[发明专利]基于随机模型预测控制的物流企业煤炭选配送优化方法

摘要

本发明基于随机模型预测控制的物流企业煤炭选配送优化方法，属于煤炭物流企业对煤炭的选配送技术领域；该方法首先获得煤炭选配送信息，然后根据获得的煤炭选配送信息，采用随机模型预测控制获得预测长度内每个供应周期的最优煤炭选配送方案，最后采用预测长度T内第一个供应周期的最优煤炭选配送方案作为物流企业的煤炭选配送方案，物流企业按照上述方案进行煤炭选配送，直至供应周期终止；本发明使物流企业在满足电厂煤炭需求的情况下保证最大收益；同时可以始终保持相对较低的煤炭总库存量，并且满足电厂煤炭需求的次数大大提高，相比于其他决策方法具有更高的收益。

主权项

一种基于随机模型预测控制的物流企业煤炭选配送优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、获得煤炭选配送信息，具体包括以下步骤：步骤1.1、获得每个煤炭供应方的煤炭供应类型，若为折扣型煤炭供应，则获取折扣煤炭供应信息，若为无折扣型煤炭供应，则获取无折扣煤炭供应信息；所述的折扣煤炭供应信息包括：每个供应周期内的供应煤炭的种类、每种煤炭的品质参数、每种煤炭的可加性品质参数个数、每种煤炭的不可加性品质参数个数、每种煤炭的价格、每种煤炭的最大供应量、煤炭最小供应总量、获取折扣的煤炭最小供应总量、折扣率、煤炭采购量小于煤炭最小供应总量时的补偿金和供应周期总个数；所述的无折扣煤炭供应信息包括：每个供应周期内的供应煤炭的种类、每种煤炭的可加性品质参数个数、每种煤炭的不可加性品质参数个数、每种煤炭的品质参数、每种煤炭的价格、每种煤炭的最大供应量、煤炭最小供应总量和供应周期总个数；步骤1.2、获得物流企业的物流信息，具体为：每个供应周期内的折扣煤炭供应信息的个数、无折扣煤炭供应信息的个数、用于存储混合前不同种类煤炭的仓库容量、用于存储混合后煤炭的仓库容量、配煤设备的最大混合数量、配送给每家电厂的煤炭最小供应量和配送给每家电厂的煤炭最大供应量；步骤1.3、获得每个供应周期内电厂的煤炭需求信息，具体为：需求煤炭的电厂个数、每家电厂对煤炭的品质参数要求和每家电厂煤炭需求量的概率分布；步骤2、根据获得的煤炭选配送信息，采用随机模型预测控制获得预测长度内每个供应周期的最优煤炭选配送方案，具体步骤如下：步骤2.1、设定预测长度为T；步骤2.2、初始化预测长度T内每个供应周期的随机模型预测控制的参数，具体为：设定煤炭供应方的序号为i；煤炭种类的序号为j；电厂的序号为k；时间序号为t；当前时刻为t₀；第k家电厂对煤炭的需求总量为D_kt；获得的每家电厂的煤炭需求量上限为获得的每家电厂的煤炭需求量下限为D_kt；在t₀时刻，对预测长度内每家电厂的需求量D_kt的随机分布预测为物流企业在整个预测长度内能满足第k家电厂的煤炭需求的概率的上界为物流企业在整个预测长度内能满足第k家电厂的煤炭需求的概率的下界为p_k；随机分布预测在概率置信度下的最小上界值为随机分布预测在p_k概率置信度下的最小下界值为步骤2.3、根据步骤2.2的参数，预测在预测长度T内，每个供应周期的物流企业第j种品质煤炭的库存量；公式如下：${\mathrm{\Ψ}}_{j(t+1)}={\mathrm{\Ψ}}_{jt}+\underset{i\∈I}{\mathrm{\Σ}}{u}_{ijt}-\underset{k\∈K}{\mathrm{\Σ}}{B}_{jkt}-\underset{k\∈K}{\mathrm{\Σ}}{f}_{jkt}---\left(1\right)$其中，Ψ_j(t+1)表示第t+1时刻，物流企业第j种品质煤炭的库存量；Ψ_it表示第t时刻，物流企业第j种品质煤炭的库存量；I表示所有煤炭供应方的集合；u_ijt表示物流企业从第i个煤炭供应方采购第j种煤炭的煤炭总量；K表示所有电厂k的集合；B_jkt表示物流企业为第k家电厂配煤时第j种煤的用量；f_jkt表示物流企业为第k家电厂直接准备不需要混合处理的第j种煤的总量；步骤2.4、根据步骤2.2的参数，预测在预测长度T内每个供应周期的物流企业为第k家电厂准备需要混合处理后进行配送的煤炭的库存量；公式如下：$C_{k(t+1)}=C_{kt}+\underset{j\∈J}{\mathrm{\Σ}}{B}_{jkt}-Y_{kt},\mathrm{\Δ}t=0,1,...,T-1;---\left(2\right)$其中，C_k(t+1)表示第t+1时刻，物流企业为第k家电厂配送的煤炭的库存量；C_kt表示第t时刻，物流企业为第k家电厂配送的煤炭的库存量；J表示所有煤炭种类j的集合；Y_kt表示物流企业为第k家电厂准备混合处理后进行配送的煤炭量；Δt表示当前时刻t₀与预测长度内未来时刻t之间的间隔供应周期个数；步骤2.5、根据预测得到的在预测长度T内每个供应周期的物流企业第j种品质煤炭的库存量和每个供应周期的物流企业为第k家电厂准备需要混合处理后进行配送的煤炭的库存量，采用建立数学模型的方式描述预测长度T内每个供应周期的煤炭的选配送过程：所述的数学模型，建立过程如下：步骤2.5.1、设置数学模型的参数，包括：设置煤炭品质参数的序号为l；物流企业从第i个煤炭供应方采购第j种煤炭的煤炭总量采购成本为A_ijt；在t时刻，煤炭从煤炭供应方i运送到物流企业的单位运输成本为Ф_it；在t时刻，物流企业中煤炭的单位存储成本为F_t；在每个时刻，不能满足第k家电厂需求的单位缺货成本为G_k；在t时刻，物流企业的配煤设备运行所需的单位配煤成本为H_t；在t时刻，为每家电厂配送煤炭所获得的单位收益为N_t；在t时刻，物流企业支付第i个折扣型煤炭供应方的预付定金为O_it；步骤2.5.2、根据预测长度T内每个供应周期的煤炭的选配送物流限制，设定数学模型的决策变量为：在[t，t+1)供应周期内，物流企业从第i个煤炭供应方采购第j种煤炭的煤炭总量u_ijt；物流企业为第k家电厂直接准备不需要混合处理的第j种煤的总量f_jkt；物流企业为第k家电厂准备混合处理后进行配送的的煤炭量Y_kt；物流企业为第k家电厂配煤时第j种煤的用量B_jkt；物流企业从第i个折扣型煤炭供应方采购的煤炭量是否超过每个供应周期最小供应量的0‑1变量s_it，若超过时等于1，否则等于0；物流企业是否从第i个煤炭供应方采购煤炭的0‑1变量z_it，若采购时等于1，否则等于0；步骤2.5.3、建立预测长度T内每个供应周期的煤炭选配送的数学模型；目标函数如下：设定当前时刻为t₀，当t₀≤Z‑T+1时：$X=\underset{\mathrm{\Δ}t=0}{\overset{T-1}{\Σ}}\frac{P_t+Q_t+R_t+S_t+V_t+W_t}{{(1+r)}^{\mathrm{\Δ}t}}+U_{t_0},\mathrm{\Δ}t=t-t_0---\left(3\right)$当Z‑T+2≤t₀≤Z时：$X=\underset{\mathrm{\Δ}t=0}{\overset{Z-t_0}{\Σ}}\frac{P_t+Q_t+R_t+S_t+V_t+W_t}{{(1+r)}^{\mathrm{\Δ}t}}+U_{t_0},\mathrm{\Δ}t=t-t_0---\left(4\right)$其中，Z表示供应周期总个数；X表示预测长度T内，物流企业在煤炭选配送中所需要的总成本；P_t表示每个供应周期内，物流企业的煤炭采购成本；Q_t表示每个供应周期内，物流企业煤炭采购量小于最小供应量时所需支付的赔偿金；R_t表示每个供应周期内，煤炭从煤炭供应方运送到物流企业所需要的运输成本；S_t表示每个供应周期内煤炭的存储成本；V_t表示每个供应周期内物流企业的配煤设备运行成本；W_t表示每个供应周期内，物流企业为电厂配送煤炭所获得的收益；r表示每个供应周期内的折现率；表示[t₀，t₀+1)供应周期内，物流企业由于无法满足每个电厂的需求而导致的缺货费用总和；步骤2.5.4、根据预测长度T内每个周期的每个煤炭供应方的煤炭供应限制、物流企业的煤炭储存限制和每家电厂的煤炭需求限制，设定数学模型的约束条件，具体如下：对煤炭供应方的约束条件如下：(1)在每个供应周期内，物流企业向任意煤炭供应方的煤炭采购总量小于煤炭供应方每个供应周期的最小供应量，则该煤炭供应方不提供煤炭；(2)在每个供应周期内，物流企业向任意折扣型煤炭供应方的煤炭采购总量超过该煤炭供应方的获取折扣的煤炭最小供应总量，则该煤炭供应方按照折扣价格提供煤炭，否则该煤炭供应方按照原价提供煤炭；对物流企业的约束条件如下：(3)在每个供应周期内，为第k家电厂混合的煤炭库存总量小于等于存储混合煤炭的库容量；(4)在每个供应周期内，第j种煤炭的煤炭库存总量小于等于该种煤炭的库容量；(5)在每个供应周期内，若一个种类的煤炭不满足电厂对煤炭品质参数的要求，则这种煤炭不能直接送往电厂；(6)在每个供应周期内，采购的任意种类的煤炭总量小于等于煤炭供应方提供的最大数量；(7)在每个供应周期内，物流企业向电厂配送的煤炭总量在该电厂预测的需求范围内；(8)在每个供应周期内，不可加性品质参数不符合电厂的要求的煤炭不能进行混合处理；(9)在每个供应周期内，混合后的煤炭各项可加性品质参数均满足电厂对煤炭的要求；(10)在每个供应周期内，对所有电厂的配煤总量小于等于配煤设备的最大混合数量；对电厂的约束条件如下：(11)在每个供应周期内，电厂的煤炭实际需求量在其预测的需求范围内；对整个煤炭选配送过程的约束如下：(12)在整个预测长度内的决策变量大于等于0；(13)物流企业在供应周期[t，t+1)内向电厂配送的煤炭的约束条件为：在每个供应周期内，物流企业向电厂配送的煤炭总量在电厂煤炭需求量对应概率置信度的最小上界值和最小下界值之间；步骤2.6、根据所建立的数学模型中各项费用与决策变量之间的关系，在约束条件下获得目标函数最小时所对应的配送方案，即获得预测长度T内每个供应周期的最优煤炭选配送方案；步骤3、采用预测长度T内第一个供应周期的最优煤炭选配送方案作为物流企业的煤炭选配送方案，物流企业按照该方案进行煤炭选配送；步骤4、判断煤炭选配送的供应周期个数是否达到煤炭供应方的供应周期总个数，若是，则物流企业停止煤炭选配送，否则，返回执行步骤2。