基于混合交叉作业的集装箱码头集卡优化调度研究

论文摘要

集装箱码头作为港口企业的重要组成部分、现代物流的重要节点,对国家经济发展起着不可替代的作用。随着国际贸易量的不断增长、集装箱货运量的突飞猛进,集装箱码头之间的竞争日趋激烈。船东和货主在选择集装箱码头过程中,除了要考虑码头的自然条件,更重要的是码头的综合服务能力和服务质量。集装箱码头唯有不断的提高港口通过能力、完善码头管理水平、优化码头生产模式,方能在日后激烈的竞争中立于不败之地。集卡作为集装箱码头最重要的水平运输设备,在装卸和移堆过程中应用最灵活、数量最庞大、工况最复杂,其调度、配置的合理与否直接影响着港口其他作业设施设备的生产运转,影响着码头的装卸作业效率、堆场利用率,继而影响港口生产运营成本。因此,如何提高集卡作业效率、转变集卡作业模式已经成为目前集装箱码头研究的重要问题。为了提高集装箱码头运行效率和经济效益、降低集装箱码头运营成本和资源浪费、增加集装箱码头作业设施设备的利用率,本文对集卡调度的优化研究将针对码头混合交叉作业调度模式,即岸桥一次同时进行吊起和吊下集装箱作业,船舶同时进行装船作业和卸船作业,而集卡根据不同岸桥和场桥作业效率、不同船舶装卸进度,动态的服务于不同岸桥和不同场桥之间,从而实现基于“作业面”装卸工艺的集卡最优行驶路径。基于集装箱码头混合交叉作业模式,在码头泊位计划一定的前提下,本文建立了以集卡行驶路径最短为目标函数的集卡优化调度模型,分别考虑了进口堆存计划未知和装卸作业序列未知两种情况。为降低实际码头生产作业调度难度,考虑进口堆场计划未知的情况,通过为待卸船舶集装箱分配进口堆场箱区优化集卡行驶路径,确定集卡配置数量。为更加符合码头实际生产作业计划,接下来考虑岸桥装卸作业序列未知的情况,通过安排靠泊船舶装卸箱作业序列优化集卡行驶路径,配置相应的集卡数量。集装箱码头集卡调度问题相对比较复杂,其中涉及到很多经典运筹优化问题,包括TSP问题、VRP问题、最短路问题等。考虑到该问题具备NP完备性,本文设计遗传算法对集卡调度优化模型进行求解。最后通过算例实验,得到了混合交叉作业方式下集卡最优的行驶路线和配置数量,同时进一步得到了集卡最优路线所要求的岸桥作业序列。算例分析结果证明本文提出的模型和算法对集装箱码头集卡优化调度问题具有一定的效用性和适用性,能够有效降低集卡空驶距离、提高码头作业效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 文献综述
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究思路和方法
• 第2章 集装箱码头概况
• 2.1 集装箱码头功能布局
• 2.1.1 集装箱码头功能
• 2.1.2 集装箱码头布局
• 2.2 集装箱码头生产流程
• 2.3 集装箱码头资源配置
• 2.4 集装箱码头作业模式
• 2.4.1 独立装卸作业模式
• 2.4.2 混合交叉作业模式
• 2.4.3 两种作业模式比较
• 第3章 集装箱码头集卡调度问题
• 3.1 码头集卡作业流程描述
• 3.2 码头集卡调度问题提出
• 3.3 码头集卡调度影响因素分析
• 第4章 集装箱码头集卡优化调度模型
• 4.1 集卡优化调度模型概述
• 4.2 混合交叉作业集卡路径选择模型
• 4.2.1 进口堆场计划-集卡路径选择
• 4.2.2 岸桥作业序列-集卡路径选择
• 4.3 混合交叉作业集卡配置模型
• 第5章 遗传算法设计
• 5.1 遗传算法概述
• 5.2 调度模型遗传算法设计
• 第6章 集卡调度模型算例分析
• 6.1 案例设计
• 6.2 模型求解
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历