基于模拟退火算法的场桥调度研究

发布时间：2019-09-11 17:24

【摘要】：集装箱码头的运作效率受场桥调度作业的影响很大,场桥调度合理与否对集装箱码头的整体运作效率具有至关重要的影响。高效的场桥调度方案不仅要满足给定配载计划下的种类和数量需求,而且要最小化场桥行走距离。为确定场桥的行走顺序和取箱方案,建立了以总完成时间最短为目标的场桥装载调度作业混合整数规划模型。分别运用启发式算法和模拟退火算法,对模型进行求解,并通过算例分析验证了算法及模型,表明模拟退火算法的结果要优于启发式算法,如当堆场数量为55个时,模拟退火算法要比启发式算法节约46 min,随着贝和集装箱类型的增加,模拟退火算法可节约更多的时间,同时还减少了龙门吊行走的路径,从而有效地提高了集装箱码头的运营效率。
【图文】：

集装箱码头,作业流程

广西大学学报(自然科学版)第40卷0引言新时期我国集装箱港口面临着历史性的机遇与挑战。因此，提升港口的国际竞争力，对资源的优化和节约利用显得极为重要。以往集装箱港口的运作效率瓶颈在岸边岸桥的装卸操作，而随着边装边卸、双箱吊、双吊具等各种新工艺的推广，岸边的装卸效率有了大幅度提高，再加上集卡实现了运输的边装边卸，原有的瓶颈问题逐渐转移。场桥的调度问题成为瓶颈之一。图1为集装箱码头作业流程，从集装箱的卸载到集装箱出港。图1集装箱码头作业流程Fig.1Theoperationprocessofcontainerterminals如何合理的调度场桥，是一个很具挑战性的工作，由于场桥是一种费用昂贵、体积大的工具，而且由于其质量很大在移动过程中损耗也很大，因此场桥的路径优化显得尤为重要。场桥的调度问题，在整个集装箱码头的运作效率中是一个重要的决定因素，在这个领域中国内外学者已经做了一些研究，文献［1-3］研究了单场桥的路径问题。其他文献则通过算法对场桥的调度问题进行了研究，如Jung等［4］研究了场桥的装载调度问题，在这个研究中，多台场桥同时在同一个箱区内作业;文献［5］研究了基于区域内只有一条双向车道的前提下，多台场桥设备操作优化的问题;文献［6］通过研究自动化场桥设备装卸动作组合来完成整个堆场装卸时间的优化;文献［7］通过调整车辆进出堆场的顺序来优化场桥的装卸时间;文献［8］研究了通过一种新的动态滚动策略来优化场桥调度问题;文献［9］针对物流设施选址问题建立了一个通用的双层退火模型。上述文献均是目标为最小化总的装载时间，使用了遗传算法(GA)和模拟退火算法(SA)来解决这个问题，并且通过数值试验测试了这个算法性能。文献［10］运用专业的集装箱港口仿真软件建立了港口场桥作业仿真模型，为不同策略下装?

分布情况,装船作业,码头,集装箱

第2期韩晓龙等:基于模拟退火算法的场桥调度研究集装箱的Bay1、Bay7、Bay12、Bay15中进行提取，按照这样的方法，在配载计划中的子任务顺序，提取集装箱类型及提取集装箱数量能相互对应时，对场桥的作业路径进行优化。算例中贝位不连续是因为我们只列出堆有需要的集装箱类型的贝位，其余贝位就不在表1中列出了。图2码头的装船作业图Fig.2Theloadingprocessofcontainerterminals表1算例1中的配载计划Tab.1Anexampleofloadingschedule任务序号12345678集装箱类型ABACBABC集装箱数量/TEU2015142516181215表2算例1中堆场计划Tab.2AnexampleofyardstorageplanBay序号124578911121415集装箱类型ABCBABCBACA集装箱数量/TEU9191391271281815132数学模型的建立在建立数学模型时我们首先提出几条合理的假设:①场桥在不同时刻的作业能力相同;②只考虑出口集装箱，，因此集装箱的贝位图是已知的，即堆场上的集装箱分布情况已知;③研究场桥处理出口集装箱的装载优化，因此其研究前提即配载计划已知;④只考虑一种标准箱型(20TEU)有利于优化研究;⑤每个贝位上只有一种类型的集装箱，此为研究前提。参数:Ncj代表堆存在Bayj的类型C的初始集装箱数量，s为工序号，rs是作业序号s上要求的集装箱数量，n为整个装船作业上总的作业工序，m集装箱种类，cs为工序s上装载的集装箱种类，B(c)表示存放包含集装箱类型C的集装箱Bay编号组成的集合，B组成集装箱类型C的Bay的个数，S(c)为集装箱类型C服务的作业序号的集合，dij=i－j为Bayi和Bayj之间的间隔贝数，TD是场桥移动一个Bay所用的时间，TO则是一个集装箱的装载时间。429
【作者单位】：上海海事大学物流研究中心;
【基金】：国家自然科学基金资助项目(71071093) 上海市科委创新项目(11510501900)
【分类号】：U691.3

【参考文献】