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(zhì)優(yōu)、價廉的特點，在國際范圍內(nèi)得到了迅猛發(fā)展，已成為國際貿(mào)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(chǔ)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(guān)產(chǎn)業(yè)的供應(yīng)鏈。因此，集裝箱船配載問題一直是集裝箱碼頭營運領(lǐng)域的重點和難點課題，對其、研究也引起了國內(nèi)外專家、學(xué)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(fù)雜約束的多目標(biāo)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(shè)備及裝卸工藝的應(yīng)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(jìn)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(guān)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(jìn)行了分析和處理，提出了求解思路和并建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)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(shù)學(xué)模型，并設(shè)計了啟發(fā)式算法進(jìn)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(biāo)的數(shù)學(xué)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(jìn)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(shù)在集裝箱碼頭問題的研究應(yīng)用等角度，詳細(xì)綜述了近年來集裝箱船舶配載問題的研究現(xiàn)狀和存在問題，引出了本文的研究內(nèi)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(chǔ)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(gòu)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(dá)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(chǔ);
　　(3)在傳統(tǒng)配載問題的基礎(chǔ)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(shù)學(xué)模型。將多工況集裝箱船配載問題劃分為預(yù)配載和倍位

6、(Bay)排箱兩個子問題，設(shè)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(jìn)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(zhǔn)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(xiàn)快速、高效裝船為目標(biāo)，設(shè)計了啟發(fā)式算法和基于規(guī)則的改進(jìn)策略，通過對比分析表明改進(jìn)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(shè)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(chǎn)生的原因。針對倒箱數(shù)量不足以全面反應(yīng)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(shù)最少且場橋成本最小的多目標(biāo)堆場翻箱問題數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計了基于定向搜索的啟發(fā)式算法進(jìn)行求解，實例對比驗證了算法的準(zhǔn)確性和有效性;
　　(6)最后，基于自主開發(fā)的虛擬現(xiàn)實平臺VRFlier，結(jié)合本文研究內(nèi)容和關(guān)鍵技