集裝箱起重機(jī)裝卸操作最優(yōu)路徑模型的建立與計(jì)算.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，全球集裝箱運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，世界各地主要集裝箱港口均面臨吞吐量急劇增長(zhǎng)的壓力。集裝箱船舶裝載能力的最大化及船舶在港時(shí)間的最小化要求集裝箱港口大幅提高其裝卸效率。為此配置的大量人員、裝卸設(shè)備和堆場(chǎng)導(dǎo)致營(yíng)運(yùn)成本和管理難度大量增加。集裝箱自動(dòng)化碼頭的使用可以減少操作人員，降低營(yíng)運(yùn)成本，并保證穩(wěn)定可靠地提高作業(yè)效率，從而提升港口的競(jìng)爭(zhēng)力。目前振華港機(jī)正在研發(fā)高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭，其目的就是為了徹底更新傳統(tǒng)碼頭低效

2、的裝卸流程，現(xiàn)實(shí)碼頭裝卸系統(tǒng)的高效化、智能化，并順應(yīng)未來集裝箱港口的發(fā)展方向。 影響集裝箱港口裝卸效率的因素有很多，其中包括裝卸設(shè)備資源的配置，堆場(chǎng)空間的安排，泊位、橋吊和集卡的分配與分派，以及港口機(jī)械的路徑。其中路徑問題主要是指岸橋、場(chǎng)橋的裝卸路徑的優(yōu)化，它是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)自動(dòng)控制的重要一環(huán)，也是研發(fā)高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭的裝卸系統(tǒng)中一項(xiàng)重要的研究工作。集裝箱起重機(jī)裝卸操作的路徑規(guī)劃需考慮的因素很多，所建立的模型是非線性的，

3、因而難以采用傳統(tǒng)的尋優(yōu)方法進(jìn)行求解。近年來，由于遺傳算法具有簡(jiǎn)單、易操作、需求低、并行和全局性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[2,44,45]，所以本文將遺傳算法引入到集裝箱起重機(jī)裝卸操作的路徑規(guī)劃問題中，求得集裝箱裝卸操作的最佳路徑。 本文首先建立了以最短路徑為目標(biāo)函數(shù)、無碰撞為約束條件的集裝箱裝卸操作最優(yōu)路徑的單目標(biāo)數(shù)學(xué)模型；對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，并通過編程求得了模型的解。結(jié)果的分析表明了單目標(biāo)集裝箱裝卸操作路

4、徑規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型的合理性，以及采用求解方法的有效性。 但是在實(shí)際集裝箱裝卸操作中，安全距離是更為關(guān)注的問題，為了避免發(fā)生翻箱事故，在實(shí)際操作中常采用效率低的“門框式”集裝箱裝卸操作。所以，本論文在單目標(biāo)優(yōu)化的研究基礎(chǔ)上，增加一個(gè)新的目標(biāo)函數(shù)一安全距離，將研究?jī)?nèi)容擴(kuò)展為集裝箱裝卸操作最佳路徑的多目標(biāo)優(yōu)化問題。首先將路徑最短轉(zhuǎn)換為等價(jià)的最大化目標(biāo)函數(shù)，從而建立了路徑和安全的雙目標(biāo)最大化問題的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)該數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法

5、進(jìn)行求解，在遺傳進(jìn)化的每一代中搜索Pareto解集，通過不斷更新這個(gè)解集，最終獲得滿足約束條件的最佳路徑的Pareto解。模擬結(jié)果與實(shí)際操作情況相符合，表明了多目標(biāo)集裝箱裝卸操作路徑規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型的合理性，以及采用求解方法的有效性。本文是對(duì)集裝箱起重機(jī)裝卸操作理論的初步探索。提出的集裝箱裝卸操作路徑規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型是經(jīng)過一定程度的簡(jiǎn)化，還需考慮的更多的因素(例如小車速度、手柄控制，電機(jī)因素)。論文中只模擬了一種作業(yè)環(huán)境，下一步的研究將