集裝箱碼頭裝卸作業(yè)調(diào)度模型及優(yōu)化算法研究.pdf

1、集裝箱碼頭是海陸聯(lián)運(yùn)的樞紐,在全球化經(jīng)濟(jì)中起著非常重要的作用.提高碼頭上裝卸設(shè)備的調(diào)度水平,合理配置碼頭現(xiàn)有資源可以提高集裝箱處理效率,降低碼頭、船公司及貨主的單箱成本.本研究是在上海交通大學(xué)(SJTU)工業(yè)工程與管理系與法國(guó)Ecoles des Mines de Nantes(EMN)的SLP(Systems desLogistics et Production)研究小組共同指導(dǎo)下完成的.針對(duì)集裝箱碼頭作業(yè)管理面臨的主要問(wèn)題和壓力,以

2、及對(duì)合理調(diào)度及優(yōu)化策略的迫切需要,本課題采用"實(shí)踐一理論一實(shí)踐"的方法,對(duì)集裝箱碼頭裝卸作業(yè)的調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了綜合的分析和優(yōu)化.主要研究?jī)?nèi)容包括: ◆現(xiàn)有對(duì)集裝箱碼頭裝卸作業(yè)的調(diào)度研究存在求解復(fù)雜性高及精度低的不足,本文對(duì)此提出了對(duì)集裝箱碼頭的不同裝卸設(shè)備(岸邊吊車、集卡車和場(chǎng)地吊車)的作業(yè)計(jì)劃并行考慮的思想.建立了一個(gè)集成化的裝卸作業(yè)調(diào)度模型,以改進(jìn)不同設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性,提高碼頭總的作業(yè)效率.并從生產(chǎn)調(diào)度角度分析了集成化模型的特

3、性,對(duì)模型進(jìn)行精確定義,建立了一個(gè)帶有作業(yè)先后次序限制、設(shè)備調(diào)整時(shí)間和阻塞約束的3階段混和flow shop模型HF,R┃prec,S<,ik>,block┃ C<,max>(HFSS-B),每個(gè)階段的設(shè)備由無(wú)關(guān)設(shè)備子集組成. ◆在本文提出的集裝箱碼頭裝卸作業(yè)調(diào)度模型的基礎(chǔ)上,以上海港某個(gè)集裝箱碼頭實(shí)際布局及運(yùn)作為原型,應(yīng)用WITNESS仿真軟件對(duì)該碼頭裝卸作業(yè)操作進(jìn)行仿真研究,建立了集裝箱裝卸作業(yè)集成化調(diào)度仿真模型(CHSPS

4、),驗(yàn)證了本文提出的理論和方法的可行性、正確性. ◆設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了兩種啟發(fā)式調(diào)度算法對(duì)HFSS-B模型進(jìn)行求解:Job-bv-Job算法及多重插入式算法(MIH),為后續(xù)的局部搜索(Local Search)提供了初始解.其中,Job-by-Job算法對(duì)集裝箱進(jìn)行逐一排序作業(yè);而MIH算法是在對(duì)小車路徑規(guī)劃問(wèn)題(VRP)求解的插入式算法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的,對(duì)集裝箱進(jìn)行分級(jí)排序. ◆提出了一種全新的求解帶阻塞限制的調(diào)度問(wèn)題的鄰居結(jié)

5、構(gòu)定義方式.通過(guò)在有限的解空間內(nèi)進(jìn)行搜索,避免搜索過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)非可行解的情況,并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有有限搜索空間的tabu搜索算法TSRT. ◆作為利用局部搜索理論求解帶有阻塞約束的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題的新嘗試,本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了帶有修復(fù)技術(shù)的tabu搜索算法TSRP.與TSRT算法不同的是,該算法對(duì)整個(gè)解空間進(jìn)行搜索,在算法中融入了非可行性檢測(cè)技術(shù)和對(duì)非可行解的修復(fù)技術(shù),解決了搜索過(guò)程中可能會(huì)遇到不可行解的問(wèn)題. ◆為了進(jìn)

6、行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,本文設(shè)計(jì)了一系列中、小規(guī)模數(shù)據(jù)實(shí)例,這些數(shù)據(jù)均來(lái)自碼頭設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),具有典型性和代表性.應(yīng)用C++編程實(shí)現(xiàn)了實(shí)例的分析計(jì)算,對(duì)本文提出的啟發(fā)式調(diào)度算法以及tabu搜索算法TSRT和TSRP的總體性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)和比較,對(duì)集裝箱碼頭作業(yè)效率的量化研究具有很大的積極意義. ◆基于所取得的研究成果,對(duì)本文研究的一些未盡之處和未來(lái)的研究方向提出一些初淺的看法. 綜上所述,本文通過(guò)生產(chǎn)調(diào)度理論分析和建立了集成化