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原文传递集装箱码头装卸作业调度模型及优化算法研究

论文题名：	集装箱码头装卸作业调度模型及优化算法研究
关键词：	集装箱;装卸作业;启发式算法;优先级规则;Tabu搜索
摘要：	集装箱码头是海陆联运的枢纽,在全球化经济中起着非常重要的作用.提高码头上装卸设备的调度水平,合理配置码头现有资源可以提高集装箱处理效率,降低码头、船公司及货主的单箱成本.本研究是在上海交通大学(SJTU)工业工程与管理系与法国Ecoles des Mines de Nantes(EMN)的SLP(Systems desLogistics et Production)研究小组共同指导下完成的.针对集装箱码头作业管理面临的主要问题和压力,以及对合理调度及优化策略的迫切需要,本课题采用"实践一理论一实践"的方法,对集装箱码头装卸作业的调度问题进行了综合的分析和优化.主要研究内容包括: ◆现有对集装箱码头装卸作业的调度研究存在求解复杂性高及精度低的不足,本文对此提出了对集装箱码头的不同装卸设备(岸边吊车、集卡车和场地吊车)的作业计划并行考虑的思想.建立了一个集成化的装卸作业调度模型,以改进不同设备之间的协调性,提高码头总的作业效率.并从生产调度角度分析了集成化模型的特性,对模型进行精确定义,建立了一个带有作业先后次序限制、设备调整时间和阻塞约束的3阶段混和flow shop模型HF,R┃prec,S<,ik>,block┃ C<,max>(HFSS-B),每个阶段的设备由无关设备子集组成. ◆在本文提出的集装箱码头装卸作业调度模型的基础上,以上海港某个集装箱码头实际布局及运作为原型,应用WITNESS仿真软件对该码头装卸作业操作进行仿真研究,建立了集装箱装卸作业集成化调度仿真模型(CHSPS),验证了本文提出的理论和方法的可行性、正确性. ◆设计开发了两种启发式调度算法对HFSS-B模型进行求解:Job-bv-Job算法及多重插入式算法(MIH),为后续的局部搜索(Local Search)提供了初始解.其中,Job-by-Job算法对集装箱进行逐一排序作业;而MIH算法是在对小车路径规划问题(VRP)求解的插入式算法的基础上开发的,对集装箱进行分级排序. ◆提出了一种全新的求解带阻塞限制的调度问题的邻居结构定义方式.通过在有限的解空间内进行搜索,避免搜索过程中可能会出现非可行解的情况,并在此基础上开发了一个具有有限搜索空间的tabu搜索算法TSRT. ◆作为利用局部搜索理论求解带有阻塞约束的生产调度问题的新尝试,本文设计开发了带有修复技术的tabu搜索算法TSRP.与TSRT算法不同的是,该算法对整个解空间进行搜索,在算法中融入了非可行性检测技术和对非可行解的修复技术,解决了搜索过程中可能会遇到不可行解的问题. ◆为了进行实验测试,本文设计了一系列中、小规模数据实例,这些数据均来自码头设备的实际运行数据,具有典型性和代表性.应用C++编程实现了实例的分析计算,对本文提出的启发式调度算法以及tabu搜索算法TSRT和TSRP的总体性能进行了综合评价和比较,对集装箱码头作业效率的量化研究具有很大的积极意义. ◆基于所取得的研究成果,对本文研究的一些未尽之处和未来的研究方向提出一些初浅的看法. 综上所述,本文通过生产调度理论分析和建立了集成化的集装箱码头装卸作业调度模型,以获得不同设备的作业计划.对于应用运筹学方法及生产调度理论提高设备之间协调性,改善码头生产率具有很大的积极意义.其次,应用基于优先级规则的启发式调度算法和局部搜索理论对调度模型进行求解,对集装箱码头作业效率的量化研究具有较强的借鉴意义.最后,通过实例分析和仿真研究为如何改进码头总体生产率以及如何进行码头上不同装卸设备配比等问题提供了非常有益的参考.
作者：	陈璐
专业：	工业工程
导师：	奚立峰;Pierre Dejax
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文