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原文传递面向装船作业面模式的出口箱装船顺序优化研究

论文题名：	面向装船作业面模式的出口箱装船顺序优化研究
关键词：	集装箱码头;出口箱;装船顺序;邻贝位翻箱;作业线模式;作业面模式
摘要：	随着集装箱船舶的日益大型化发展和集装箱码头吞吐量不断增长，集装箱码头的服务能力和服务水平在逐渐提高。但是，有些集装箱码头的吞吐量已经达到了其装卸能力的极限，现有非常紧张的堆场资源并不足以满足日益增长的集装箱吞吐量需求堆，场作业计划与作业控制的质量已成为影响其整体作业效率和经济效益的决定性因素之一，而装船过程中的堆场翻箱问题则直接影响到其作业效率和成本。因此，如何通过科学有效的途径来减少堆场翻箱量，进而改善集装箱码头装船效率和运营成本，一直是学术界和产业界研究的重要课题之一。　　出口箱装船顺序会直接影响到翻箱作业数量和场桥作业路径，该问题是带有复杂约束的多目标组合优化问题。本文在船舶配载计划与出口箱在堆场堆存状态已知的前提下，以改善装船效率和运营成本为切入点，针对翻箱作业规则、作业线模式以及作业面模式对出口箱装船顺序优化问题进行研究，通过减少堆场翻箱量和场桥大车、小车和吊具的移动次数以及岸桥空置时间，进而获得最优的出口箱装船顺序方案。本文完成的创新性研究进展概括为以下三个方面。　　第一，针对已有研究成果中的翻箱规则考虑翻箱操作只发生在同一贝位中，为更贴近码头真实作业情况，本文在已有翻箱规则的基础上，提出了考虑邻贝位翻箱的跨贝优化栈翻箱规则应用于求解出口箱装船顺序优化问题。首先，基于船舶配载图，结合出口箱在堆场的堆存状态，将出口箱翻箱规则和装船顺序抽象为数学模型；其次，在出口箱装船防悬空和堆场最大堆存层数等约束条件下，构建以装船过程中堆场翻箱量最少为目标的出口箱装船顺序优化模型，设计了启发式算法求解模型，基于对比文献的经典案例求解得到堆场翻箱量最少的最优装船顺序；最后，实证分析表明，与已有文献对比，在相同实验条件下，所提出的跨贝优化栈翻箱规则优化效果优于已有翻箱规则，进一步减少堆场翻箱量37.8%，提升堆场作业效率。　　第二，在出口箱集港堆存后，本文将全船配载计划与堆场全部出口箱堆存状态分解为船舶单贝位配载计划与堆场单箱区堆存状态，提出了面向作业线模式的出口箱装船顺序优化模型与算法。首先，不同于以往研究，本文考虑了场桥在不同贝位和不同栈层之间移动速度和时间的区别，并将区别体现在模型和算法之中，考虑到装船顺序与场桥作业路径之间的联系，提出对作业线模式的出口箱装船顺序优化；其次，以堆场翻箱量和场桥行驶距离最小化为目标构建优化模型，基于遗传算法设计了求解该模型的方法；最后，实证分析表明，在相同实验条件下，所提出的方法可进一步减少堆场翻箱量27.8%，缩短场桥行驶距离8.9%；跨贝优化栈翻箱规则优化效果仍优于已有翻箱规则。　　第三，提出了面向作业面模式的出口箱装船顺序优化模型与算法。在研究范围上从船舶单一贝位和堆场单箱区拓展到船舶多贝位以及堆场多箱区，使得场桥和集卡在同船/异船的不同装船作业线间为岸桥所共享。首先，综合考虑出口箱装船防悬空、堆场最大堆存层数、场桥间不可跨越且保持安全距离等约束条件下，以岸桥空置时间少、堆场翻箱量以及场桥行驶距离最小化为目标构建整数规划模型；其次，针对所提出的模型，设计改进的遗传算法求解该模型；最后，实证分析表明，通过在船舶配载计划中，相同属性的出口箱在船舶同一层的位置上具有可互换性，所提出的模型和求解算法可以实现作业面模式下的两台场桥交替取箱完成装船作业，使得在堆场中产生的翻箱量和场桥行驶距离最小化，尽可能使得岸桥空置时间少。并且通过比较不同箱区利用率对翻箱作业时间和成本的影响，得出本文优化方法应用于箱区利用率在70%-80%的情况下为宜的结论。　　本文中所涉及到的研究内容、研究方法和研究成果是对集装箱码头出口箱装船顺序优化问题的拓展补充和有益探索，通过减少岸桥空置时间、堆场翻箱量以及场桥大车、小车和吊具的移动次数，改善码头装船作业效率和运营成本，全面提升码头竞争力具有显著的实用价值和良好的应用前景。
作者：	黄道年
专业：	船舶与海洋工程
导师：	姜桂艳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2020