角度为65,中部圆柱高为28500mm,上圆台高为4800mm；（2） 该图表征两个入料刮板间距为4000mm，两个卸料口间距为7056mm。说明（1） 该图为一个剖面，筒仓卸料离地3500mm（即3.5m），下圆台高为15500mm, 角度为65,中部圆柱高为28500mm,上圆台高为4800mm；（2） 两个入料刮板间距为4000mm，三个卸料口间距为3300mm。注：A-A方向与B-B方向是垂直的。说明（1） 该图为产品入料截面（即筒仓顶部），筒仓直径为22000
27、mm（即22m），中间是两条800mm8000mm的给料刮板，间距为4000mm；（2） 图2的A-A剖和图3的B-B剖即为本图A-A和B-B方向剖开。注：A-A方向与B-B方向是垂直的。（1） 该图为产品卸料截面（即筒仓底部），筒仓直径为22000mm（即22m），中间有23个大小为1440mm984mm的卸料孔；（2） 图2的A-A剖和图3的B-B剖即为本图A-A和B-B方向剖开。注：A-A方向与B-B方向是垂直的。附件2问题一：model:min=-(1000*(0.8*aa+0.6*bb+0.7*cc)-(500*a+700*b+300*c)-10*(aa+bb+cc);aa+bb+cc=40;b=20;c=60;aa=659;bb=659;cc=659;aa=a;bb=b;cc=0.1001*(0.8*aa+0.6*bb+0.7*cc);0.0632*0.8*aa+0.0816*0.6*bb+0.1354*0.7*cc=0.105*(0.8*aa+0.6*bb+0.7*cc);0.34*0.8*aa+0.6*0.26*bb+0.36*0.7*cc=0.35*(0.8*aa+0.6*bb+0.7*cc);0.004*0.8*aa+0.019*0.6*bb+0.009*0.7*cc=0;b=0;c=0;aa=0;bb=0;cc=0;end
