船厂钢板堆场管理的数字化仿真研究
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高新技术 船厂钢板堆场管理的数字化仿真研究 杜琴徐小灿宋磊朱鹏飞顾荷香 （江苏东方海洋装备有限公司。江苏泰州２１ ４５００） 【摘要】目前我国船厂在钢板堆场管理方面所采取的数字化 仿真技术已经日趋成熟，但是还具有很大的提升空间。因此本次研 究为提高数字化仿真技术在船厂钢板堆场的作用进行深入分析，对 船厂钢板堆场的系统结构与对方规则等特征进行解析，以静态理念 将钢板堆放的过程进行研究，并采用计算机与数据库的仿真技术建 立数字化仿真模型，同时对钢板堆场管理系统的仿真软件进行编制。 结果表明，这种模型能够将船厂钢板堆场的动态过程进行有效描述， 能够满足我国船厂钢板堆场管理工作当中所需要的仿真数据，对钢 板堆场的科学化管理能够起到巨大的作用。 【关键词】模型；船厂；钢板堆场；数字化；仿真 在目前我国船厂的曰常管理当中，采用了很多数字化与科技化 的产物，为的是加强日常管理水平，提高管理效率。在船厂当中， 钢板切割中心是以制造船模式作为重点工作的重要实体中心，其中 包含钢材预处理生产线、钢料切割车间及钢板堆场等部分。目前， 我国物流的水平尚且无法满足船厂日常运营所需要的钢材供应，因 此在船厂建立钢板堆场就显得尤为重要，能够为船厂所需的钢材原 材料给予进料、分类、校平、供应以及保管等多项作用的场地，同 时亦是总装化生产系统的信息流与物流的初始场所。由此可见，生 产系统的信息化程度能够对工作效率产生较大的影响。 在我国大多数船厂当中，堆场管理理念尚未成熟，导致钢材卸货 至船厂后，通常是凭借调度人员以往的堆放经验进行钢材的安置，不 仅堆放的顺序极为混乱，不利于管理，在使用时还需要花费大量人力 进行相应钢材的寻找，部分钢板在出库时如果正好处于底层，还需要 进行翻板等工作，对堆场行车的负荷程度将显著增强，并在一定程度 上减少了堆场的周转率。对发达国家的船厂钢板堆场技术进行研究后 发现，高效率、科技含量高、合理化的堆场管理技术不单单在于运输 硬件设备的高效运作以外，还取决于堆场管理信息化支撑系统，这些 技术正是我国在钢板堆场管理工作之中所需要的关键技术。 １数字化堆场系统结构 在常规的钢板堆场工作当中，通常是采用辊道或平板车将钢材 运至进料区，并进行堆放整理，待需要对钢板进行预处理时再将钢 板运至出料区。了解这些基本流程以后，就可以开始对其建立数字 化模型，将整个堆放系统进行分解，包括堆场、板堆、钢板、行车 等基本元素，分别采用各自特征建立相关参数，其中包括： （１）将钢板堆场地图的左上角作为坐标原点，Ｙ方向表示向下， ｘ方向表示向右；Ｌｓ表示堆场长度，Ｂｓ表示宽度；（ＸＯ，ＹＯ）为进 料区的坐标，（Ｘ１，Ｙ１）为出料区坐标；ｗｃ代表堆场列宽，ｗｒ代表 堆场行宽；Ｎｐ代表钢板数量，Ｎ代表板堆数量，ｚ代表场地利用率， ｈＩ代表桩位数量；ＮＨ代表钢板堆场地基在不同强度以及不同堆放方 式的情况下，堆场的对位极限高度与钢板数量。 （２）以ＩＤｐａ表示板堆编号，以ｂ表示板堆宽度，ｌ表示板堆 长度，ｎｉ表示钢板数量，Ｒｏｗ表示某一钢板所在行，Ｃｏｌ表示所在 列，ＯｕｔＴｐａ表示出库时间，ＩｎＴＥ表示最早的入库时间，ＩｎＴＬ表示 最晚的入库时间。 （３）以ＩＤｐｔ表示钢板的编号，ｌｐｔ表示长度，ｂｐｔ表示宽度， ｔｐｔ表示厚度，ｃｌａｓｓ表示刚度，ｐｒｅＴｙｐｅ表示预处理的种类，ＯｕｔＴｐｔ 表示计划中的出库时间，ＩＤｐａ表示所属的板堆编号，ＮＡｒｒ表示到货 的批次。 （４）以Ｄ表示行车距离 以平板车运输为例，钢板在进料区当中的位置将会不固定，进 而使得进料区Ｙ０与板堆Ｙｉ一致，而由于出料区具备辊道的流水线， 因此同样将使得Ｙｉ＝Ｙｌ，因此对钢板进行搬运的过程可以进行科学 简化，使其在Ｘ方向进行普通的一维运动，尽可能缩短行车距离。 同时，由于大量的钢材持续不断的入库、出库，因此在同一个位置 在不同时间可能会堆放不同规格的板堆，因此对于堆位的设置应固 定长度及宽度。 另外，为缩短钢材运输船只在码头的停靠时间，可以在钢板入 库时增加卸货的班次，由于出库比入库的速度较快，因此可以入库 与出库时行车使用不会互相产生影响，在对钢板最早与最晚入库时 间进行计算时，假设入库时间为ｌｄ。 ２静态优化模式 ２．１堆放原则 （１）在一个板堆当中堆放同一天出库的钢板，以减少翻板工作 量，提高场地周转率； （２）每一个板堆当中的钢板要按照表面预处理的种类进行划 分； （３）要对每一个板堆当中预处理方式相同的钢板按照各个规格 进行排序； （４）将钢板按照出库的时间进行分堆放置，若某一批钢板的数 量明显高于堆场的桩位数量，或是２堆以上的钢板数量在５以下， 就需要将钢板数量较少的板堆进行合并； （５）尽可能缩短进料区与出料区之间的卸货装货行车距离； （６）尽量平衡每天的行车负荷。 ２．２静态堆放模型机理 采用数学理论对堆场静态堆放模型进行描述，以一堆待入库的 钢板按照规划好的出库计划进行分堆放置，形成办对数据库。由于 每天出库钢板的数量存在差异，因此各个板堆中的钢板数量有可能 存在差异，且入料点与出料点至桩位的距离不等，当板堆在不同桩 位实行堆放时将会出现不同的堆放序列，从而形成不同的行车总距 离。故此，钢板堆场静态模型主要描述的是由多个目标的组合及优 化问题，同时也是ＮＰ问题。 ２．３约束条件 （１）每个堆位的钢板具有相同的出库日期，ＯｕｔＴｐ，１ｉ＝ＯｕｔＴｐａ； （２）每个堆位的钢板数量在极限值以下，ｎｉ≤ＮＨ； （３）若２堆以上的钢板数量在５以下，要将这些板堆进行合并； （４）入库的钢板堆数要在堆场总桩位以下，Ｎ￣＜ｍａｘ Ｒｏｗ×ｍａｘ Ｃｏｌ； （５）钢板不得在辊道上进行堆放； （６）堆放情况要满足负荷的平衡及约束，ｄｍａｘ≤ｄＯ。 在对优化模型进行求解时，要按照约束条件的前５条将钢板进 行分堆放置。通过堆场的系统结构能够得出，处于同一列的板堆位 置产生变化，将不会对目标函数产生任何影响，在求解的过程当中 只需要在同一行当中将板堆的位置进行改变即可。如果每～行的板 堆当中设有ｎ１个桩位，采用遗传算法染色体表示各个桩位当中的板 堆序列号，如果桩位数量在２７以下，则可以采用２６个英文字母进 行编码，如果在２７以上，则可以采用字母加数字的形式进行组合编 码。若桩位数量为２０时，染色体编码形式可采用Ａ—Ｔ的字母编号， 若进行染色体变异时，将其中任意两个位置的编号进行调换，群体 选择、交叉配对处理方法以及适应度与遗传算法较为相似。 ３仿真结果分析 对船厂钢板堆场进行静态模型建立后，采用计算机数据库进行 仿真实验。Ｌｓ＝ｌＯＤ册，Ｂｓ＝５０ｍ，ＮＨ＝４０，具有ｌ台堆场行车，（Ｘｌ，Ｙ１） ＝（５７．５，０）。对其进行统计分析，钢板长度范围在６－２１ｍ之间，宽 度范围在１．５—４．２ｍ之间，因此将堆场的列宽设定为５ｍ，行宽设定 为２５ｍ。堆场内行车速度为４０ｍ／ｍｉｎ，每日的出库工作时间为８ｈ， 采用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ作为前台的主界面语言，采用Ａｃｃｅｓｓ在后台建 立数据库，进行堆场信息化管理系统的软件编制，统计共有５次货 物入库，钢板总数为５６２５张，仿真时间５０ｄ。 对堆场管理数据模型进行优化后，ｄｍａｘ＝４．４８ｋｍ，ｄｍｉｎ＝１．８０ｋｍ， 相比优化前的６．４０ｋｍ、０．５４５ｋｍ，行车负荷均衡性明显提高，并且 优化后的行车能力能够满足钢板堆场的日常工作负荷。 结语：本次研究针对船厂钢板堆场的数字化管理模式进行研究， 建立堆场的静态数据模型，并通过计算机数据库编制模式将数据进 行优化，能够对目前船厂的钢板堆放过程进行有效的预测、控制以 及管理，为船厂钢板堆场的管理工作提供科学化、合理化、数字化、 信息化的解决措施。随着这项技术的不断完善，我国船厂钢板供应 模式也会不断进化，为船厂工作提供更大的支持。 参考文献： 『１１陈强．中心制造船模式研究与应用『【）１．哈尔滨工程大学船舶学 院．２０１０． 【２］２刘建峰，李湘，秦士元．最优船体货舱区分段环焊缝位置的确定Ⅱ］．上 海交通大学学报，２０１１（４）． ｆ３１邢文训，谢金星．现代优化计算方法ｆＭＩ．清华大学出版社，２０１０． ２０１４．０７ Ｉ
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