详情

原文传递港口集装箱物流系统仿真和优化方法的研究及应用

论文题名：	港口集装箱物流系统仿真和优化方法的研究及应用
关键词：	仿真;集装箱物流;规划调度;港口
摘要：	港口集装箱物流系统是由集装箱、集装箱船舶、港口装卸搬运设备、泊位、堆场、通信设施以及人员等若干相互制约的动态要素构成的，具有特定功能的有机整体。由于港口在现代物流节点上提供了最少的间断和最大的增值，其在现代国际贸易和运输系统中的战略地位正在逐步加强，并发挥日益活跃的作用。近年来全球集装箱运输业的迅猛发展，更是给港口集装箱物流业带来了前所未有的机遇和挑战。面对日益增长的港口集装箱吞吐量，如何对港口集装箱物流系统进行更加合理有效的规划，最大限度地发挥其作业能力，是目前急需解决的问题，开展这方面的研究势在必行，具有重大意义。针对港口集装箱物流系统的特点，本文对港口集装箱物流系统的仿真和优化技术进行了研究和应用。本文以仿真贯串全文，按仿真建模、仿真应用、仿真优化的顺序对研究内容作了介绍，全文共分八章。第一章论述了研究的目的和意义，介绍了仿真建模技术的研究现状，并综述了仿真技术、优化技术以及仿真优化技术在港口集装箱物流系统中的研究现状，此外，简要介绍了论文的主要内容及结构。为了掌握港口集装箱物流系统的动态性能，并为以后的系统仿真和自动监控研究打下基础，第二章针对以往港口集装箱物流系统建模中对系统的动态行为描述不够的问题，分析了集装箱码头的作业流程，在对港口集装箱装卸系统的建模中，利用改进的面向对象Petri网(Object-orientedPetriNet，OPN)方法，划分出集装箱装卸系统涉及的对象类，并简述了它们的属性和方法，建立了它们的OPN静态模型及信息传递关系网。第三章在第二章内容的基础上，构建了系统的基本OPN模型，并利用不变量分析法对其进行了性能分析(死锁、有界、守恒)。然后，对OPN模型内的冲突进行了分析并制定了冲突的解决方案。在考虑了冲突控制机制后，利用仿真的方法，以面向对象的仿真软件eM-Plant为平台，验证了OPN模型的可靠性。第四章讨论了仿真技术在港口集装箱物流系统中的两个应用实例。第一个实例研究了从集装箱码头装卸系统的OPN模型到eM-Plant仿真模型的转化方法，采用该方法仿真了某现有集装箱码头的生产过程，并把仿真结果和生产结果进行了比较，进一步验证了OPN模型的可靠性。第二个实例根据第六章布局优化实例的优化结果，运用最优生产技术和仿真技术，对优化方案进行生产瓶颈分析后，获得了合理的码头前沿布局优化方案。为了寻求离散系统仿真建模和分析的新方法，第五章根据集装箱物流系统的离散特点，提出了基于数字电路的仿真建模方法，分析了集装箱码头卸船作业中工序的逻辑关系。采用基于数字电路建模仿真的方法，建立了卸船作业的数字电路模型，并采用电路仿真软件验证了该方法的可行性。据此，提出了采用硬件编程语言HDL，实现系统的数字电路仿真建模的理论方法。集装箱码头的建设投资大、周期长，其规划和设计牵涉技术、经济、社会环境等多方面的因素，另一方面，码头的船舶装卸作业具有离散、随机及动态性的特点，因此给码头布局及其设备配置的科学决策带来一定的难度。为此，第六章依据集装箱码头前沿布局规划具有多目标及其受随机因素影响的特点，建立了以综合成本最少、泊位平均利用率和岸桥平均利用率最高为优化目标的多目标随机规划模型，研究了仿真、人工神经网络、遗传算法相结合的求解方法，并对其中的关键技术进行了讨论。最后，将该方法应用于某集装箱码头前沿布局规划问题，得到了满意的方案优化结果。要想提高港口的竞争力，一个很重要的手段就是合理配置现有资源来提高码头的装卸效率。在所有资源中，泊位是最重要的资源。因为，相对于其它设施的投资来说，建造一个新的泊位的费用是非常昂贵的，所以，在原有的泊位数量的基础上，合理的分配泊位对一个港口来说是非常重要的。为此，第七章研究了泊位分配问题。为了比较客观地反映港口实际运行状况，并且考虑到岸桥调度等随机因素对泊位分配的影响，第七章建立了以所有船舶的总在港时间最短为目标的优化模型，论述了泊位分配问题的求解方法，介绍了其中的关键技术——泊位分配的仿真优化模型的建立、遗传算法的实施、仿真模型和优化模块数据交换的实现。最后，把某港的人工泊位分配方案与仿真优化产生的方案相对比，验证了仿真优化方法的快速性和有效性。第八章对全文进行总结，展望了未来的研究内容。
作者：	蔡芸
专业：	机械设计及理论
导师：	王少梅;孙国正
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文