基于系统动力学的煤矿生产物流系统效率研究.pdf

第 4 2卷 第 1 期 2 0 1 6年 1月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i n e Au t o ma t i on Vo 1 ． 4 2 NO 。 1 J a n ．2 O1 6 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 O 1 6 O l 一 0 0 4 0 0 5 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 2 张炎 亮 ， 刘要南 ， 王 金 凤． 基 于 系 统 动 力 学 的 煤 矿 生 产 物 流 系 统 效 率 研 究 E J ] ． 工 矿 自动 化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 4 0 4 4 ． 基于系统动力学的煤矿生产物流系统效率研究 张炎 亮 ， 刘要 南 ， 王金 凤 郑 州大学 管 理工程 学 院 ， 河 南 郑州4 5 0 0 0 1 摘要 针对现有的煤矿 生产物流 系统研究方法缺乏对各影响因素间相互关 系的剖析 、 不能动态预测投入 对 系统 效 率水平 的影响程 度 等 问题 ， 应 用 系统 动力 学方 法构 建 了煤 矿 生产 物流 系统 效 率 水平 影 响 因素 的 系 统动力学模型， 对煤矿生产物流 系统效率水平进行 了动态仿真。仿真结果表明， 提高煤矿生产物流 系统效率 需要持续的资源投入； 各影响因素初值水平会影响煤矿生产物流 系统达到期望效率的时间； 所有的影响因素 中， 管理及技 术人 才 水平的 实 际作 用 率最 大 ， 因此 ， 提 高煤矿 生 产物 流 系统 效 率的 重 点在 于提 升 管 理及 技 术 人 才水平 。 关 键词 煤矿 生产 物流 ；效 率 ；系统 动力 学 中图分 类号 T D6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 5 1 2 3 1 1 5 5 7 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 O 1 5 1 2 3 1 ． 1 5 5 7 ． 0 1 2 ． h t ml Re s e a r c h o f e f f i c i e n c y o f c o a l mi n e p r o du c t i o n l o g i s t i c s s y s t e m b a s e d o n s y s t e m d y n a mi c s ZHANG Ya n l i a n g ，LI U Ya o n a n， W ANG J i n f e n g S c h o o l o f M a n a g e me n t En g i n e e r i n g ，Z h e n g z h o u Un i v e r s i t y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t I n vi e w o f p r o bl e ms t h a t e xi s t i n g r e s e a r c h me t h od s o f c o a l mi ne p r odu c t i o n l o g i s t i c s s ys t e m l a c k a na l y s i s o f r e l a t i o ns hi p a m o n g v a r i o us i nf l u e n c i n g f a c t or s a nd c a nno t f or e c a s t i mpa c t o f i np ut o n s ys t e m e f f i c i e n c y dy na m i c a l l y，s y s t e m dy n a m i c s m e t ho d wa s u s e d t o e s t a bl i s h s ys t e m d yn a mi c s mod e l o f f a c t o r s whi c h i nf l u e nc e e f f i c i e nc y l e ve l of c o a l mi ne p r od uc t i o n l o g i s t i c s s y s t e m ，a nd e f f i c i e nc y l e v e l of c o a l mi ne p r od uc t i on l o gi s t i c s s ys t e m wa s s i mul a t e d d yn a mi c a l l y．Th e s i mul a t i o n r e s ul t s s ho w t h a t i mp r o v i n g e f f i c i e n c y o f c o a l m i n e p r o d uc t i o n l o gi s t i c s s ys t e m r e q ui r e s s u s t a i ne d i n v e s t m e nt o f r e s ou r c e s ．I ni t i a l va l u e of f a c t o r s a f f e c t s t i m e o f c o a l m i ne pr od uc t i o n l o gi s t i c s s ys t e m t o a c hi e ve de s i r e d e f f i c i e n c y．I n a l l f a c t o r s ， l e v e l of ma n a g e me nt a nd t e c hn i c a l p e r s on ne l ha s t h e m a x i mu m a c t ua l a c t i v i t y r a t i o，t he r e f o r e， e n ha n c e l e v e l o f ma n a ge m e nt a nd t e c hni c a l pe r s o nn e l i s t h e ke y t o i m p r o ve e f f i c i e nc y o f c oa l mi n e pr o du c t i o n l o g i s t i c s s y s t e m ． Ke y w o r d s c o a l mi n e p r o d u c t i o n l o g i s t i c s ；e f f i c i e n c y；s y s t e m d y n a mi c s 0 引言 据相 关 统计 ， 中 国每 年 的煤 炭 运输 量 约 占铁 路 货运总量的 4 O 。而作为煤炭物流的重要 组成部 分 ， 煤矿 生产 物流对 煤 炭 产 量 的提 高 起 着 至关 重 要 的作用。然而 ， 由于 中国煤矿企业长期以来 的粗放 式管 理 ， 造成 了煤矿 生产物 流整 体效 率低 下 。因此 ， 加强 对煤 矿生产 物 流系统 效率方 面 的研究 显得 尤为 重要 。 煤 矿 生产 物 流系 统 涉及 诸 多 因素 ， 各 影 响 因素 收稿 日期 2 O 1 5 一 O 9 2 2 ； 修 回日期 2 0 1 5 - 1 2 1 3 ； 责任编辑 盛男 。 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 7 1 2 7 1 1 9 4 ； 教育部人文社会科学研究青年基金资助项 目 1 1 YJ C6 3 0 2 9 1 。 作者简介 张炎亮 1 9 7 9 一 ， 女 ， 安徽毫州人 ， 副教授 ， 博士 ， 主要研究方向为物流管理 、 工业工程 、 煤 矿物流 、 煤矿水灾害 ， E ma i l y a n l i a n g Z Z U e d u ． C r l 。 2 0 1 6年第 1期 张炎亮等 基 于系统动力学的煤矿生产物流 系统效率研究 4 1 之 间相 互作 用 ， 形 成具 有 复 杂非 线 性 、 实 时动 态 性 、 模 糊不 确定 性 的系统 。王金凤 等口 提 出建立 基 于数 据 包络 分 析 D a t a E n v e l o p me n t An a l y s i s ， DE A 的 煤矿生产物流资源配置效率评价模 型， 以期 提高资 源 配置 效率 ； 赵 明忠_ 2 ] 提 出运 用 D S证 据理 论 结合 B P神 经 网络来 建立 煤矿 生产 物 流效率 评 价模 型 ， 并 且 证 明 了模 型 的有 效 性 ； 王 金凤 等 [ 3 提 出运 用 回归 设计分析各安全指标对煤矿生产物流系统安全水平 的影响， 以各因子的投入 和系统安全 目标作为约束 条 件 ， 建立 煤 矿生 产物 流效 率优 化模 型 。然而 ， 目前 这 些研 究 太过 局 限 于纯 粹 的数 学 模 型 ， 缺 乏 对 系统 的动 态分 析 。 系统 动 力 学 S y s t e m D y n a mi c s ， S D 是 一 种 将 仿真技术与系统科学理论结合起来研究高阶次、 非 线性 复 杂系统 的定量 方法 [ 4 ] ， 现 已在 工程 系统 、 宏 观 经济 规划 、 安 全 管 理 等 领 域 得 到 广 泛 应 用 [ 5 引。本 文运 用 S D理 论与 方法 构建 了煤矿 生 产 物 流 系统 效 率水 平 影 响因 素 的 S D模 型 ， 利 用 Ve n s i mP L E软 件 对系统效率水平进行动态仿真， 根据仿 真结果得 出 系统 中不 同因 素对 系 统 效 率水 平 的实 际 作 用 率 ， 可 为煤矿资源投入策略提供依据。 1煤 矿生产 物 流 系统 S D建模 1 ． 1 影响 因素及 因果 关 系 煤 矿 生 产 物 流 系统 涉及 多个 工 序 和 环节 ， 本 文 对 相关 理论 进 行研 究 ， 并 通 过 实 地 调 查 和 咨 询相 关 专家 ， 将影响煤矿生产物流 系统效率的因素分为管 理 及技 术人 才 、 机 械 设 备 及 设 施 规 划 、 煤 炭 生 产 能 力 、 物 料 的供应 流通 、 灾 害预 防及 救援 5 个 方 面 。煤 矿 生产 物 流系 统 因果关 系如 图 1所示 。 理及技术人才水平 设备及设施规划水 一 ’ 、 、 ／ 、 ～ ‘ ● ， ， 、 ’- -， -‘ ，--●_●_●●● ● 图 1 煤矿 生产物流系统 因果关系 1 ． 2 变 量 定 义 结合煤矿生产物流系统因果关 系， 定义如下变 量 ， 见 表 1 。 1 ． 3煤 矿 生产 物流 系统 流 图及 方 程 通 过分 析煤 矿生 产物 流 系统 因果关 系 和变量 定 表 1 变 量 定 义 义 ， 利 用 S D仿 真软 件 Ve n s i mP L E建 立煤 矿 生产 物 流 系统 S D流 图 ， 如 图 2 所 示 。 根 据流 图建 立如下 方程 。 水 准方 程 L ． K L ． J R ． J K R ． J K T 1 4 2 工矿 自动化 2 0 1 6年 第 4 2卷 图 2煤 矿 生 产 物 流 系 统 S D 流 图 L2 ． K L2 ． J R2 ． J K R ． J K T 2 Cl 一0 ． 0 7 ， C 2 一O ． 0 6， C 3 0 ． 0 8， C 4 0 ． 0 6 ， C s --0 ． 0 7 L。 ． K L3 ． J R3 ． K R8 ． K T 3 R6 0， R 一0 ． 0 1， R8 0 ． 0 1， R9 0， R1 。 一0 ． 0 1 L ． K L ． J R4 ． K R9 ． J K T 4 C6 0 ． 3 ， C7 0 ． 3 ， C8 0 ． 3， C 。 一 0 ． 3， C1 。 一0 ． 3 L5 ． K L5 ． ， Rs ． J K R o ． J K T 5 Q 一 0 ． 3， Q 一0 ． 1 ， Q3 0 ． 2， Q 一0 ． 2 ， Q 一 0 ． 2 L 6 ． K L 6 ． J C 6 ． J K 9 0 ／ A． K 丁 6 赋 初值 L7 ． K L7 ． ， C7 ． J K 9 0 ／ A． K T 7 L1 7 8， L2 7 5 ， L 3 7 2 ， L4 8 6， L5 8 4 L8 ． K L8 ． J C8 ． J K 9 0 ／ A． K T 8 L6 0， L7 0， L8 0 ， L 一 0 ， L 。一 0 L 。 ． K L ． C 9 ． J K 9 0 ／ A． K T 9 参数设 置具 体说 明如下 。 L l o ． K L l o ． JC l o ． K 9 0 ／ A． K T 1 0 1 由式 1 7 确定各因素的影响系数 式 中 ． K 表示 现 在 时 刻 ； ． J表 示 过 去 时刻 ； ． J K 表 示． J时刻到． K 时刻的时间间隔； T表示仿 真时间 步长 。 速率方 程 R1 ． KL Cl L ． K 1 1 Rz ． KL C2 L7 ． K 1 2 R3 ． KL C3 L8 ． K 1 3 R4 ． KL C4 L9 ． K 1 4 R5 ． KL C5 L1 。 ． K 1 5 式 中 ． KL表示 ． K 时刻 到 ． L 时 刻 的 时 间 间 隔 ． L 表示将来时刻 。 辅 助方程 A． K Q L ． K Q2 L2 ． K Q3 L3 ． K Q L ． K Q5 L ． K 1 6 1 ． 4参数设 置及说 明 常数 C i 一∑a ／ ∑∑n 1 7 l 1 、 1 i 1 式 中 d iia为完全 消 耗 系数 ； n为完全 消耗 系数 矩 阵 的 阶数 ； i 为行元 素 ； j 为列 元素 。 2 由于仿 真时长 为 3 6个 月 ， 所 以认 为 管 理及 技术人才水平衰退率和物料的供应流通水平衰退率 为 0 。机械设 备及 设施 规划 水平 衰 退 率根 据 固 定资 产 折 旧率 计算 得 出 ， 并 且 认 为灾 害预 防及 救 援水 平 衰退率 、 煤炭生产能力水平衰退率和机械设备及设 施 规划水 平 衰退率 相等 。 3 设定各影响因素水平投入增加率为 0 ． 3 。 4 根 据煤 矿企 业 的历 史 数 据 ， 采 用 熵权 法口 。 ] 得 出各 影 响 因 素 对 煤 矿 生 产 物 流 系 统 效 率 的 作 用 率 。 5 各 影 响因素水 平初 值根 据 相关 专 家对 煤 矿 企业评 估 的平均值 得 出 。 2 0 1 6年第 1期 张炎亮等 基 于系统动力学的煤矿生产物流 系统效率研究 4 3 6 设 定 各影 响 因素投 入水 平初 值为 0 。 7 设 定 煤 矿 生 产 物 流 系 统 的 期 望 效 率 水 平 为 9 0 。 2煤 矿 生产 物流 系统 S D仿 真 采 用 Ve n s i mP L E软 件对 煤 矿 生 产 物 流 系 统 效 率水平影响因素的 S D模型进行仿真 ， 仿 真时间为 3 6个 月 ， 步 长 为 1 个 月 。仿 真结 果如下 。 1 各影响因素水平投入增加率均为 0 ． 3时 ， 煤矿 生 产物 流 系统效 率水 平趋 势 如 图 3所示 。可看 出煤矿生 产物流 系统效 率水 平在 第 3 1个月 达到 9 0 ， 可见煤矿生产物流 系统效率水平 的提升需要持 续的资源投入。 图 3 煤 矿生产物流系统效率水平趋势 2 调整各影响因素水平初值 ， 得到初值设定 对煤矿生产物流系统效率水平的影响， 如图 4所示 。 可看 出各影响因素水平初值越高 ， 增加各影 响因素 投入 后 ， 煤矿 生产 物 流 系统 达 到 期 望效 率 水 平 所 用 的 时间越 少 。 图 4 因素水平初值对煤矿生产物 流系统效 率水平的影响 3 将选定因素水平投入增加率依次从 0 ． 3提 高到 0 ． 6 ， 其他影响因素水平投入增加率保持不变 ， 得到各影响因素水平投入增加率对煤矿生产物流系 统效率水平 的影响， 如图 5所示 。可看出各影 响因 素水平投入增加率对煤矿生产物流系统效率水平的 影响程度从大到小依次为管理及技术人才水平、 煤 炭 生产 能力水 平 、 物料 的供 应流通 水平 、 灾 害预 防及 救援 水平 、 机 械设 备及设 施 规划水 平 。 * 褂 较 图 5 各影响 因素水平投入增加率对煤矿生产物流 系统效率水平的影响 4 各影响因素的实际作用率是指在其他影响 因素水平 投入 增加 率 不 变 的条 件 下 ， 某个 影 响 因素 水平投入增加率提 高一定值 ， 能够使煤矿生 产物流 系统效率水平增加 的百分比。根据图 3求出煤矿生 产物流系统效率水平 的平均值 为 8 4 ． 0 7 ； 将 图 5中 各影响因素水平投入增加率作用下对应的每个月煤 矿生产物流系统效率水平值分别减去 图 3中对应的 每个月系统效率水平值 ， 取平均值后与系统效率水 平 的平均值 8 4 ． O 7 相 比， 得到管理及技术人才水平 、 机械设备及设施规划水平 、 煤炭生产能力水平 、 物料 的供应流通水平 、 灾 害预防及救 援水平 的实际作用 率分 别 为 0 ． 0 1 7 2 ， 0 ． 0 0 4 9 ， 0 ． 0 1 3 2 ， 0 ． 0 1 1 5 ， 0 ． 0 0 9 9 。 由此可见， 各影响因素对煤矿生产 物流系 统效率水平的影响程度差异非常 明显 ， 其 中管理及 技术人才水平的实际作用率最大 ， 其 次是煤炭生产 能力 水平 、 物 料的供 应流 通水 平 、 灾害 预防及 救援 水 平、 机械设备及设施规划水平 ， 这与图 5所得结论一 致。因此 ， 提升管理及技术人才水平是提高系统效 率水 平 的重点 。 3结语 构建了煤矿生产物流系统效率水平影响因素的 S D模 型 ， 通过 仿真 对 比分析 了各影 响 因素对 煤矿 生 产 物流 系统效 率 水 平 的 影 响程 度 。结 果 表 明 ， 煤 矿 生产物流系统效率水平的提高需要持续 的资源投 入 ； 各影响因素水平初值会影响煤矿生产物流 系统 达到期望效率 的时间 ； 从长期来看 ， 提高管理及技术 人才水平对煤矿生产物流系统效率的提升有较为明 显 的作 用 。 第 4 2卷 第 l 期 2 0 1 6 年 1月 工矿 自 动化 I n du s t r y a nd M i n e Aut oma t i o n Vo 1 ． 4 2 No ． 1 J a n．2 01 6 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 1 0 0 4 4 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 1 3 王君 ， 李倩钰 ， 童敏明， 等． 钻式采煤机钻具力磁耦合模型研究[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 1 4 4 4 7 ． 钻式采煤jI 『【 钻具 磁耦合模型研究 王君 ， 李倩钰 ， 童敏明 ， 张丹。 ， 杜长龙 1 ． 中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 安 大 略理工 大学 ， 加拿 大 安大 略省 奥沙 瓦 L 1 H 7 K4 摘 要 根 据 采煤机钻 具 的受 力特 点 ， 研 究 了钻具 力磁 之 间的 特征 关 系， 建立 了钻 具 力磁 耦 合模 型 。通过 分析 该模型 可 获取 应 力和 漏磁 场之 间的 特定耦 合 关 系， 从 而可根 据磁 场分 布 间接 获得 钻具的 应 力信 息 ， 达到 实时监 测 、 安 全 生产的 目的 。仿真 与测试 结果验 证 了该 模 型的 正确性 。 关键 词 采煤机 钻 具 ； 磁 测应 力 ；力磁耦 合模 型 ；漏磁 场 中图分类号 TD 4 2 1 ． 6 文献标志码 A 网络 出版时间 2 0 1 5 ～ 1 2 3 1 1 5 5 7 网络 出版地址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 5 1 2 3 1 ． 1 5 5 7 ． 0 1 3 ． h t ml Re s e a r c h o f ma g n e t o me c ha n i c a l c o u p l i n g mo d e l o f dr i l l i ng t o o l f o r a u ge r t y p e s h e a r e r W ANG J u n ， LI Qi a n y u ，TONG M i n mi n g ， Z HANG Da n ， DU Ch a n g l o n g 1． Sc ho ol o f I nf o r ma t i o n a nd El e c t r i c a l En gi n e e r i ng，Chi na U n i v e r s i t y o f M i ni n g a n d Te c hn o l og y， Xu z hou 2 21 0 0 8，Chi n a； 2． U n i v e r s i t y o f On t a r i o I ns t i t u t e o f Te c hn o l og y，Os ha wa o n L1 H 7 K4，Ca n a d a Ab s t r a c t Ac c o r di n g t o t he me c h a n i c a l f or c e c ha r a c t e r i s t i c s o f dr i l l i n g t o ol f o r a u ge r t y pe s h e a r e r ．t h e c ha r a c t e r i s t i c r e l a t i on s hi p be t we e n f o r c e a nd ma g ne t i c f i e l d o f dr i l l i n g t oo l wa s s t u di e d，a nd t he ma g ne t o me c ha n i c a l c ou p l i ng mo de l wa s e s t a bl i s he d． Ce r t a i n c o up l i ng r e l a t i o ns hi p b e t we e n t he s t r e s s a nd t h e 收稿 日期 2 0 1 5 - 1 0 1 6 ； 修 回日期 2 O 1 5 一 l 1 - 1 9 ； 责任编辑 张强 。 基金项目 国家自然科学基金项 目 5 1 4 2 8 5 0 1 ； 江苏省普通高 校研究生科研创新计划项 目 S J L X1 5 0 6 9 4 。 作者简介 王君 1 9 9 1 一 ， 男 ， 山东 臼照人 ， 硕士研究生 ， 研究方向为检测技术及其 自动化 ， E - ma i l ； w j 一 0 2 1 9 c u ret ． e d u ． C II 。 参 考文 献 [1] 王金凤 ， 朱怡晨 ， 冯立杰 ． 煤矿生产物流系统资源 配置 效率研究 [ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 4 ， 4 6 8 1 1 4 1 1 7 ． [ 2] 赵 明忠． 基于 B P神经网络和证 据理论 的煤矿生产 物 流系统评价[ D ] ． 郑州 郑州大学 ， 2 0 1 0 ． [ 3]王金凤 ， 翟雪琪 ， 冯立杰． 面向安全硬约束 的煤矿 生产 物流效率优 化研究 [ J ] ． 中 国管 理科 学， 2 0 1 4 ， 2 2 7 5 9 - 6 6 ． [ 4] 钟永光 ， 贾晓菁 ， 钱 颖 ， 等． 系统动 力学[ M] ． 北京 科 学出版社 ， 2 0 0 9 ． r 5] B OUL OI Z H ， GARBOLI NO E， TK1 0UAT M ， e t a 1 ． A s y s t e m d y n a mi c s mo d e l f o r b e h a v i o r a l a n a l y s i s o f s a f e t y c o n d i t i o n s i n a c h e mi c a l s t o r a g e u n i t [ J ] ． S a f e t y Sc i e n c e， 201 3， 5 8 3 2 40． [6 ] 何刚． 基于系统动力学的煤矿安全管理水平 仿真研究 [ J ] ． 系统仿真学报 ， 2 0 1 0 ， 2 2 8 2 0 1 3 2 0 1 7 ． [7] 刘业娇 ， 曹庆 贵 ， 王 文才 ， 等． 煤 矿安全 管理 的系统 动 力学仿真分析 [ J ] ． 中国安全 科学 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 0 9 45 5 O． [ 8] 张志强 ， 冯立杰 ， 王金凤． 煤矿水灾害影响 因子 的系统 动力学研究[ J ] ． 工业工程 ， 2 0 1 2 ， 1 5 2 1 2 8 1 3 3 ． [ 9] 刘超 ， 徐飞鸿 ， 路英． 基 于系统动力学 的货 币政 策多 目 标交互行 为[ J ] ． 系统工程 ， 2 0 1 5 ， 3 3 4 8 2 9 1 ． [ 1 o ] 刘 玉朋． 煤 矿安全 管理 系统 动力 学分 析 [ J ] ． 中国煤 炭 ， 2 0 1 2， 3 8 8 1 l 9 1 2 3 。 [ 1 1 ] 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