基于gpssh系统的沥青路面机群仿真分析

基于gpssh系统的沥青路面机群仿真分析

沥青路面建设系统是由混合站、路面机、压路机和自行车等基本因素组成的机械化施工系统。该系统的机械化水平和生产成本较高。传统的机群配置方法难以实现最佳匹配,导致施工成本增加。在实际施工中,单位铺设路段的成本与自卸车的运距和拌合机、摊铺机、碾压机以及自卸车的技术参数和数量的变化,以及这些机械在生产过程中的相互作用和相互制约关系的变化而发生变化。因此,在对各个元素的技术参数调研和估计的基础上,建立基于GPSS/H系统仿真软件的沥青路面机械化施工仿真模型,运用GPSS/H仿真平台对杭金衢高速公路第15合同段进行了模拟,并对仿真结果进行了深入分析,得到沥青路面施工系统的最佳配置方案。1沥青混合料的垫铺、压实过程沥青路面施工系统由拌合站、摊铺机、压路机和自卸车等基本元素构成,该系统的各个机械设备相互作用、相互制约,以拌合站为主导设备形成一个有机的整体。系统的工艺施工过程为:在拌合机处,自卸车排队等待装料,拌合机拌制沥青混合料,并将拌制好的混合料通过自动传输装置装入自卸车,再由自卸车运往摊铺现场。在摊铺机处,自卸车到达并进入等待队列排队等待卸料,自卸车进入摊铺区并和摊铺机一起完成该车沥青混合料的摊铺,卸空后的自卸车前往拌合机处,排队等待装料。在碾压机处,摊铺机每摊铺完毕单位车量的沥青路面时,碾压机就开始碾压摊铺好的路面,碾压过程包括:初压、复压和终压。在沥青路面碾压完毕后,对其进行检验。整个沥青路面机械化施工系统的施工过程如图1所示。2沥青路面机械化施工系统设计方案由于沥青路面施工系统具有工艺复杂、外界影响因素众多、各因素关系的动态特性,以及该系统中随机变量众多的特点,因此无法用解析的方法来确定复杂的施工系统机械配置。而GPSS/H是专门用来模拟随机服务系统的软件,能够完美的模拟该系统工艺过程,以及各个因素间的动态关系,从而确定出最佳的系统机械配置方案。本文将沥青路面机械化施工系统划分为2个子系统:“拌合-运输-摊铺”闭环子系统和“摊铺-碾压”开环子系统。在正常条件下,模拟沥青路面机械化施工系统,设定条件如下:(1)在施工过程中,沥青的温度满足每个作业工序的要求;(2)在拌合机和摊铺机前,等待装料和等待卸料的自卸车,遵守先进先出的原则进行装卸;在碾压机前,由摊铺机摊铺好的单位长度的路面也遵循先进先出的原则,按顺序等待碾压机进行碾压;(3)在施工过程中,天气良好,适合沥青路面摊铺。2.1gpss软件模块GPSS(GeneralPurposeSimulationSystem)是一种通用模拟语言,是采用进程交互法建模的仿真策略。近年来出现的GPSS的最新版本GPSS/H,其功能更加强大,模块更加齐全。它最大的特点是仿真模型可采用一组标准的程序块(Block)来表示其逻辑结构,系统中的活动实体(如自卸车),按程序块图中规定的方向由某一块流向另一块。一个程序块对应一条GPSS/H语句,它相当于一个子程序,因而具有较强的建模能力,且能够自动输出系统各种状态参数的报表,克服了高级语言实现仿真程序存在着程序量大的缺点。2.2mems/h仿真模型现以图1所示的系统模式为例,建立该系统的GPSS/H仿真模型(见图2)。(1)施工系统模型的基本组成以及在程序中各个代号的含义如表1所示。(2)GPSS/H的程序块图如图2所示。3“六省市”的合作杭金衢高速公路是国家规划的国道主干线上海～瑞丽高速公路的组成部分,是连接我国长江南岸,以上海为龙头的东西向六省市省会的大通道。其中,第15合同段位于衢州市龙游县境内,起讫里程桩号为K201+980～K213+498,路线长11.1794km。(1)沥青混凝土透水平台铺筑的工程特点(1)杭金衢高速公路第合同段,全长11.18km;(2)摊铺混凝土总量Q=22069.32t;(3)摊铺工程总面积S=131.365m2;(4)工程总厚度H=7cm;(5)工程总宽度M=11.75m;(6)摊铺工程总长度L=S/M=11.18km;(7)终压后沥青混凝土路面的密度D=2400kg/m3;(8)连通拌合站的便道长度为Lb=0.5km;(9)摊铺现场到便道入口的距离Lt=9.1794km;(10)总运输距离:Lz=Lb+Lt=9.6794km;11自卸车数Q1。(2)强制车间实现关系(1)选拌合设备为主导设备,采用PARKM3000型强制间歇移动式沥青拌合机,理论生产率为200000kg/h;(2)摊铺机采用ABG/TITAN423进口沥青摊铺机,设定摊铺宽度为M=11.75m,全副摊铺。(3)复压和终压摊铺机以Vt=2～6m/min的速度匀速摊铺。初压时选用双钢轮压路机,碾压2遍,速度为1.5～2.0km/h,初压温度应当控制在110～130℃;复压使用轮胎压路机,碾压4～6遍,速度为3.5～4.5km/h,复压温度应当控制在90～110℃;终压时选用双钢轮压路机,碾压2～4遍,直至消除轮迹,终压温度应当控制在70～90℃。自卸车满载运输平均速度为40～60km/h;空载运输速度为50～70km/h,单车载重量为W=20000kg。(4)卸车时间自卸车重载时的运输时间X1:服从正态分布为N(10.51,1.382);卸车空载时的运输时间X2:服从正态分布为N(8.32,1.462);自卸车在摊铺机处的卸车时间X3:服从正态分布N(6.67,1.412);自卸车在拌合机处的装车时间X4:服从正态分布N(6.87,1.472);初压压实单位段的路面需要的时间X5:服从负指数分布,均值为12.39,均方差为3.32;复压压实单位段的路面需要的时间X6:服从负指数分布,均值为13.02,均方差为2.96;终压压实单位段的路面需要的时间X7:服从负指数分布,均值为7.93,均方差为1.46。(5)各设备利用率对比本方案中,摊铺机正常工作时摊铺速度Vt=5m/min,台班开始时运输距离8km。通过仿真运行分析A、B两个方案,得出各个主要设备的利用率。A方案的仿真运行之后,各设备利用率如表3所示。由表3可知,随着系统中自卸车数量增加,主导设备利用率未达到最高,就出现了初压机和复压机利用率100%,因此,初压设备和复压设备明显不能满足系统需要,故应当增加其数量。故A方案不合理。下面对增加初压设备和复压设备后的B方案进行模拟,得到各个设备的利用率(见表4)。由表4可知,在该系统中,随着自卸车辆数的增加各个机械设备的利用率不断提高。当车辆数达到7时,主导设备利用率达到100%,次主导设备利用率达到90%以上,其他各个机械设备利用率达到80%以上。在此配置条件下,各个机械设备利用率较高,并且满足系统的施工要求,因此该方案为可行方案。在实际工作中,随着工程的进展,当运输车的运输距离不断减少时,所需运输时间减少,导致摊铺机和拌合机的利用率快速增加,使得运输车的利用率下降,故在运距减少到一定距离时应当减少运输车的数量。反之,在运距增加到一定距离时应当增加运输车的数量。下面是运距减少到4km时,对B方案进行模拟,得到各个设备利用率如表5所示。从表5可以看出,到运输车数量为6辆时,系统中各个设备的利用率就达到最大了。因此,系统运距在3km时,应该使用6辆运输车。(6)以提高施工机械利用率为目标特点的项目建设此配置经过实际工程的检验,圆满地完成了杭金衢高速公路第15合同段的工程项目,达到了施工企业要求的降低施工成本、提