港口物流网络系统的建模及作业优化研究

论文摘要

在当今世界经济全球化的背景下,现代集装箱港口已经成为以港口为中心,整合周边各种物流要素的港口物流网络系统,成为功能更全面的多式联运系统的衔接点。在此背景下,如何评估整个港口物流网络系统的服务性能以及如何通过提高自身的服务能力来增加竞争力是当前急需解决的问题。本研究以集装箱港口物流网络系统为研究对象,研究了系统运作过程的建模问题,以及系统中关键要素堆场的作业调度进行优化问题。本文的具体研究工作如下：(1)基于排队网络的港口物流网络系统运作过程的建模研究。将整个港口物流网络系统的物流设施抽象为一个有向资源网络,其中卡口、码头、场站以及交叉路口为网络的节点,道路为网络的边,连接各节点资源。以排队网络理论为基础,首先针对资源网络中节点和边建立排队模型,然后阐述整个系统为调转混合排队网络。由于该排队网络模型不同于经典排队网络模型的基本假设,为求解系统模型,建立了基于离散事件仿真原理的系统仿真模型,并提出了基于操作分析法的系统运作性能指标的计算方法。(2)基于高层体系结构(High Level Architecture, HLA)的港口物流网络系统分布式仿真建模研究。为解决庞大的港口物流网络仿真模型在建模时所面临的可扩展性、互操作和重用性等问题,本文采用基于HLA的分布式仿真方法对港口物流网络系统进行建模。由于在HLA规范中缺乏与联邦成员分解原理相关的理论分析,因此本文采用基于解释结构模型的分析方法对港口物流网络系统中的物流作业活动进行分解,进而划分系统的仿真联邦成员。在系统实现上,分析了仿真联邦成员的基本功能,并重点分析了联邦成员集成的关键问题：联邦对象模型(Federation Object Model, FOM)的设计和交互时序的设计。(3)港口物流网络系统作业节点的堆场的提箱作业优化研究。针对堆场提箱作业中倒箱过程优化提出了两层嵌套的组合优化模型,并设计了基于启发式A*算法与GA算法组合的4种方案对模型进行求解。首先分析了倒箱设备——正面吊的作业规则,以及堆场的堆放规则,然后在分析倒箱序列以及设备作业移动路径的基础上,提出了外层为倒箱序列优化,内层为倒箱作业移动路径优化的两层优化模型。针对该模型提出两层嵌套优化算法的求解流程,并基于A*和遗传算法分别设计了外层和内层算法,提出了4种求解方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1.研究背景
• 1.1.1.集装箱港口物流的发展
• 1.1.2.物流系统建模技术的发展
• 1.2.研究意义
• 1.2.1.理论意义
• 1.2.2.应用价值
• 1.3.研究对象及研究内容
• 1.3.1.研究对象的界定
• 1.3.2.研究内容
• 1.4.研究思路及篇章结构
• 2.国内外研究综述及分析
• 2.1.物流网络系统建模的研究进展
• 2.1.1.多式联运系统衔接问题及其建模
• 2.1.2.物流网络中的运输过程和作业过程的相关建模研究
• 2.2.港口作业系统的建模与调度问题研究进展
• 2.2.1.泊位分配问题
• 2.2.2.装卸工艺及设备调度问题
• 2.2.3.堆场资源及堆放策略问题
• 2.3.港口物流系统仿真建模的研究进展
• 2.3.1.系统仿真在港口建模中的应用
• 2.3.2.分布式仿真在港口建模中的应用
• 2.4.国内外研究总结
• 3.港口物流网络物流运作的建模研究
• 3.1.港口物流网络系统特点及业务流程分析
• 3.2.排队网络及其仿真方法
• 3.2.1.排队系统模型
• 3.2.2.排队网络模型
• 3.2.3.排队网络的仿真方法
• 3.3.港口物流网络系统排队网络建模
• 3.3.1.系统的网络结构描述
• 3.3.2.基于排队论的系统资源子模型建模
• 3.3.3.基于排队网络的系统活动建模
• 3.4.港口物流网络仿真模型
• 3.4.1.系统资源服务过程的仿真模型
• 3.4.2.系统服务性能指标
• 3.5.港口物流网络模型实例分析
• 3.5.1.系统实例介绍
• 3.5.2.系统主要参数
• 3.5.3.系统ARENA仿真模型
• 3.5.4.结果及分析
• 3.6.本章小结
• 4.港口物流网络系统的分布式建模研究
• 4.1.分布式仿真及HLA技术
• 4.1.1.从集中式仿真到分布式仿真
• 4.1.2.HLA仿真技术
• 4.2.系统的分解原理
• 4.2.1.结构建模及系统分解方法概述
• 4.2.2.布尔矩阵
• 4.2.3.系统结构模型
• 4.2.4.系统结构模型的分解步骤
• 4.3.港口物流网络系统的分解
• 4.3.1.系统的构成及活动分析
• 4.3.2.系统的分解
• 4.4.基于HLA的联邦成员设计
• 4.5.各仿真联邦成员的集成
• 4.5.1.FOM设计
• 4.5.2.联邦成员间的交互时序
• 4.6.仿真模型的实现与验证
• 4.6.1.仿真模型的实现
• 4.6.2.仿真实验
• 4.7.本章小结
• 5.港口物流网络系统的堆场装卸作业优化研究
• 5.1.问题描述
• 5.1.1.提箱作业问题概述
• 5.1.2.集装箱堆场
• 5.1.3.正面吊作业
• 5.1.4.倒箱作业规则
• 5.1.5.提箱作业过程
• 5.2.提箱作业优化建模
• 5.2.1.提箱作业分析
• 5.2.2.最优路径搜索
• 5.2.3.优化数学模型
• 5.3.优化算法设计
• *算法的问题P1的算法设计'>5.3.1.基于A^*算法的问题P1的算法设计
• 5.3.2.基于GA的问题P1的算法设计
• *算法的问题P2的算法设计'>5.3.3.基于A^*算法的问题P2的算法设计
• 5.3.4.基于GA的问题P2的算法设计
• 5.4.算例及分析
• 5.4.1.算法有效性验证和比较
• 5.4.2.算法效率的验证和比较
• 5.5.本章小结
• 6.结论与展望
• 6.1.结论
• 6.2.创新点
• 6.3.展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 攻读博士学位期间参与项目情况
• 致谢
• 作者简介