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集装箱码头多资源调度与优化研究

作　者: 范灵芳
导　师: 陈璐
学　校: 上海交通大学
专　业: 工业工程
关键词: 出口箱堆存位置分配场吊作业调度禁忌搜索算法 Markov 协同优化
分类号: U691.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

集装箱码头在水陆运输的过程中扮演着货运中转、临时堆存、集散分拨、多式联运枢纽等角色。伴随着上海国际航运中心的不断建设,近年来上海港的业务量不断攀升,同时也出现了日益提升的业务量和有限资源之间的矛盾。本文针对该矛盾提出集装箱码头资源的调度与优化问题。针对集装箱码头的作业设备资源和堆场资源,本文研究集装箱码头出口箱堆存位置分配和集装箱码头场吊作业调度问题,并在此基础上研究出口箱堆存位置分配和场吊作业调度之间的协同优化问题。针对出口箱堆存位置分配问题,根据码头滚动作业方式,提出了出口箱堆存位置分配两阶段算法。第一阶段建立混合整数规划模型,解决出口箱在装船过程中各箱区作业不平衡和集卡车搬运距离过长两大问题。第二阶段运用动态规划理论建立Markov决策过程算法,并开发基于混堆的启发式算法,解决出口箱装船过程中翻箱次数过高的问题。文章借助ILOG OPL工具分析混合整数规划模型中参数设置对目标求解的影响。借助Matlab工具展开箱位分配启发式算法验证。针对场吊作业调度问题,提出了约束规划模型对问题进行描述,并设计开发了禁忌搜索算法进行求解,解决出口箱装船过程中场吊作业量大、无效作业多、场吊资源紧张的问题。借助Matlab工具展开禁忌搜索算法的实验设计,验证不同数据规模下禁忌搜索算法的准确性和有效性。针对出口箱位置和场吊调度的紧密关系,研究出口箱堆存位置分配和场吊作业调度的协同优化,以降低出口箱装船作业时间,并提高码头堆场利用率。协同优化考虑以下两个方面:第一,提出了出口箱贝分配和场吊数量配置优化方法;第二,提出了出口箱箱位分配和场吊具体作业的协同优化,利用已开发的出口箱堆位分配两阶段算法和场吊作业调度禁忌搜索算法,降低出口箱装船作业时间。本文提出的码头资源调度与优化方法对提高集装箱码头资源的利用率,以及改进码头生产效率具有较大的理论意义和实际意义,同时对其他类型生产制造企业的生产调度问题具有借鉴意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-26
  1.1 问题提出  12-18
    1.1.1 码头主要资源介绍  12-13
    1.1.2 码头作业流程介绍  13-16
    1.1.3 出口箱堆存位置分配和场吊作业调度问题提出  16-18
  1.2 文献综述  18-23
    1.2.1 码头作业研究现状  18-20
    1.2.2 堆存位置分配研究现状  20-21
    1.2.3 场吊作业调度研究现状  21-22
    1.2.4 堆存位置分配和场吊作业调度协同优化研究现状  22-23
    1.2.5 文献综述小结  23
  1.3 研究内容、方法、意义  23-25
  1.4 文章结构  25-26
第二章集装箱码头出口箱堆存位置分配研究  26-41
  2.1 出口箱堆存位置分配  26-28
    2.1.1 出口箱堆存位置分配滚动作业方法  26-27
    2.1.2 出口箱堆存位置分配两阶段算法  27-28
  2.2 出口箱贝位分配模型建立  28-31
    2.2.1 贝位分配混合整数规划模型假设  28
    2.2.2 贝位分配混合整数规划模型参数设置  28-29
    2.2.3 贝位分配混合整数规划MIP 模型  29-31
  2.3 出口箱贝内具体箱位分配算法  31-36
    2.3.1 出口箱贝内具体箱位分配  31
    2.3.2 出口箱贝内具体箱位分配Markov 决策过程  31-34
    2.3.3 出口箱贝内具体箱位分配启发式算法  34-36
  2.4 出口箱堆存位置分配两阶段算法评价  36-40
    2.4.1 出口箱贝位分配模型评价  36-37
    2.4.2 出口箱贝内具体箱位分配算法评价  37-40
  2.5 本章小节  40-41
第三章集装箱码头场吊作业调度研究  41-61
  3.1 集装箱码头场吊作业调度问题  41-42
  3.2 出口箱场吊作业调度问题建模  42-47
    3.2.1 约束规划模型假设  43
    3.2.2 场吊作业调度约束规划模型参数  43-46
    3.2.3 场吊作业调度约束规划模型  46-47
  3.3 场吊作业调度禁忌搜索算法开发  47-52
    3.3.1 禁忌搜索算法  47-48
    3.3.2 场吊作业调度禁忌搜索算法  48-49
    3.3.3 场吊作业调度禁忌搜索算法实现  49-52
  3.4 算法评价  52-60
    3.4.1 约束规划模型求解分析  52-53
    3.4.2 场吊作业调度禁忌搜索算法评价  53-60
  3.5 本章小结  60-61
第四章出口箱堆位分配和场吊作业调度协同优化研究  61-75
  4.1 协同优化过程  61-63
    4.1.1 协同优化必要性分析  61-62
    4.1.2 两阶段协同优化方法  62-63
  4.2 出口箱贝位分配和场吊数量配置协同优化  63-67
    4.2.1 箱区中作业量计算  64
    4.2.2 箱区中场吊数量配置  64-66
    4.2.3 箱区中作业量调整  66-67
    4.2.4 箱区中场吊数量配置调整  67
  4.3 出口箱箱位分配和场吊作业调度协同优化  67-74
    4.3.1 出口箱箱位分配和场吊作业调度协同优化实现  67-70
    4.3.2 出口箱箱位分配和场吊具体作业调度协同优化过程  70-71
    4.3.3 出口箱箱位分配和场吊具体作业调度协同优化数据分析  71-74
  4.4 本章小结  74-75
第五章总结和展望  75-77
  5.1 总结  75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  81

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