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集装箱码头多资源调度与优化研究

范灵芳  
【摘要】:集装箱码头在水陆运输的过程中扮演着货运中转、临时堆存、集散分拨、多式联运枢纽等角色。伴随着上海国际航运中心的不断建设,近年来上海港的业务量不断攀升,同时也出现了日益提升的业务量和有限资源之间的矛盾。本文针对该矛盾提出集装箱码头资源的调度与优化问题。针对集装箱码头的作业设备资源和堆场资源,本文研究集装箱码头出口箱堆存位置分配和集装箱码头场吊作业调度问题,并在此基础上研究出口箱堆存位置分配和场吊作业调度之间的协同优化问题。 针对出口箱堆存位置分配问题,根据码头滚动作业方式,提出了出口箱堆存位置分配两阶段算法。第一阶段建立混合整数规划模型,解决出口箱在装船过程中各箱区作业不平衡和集卡车搬运距离过长两大问题。第二阶段运用动态规划理论建立Markov决策过程算法,并开发基于混堆的启发式算法,解决出口箱装船过程中翻箱次数过高的问题。文章借助ILOG OPL工具分析混合整数规划模型中参数设置对目标求解的影响。借助Matlab工具展开箱位分配启发式算法验证。 针对场吊作业调度问题,提出了约束规划模型对问题进行描述,并设计开发了禁忌搜索算法进行求解,解决出口箱装船过程中场吊作业量大、无效作业多、场吊资源紧张的问题。借助Matlab工具展开禁忌搜索算法的实验设计,验证不同数据规模下禁忌搜索算法的准确性和有效性。 针对出口箱位置和场吊调度的紧密关系,研究出口箱堆存位置分配和场吊作业调度的协同优化,以降低出口箱装船作业时间,并提高码头堆场利用率。协同优化考虑以下两个方面:第一,提出了出口箱贝分配和场吊数量配置优化方法;第二,提出了出口箱箱位分配和场吊具体作业的协同优化,利用已开发的出口箱堆位分配两阶段算法和场吊作业调度禁忌搜索算法,降低出口箱装船作业时间。 本文提出的码头资源调度与优化方法对提高集装箱码头资源的利用率,以及改进码头生产效率具有较大的理论意义和实际意义,同时对其他类型生产制造企业的生产调度问题具有借鉴意义。


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