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原文传递钢铁原料码头泊位分配及料位分配集成调度问题研究

论文题名：	钢铁原料码头泊位分配及料位分配集成调度问题研究
关键词：	钢铁原料码头;泊位分配;料位分配;集成调度
摘要：	钢铁工业是国民支柱产业，其生产过程消耗大量的煤炭和铁矿石等矿产资源。这些矿产资源大多以散货原料形式由大型散货船舶海运至钢铁企业。原料码头及料场是原料卸载及存储等原料输入过程中的重要物流节点，而泊位和料位资源是这些节点中重要的作业资源，因此在原料物流作业过程中，对其进行科学合理的调度与分配，可以提高钢铁原料码头的作业效率、降低物流成本，并确保安全稳定地为生产车间提供原料，对钢铁企业的原料输入物流过程具有十分重要的实际意义与经济价值。　　本文对国内大型钢铁企业原料码头的泊位分配和料位分配集成调度问题进行研究，为调度期内到港的船舶分配停靠泊位以及决策靠泊时间，并为船舶上所载原料分配其卸载后堆放的料条位置以及决策卸载时间。由于堆取料机、皮带等作业运输设备的作业协同以及作业路径限制等工艺要求，泊位及料位分配调度相互耦合，使得问题较为复杂。本文对泊位和料位集成起来进行考虑，并第一次考虑了由堆取料机作业冲突导致的原料输入作业中断等实际工艺难点问题，采用基于离散时间建模方法建立了混合整数规划模型并开发分支定价算法进行求解。研究内容具体如下: 　　1)针对原料码头的泊位分配和料位分配集成调度问题，以最小化原料输入过程的物流成本为目标，基于离散时间建模方法建立了混合整数规划模型。模型考虑了船舶、泊位及料条的作业独占性，卸船、运送和堆放作业的同时性，堆取料机冲突导致的输入作业中断等实际工艺约束。对于小规模的实际算例，采用标准化求解软件CPLEX进行求解，验证了模型的正确性和有效性。　　2)针对上述模型的大规模实际算例无法利用标准化求解软件CPLEX进行有效求解的难题，提出了一种改进的分支定价算法。首先引入了新的决策变量对模型进行改写，从而能够采用一种基于船舶分解的Dantzig-Wolfe分解方法，对模型进行分解，将原模型转换为协调控制船舶的卸载原料和泊位资源的集划分限制性主问题，和单个的船舶调度子问题。在初始列生成过程，提出了基于堆取料冲突的先到先服务策略的启发式方法并采用邻域搜索对可行列进行扩展和改进。在分支过程中，提出了具有前瞻性的基于强分支的分支策略来选择分支变量，避免了传统分支方法的随机性以及低效率的缺陷，从而快速求得问题的最优整数解。最后将所提出的分支定价算法的求解结果与CPLEX的结果进行对比，证明了算法的准确性和有效性。　　3)基于上述模型和算法，设计和开发原料物流调度优化决策支持系统，为原料输入过程提供科学、有效的决策支持，达到提高泊位利用率、降低堆取料冲突、减少物流成本等效果。并采用Unity3D虚拟仿真可视化技术，设计了原料场的三维仿真场景，具有良好的交互性，实现原料物流过程的决策和作业可视化。
作者：	杨杰夫
专业：	控制工程
导师：	唐立新;孙德峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019