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原文传递集装箱码头混合装卸系统生产组织关键技术研究

论文题名：	集装箱码头混合装卸系统生产组织关键技术研究
关键词：	集装箱码头;装卸系统;生产组织;出口箱;决策;作业系统;装船;系统仿真;堆场;作业效率;信息流;设备;岸桥;堆存;自动化;求解方法;规模组合;资源分配;方案;调度
摘要：	随着集装箱化的快速发展和港口竞争的日益加剧,港口经营者面临着更大的机遇和挑战。如何在既定的自然条件、政策法规、先进的设备设施和装卸工艺条件下,通过各作业环节的合理组织和管理,最大程度地发挥作业系统的整体效率,是提高集装箱码头物流能力和服务质量的关键所在。另一方面,由于船舶具体到达时间、外卡到港规律、港内交通实况、机械设备的实际作业效率、预到港进出口箱的信息等均具有一定的不确定性和随机性,以及各子系统间的复杂耦合和相互动态作用,致使集装箱码头的生产组织十分复杂。虽然国内外对集装箱码头生产管理难题进行了一定程度的研究,并出现了用于生产实际的管理信息系统,但相关研究一定程度上存在研究深度不足、缺乏对不确定因素和干扰的应对能力等局限,有待于进一步完善和发展。对集装箱码头作业系统和关键业务进行更深入和细致的研究势在必行。　　集装箱码头生产营运主要涉及出口箱、进口箱和中转箱作业。对于出口箱来说,从港外分散进场→堆场暂存→集中装船的作业过程可看作约束和冲突逐步增强的过程；与出口箱相反,进口箱的物流过程可看作约束和冲突逐步松弛的过程；而集中卸船后在堆场暂存,待二程船到港后集中装船的中转箱,其业务一定程度上具有进出口箱业务的综合特性。为此,可以说集装箱码头作业系统中出口箱业务最为复杂。出口箱业务主要涉及堆场堆存和翻箱、船舶配载与发箱序列决策、设备配置与调度等几大方面。其中,集港计划、箱位动态分配、翻箱决策等与堆场空间资源分配相关的业务是出口箱业务中最基础和核心的环节。合理的堆场状态和高效的翻箱方案,利于提高作业效率,为船舶配载和装船时设备的调度奠定良好的基础；无序的堆存状态和较劣的翻箱方案,致使作业效率下降,甚至导致设备调度困难,即使对发箱顺序和设备调度策略进行优化也无法保证装船流畅性的现象。考虑到出口箱业务的复杂性,及出口箱堆场堆存与翻箱等核心决策的重要性,本文以出口箱堆存与翻箱等集装箱码头关键技术为研究内容,从计划和动态决策2个层面展开深入系统的研究。　　针对亚洲特别是中国各大型集装箱港口广泛采用的“岸桥-轮胎吊-集卡”装卸工艺,考虑到近年出现的新型双40英尺岸桥对集装箱码头生产组织带来的新挑战,论文以岸边配备有常规岸桥和双40岸桥2种机型、堆场配备轮胎吊、集卡为水平运输设备的混合装卸系统为研究对象,以出口箱堆场空间资源分配业务为研究主线,主要就集港计划、出口箱具体箱位动态分配、装船前位内预翻箱、装船时位内被动翻箱等,直接影响设备调度环境和出口箱装船组织的核心决策及决策信息流进行深入研究。旨在解决集装箱码头生产实际中存在的出口箱堆存不够合理、翻箱效率低,甚至造成装船时场桥无法合理调度,严重影响船舶作业效率的问题。同时,为多层直接堆垛集装箱码头实现自动化,以及双40英尺岸桥在集装箱码头作业系统中特别是复杂的出口箱装船作业中发挥既定的效率提供一定的科学手段。　　论文涉及的决策问题可分为:与整个系统或多个子系统存在较大关联,且相关因素具有较大随机性的“大问题”；较具体的“局部问题”。其中,集港计划和出口箱箱位分配的智能多级堆存问题属于“大问题”范畴,相关因素涉及范围广,各因素多具有一定的随机性和不确定性,且相互之间存在动态作用,通过精确计算很难得到问题的解。对于此类问题的研究,本文提出问题的数学描述、决策信息流描述和系统仿真相结合的技术路线。其中,抽象的数学描述利于理清相关目标的影响因素；信息流描述便于系统直观地认知各因素的数据来源,及相互之间的数据交互关系；而系统仿真在影响因素和决策信息流已明确的基础上,从更具体的层面对实际系统进行模拟,从统计和概率的角度对相应的方案、方法或策略进行性能评价,最终达到解决问题的目的。而对于倍位内翻箱决策等“局部问题”,针对问题的大规模组合特性,论文对模型的合理描述及相应的求解方法进行了深入的研究,尤其注重问题自身启发信息的有效利用和优化算法的合理设计,保证以尽量小的计算代价得到满足工程实际需求的较优决策方案。优化模型和求解方法经计算机编程和大量实例计算验证有效后,可与集港计划方案等“大问题”决策一起嵌入到系统仿真模型中,以便系统整体性能的评价。　　论文共分8章,主要包括常规岸桥及双40英尺岸桥作业系统的出口箱集港计划、出口箱智能多级分类堆存体系的构建及具体箱位的分配、出口箱装船前预翻箱和装船时被动翻箱方案的优化、堆场关键决策信息流的描述及码头生产系统仿真等。涉及复杂随机离散系统和大规模组合问题的研究,采用了数学建模方法、蚁群优化算法描述、决策流程Petri网、系统仿真等技术手段。相关数学模型描述和求解方法、技术路线等适用于堆场为多排多层直接堆垛的自动化或非自动化集装箱码头。部分研究成果,如:倍位内翻箱优化决策等,也适用于与集装箱具有相似堆垛特点的木箱、托盘等物流系统。论文的研究对实现集装箱码头关键业务的自动化智能决策,促进双40英尺岸桥在集装箱装卸作业中的广泛应用和推广具有一定实用价值和理论意义。同时为探索复杂离散随机系统和大规模组合优化问题的研究手段提供了一定的理论支持。
作者：	张艳伟
专业：	机械设计及理论
导师：	石来德;宓为建
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学机械工程学院
学位年度：	2008
正文语种：	中文