多工況集裝箱船配載與堆場翻箱優(yōu)化研究.pdf

1、集裝箱運輸因其快速、安全、質優(yōu)、價廉的特點，在國際范圍內得到了迅猛發(fā)展，已成為國際貿易的最佳運輸方式。集裝箱船配載是集裝箱運輸過程的一個核心環(huán)節(jié)，其目的是解決船舶在不同港口裝卸集裝箱時，在遵循配載基本原則、保證船舶穩(wěn)性和強度并兼顧后續(xù)港口快速裝卸的基礎上，確定集裝箱在船上的具體位置，減少中途港倒箱作業(yè)，提高船舶運輸效率。集裝箱船配載對確保船舶安全、貨物安全以及保證船期有著重要影響。配載方案的優(yōu)劣直接影響著客戶、船方和集裝箱碼頭的效益，也

2、間接影響著與貨物相關產業(yè)的供應鏈。因此，集裝箱船配載問題一直是集裝箱碼頭營運領域的重點和難點課題，對其、研究也引起了國內外專家、學者的興趣，并提出了許多解決方法。但由于集裝箱配載問題是帶有復雜約束的多目標組合優(yōu)化問題，屬于NP-Hard問題。隨著集裝箱船舶的大型化發(fā)展、新型港口機械設備及裝卸工藝的應用，集裝箱船配載問題得到了延伸，對這種情況下的快速、高效進行集裝箱裝卸作業(yè)提出了更高要求。然而，如何解決在多種作業(yè)工況條件下的集裝箱船配載問

3、題，尚未引起足夠的重視，對于綜合考慮與配載密切相關的堆場翻箱問題的研究還處于起步階段。
　　針對上述問題，本文首先對傳統(tǒng)集裝箱船配載問題的約束進行了分析和處理，提出了求解思路和并建立相應的數學模型。在此基礎上，分析了雙40ft(foot，英尺)岸橋作業(yè)模式，給出了多工況作業(yè)的含義，全面考慮集裝箱船、集裝箱和碼頭三方面的約束，建立了多工況的集裝箱船配載問題的數學模型，并設計了啟發(fā)式算法進行求解。其次，本文研究了在給定堆場集裝箱堆存狀

4、態(tài)和集裝箱裝船配載方案的情況下，如何確定合理的集裝箱裝船順序;針對集裝箱堆場翻箱問題，建立了以倒箱量最小并考慮場橋代價為目標的數學模型。最后，開發(fā)的多工況集裝箱船配載仿真原型系統(tǒng)對上述研究成果進行了驗證。論文的主要工作概括如下:
　　(1)首先從集裝箱碼頭工藝、集裝箱船配載問題研究方法、建模與仿真技術在集裝箱碼頭問題的研究應用等角度，詳細綜述了近年來集裝箱船舶配載問題的研究現狀和存在問題，引出了本文的研究內容和研究意義;
　

5、　(2)分析了集裝箱碼頭的裝卸工藝組成和典型裝卸工藝，在此基礎上研究了一種由雙40ft岸橋、低架橋分配系統(tǒng)和雙40ft場橋構成的新型自動化集裝箱碼頭裝卸工藝，給出了多工況作業(yè)的含義和表達方法，分析了配載問題的約束并提出了處理方法，為研究多工況集裝箱船配載問題奠定基礎;
　　(3)在傳統(tǒng)配載問題的基礎上，引入集裝箱碼頭岸橋作業(yè)工況和岸橋并行作業(yè)的因素，建立了多工況集裝箱船配載優(yōu)化的數學模型。將多工況集裝箱船配載問題劃分為預配載和倍位

6、(Bay)排箱兩個子問題，設計了啟發(fā)式算法用于求解倒箱量最少、岸橋作業(yè)成本最小、滿足集裝箱船的穩(wěn)性、強度和浮態(tài)的配載方案。通過實例進行了比較和分析，驗證了該方法的有效性;
　　(4)針對集裝箱堆場快速、準確發(fā)箱的要求，在給定堆場集裝箱堆存狀態(tài)和集裝箱裝船配載的情況下，建立了集裝箱裝船順序優(yōu)化模型。以最大程度地減少倒箱操作實現快速、高效裝船為目標，設計了啟發(fā)式算法和基于規(guī)則的改進策略，通過對比分析表明改進策略能有效解決堆場裝船順序問

7、題，提高碼頭堆場利用率和碼頭通過能力，降低碼頭裝卸設備的運營成本;
　　(5)為盡可能減少集裝箱堆場的翻箱操作，深入分析了翻箱產生的原因。針對倒箱數量不足以全面反應場橋的裝卸效率，提出了兼顧場橋的代價的思路，建立倒箱數最少且場橋成本最小的多目標堆場翻箱問題數學模型，并設計了基于定向搜索的啟發(fā)式算法進行求解，實例對比驗證了算法的準確性和有效性;
　　(6)最后，基于自主開發(fā)的虛擬現實平臺VRFlier，結合本文研究內容和關鍵技