箱区长度对码头装卸效率影响的仿真分析

合理的堆场布局规划可以提高集装箱码头机械的作业效率,减少船舶等待时间,降低码头作业成本,提升码头综合竞争力。在对集装箱码头作业流程分析的基础上,采用专业的港口仿真软件FlexsimCT建立集装箱堆场不同箱区长度下不同装卸机械数量的仿真模型,探讨了集装箱堆场既定面积和既定容量下,不同的箱区长度对码头装卸效率的影响,得出不同箱区长度下的最佳装卸机械配比和岸桥最大效率下的箱区长度,对未来的集装箱港口实际布局规划具有指导意义。     

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所谓混堆模式下集装箱堆场箱位指派问题,是指混堆模式下,在待作业箱区为已知情况的前提下,确定集装箱在指定箱区中的最优堆存位置,以最大限度地控制堆场倒箱率,提高堆场装卸作业效率.在滚动式计划的基础上,充分考虑了不同作业箱型与倒箱作业的内在联系,依据堆场混堆的作业规则定义了作业箱优先等级,以新增集装箱压箱数最小为目标对此问题构建了箱位指派优化模型,基于问题自身的特点设计了相应的启发式算法进行求解,通过实际算例进行验证.验证结果表明,该模型及算法比港口现有混堆堆存策略有较大改进.     

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铁路集装箱中心站堆场作为集装箱列车装卸作业与集卡提交箱作业的缓冲区,堆存策略直接影响整个中心站的作业能力和效率,本文对铁路集装箱中心站堆场混堆优化问题进行了研究.根据中心站堆场混堆作业问题的描述,建立了两阶段优化模型,第一阶段平衡中心站堆场各箱区进口箱和出口箱的箱量,第二阶段为分配到箱区的集装箱指派较优箱位,使堆存所产生的压箱数最小,并设计了启发式算法对模型进行求解.最后利用某集装箱中心站的实际数据对模型和算法进行了验证,验证结果表明,该优化模型比中心站现有的堆存策略有较大改进.     

集装箱堆场作业优化模型与算法

研究铁路到站集装箱吊车作业优化,如何规划龙门吊的作业顺序,减少作业次数成为衡量堆场工作效率的关键。通过分析问题建立一个计划期内以倒箱次数最少为目标的多时段动态集装箱堆场箱位分配模型,减少龙门吊的作业次数,设计遗传算法求解。算例表明：该模型及算法能够有效地优化堆场内零散箱的箱位分配,提高集装箱堆场的作业效率。     

考虑配载计划的铁路集港箱位指派

为了提高集装箱港口内堆场的装卸作业效率, 建立了以压箱数最小为目标的出口集装箱箱位指派模型; 考虑铁路运输箱成批到达和公路运输箱到达存在随机性的不同特点以及配载计划的影响, 设计了基于预测方法的启发式算法; 根据公路运输箱的到达特点, 利用马尔科夫链预测公路运输箱的到达顺序; 考虑箱位指派模型的特点, 设计了箱位指派求解算法对铁路运输箱和公路运输箱进行箱位指派, 利用MATLAB软件仿真测试了提出的模型与算法; 通过小规模试验验证了模型和算法的可行性和有效性, 并进行了2组大规模对比试验, 一组对比试验为铁路运输箱和公路运输箱混合堆存模式与铁路运输箱和公路运输箱分开堆存模式, 另一组对比试验为提出的算法与传统堆存算法。分析结果表明: 混合堆存模式比分开堆存模式的压箱数少27.9%, 提出的算法比传统堆存算法的压箱数少37.7%;混合堆存模式可有效减少压箱数, 提出的算法不仅可以有效解决小规模集装箱堆存问题, 还可以解决大规模集装箱堆存问题, 有效提高了堆场的装卸效率, 为集装箱的装船作业提供了便利。      

基于提箱同步的进口箱堆存策略研究

翻箱问题一直是影响集装箱码头堆场作业效率的重要因素之一.优化卸船箱的堆存顺序是降低进口箱提箱翻箱率的重要基础.对集装箱码头的历史作业日志进行数据挖掘,提取客户的提箱行为特征,并定义了客户提箱行为同步性特征的度量方法--客户提箱行为同步度.利用客户提箱同步特征对卸船箱进行分组,对卸船箱的提箱时间区间进行估计并据此判断其提箱次序.按照同组靠近堆放的原则,以最小压箱数为优化目标建立了箱位指派模型.实验结果表明,新的堆存策略在降低翻箱率和减少平面箱位占用率两个方面比码头现有堆存策略有较大改进.     

出口集装箱堆场位置的优化

出口集装箱堆场位置的确定是集装箱堆场管理中的重要环节,其对缩短集装箱船在港停留时间,提高集装箱码头作业效率有着重要的意义。提出了一种优化出口集装箱堆场位置的启发式优化算法,模拟试验表明该算法能够在保证装船质量的同时,有效提高集装箱码头装船效率。     

出口集装箱堆场位置的优化

出口集装箱堆场位置的确定是集装箱堆场管理中的重要环节,其对缩短集装箱船在港停留时间,提高集装箱码头作业效率有着重要的意义。提出了一种优化出口集装箱堆场位置的启发式优化算法,模拟试验表明该算法能够在保证装船质量的同时,有效提高集装箱码头装船效率。     

基于混合交叉作业的码头集卡路径优化模型

针对集装箱在码头堆场分散堆放的情况和码头泊位装卸作业的状态要求,研究了以岸桥组合为作业单元的集卡作业路径优化问题.与传统的作业方式不同,综合考虑了集卡作业方式要求、集卡作业组数量、泊位作业岸桥安排、集装箱堆放地点数量及各地点堆放集装箱箱量情况,以及它们相互之间的关联和协调关系,设计了集装箱码头集卡作业组对于泊位多岸桥装卸混合交叉作业下的路径优化模型.通过算例对模型进行验证,该模型优化的作业安排能够有效提高集卡的利用效率和集装箱码头的生产作业效率.     

集装箱堆场箱位最优分配

为提高办理港口与码头集装箱作业的效率,通常需要对倒箱过程进行合理优化。针对这一问题就如何减少和避免不必要的倒箱次数为优化目标,把作业人员作为主体,集装箱作为客体,集装箱被取走的时间作为主体的决策,建立集装箱堆场箱位最优分配的动态呼应决策模型。最后,基于给定的优化模型设计一种新的动态判断式优化算法。     

集装箱码头混合交叉作业集成调度模型

针对集装箱码头进出口作业系统中泊位分配、装卸作业、水平搬运等诸多环节之间的关系,分析了现有进出口作业系统对集装箱码头生产效率与运营成本的影响。运用系统工程优化理论,提出混合交叉作业集成调度方法与同步优化技术,以泊位分配、设备配置、集装箱卡车(集卡)行驶路径为决策变量,以集装箱码头最小运营成本为目标函数,建立了三阶段集成调度优化模型,设计了双层遗传求解算法。在双层遗传算法中,上层遗传算法用于搜索集装箱码头设施设备的合理配置组合,下层遗传算法在上层算法的基础上优化集卡行驶路径。计算结果表明:与独立装卸作业过程相比,使用混合交叉作业集成调度模型时,集卡数量为22veh,减小了66.2%,集卡行驶总距离为10 389.8km,减小了17.4%;与单独调度方式相比,使用混合交叉作业集成调度模型时,集卡行驶总距离减小了14.5%,码头运营总成本为84 266.2元,降低了4.6%。可见,使用集装箱码头混合交叉作业集成调度模型,能有效提高集装箱码头生产效率,明显降低运营成本。     

集装箱码头作业系统层次化、并行、异构与可重构计算模型

基于计算思维和计算透镜, 分析了集装箱码头的装卸作业与调度决策, 基于“并行计算”、“异构计算”和“可重构计算”提出了计算物流视角下的集装箱码头作业层次化、并行、异构与可重构计算模型; 将计算机科学领域中多种典型计算体系结构的设计思想和运作机制, 泛化、迁移、修正、融合和定制到集装箱码头作业系统中, 设计了面向此计算模型的混合调度策略, 提出了集装箱码头调度新的抽象计算模型与工程解决路径; 以某大型集装箱码头为实例, 基于集装箱码头作业层次化、并行、异构与可重构计算模型, 进行了物流广义计算自动化的设计与性能评估。研究结果表明: 采用计算模型能确定码头的集装箱吞吐量上限, 实例中约为码头年设计能力的2.75倍; 在满负荷情况下, 基于等待作业集装箱队列的负载均衡调度策略和基于等待作业船型的负载均衡调度策略均能将大型集装箱干线船舶物流广义计算任务延迟缩短约17 h; 在明显作业过载时, 前者能将物流广义计算任务延迟减少100~110 h, 后者能减少约120 h; 在满负荷和作业过载情况下, 2种策略均能缩短大型集装箱干线船舶物流广义计算访问存储时间1~2 h, 后者在作业过载情况下表现更佳; 2种策略都能很好地优先服务重点班轮集合, 且有各自对应的适用状况和调度重点, 码头管理者可根据具体情况选择适用。      

非标准HFS-B问题的设备协同调度研究

在同贝位边装边卸工艺的集装箱作业环境中,提出了一类非标准的HFS-B问题,即同时存在2种方向互逆的工件流、与紧前紧后机器相关的准备和处理时间.这类来自港口背景的非标准HFS-B问题,主要涉及空间位置决策、任务分配和设备调度等子问题的决策,目标是makespan最小.鉴于HFS-B的NP-hard特性,在分析设备顺序约束和协同关系基础上,基于Fill ratio启发式、表调度理论和设备的状态空间变换,设计了3阶段决策的启发式算法.基于阶段的下界理论和makespan的下界理论,对多个实际的大规模案例进行仿真分析,结果表明:算法的makespan与理论下界的最大偏差不大于7%,具有良好的实用性.     

考虑能耗的铁水联运集装箱装卸设备协同调度

随着集装箱港站铁水联运作业量增大,以及节能减排压力与日俱增,实现港站作业设备的高效调度和低能源消耗间的协同优化将是亟待解决的问题.本文研究了集装箱铁水联运港站中多设备间的高能效协同调度问题,基于混合流水车间调度(HFSS)思想,构建了综合考虑岸桥、集卡、正面吊三阶段装卸过程的协同调度模型,以总完成时间最短和能耗最低为目标,设计了基于遗传算法和模拟退火的混合优化算法.通过实验验证了模型和算法的可行性,证明可以实现高能效利用下的港站设备协同调度优化.     

多类型任务复合作业的堆场龙门吊调度问题研究

在集装箱码头,龙门吊是负责在集装箱堆位和集卡之间进行集装箱搬运的主要设备,其作业效率对提升集装箱码头的服务水平至关重要.为了提升集装箱堆场龙门吊的作业效率,本文根据龙门吊实际作业情况,对集装箱堆场龙门吊的多类型任务复合作业问题进行研究.以优化龙门吊作业任务开工时间延迟的惩罚成本为目标,基于整数规划方法建立了多类型任务复合作业下的堆场龙门吊调度模型,并针对模型特点设计了基于GA的智能求解算法.最后,以某码头的实际作业数据为基础,进行了案例计算和对比,验证了该模型和求解算法的有效性.     

集装箱码头铁水联运装卸设备协同调度

集装箱码头铁路作业区是开展集装箱铁水联运的主要场所,其效率将影响集装箱铁水联运的整体效率,因而,建立了以装卸过程总完成时间最短为目标的龙门吊、集卡和场桥的协同调度问题的混合整数规划模型,既考虑了装卸同步,又考虑了龙门吊间的干扰和安全距离、龙门吊和场桥走行时间及缓冲区等现实约束,并考虑了集卡堵塞问题.为了求解模型,设计了改进的多层遗传算法.最后通过实验验证了模型和算法的有效性和可行性,证明了考虑集卡堵塞问题是有必要的,并给出了50个和100个集装箱的设备最佳配比.     

集装箱码头岸桥调度优化模型及算法

为弥补集装箱码头岸桥调度问题的传统优化方法仅适用单船舶情况的不足,以总费用(所有岸桥使用费用和船舶停靠费用)最小为优化目标,考虑岸桥不可穿越性和安全距离约束条件,建立了了面向多艘船舶的集装箱码头岸桥统一调度和卸船任务分配问题的混合整数规划优化模型.使用任务网络图方法,搜索影响卸船任务最终完成时间的关键任务及其相应的限制任务路径,设计了基于限制任务路径进行邻域搜索的双层模拟退火算法求解模型.12个不同规模的算例结果表明:与分支定界法和遗传算法相比,本文算法节省时间6.32%~18.36%,近似最优解的质量更高,而且最优解目标值之间的差距仅为0.38%~2.20%;考虑岸桥之间的安全距离约束导致系统运营成本增加3.41%~11.21%.      

集装箱码头间互拖的集卡甩挂运输调度问题

集装箱码头间的互拖是一种促进相邻码头资源重新组织与优化的协作方式,集装箱甩挂运输能够解耦互拖与港内作业之间的复杂耦合关系。为了提高互拖的集装箱甩挂运输的有效性,满足码头间协调的时间要求和对集卡资源的有效利用,提出了互拖集卡甩挂运输调度的两阶段方法。首先建立互拖任务之间的时间关系网络,然后在此基础上建立集卡调度的混合整数规划模型。算例分析说明了该方法的有效性;演示集卡作业任务序列,分析其码头作业量分布对于港内作业调度的影响。研究结果提供了码头间互拖集卡甩运输的一种参考方法。     

集卡动态调度路径优化算法

从整体调度的角度出发,分析了整个码头作业面的动态调度方案,提出了一种新的集装箱卡车(集卡)动态调度路径的自适应蚁群算法。运用码头GPRS系统,以集卡速度、流量、位置等相关数据建立了感知链。通过判断阻塞状况和调整可行点集,确定了信息素浓度更新策略与转移概率计算方法。针对码头路网的复杂性和蚁群算法的实时计算效率,设计了蚁群算法的步骤。将信息熵引入到蚁群算法中,运用MATLAB软件,对集卡的动态调度方案进行了仿真计算。计算结果表明:当初始集卡速度分别为50、75km.h-1,初始集卡流量分别为800、1 000veh.h-1时,集卡行驶的最短路径为4.3km,行驶时间为0.057h;集卡行驶的最优路径为8.3km,行驶时间为0.111h。可见,该算法能有效缓解码头阻塞问题,提高集卡利用率和码头作业效率。     

集卡提箱预约配额与场桥配置的联合优化

在集卡提箱预约中,集装箱码头场桥配置和预约配额的联合优化是缩短集卡等待时间,提升资源利用率的关键. 针对提箱作业的实际特点,构建了双目标整数规划模型,设计了基于非支配排序遗传算法的求解方法. 当码头需求较少时,采取动态调整随机分配场桥最佳;当码头需求较高时,采取动态调整与按需配置相组合的方式最佳. 以国内某码头为原型,通过不同规模的算例实验,验证了模型和算法的有效性. 所提方法可快速生成高质量、多样化的前沿解,实现了场桥资源与集卡作业需求的匹配优化,为码头管理者在资源投入与集卡等待时间的权衡中,提供了决策支持.