基于CAS理论的区域性矿山复杂采选系统匹配研究及应用

发布时间：2020-06-15 00:12

【摘要】：本文是云南省省院省校合作科研课题《云锡区域矿山生产系统优化及信息化现代化矿山建设总体规划研究》中的一部分研究内容。论文从复杂适应系统(CAS)理论的观点出发,在对区域性矿山生产经营历史和现状全面、深入、细致分析研究的基础上,综合矿业系统科学、经济学、管理学、数学和计算机科学等学科的知识和技术,进行区域性矿山采选系统全局优化匹配的研究,实现了矿产资源的科学有序开采,提高了矿产资源开发利用水平和区域性矿山企业的经济效益,为区域性矿山生产经营信息化和管理科学化提供理论依据。论文主要从以下几个方面进行分析研究：首先,作者发现复杂适应系统(CAS)理论有助于我们很好地研究区域性矿山采选系统匹配。剖析了区域性矿山采选系统匹配的结构特征及系统的层次性、适应性及自组织性等特性。研究在一定地理界限内,由资源环境、矿石生产及加工等系统构成的不断发展变化的区域性矿山采选系统优化匹配方法,提出了基于复杂适应系统理论的采选系统优化匹配的理论框架,为区域性矿山采选系统匹配提供了理论依据。其次,基于CAS“流”的特征,研究基于CAS“流”的区域性矿山采选系统的网络分析模型。利用现代物流理论,分别研究在满足区域性矿山生产能力需求、整个网络流量最大以及物流费用最小等情况时,区域性矿山采选系统的网络优化和选址问题。最终实现地下矿山合理安排运输线路和选厂布局,从而降低运输成本,节约运输时间,提高经济效益,达到运输的科学化管理。主要进行了以下四个方面的研究： (1)建立了最短路模型,分析研究在当前的资源分布和运输路线情况下,各选厂至各资源点的最佳运输路径,由此也反映了各选厂相对当前资源状况的优劣程度； (2)建立了最大流模型,验证研究区域性矿山各采矿点至选厂的运输网络能否满足规划生产能力的需要； (3)建立了最小费用最大流模型,研究在网络中流量最大和运输费用最小时,区域性矿山采选系统的匹配方案； (4)建立了新、扩建选厂的选址模型,研究在具备了新建或扩建选厂的基本条件下,确定新、扩建选厂的最佳厂址方案。再次,研究区域性矿山采选系统运行中遵循的内在规律。对区域性矿山采选系统经营技术参数进行分析研究,发现了其对矿山效益的影响规律,并建立相关的分析模型。根据影响矿山效益的主要技术经济指标和已建立关系模型的有机集成,构建了区域性矿山采选系统综合技术经济评价模型。该模型综合考虑区域性矿山采选系统网络优化、影响成本的主要因素及优势选厂的功能,兼顾水、电及尾矿库等方面的平衡以及管理状况。利用遗传算法求解综合技术经济评价模型,得到了区域性矿山采选系统优化匹配结果,实现区域性矿山经济效益最大化。 (1)通过对区域性矿山采选系统的成本构成分析研究,考虑从降低运输费用、供电费用、供水费用及排尾费用等方面来采取措施降低成本,提高矿山企业的经济效益； (2)建立采选系统技术经济指标敏感性分析模型,研究各技术经济指标敏感度大小,确定影响区域性矿山采选系统经济效益的主要和次要因素； (3)建立模糊综合评判模型,对区域性矿山各选厂、各矿种的选矿综合指标进行模糊综合评判,确定优势选厂； (4)运用相关分析、回归分析等统计分析方法对影响区域性矿山经济效益的技术经济指标进行分析,并由回归方程与效益方程推导出了规模、技术效益模型,为构建区域性矿山采选系统匹配综合经济评价模型提供技术支持。 (5)构建区域性矿山采选系统综合技术经济评价模型,实现区域性矿山采选系统全局最优匹配。运用遗传算法对云锡区域性矿山7个供矿点、5个选厂、3个矿种、105个自变量和数以百万计可选方案的模型进行求解分析,得到了最优匹配方案,实现矿山采选系统匹配在云锡区域性矿山实际生产中的应用。实践证明,按优化方案组织生产,每年可增产锡精矿1.55万吨,增加利润约92048万元,取得了良好的经济效益和社会效益。最后,论文借鉴GIS的空间分析方法,开发了基于三维可视化的区域性矿山采选匹配决策支持系统。虽然目前已有很多学者研究决策支持系统在矿业中的应用,但研究基于三维可视化的区域性矿山采选匹配决策支持系统在矿业中的应用的文献几乎没有。基于三维可视化的区域性矿山采选匹配决策系统的研究有利于提高矿业企业管理的现代化水平和决策的科学化水平,具有重要的现实意义。总之,对于区域性矿山企业而言,每天都产生大量的生产经营数据,如何对这些矿山生产中所涉及的历史和现有的大量、多渠道的生产经营数据进行收集、加工、分析和研究,从中发现影响矿山生产发展的内在和外在因素,从而建立符合矿山企业实际情况的综合技术经济评价模型,最终对区域性矿山经营管理做出科学的决策,是从事矿山研究者所面临的难点之一,也是本论文研究的重点。随着系统科学、计算机科学、数学和经济学等学科理论和方法的发展,这为完善和丰富区域性矿山采选匹配优化理论和方法提供了很好的基础和契机,本文通过借鉴和吸收其他学科新的理论和方法,提出了区域性矿山采选系统匹配研究的思路和方法,为矿山企业取得显著的经济效益提供了有价值的指导作用。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TD928
【图文】：

过程图,交叉点,染色体,序列

使其基因组合有所不同，这种基因交叉的方式希望能产生适应性更高的染色体。随着染色体编码的方式不同，也有不同的交叉运算，下面是顺序交叉法，此法由 Oliver(1987)所提出，过程如图4一6所示。当完成交换后，从“父一”中的第二交叉点后的第一个位置开始，重新求得一序列:1一3一2一10一9一8一4一5一6一7;然后将2、3、10移除(因为“子一”已有这些数值)，如此可得一新序列:1一9一8一4一5一6一7，而后从“子一”的第二交叉点后开始，依序填入以上所求得的新序列，即完成操作。“子二”的操作方式也相同，只是新序列是以“父二”为基准，如“父一”中9在8之前、8在4之前，而“子一”也维持此关系。交叉点图4币顺序交叉图将群体内的各个个体随机搭配成对，对每一个个体，以某个概率(称为交叉概率)交换它们之间的部分染色体。变异:变异过程是随机的选取一染色体且随机选取变异点

线路图,运输网络,云锡,运输系统

按照云锡区域性矿山的规划设想，将来主要的运输系统将通过1800、1600和1360平台来完成。即各规划区域采矿点将由三大平台连接各选矿厂。根据三大平台优化的开拓和运输系统，简化其它不相关的运输平台，绘制云锡公司运输线路图如图5一2。将云锡运输网络图中各输入点、中间点和输出点的名称及编号等属性列表说明见表5一3和表5一4，计算各结点间的线路距离见附表1。

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