大件物流企业安全生产关键技术研究及应用
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摘要
近年来，随着我国工业化进程的加快，各类工业设备朝着大型化和重型化发展。石油化工、金属冶炼、矿业开采、电站建设等与国民经济建设和国防建设密切相关的重大项目中，单件重量逾百吨的大件设备越来越多，承运该类设备的大件物流企业也蓬勃发展。由于大件设备的特殊性，大件物流企业的安全生产不仅是其运营过程中的核心工作，也直接影响那些与国计民生密切相关的重点项目能否顺利建成。本文在系统研究大件物流企业安全生产特征的基础上，提出大件物流企业安全生产系统的概念，分析影响该类企业安全生产的主要因素，以安全第一，兼顾成本为优化目标，深入研究了承载车组子系统、牵引车组子系统和路径子系统的约束条件及其关键技术。全文的研究内容主要包括以下几个部分：
首先，论文对大件物流安全生产进行了总体研究。针对大件物流企业安全生产过程呈现高度复杂性和不确定性的特点，研究了大件物流企业安全生产系统的主要特征，按照承载车组子系统、牵引车组子系统和运输路径子系统的系统结构，提炼出大件物流企业安全生产主要影响因素。研究了大件物流企业安全生产系统的优化目标及其关键约束条件，建立大件物流企业安全生产系统总体框架。
其次，论文研究了大件物流企业安全生产系统的承载车组子系统和牵引车组子系统的模型。根据承载车组的静态物理属性和液压悬挂三点支撑模型，提出了承载车组受力可靠性模型，从主梁弯矩、主梁剪力、主梁变形和轴线载荷四个维度对承载车组的受力可靠性进行评估；根据承载车组的行进动态特征，提出行进稳定性模型，分别从承载车组的横向稳定性、纵向稳定性和塌点稳定性对整个车组的行进稳定性进行评估；根据承载车组的绑扎参数和绑扎特征，建立了承载车组绑扎可靠性模型，分别从承载设备向前滑动、向前翻倒、侧向滑动和侧向翻倒的倾向对承载车组绑扎可靠性进行评估。根据汽车行驶理论，建立大件车组的牵引可靠性模型，结合高海拔工况下牵引力损耗经验公式，从驱动力和牵引车配重两个方面对牵引车组可靠性进行评估。
再次，针对大件车组弯道路径通过能力普遍较差的问题，通过对液压平板全挂车组、液压动力鹅颈车组和长货跨装车组进行建模，简化研究对象，对影响其转弯的关键物理量进行深入研究，提出了动态迭代算法，并在此基础上实现了计算机动态模拟仿真。针对大件车组桥梁路径通过能力较差的问题，利用荷载比较法，建立大件车组通过简支梁桥、连续梁桥和拱桥的模型，提出动态模拟算法，对大件车组的桥梁通过性进行评估。
针对大件公路运输路径优化的问题，通过承载车组受力可靠性和绑扎可靠性评估结果选择承载车组；通过牵引车组可靠性评估结果选出牵引车组；根据行进稳定性评估结果、弯道路径和桥梁路径通过能力评估结果筛出备选路径，以安全为主要约束条件，以成本优化为目标，建立了带配送时间窗、车辆安全通过性、车辆载重限制、车辆容积限制等多约束条件的大件公路运输路径优化模型，采用三层序数编码方法产生满足载重和体积约束条件的初始种群，通过模拟退火操作和遗传算法对整个群体进行优化，进而得出大件物流企业安全生产资源最优配置方案的满意解。
最后，基于本文研究成果设计了大件物流企业安全生产系统。基于WebService平台，采用B/S结构，设计了大件物流企业安全生产系统的各子系统模块，并通过应用示例验证本文所提出模型和算法的正确性和实用性。
In recent years, all kinds of industrial equipment have developed towards largeand heavy with the accelerated process of industrialization in China. More and moredevices’ single piece weight more than100tons in the significant projects related tothe national economic construction and national defense construction, such aspetrochemical, metal smelting, mining, and power plant construction. Large logisticsenterprises of the carriage of such equipment are also booming developments. Due tothe particularity of such equipment, the safe production of large logistics enterpriseshas not only become the core work of these enterprises’ concern in the process ofoperation, but also directly related to the successful completion of the key projectssuch as people's livelihood. In this paper, on the basis of studying the features of largelogistics enterprise safe production, the concept of large logistics enterprise safeproduction systems was proposed. This paper studied constraints and key technologiesof the carrying vehicle group subsystems, the tractor group subsystems and the pathsubsystem by abstracting the main factors that affect the safe production of largelogistics enterprises. The system optimization goals were safety first by taking cost intoaccount. The full text of research mainly includes the following sections:
Firstly, the overall research on large logistics enterprise safe production systems.For a high degree of complexity and uncertainty of this process, the main features oflarge logistics enterprise safe production systems were studied. This paper extractedthe main factors that affect this system in accordance with system structure of thecarrying vehicle group subsystems, the tractor group subsystems and the pathsubsystem. It studied the optimization goals and key constraints of large logisticsenterprise safe production systems and established the overall framework of it.
Secondly, this paper studied the models and algorithms of the carrying vehiclegroup subsystems and the tractor group subsystems. The models and algorithms ofcarrying vehicle group force reliability were established according to the staticphysical properties and three-point support model of carrying vehicle group, and thecarrying vehicle group force reliability was evaluated from four dimensions whichincluded main beam moment, main beam shear, main beam deformation and axial load.Then, the models and algorithms of moving stability were proposed according to thedynamic characteristics of the carrying vehicle group moving, and the moving stabilityof a whole vehicle group was evaluated through lateral stability, longitudinal stability, and the collapse point stability. This paper put forward the models and algorithms ofbanding reliability by considering banding parameters and binding characteristics ofthe carrying vehicle group, and assessed the banding reliability from carryingequipment’s forward slide, forward overturn, lateral sliding and the tendency of lateraloverturn. On the basis of automobile driving theory, the models and algorithms oftraction reliability were established and evaluated through two aspects which includedriving force and tractor weight by considering the empirical formula of traction lossunder the high-altitude condition.
Thirdly，according to the problem of poor ability to OS/OW car group through thecorner, a models was built for hydraulic flat-panel trailer group, hydraulic powergooseneck car group and Long cargo cross-loading group to simplify the study, andstudy deeply the key physical quantities impacting the turn. Dynamic iterativealgorithm about key physical quantities was proposed through mathematical modeling,and dynamic computer simulation was realized based on algorithm. According to theproblem of the poor ability to OS/OW car group through the bridge, the models ofOS/OW car group through simply supported bridge, continuous beam bridge and archbridge, dynamic algorithm was put forward to assess the bridge passing ability ofOS/OW car group.
According to the highway transportation route selection optimization problem, inorder to minimize the transportation costs, highway transportation route selectionoptimization model was established based on delivery time window, customer servicetime, overloading punishment, vehicle loading, traffic volume restricted, and improvedgenetic simulated annealing algorithm was proposed, the two layer coding means aboutvehicle volume and carrying capacity was presented, so, initial multi-population wasgenerated, outstanding individual migration sharing was achieved by competing witheach other among all populations, eventually the optimal solution was found. So, thispaper provided a new solution about highway transportation routing problem.
Finally, a large logistics enterprise safe production system was designed based onthe findings of this paper. Each subsystem module of this system was designed indetailed on the basis of web service platform by using B/S structure. Then, the validityof the models and algorithms proposed in this paper to solve this kind specialtransportation problem was verified through the application examples.
首先，论文对大件物流安全生产进行了总体研究。针对大件物流企业安全生产过程呈现高度复杂性和不确定性的特点，研究了大件物流企业安全生产系统的主要特征，按照承载车组子系统、牵引车组子系统和运输路径子系统的系统结构，提炼出大件物流企业安全生产主要影响因素。研究了大件物流企业安全生产系统的优化目标及其关键约束条件，建立大件物流企业安全生产系统总体框架。
其次，论文研究了大件物流企业安全生产系统的承载车组子系统和牵引车组子系统的模型。根据承载车组的静态物理属性和液压悬挂三点支撑模型，提出了承载车组受力可靠性模型，从主梁弯矩、主梁剪力、主梁变形和轴线载荷四个维度对承载车组的受力可靠性进行评估；根据承载车组的行进动态特征，提出行进稳定性模型，分别从承载车组的横向稳定性、纵向稳定性和塌点稳定性对整个车组的行进稳定性进行评估；根据承载车组的绑扎参数和绑扎特征，建立了承载车组绑扎可靠性模型，分别从承载设备向前滑动、向前翻倒、侧向滑动和侧向翻倒的倾向对承载车组绑扎可靠性进行评估。根据汽车行驶理论，建立大件车组的牵引可靠性模型，结合高海拔工况下牵引力损耗经验公式，从驱动力和牵引车配重两个方面对牵引车组可靠性进行评估。
再次，针对大件车组弯道路径通过能力普遍较差的问题，通过对液压平板全挂车组、液压动力鹅颈车组和长货跨装车组进行建模，简化研究对象，对影响其转弯的关键物理量进行深入研究，提出了动态迭代算法，并在此基础上实现了计算机动态模拟仿真。针对大件车组桥梁路径通过能力较差的问题，利用荷载比较法，建立大件车组通过简支梁桥、连续梁桥和拱桥的模型，提出动态模拟算法，对大件车组的桥梁通过性进行评估。
针对大件公路运输路径优化的问题，通过承载车组受力可靠性和绑扎可靠性评估结果选择承载车组；通过牵引车组可靠性评估结果选出牵引车组；根据行进稳定性评估结果、弯道路径和桥梁路径通过能力评估结果筛出备选路径，以安全为主要约束条件，以成本优化为目标，建立了带配送时间窗、车辆安全通过性、车辆载重限制、车辆容积限制等多约束条件的大件公路运输路径优化模型，采用三层序数编码方法产生满足载重和体积约束条件的初始种群，通过模拟退火操作和遗传算法对整个群体进行优化，进而得出大件物流企业安全生产资源最优配置方案的满意解。
最后，基于本文研究成果设计了大件物流企业安全生产系统。基于WebService平台，采用B/S结构，设计了大件物流企业安全生产系统的各子系统模块，并通过应用示例验证本文所提出模型和算法的正确性和实用性。
In recent years, all kinds of industrial equipment have developed towards largeand heavy with the accelerated process of industrialization in China. More and moredevices’ single piece weight more than100tons in the significant projects related tothe national economic construction and national defense construction, such aspetrochemical, metal smelting, mining, and power plant construction. Large logisticsenterprises of the carriage of such equipment are also booming developments. Due tothe particularity of such equipment, the safe production of large logistics enterpriseshas not only become the core work of these enterprises’ concern in the process ofoperation, but also directly related to the successful completion of the key projectssuch as people's livelihood. In this paper, on the basis of studying the features of largelogistics enterprise safe production, the concept of large logistics enterprise safeproduction systems was proposed. This paper studied constraints and key technologiesof the carrying vehicle group subsystems, the tractor group subsystems and the pathsubsystem by abstracting the main factors that affect the safe production of largelogistics enterprises. The system optimization goals were safety first by taking cost intoaccount. The full text of research mainly includes the following sections:
Firstly, the overall research on large logistics enterprise safe production systems.For a high degree of complexity and uncertainty of this process, the main features oflarge logistics enterprise safe production systems were studied. This paper extractedthe main factors that affect this system in accordance with system structure of thecarrying vehicle group subsystems, the tractor group subsystems and the pathsubsystem. It studied the optimization goals and key constraints of large logisticsenterprise safe production systems and established the overall framework of it.
Secondly, this paper studied the models and algorithms of the carrying vehiclegroup subsystems and the tractor group subsystems. The models and algorithms ofcarrying vehicle group force reliability were established according to the staticphysical properties and three-point support model of carrying vehicle group, and thecarrying vehicle group force reliability was evaluated from four dimensions whichincluded main beam moment, main beam shear, main beam deformation and axial load.Then, the models and algorithms of moving stability were proposed according to thedynamic characteristics of the carrying vehicle group moving, and the moving stabilityof a whole vehicle group was evaluated through lateral stability, longitudinal stability, and the collapse point stability. This paper put forward the models and algorithms ofbanding reliability by considering banding parameters and binding characteristics ofthe carrying vehicle group, and assessed the banding reliability from carryingequipment’s forward slide, forward overturn, lateral sliding and the tendency of lateraloverturn. On the basis of automobile driving theory, the models and algorithms oftraction reliability were established and evaluated through two aspects which includedriving force and tractor weight by considering the empirical formula of traction lossunder the high-altitude condition.
Thirdly，according to the problem of poor ability to OS/OW car group through thecorner, a models was built for hydraulic flat-panel trailer group, hydraulic powergooseneck car group and Long cargo cross-loading group to simplify the study, andstudy deeply the key physical quantities impacting the turn. Dynamic iterativealgorithm about key physical quantities was proposed through mathematical modeling,and dynamic computer simulation was realized based on algorithm. According to theproblem of the poor ability to OS/OW car group through the bridge, the models ofOS/OW car group through simply supported bridge, continuous beam bridge and archbridge, dynamic algorithm was put forward to assess the bridge passing ability ofOS/OW car group.
According to the highway transportation route selection optimization problem, inorder to minimize the transportation costs, highway transportation route selectionoptimization model was established based on delivery time window, customer servicetime, overloading punishment, vehicle loading, traffic volume restricted, and improvedgenetic simulated annealing algorithm was proposed, the two layer coding means aboutvehicle volume and carrying capacity was presented, so, initial multi-population wasgenerated, outstanding individual migration sharing was achieved by competing witheach other among all populations, eventually the optimal solution was found. So, thispaper provided a new solution about highway transportation routing problem.
Finally, a large logistics enterprise safe production system was designed based onthe findings of this paper. Each subsystem module of this system was designed indetailed on the basis of web service platform by using B/S structure. Then, the validityof the models and algorithms proposed in this paper to solve this kind specialtransportation problem was verified through the application examples.
引文
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