港口集裝箱物流系統(tǒng)仿真和優(yōu)化方法的研究及應(yīng)用.pdf

1、港口集裝箱物流系統(tǒng)是由集裝箱、集裝箱船舶、港口裝卸搬運(yùn)設(shè)備、泊位、堆場(chǎng)、通信設(shè)施以及人員等若干相互制約的動(dòng)態(tài)要素構(gòu)成的，具有特定功能的有機(jī)整體。由于港口在現(xiàn)代物流節(jié)點(diǎn)上提供了最少的間斷和最大的增值，其在現(xiàn)代國(guó)際貿(mào)易和運(yùn)輸系統(tǒng)中的戰(zhàn)略地位正在逐步加強(qiáng)，并發(fā)揮日益活躍的作用。近年來(lái)全球集裝箱運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，更是給港口集裝箱物流業(yè)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。面對(duì)日益增長(zhǎng)的港口集裝箱吞吐量，如何對(duì)港口集裝箱物流系統(tǒng)進(jìn)行更加合理有效的規(guī)劃，最大

2、限度地發(fā)揮其作業(yè)能力，是目前急需解決的問(wèn)題，開(kāi)展這方面的研究勢(shì)在必行，具有重大意義。 針對(duì)港口集裝箱物流系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文對(duì)港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真和優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。本文以仿真貫串全文，按仿真建模、仿真應(yīng)用、仿真優(yōu)化的順序?qū)ρ芯績(jī)?nèi)容作了介紹，全文共分八章。 第一章論述了研究的目的和意義，介紹了仿真建模技術(shù)的研究現(xiàn)狀，并綜述了仿真技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)以及仿真優(yōu)化技術(shù)在港口集裝箱物流系統(tǒng)中的研究現(xiàn)狀，此外，簡(jiǎn)要介紹了論文的

3、主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)。 為了掌握港口集裝箱物流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，并為以后的系統(tǒng)仿真和自動(dòng)監(jiān)控研究打下基礎(chǔ)，第二章針對(duì)以往港口集裝箱物流系統(tǒng)建模中對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為描述不夠的問(wèn)題，分析了集裝箱碼頭的作業(yè)流程，在對(duì)港口集裝箱裝卸系統(tǒng)的建模中，利用改進(jìn)的面向?qū)ο驪etri網(wǎng)(Object-orientedPetriNet，OPN)方法，劃分出集裝箱裝卸系統(tǒng)涉及的對(duì)象類，并簡(jiǎn)述了它們的屬性和方法，建立了它們的OPN靜態(tài)模型及信息傳遞關(guān)系網(wǎng)。

4、 第三章在第二章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了系統(tǒng)的基本OPN模型，并利用不變量分析法對(duì)其進(jìn)行了性能分析(死鎖、有界、守恒)。然后，對(duì)OPN模型內(nèi)的沖突進(jìn)行了分析并制定了沖突的解決方案。在考慮了沖突控制機(jī)制后，利用仿真的方法，以面向?qū)ο蟮姆抡孳浖M-Plant為平臺(tái)，驗(yàn)證了OPN模型的可靠性。 第四章討論了仿真技術(shù)在港口集裝箱物流系統(tǒng)中的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例。第一個(gè)實(shí)例研究了從集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)的OPN模型到eM-Plant仿真模型的轉(zhuǎn)化方法

5、，采用該方法仿真了某現(xiàn)有集裝箱碼頭的生產(chǎn)過(guò)程，并把仿真結(jié)果和生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行了比較，進(jìn)一步驗(yàn)證了OPN模型的可靠性。第二個(gè)實(shí)例根據(jù)第六章布局優(yōu)化實(shí)例的優(yōu)化結(jié)果，運(yùn)用最優(yōu)生產(chǎn)技術(shù)和仿真技術(shù)，對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行生產(chǎn)瓶頸分析后，獲得了合理的碼頭前沿布局優(yōu)化方案。為了尋求離散系統(tǒng)仿真建模和分析的新方法，第五章根據(jù)集裝箱物流系統(tǒng)的離散特點(diǎn)，提出了基于數(shù)字電路的仿真建模方法，分析了集裝箱碼頭卸船作業(yè)中工序的邏輯關(guān)系。采用基于數(shù)字電路建模仿真的方法，建立了卸

6、船作業(yè)的數(shù)字電路模型，并采用電路仿真軟件驗(yàn)證了該方法的可行性。據(jù)此，提出了采用硬件編程語(yǔ)言HDL，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字電路仿真建模的理論方法。 集裝箱碼頭的建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)，其規(guī)劃和設(shè)計(jì)牽涉技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境等多方面的因素，另一方面，碼頭的船舶裝卸作業(yè)具有離散、隨機(jī)及動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，因此給碼頭布局及其設(shè)備配置的科學(xué)決策帶來(lái)一定的難度。為此，第六章依據(jù)集裝箱碼頭前沿布局規(guī)劃具有多目標(biāo)及其受隨機(jī)因素影響的特點(diǎn)，建立了以綜合成本最少、泊位

7、平均利用率和岸橋平均利用率最高為優(yōu)化目標(biāo)的多目標(biāo)隨機(jī)規(guī)劃模型，研究了仿真、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法相結(jié)合的求解方法，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。最后，將該方法應(yīng)用于某集裝箱碼頭前沿布局規(guī)劃問(wèn)題，得到了滿意的方案優(yōu)化結(jié)果。 要想提高港口的競(jìng)爭(zhēng)力，一個(gè)很重要的手段就是合理配置現(xiàn)有資源來(lái)提高碼頭的裝卸效率。在所有資源中，泊位是最重要的資源。因?yàn)椋鄬?duì)于其它設(shè)施的投資來(lái)說(shuō)，建造一個(gè)新的泊位的費(fèi)用是非常昂貴的，所以，在原有的泊位數(shù)量的基礎(chǔ)

8、上，合理的分配泊位對(duì)一個(gè)港口來(lái)說(shuō)是非常重要的。為此，第七章研究了泊位分配問(wèn)題。為了比較客觀地反映港口實(shí)際運(yùn)行狀況，并且考慮到岸橋調(diào)度等隨機(jī)因素對(duì)泊位分配的影響，第七章建立了以所有船舶的總在港時(shí)間最短為目標(biāo)的優(yōu)化模型，論述了泊位分配問(wèn)題的求解方法，介紹了其中的關(guān)鍵技術(shù)——泊位分配的仿真優(yōu)化模型的建立、遺傳算法的實(shí)施、仿真模型和優(yōu)化模塊數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)。最后，把某港的人工泊位分配方案與仿真優(yōu)化產(chǎn)生的方案相對(duì)比，驗(yàn)證了仿真優(yōu)化方法的快速性和有效