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上海海事大学本科生毕业设计（论文）学号：200910222006上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY本科生毕业设计（论文）一种基于工作流引擎的集装箱堆场车载任务控制系统学 院： 物流工程学院 专 业： 物流工程 班 级： 完成日期： 2013年5月 摘 要本文通过调研集装箱堆场内各种生产作业任务流，针对堆场内车载任务的复杂性、实时性、衍生性、灵活性等作业特点，在构建了相关ECA规则的基础之上，提出了一种运用于集装箱堆场车载作业控制的工作流引擎架构。该工作流引擎主要由任务产生、任务处理以及任务变异三部分构成，控制堆场集装箱作业任务的产生、变异和消除。经过在天津港多个堆场内的长期实践与应用，证明了该工作流引擎的有效性和实用性。该引擎的技术架构对于物流生产企业的作业任务控制具有一定的借鉴意义。关键词： 集装箱堆场，车载控制，ECA规则，工作流引擎AbstractThrough research survey on various operational task flow in container yard, such features of workload selection as complexity, practicality, derivatization and flexibility are studied in this paper. Based on establishment of relevant ECA rules, workflow engine framework, which is employed to monitor workload in container yard, is then proposed. The workflow engine consists of three parts, which are generation, handling and mutation of tasks, taking the control of generating, mutate and eliminate workloads. By means of long-term practice and application executed in multiple yards of Tianjin Port, engines effectiveness and practicality is eventually testified. Technological structure can serve a good reference for operational management in logistics enterprises.Key words：Container Yard, Vehicle-mounted System, ECA Rules, Workflow Engine 目 录第1章 绪论- 1 -1.1引言- 1 -1.2选题背景及意义- 1 -1.3 国内外研究现状- 2 -1.4本文主要工作- 5 -第2章 集装箱堆场作业流程及特性分析- 7 -2.1概述- 7 -2.2集装箱堆场现场作业工作流分析- 7 -2.3现场作业环节处理流程比对- 11 -2.4现场作业流程中车载任务信息处理分析- 13 -2.5集装箱堆场现场作业特点- 14 -2.6本章小结- 15 -第3章 车载任务控制系统工作流建模- 16 -3.1车载任务控制系统核心架构- 16 -3.2工作流建模的方法- 16 -3.3基于ECA规则的工作流模型定义- 17 -3.4基于ECA规则的车载任务工作流建模- 20 -3.5本章小结- 21 -第4章 控制层工作流引擎构建及实例分析- 22 -4.1车载任务控制工作流引擎构建- 22 -4.2车载作业控制工作流引擎架构特点- 23 -4.3实例分析- 24 -4.4本章小结- 28 -第5章 总结与展望- 29 -5.1总结- 29 -5.2展望- 29 -致 谢- 30 -参考文献- 31 - 上海海事大学本科生毕业设计（论文）第1章 绪论1.1引言集装箱堆场是办理集装箱重箱或空箱装卸，转运，保管，交接的场所，作为集疏运供应链中的重要节点，其业务类型较为繁杂，既包括港区转栈（疏港）、海关特转、废旧货类特转、装卸火车、非监管箱管理、提验进场、拆箱业务、装箱业务、出口落重、直通集港、暂存箱管理、换装业务和一系列涉及空箱管理的诸如进空、回空、外调空、退关空、起租空箱、无箱号进场等进场业务类型，又囊括了海关验货、商检验货、木检、法检、三方验货、转关施封等一系列场内作业业务，同时还包括整箱提箱、不指定箱号提箱、空重箱集港、二次集港、拆箱提货、拆箱回本场、（整/拼/换）装箱、港内调离、转租退租和临时作业等一系列出场业务模式。随着近年来通讯技术的快速发展以及计算机等各种硬件条件的不断改善，为提高堆场作业管理的实时性和准确性，国内多数堆场已使用车载终端作为场吊（正面吊等）作业信息确认的辅助工具，因此，集装箱堆场的车载作业便成为了生产信息流当中的重要一环，在某种程度上决定着集装箱堆场现场作业管理的水平。然而目前对于车载终端的研究大都着眼于硬件，鲜有涉及到集装箱堆场车载作业任务流程控制方面的深入研究。堆场业务类型的繁杂性势必导致车载任务复杂性及易变性，车载系统的任务管理应具备一定的自适应性，因此，有必要在车载任务操作层面的基础上构建一个逻辑层，即工作流引擎，用以调配、管理和引导各种任务流的产生和处理。综上，本文提出了一种集装箱堆场车载任务控制的工作流引擎，通过对集装箱堆场作业环节进行分析，构建了基于ECA规则的工作流模型，设计并实现了工作流引擎来合理控制现场作业的运行。1.2选题背景及意义国务院发改委下发的物流业调整和振兴规划中提出：物流信息化的建设是物流行业振兴的关键。在物流信息化建设过程中，物流信息系统技术可以使物流运输过程更加透明化，进一步降低物流企业成本，提高物流企业的服务质量。因此，数据库技术、网络技术、可视化技术、车载终端等无线通讯技术的应用与实施也就成了物流信息化建设不可缺少的环节。集装箱后方堆场作为集疏运供应链中的的一大环节，是相关信息流流转的重要节点之一。随着码头吞吐量的日益增长，其后方集装箱堆场的数量会增加，同时对集装箱堆场的要求也势必越来越高，因此集装箱堆场的业务模式必然会在原有基础上有了进一步的完善和提升，拓展一些新兴业务是大势所趋。以天津港为例，其在原来建有8个堆场基础上增至13个。其中，集散中心堆场拓展了废旧查验的业务、中材堆场拓展了番茄酱业务，东疆一主要具备转栈、拆装箱、空箱功能，东疆二拓展了运抵集港业务，汽车物流堆场主要从事汽车物流业务，新物华具备港口转栈功能，主要经营散矿石转栈及暂存业务。对着规模以及业务模式的扩展的增长，堆场在场箱的箱量也由21000自然箱增至25000自然箱。业务和箱量的增加势必导致相关信息的日益膨胀，通过正确有效的手段疏通管理好相关信息流能够从一定程度上提高企业的服务质量，运作效率，同时降低部分运营成本。由此可见，完善、改进集装箱堆场的信息流的流转和控制对数量和业务日趋繁多的码头后方堆场而言是十分必要的。现场作业无疑是集装箱堆场的核心环节，其作业涉及到集卡进出场、集装箱装卸、集装箱运输、大型装卸机械控制、进场计划、提箱计划、作业进度控制等一系列环节，整个业务流程需要进行大量的计划、分配、调整等工作, 每天需要处理的信息数据更是高达数万条。集装箱堆场作为连结集装箱码头和内陆腹地的重要集散枢纽，最重要的是保证其操作高效、稳定、连续地运行。一旦出现现场停工现象, 损失十分严重。由于集装箱堆场的业务类型日趋复杂，且堆场内实际的场吊作业十分灵活，要合理控制集装箱堆场的现场作业具有一定难度。针对上述现象，通过配置车载设备使得调度能够实时监控现场作业情况, 合理分配资源, 避免了因场吊作业不均衡而造成的现场拥堵现象，减少任务传达的层次，缩短信息传递的时间，降低作业的差错率，而这对车载作业任务控制的要求较高。因此需对车载作业构建一个逻辑层，根据不同的业务类型产生、处理、变更与其对应的相关任务，以合理控制整个车载任务系统。同时该逻辑层需具备一定的可维护性，以应对堆场业务的变更和拓展。而工作流引擎的引入对构建逻辑层，加强对车载任务作业的控制带来帮助。其实现工作流自动化以及处理复杂问题的能力也是集装箱堆场发展进程中所必不可少的。通过对集装箱堆场作业的分析，构建合理的工作流引擎对于保证现场作业高效、稳定、连续地运行有一定帮助。同时，深入研究该工作流引擎的架构对整个物流企业的作业任务控制也有一定的借鉴意义。1.3 国内外研究现状近几年来，随着全球一体化的进程不断深入，港口码头集装箱吞吐量与日俱增。因此，国家不断地加大对港口和物流企业建设的扶持力度。码头信息化建设、装卸设备现代化、环境保护、能源节约、科技人才培养等方面都取得了较大的进步。集装箱堆场作为服务于港口码头的重要集散枢纽，其生产作业的合理性对整个港口生产作业的效率又很大影响。目前，针对集装箱堆场的研究主要着眼于机械设备的调度以及堆场堆存计划的安排。在国内外集装箱堆场机械设备调度的研究中Guo1等人提出了一种新的集装箱码头堆场作业负载管理分级方案，利用时间分割算法和空间分割算法来安排部署场吊以处理堆场作业中不断变化的工作到达模式。该方法通过场吊平均等待时间而不是场吊作业量来平衡场吊作业量以及评估其负载均衡效果。Langevin2等人研究了在装卸作业中多桥吊调度问题，通过考虑不同桥吊之间的关系，桥吊的过转道，以及桥吊顺序作业等因素建立混合整数规划模型，并设计了遗传算法来进行求解，通过实际测试进行评估证明了该算法的有效性。Lee, D. H. 3等人研究了集装箱码头缓冲区内多桥吊系统装船作业调度问题。该问题中涉及多台桥吊同时为一台岸桥发箱时的桥吊作业平衡问题，集装箱在调度前可被存储在缓冲区知道岸桥需要装该箱为止。根据上述条件通过建立整数规划模型一求解该为题，该模型中再同一时间考虑了不同场吊的作业调度，最后通过不同的实例证明了该模型在此类问题上的有效性。Ng, W. C. 4等人针对集装箱堆场装卸作业时，集卡在场地内堵塞的现象，提出了一种最优序列算法，综合考虑集装进场堆场车道的时间，优化集卡进入堆场的次序，从而最大限度地减少场地内所有空集卡装箱作业的总时间。Petering, M. E. H. 5等人针对集装箱堆场在长期运行中岸桥的平均作业效率部分取决于后发堆场内场吊的实时调度所决定的这一现象，建立多目标，随机，实时的堆场作业仿真模型，证明了场吊应优先从箱区进行提箱作业，而并非进行进场落位任务，此外，场吊调度系统在考虑场地能集卡等待时间的同时还应该考虑正在进入堆场的集卡，以避免场内的拥堵现象。 目前针对集装堆场箱机械设备调度安排的研究主要采用两种方法，一时根据场地内生产作业不平衡的现象构建运筹学模型，并利用启发式算法求解以实现集装箱堆场生产作业的负载均衡，提高整个码头的作业效率。而是通过建立仿真模型，分析并找出堆场内生产作业所存在的瓶颈，并针对这一瓶颈加以改进。这两种方法前者侧重于计算后者侧重于分析，若能将两者结合使用能够更好研究对堆场机械设备的调度问题。在堆存计划安排的研究中Chen6等人以最小化计划期内分散集装箱在堆场混合堆放区重安排的时间为目标，通过大量实例证明了该模型和算法能够有效优化其重安排时间，并大大提高了堆场的作业效率。Jiang7等人提出了一种堆场作业自动化的算法，首先介绍了堆场内集装箱的划分原则，其次，定义集装箱对方的大体次序，建立动态模型，最后通过实例计算证明了该集装箱循环取箱的失效性。Yu8等人提出了一个系统性的方案来同时解决堆场堆存空间安排问题以及场吊调度问题，基于堆场混堆状态建立了混合整数规划模型，其中加入了与堆存空间以及场吊调度相关的约束，并通过实例证明了该模型的有效性。Jiang9等人研究了中转港繁忙时期的堆场堆存管理问题，在这种情况下必须要采取边装边卸的方式装船，文中指出通过采用双共享存储空间的方法以此来增加土地利用率的同时能够降低堆场的翻箱率，同时也能满足码头高负荷运作时降低堆场内的交通拥堵问题。最后通过实验证明了，该双共享存储空间的架构能够为堆场利用率较少的码头提供解决方案，同时保证最少的场吊安排。Sgouridis, S. P. 10等人针对集装箱码头生产作业日趋复杂这一现象，建立了着眼于进场集卡计划安排的仿真模型，分析其排队时间，利用率以及队列次序等因素，以简化码头中期计划的安排，并通过实例证明其案例中码头的堆场作业具有进一步改善的潜力。目前针对堆场堆存计划的研究主要着重于通过合理的堆存安排以提高装卸作业时的场内发箱效率。多数学者都根据实际问题通过建立相应的运筹学模型来求解堆存方案，在降低翻箱、捣箱的现象发生，提高船舶装卸效率的同时最大限度的提高场地利用率。在工作流引擎方面的研究卢欣荣、魏炳辉11在基于ECA规则的轻量级工作流引擎设计一文中通过构建ECA 规则，设计了轻量级工作流引擎的核心部分，提供了工作流最基本的功能，与核心的引擎规则、任务指派和权限分配组件共同构成工作流的引擎，采用该引擎大大提高了企业运作的灵活性和适应性。杜刚，江志斌，刁晓娣12等人研究了骨肉瘤术前化疗过程中的一些典型变异及应对措施，给出了骨肉瘤术前化疗流程的部分扩展ECA规则描述，设计了一个基于规则的工作流引擎，通过实例验证了该工作流引擎的自适应机制的可行性；张奇13基于着色Petri网建立工作流引擎模型描述了工作流引擎的结构和内部机制，并通过仿真和动态性质分析模拟引擎的行为，确保引擎设计的正确性；卓皓 14就高校科研管理系统中最为复杂的审批流程进行分析研究,结合先进的工作流引擎技术来进行具体的设计与实现,使得科研审批流程变得清晰。Manning, Colin15在讨论了工作流管理系统的建成，提出了构建工作流模型的改进混合法并概述了塞坦塔技术的先进工作流引擎。Bae, Joonsoo16等人提出了基于ECA规则的工作流模型定义方法，通过提出了块的概念，将处理流程分类为几个块。块作为最小单位代表在流程模型中的行为。运用算法将流程网络中的块转化为一个层次树模型。通过ACTA将每个块的行为模型化，从而为ECA规则的确定提供了理论依据。通过该方法使得工作流能够在没有用户干预的情况下自动执行。Grigori, D17基于合作交易协议（COO）和传统的工作流模型的组合，允许活动在执行过程中交换数据以及一些活动在开始之前提前预定义，使得关于过程模型的实际执行更灵活性。Cervantes18等人提出了一种软件产品线体系结构，应用程序由安装了一系列插件的通用软件库组成。在这种体系结构中，软件库嵌入一个轻量级的工作流引擎，引导应用程序的控制主要数据流。该结构消除了数据和控制的分散流问题。这种架构目前应用于Eclipse平台上建立的生物医学工程研究。Ferreira19等人针对开发工作流引擎中产生多余功能而导致返工的现象进行研究，通过将常见的工作流功能适当的设置对其进行抽象和重用，嵌入到工作流程中来解决上述问题。目前对于工作流引擎的研究大都围绕工作流模型定义方法展开，针对不同的目的设计出满足一定需求、具有一定性能的工作流引擎。但是关于工作流引擎在集装箱堆场运用的研究并不常见，对于工作流程多而复杂的堆场作业而言，在该领域针对工作流引擎的研究与运用具有一定的意义、前景和价值。1.4本文主要工作本文首先针对集装箱堆场复杂的生产作业流程进行分析，归纳总结堆场作业流程中车载任务所具有的的特点。其次提出了一种双层工作流引擎架构，并阐明了该引擎架构的工作原理。分别设计该引擎架构中的逻辑层和控制层。其中逻辑层的工作流模型采用了事件-条件-动作规则（ECA规则）的工作流建模方法，通过将ECA规则嵌入工作流模型的定义之中，从而能够更为简洁、直观的对复杂的流程进行描述。相比于其他的工作流建模方法，这种模型能过较为灵活的描述堆场车载作业流程，从而较好的契合堆场作业的特性。控制层利用工作流技术，针对堆场作业控制三个关键点任务的产生、处理与变异，设计了应用于车载任务控制的工作流引擎，该工作流引擎借助于关系数据库系统的成熟技术解决了诸如并发性操作等问题，大大优化了车载任务控制系统的性能。最后通过实例分析，逐步阐明该控制系统的工作原理，证明了基于该引擎架构的车载任务控制系统具有一定的实用性。论文内容概要为：第1章 介绍了选题背景以及所选题目的研究意义以及国内外对工作流引擎方面的研究现状，并写明了本文的主要工作和技术路线。第2章 从堆场作业工作流程的角度出发、逐步分析集装箱堆场现场作业工作流程。包括，不同业务类型现场作业流程的区别、同种业务类型、不同作业类型在堆场现场作业中存在的异同等。通过上述分析总结归纳得到堆场现场作业的特点。第3章 首先介绍了构建工作流模型的主要方法，阐明其各自的特点，接着根据上一章节中针对集装箱堆场的分析所得出的特点、选择取与其特点相适应的方法，即ECA规则，并利用改方法进行工作流建模。第4章 阐明了工作流模型、建模方法以及工作流引擎三者之间的关系，并根据上一章节所构建的工作流模型搭建工作流引擎形成完整的工作流引擎架构，介绍了该工作流引擎架构的特点，并通过实例分析证明了该引擎架构在实际堆场现场作业中具有实效性。第5章 总结全文，并对后续研究开发进行展望。全文技术路线如图1.1所示：图1.1 全文技术路线图- 32 -第2章 集装箱堆场作业流程及特性分析2.1概述图2.1为堆场作业流程的层次结构图，有图可知集装箱堆场生产作业主要可分为三大类，分别是：进箱进场、场内调度、提箱作业。这三类集装箱堆场生产作业的流程环环相扣，同时这三类业务下还可细分为不同作业类型的堆场业务，针对不同的业务，其所涉及的车载任务也不相同。本章将从整个堆场业务工作流出发，先分析其不同业务类型的工作流程、同类业务不同作业类型在现场作业环节的处理流程以及不同车载任务信息处理上的区别，层层深入，挖掘集装箱堆场生产作业的特点。图2.1 堆场作业流程的层次结构图2.2集装箱堆场现场作业工作流分析进箱进场、场内调度、提箱作业是集装箱堆场生产作业中最主要的三大业务类型，每项业务类型下还能细分出更多不同的作业类型，如进箱进场业务就包括了港区转栈、海关特转、废旧货类特转、装火车进场、提验进场。本节将从集装箱堆场业务流程的角度出发，明确每类堆场业务的完整作业流程。2.2.1进箱进场作业流程进箱进场通常指出口集装箱集中运输至堆场，统一管理等待装船。其过程一般可分为三个阶段，即：信息收集阶段，计划阶段，现场作业阶段。三大各环节相互依托，环环相扣，如图2.2所示，为进箱进场作业流程示意图。2.2 进箱进场业务流程示意图1.信息收集阶段集装箱进箱进场之前需要对集装箱进行提前预录，通常为堆场信息中心收到船公司或代理公司发送的需要进场的集装箱信息，通过某种手段输入集装箱堆场的电脑管理系统从而建立进箱进场预录资料，一般可分为手工和EDI两种方式进行。2.计划阶段（1）制定进箱计划堆场工作人员根据进箱进场集装箱的预录信息编制进箱计划，制定进箱计划能够让堆场工作人员查看和管理某一批次集装箱的进场进度，同时也是集装箱堆场收取相关费用的重要依据之一。（2）制定场地计划在进箱进场之前，必须做好场地策划，指明箱子进场后放在堆场的什么位置上。场地策划可指定到哪一只箱子卸到哪一个具体的场地箱位；也可以指定较为粗略，到某一位或某一个排，甚至更加粗化只指定到某个堆存区域（若干位或若干排）。生产实践表明，太细的限定反而会使卸船的速度变慢，不利于卸船作业效率的提高。只有少量的特殊箱，例如特种箱、罐装箱、冷冻箱、危险品箱等才需要指定比较细的堆存位置。3.现场作业阶段（1）道口进场在委托人指定时间内，派遣集卡车队承载进场集装箱通过进场检查桥，在此对集卡所在集装箱相关信息进行核对，核对通过后发放进场小票，小票上指明该集装箱堆放位置，放行集卡进场。（2）场吊作业场吊司机根据场地策划为对应集装箱进行落位作业，场吊司机可根据现场实际情况合理更换场位、集装箱或者集卡，以提高自身作业效率。（3）道口出场集卡在出口检查桥处由道口员核实相关信息，若无误则道口放行。2.2.2提箱作业工作流程：提箱作业一般都是指进口重箱的提箱，它是集装箱堆场提箱作业最主要的业务内容。进口重箱的提箱过程一般可分为两个阶段，即：计划阶段、作业阶段。如图2.3所示，为提箱作业流程示意图。图2.3 提箱出场业务流程示意图1.计划阶段计划阶段的主要工作是为客户制定提箱计划，即为客户持有效提箱凭证到码头办理提箱预约计划的过程。提箱预约的方式按照提箱批量可分为单箱预约和成批预约两种，其中单箱预约一般指按箱号预约，成批预约则包括按提单号预约、按持箱人预约以及捆绑预约等模式。客户办理预约手续的前提是已经完成缴费，预约后码头的系统会自动生成一个预约号，提箱司机进场提箱时需要在道口处输入该预约号以便系统进行选箱。2.现场作业阶段（1）提箱车辆进场道口作业人员根据集卡司机出示的提箱预约号在道口对前来提箱的车辆进行信息核实，并搜索集装箱在场地的位置，同时生成一个提箱任务，该提箱任务即场控为提箱作业安排机械的主要依据。（2）提箱作业场吊司机根据集卡司机提供的场地位置为其提箱，场吊司机可根据现场实际情况合理更换场位、集装箱或者集卡，以提高自身作业效率。（3）出场确认出口道口员核对集装箱箱号与集卡车牌号是否相对应，核对无误方可放行车辆。若提箱车辆实际所载箱子与系统内指定箱子不符，则车辆需返回堆场，重新提箱。提箱车辆信息校核作为码头提箱作业的最后一个环节，对堆场有着十分重要的意义，它可以避免错提箱给堆场造成的重大损失。2.2.3场内调度业务工作流程场内调度的业务分类多而杂，有清场捣箱、海关关验货、商检验货、木检、法检、三方验货、转关施封等一系列作业类型。其种类繁多，但工作流程可大致分为计划阶段划和现场作业阶段两大部分。如图2.4所示，为场内调度作业流程示意图。图2.4 场内调度业务流程示意图1.计划阶段（1）接受场内作业信息接受来自海关、堆场等多方发布的场内作业信息。如海关需要验货时会通知堆场，并告知其要求验货的集装箱箱号。（2）制定调度计划调度员根据需求发布场内作业信息。2.现场作业阶段（3）场吊作业场吊司机根据车载指示进行场内作业，场吊司机可根据现场实际情况合理更换场位、集装箱或者集卡，以提高自身作业效率。2.3现场作业环节处理流程比对由上一节内容可知集装箱堆场业务的作业流程主要可分为计划和现场作业两大部分，其中现场作业阶段是车载任务控制的重要环节。然而同一大类业务下，根据不同的目的可分为多种作业类型。如以转栈为目的的集装箱进场和以铁路运输为目的的集装箱进场，两者同为进箱进场业务，但是其现场作业环节的处理流程却不相同。本节将着眼于同种业务下不同作业类型的现场作业环节，分析其处理流程上存在的异同。由于作业类型种类繁多本节选取转栈集装箱和铁路运输集装箱进行分析。以天津港为例，其集装箱堆场进箱业务中，以转栈为目的的进箱作业是最常见的也是最一般化的。图2.5 进场作业一般流程图图2.5为转栈集装箱进场的现场作业处理流程图，其主要内容包括：（1）集装箱抵达进场道口，提供预约信息；（2）道口人员核对相关信息，并确认集装箱进场；（3）打印进场小票，交给集卡司机作为进场方位指示，放行集卡；（4）集卡司机根据小票指示到达目的场位，等待卸货；（5）场吊司机接受对应车载任务，根据车载指示为该集卡上的集装箱进行进箱落位作业，场吊司机可根据现场情况改换场位落箱；（6）现场作业完成后，场吊司机确认对应车载任务，进箱落位任务完成；铁路运输集装箱进场与一般的进箱进场流程有所不同，主要在于集装箱铁路运输中的超载、偏载现象给安全运输带来一定影响。一旦集装箱出现超偏载,当其装上列车后,负重车辆重心在横向或纵向上偏移超限,会造成安全隐患,甚至会引发列车脱轨或翻车的严重事故。为了确保安全运输,必须要在源头控制,即对集装箱进行超偏载检测，即测偏任务。图2.6 铁路运输集装箱进场信息流程图图2.6为铁路运输集装箱进场信息流程图，具体内容包括：（1）集装箱达进场道口，提供预约信息；（2）道口人员核对相关信息，并确认集装箱进场；（3）打印进场小票，交给集卡司机作为进场方位指示，放行集卡；（4）集卡司机根据小票指示先到达磅台等待测偏；（5）场吊司机接受并执行进场测偏任务；（6）测偏完成后集卡司机根据小票指示到达目的场位；（7）场吊司机接受对应车载任务，根据车载指示进行进场落位任务，场吊司机可根据现场情况改换场位落箱；（8）现场作业完成后，场吊司机确认对应车载任务，进箱落位任务完成；从两者现场作业处理流程可知进场目的的不同决定了其车载任务的不同。转栈进场只需要进行落位任务，而铁路运输集装箱进场则需要先进行测偏任务，再执行落位任务。其处理流程比一般的进箱进场更为复杂。其次，可以发现某些作业类型下车载任务之间存在制约关系，在铁路运输集装箱进场的现场作业环节中，其落位任务受限制于测偏任务对，必须先完成测偏任务，才能进行落位任务。2.4现场作业流程中车载任务信息处理分析每一种堆场业务都可能会牵扯到多个车载任务，不同车载任务所对的信息处理方式也不同，主要体现在以下几个方面。1.柔性程度针对不同的任务，场吊司机可根据实际情况改换场位、集卡或者替换目标集装箱以提高现场作业灵活程度，但是不同的车载任务，其柔性的可控程度不一样，为保现场作业的有序进行，针对每一个车载任务都需划分其柔性程度。表2.1为部分车载任务的柔性表表2.1 任务柔性表任务更换场位改换集卡替换集装箱进场测偏NNN进场落位YNN转提任务YNN转落任务YYY2.合理性检验每次场吊作业都必须对相关项目进行合理性检验，而不同的作业任务，其合理性检验的项目亦不相同，表2.2为部分任务的合理性检验项目。表2.2 合理性检验表任务被占检验未选位检验悬空检验压箱检验进场测偏NNNN进场落位YYYN转提任务NNNY转落任务YYYN3.任务衍生以铁路运输为目的的进箱进场流程中的进场侧偏任务实际需分两步完成，即进场测偏上磅，进场测偏下磅，因此不同任务的衍生任务也存在区别，且当前任务完成后需衍生出其对应的后续任务。表2.3为部分衍生任务表表2.3 衍生任务表任务首要任务衍生任务一衍生任务二衍生任务三进场测偏进场测偏上磅进场测偏下磅-进场落位进场落位-转堆任务转提转落-联合卸火车卸货车提卸火车下卸火车上卸火车落2.5集装箱堆场现场作业特点1.复杂性堆场业务类型繁多，同一大类业务下不同作业类型的现场作业处理流程有所区别；对于不同的车载任务其合理性检验项目亦不相同，任务衍生情况也不相同，因此整个作业流程较为复杂。2.实时性对场内集装箱数量、所在场位，集卡等待时间，场吊所在区域始终在变化。因此必须根据现场作业情况实时更新和反馈场内相关信息，保证场内作业的正确率和工作效率。3.衍生性对于关联任务则需要分步完成，因此需要在当前任务完成之后需衍生出其后续任务。4.灵活性场吊司机可以不按当前任务计划落位、提箱、摆箱等，可根据堆场实地情况作出相应调整，如改换箱号、场地位置等，以提高现场作业效率。基于上述特性，堆场集装箱车载任务控制必须有一个强大的逻辑控制层，用以解决信息传递的逻辑判断和自动流转，对整个流程状况进行有效跟踪控制、降低人为的失误和时间上的延时导致效率低下，利于进行量化统计，查询、报表及绩效评估。工作流引擎正是在工作流的上方搭建了一层逻辑处理层以控制工作流的运作，实现了这一目的。2.6本章小结集装箱堆场的业务主要分为三大类：进箱进场、场内调度、提箱作业。但将这三者继续细分，则其作业类型会十分复杂，且每个堆场因其性质不同所开展的业务也有区别从而导致现在作业的车载任务的控制具有一定的难度。本章从整体，先分析每一大类堆场业务的工作流程，其次，对类别相同、作业类型不同的堆场业务的进行分析比较，根据分析的结果得到集装箱堆场作业的特点，为下文建立工作流模型已经引擎提供了厚实的依据。第3章 车载任务控制系统工作流建模3.1车载任务控制系统核心架构集装箱堆场作业复杂，为了能够灵活控制堆场车载任务的同时增加整个控制系统的可维护性，本文将控制系统的核心分为两部分，即逻辑层和控制层。其中逻辑层为车载任务的工作流模型，通过运用一定的方法来描述车载任务相关的控制逻辑；控制层为工作流引擎，用于控制工作流模型的流转。两者之间通过一定的关系联系起来，如图3.1所示。图3.1车载任务控制系统核心架构图由图3.1可知，工作流不会自动流转运行，需由工作流引擎驱动；引擎不能直接对工作流进行控制，需要调用工作流模型中的处理逻辑，将处理结果反馈于引擎；工作流引擎根据其反馈结果驱动工作流的运转，最后工作流将运转后的结果反馈于引擎，引擎根据结果执行下一步操作，即引擎调用方法、方法反馈信息于引擎，引擎根据反馈结果驱动工作流运行，工作流反馈运行结果于引擎，如此往复循环。3.2工作流建模的方法工作流模型是对业务过程的抽象表示，工作流模型的建立是工作流技术理论研究和实际应用的基础。目前已有的工作流建模方法主要有、Petri网、ECA规则、CTR逻辑、超媒体结构、工作流环等。表3.120为目前常用的工作流建模方法以及其特点。表3.1 工作流建模方法建模方法语言形式组织模型描述数据模型描述过程模型描述特点图形符号一般无无有简单直观, 便于用户使用Petri 网严格无无有便于业务过程分析ECA规则一般无无有具有灵活性CTR逻辑严格无无有便于业务过程分析超媒体结构一般无无有便于表示层次结构的过程模型工作流环无无无有适用于交互型工作流管理系统WIDE工作流模型无有有有适用于分布式工作流管理系统三维工作流模型一般有有有适用于分布式工作流管理系统同其他建模方法相比， 事件-条件-行为(event-condition-action，ECA)规则采用事件、条件、行为三部分描述业务逻辑，定义了当某事件发生时规则条件判断及符合条件的行为处理内容；ECA规则将业务逻辑的驱动与实现分离开来，以增加被描述内容的灵活性和可维护性。利用该方法建模能够比较贴切的描述车载任务的工作流。因此，本文采用ECA规则进行工作流建模。3.3基于ECA规则的工作流模型定义定义1基于ECA规则的工作流模型为一个8元组（Activity，Event，Condition，Action，Rules，R，F，S）的集合。1）Activity是一系列活动的集合；2）Event是一系列事件的集合；3）Condition是一系列条件的集合；4）Action是一组关系函数；5）Rules是描述流程运行的ECA规则的集合，每条ECA规则用来刻画活动之间的迁移条件；6）R是一系列逻辑连接符；7）F是连接弧，表示活动流转方向，其上可设定分支条件；8）S是一系列状态集合；定义2事件Event分为两类：第一类是一组关于活动当前状态的函数集合如：Running(Activity1)表示将活动Activity1正在执行第二类是操作事件集合如：场吊司机从车载任务队列中选取任务定义3活动状态集S = “Waiting”，“Ready”，“Running”，“Cancelled”，“Aborted”，“Completed”Waiting表示活动触发的条件未满足；Ready表示活动的触发条件己经满足，可以开始；Running表示该活动正在执行；Aborted 表示活动发生异常时退出执行状态；Cancelled表示活动已被人为取消，退出执行状态；Completed表示活动任务集中的所有任务都己执行完成；流程的执行过程实际上也就是其活动的状态的变迁过程。每个活动从初始状态经过运行状态，最终转换为完成或中止状态，活动执行成功即达到完成状态后，又唤醒下一个活动，继续这个过程。在这个过程中，事件引起活动状态的转换。21定义4Action是一组关系函数，刻画了当满足某一条ECA规则，即某一满足条件的事件发生时，活动的状态发生转换的关系，活动状态及其转换关系如图3.2所示图3.2 活动状态转换关系图公式3.1为Action（）函数表达式(3.1)设状态集合S，D= 0，1。SS到D 的一个映射，称为集合S内部的一个关系。若( s，s)1 则说s，s处于给定关系中, 记为R( s，s) 或sRs；若( s，s)0 则说s，s不处于给定关系之中。状态集合S“Waiting”，“Ready”，“Running”，“Cancelled”，“Aborted”，“Completed”内的状态转换“Action”关系的矩阵如公式3.2所示 WaitingReadyRunningCancelledAbortedCompleted MAction= 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 WaitingReadyRunningCancelledAbortedCompleted.(3.2)定义5逻辑连接符R=And-Split，And-Join，Or-Split，Or-Join，其表达形式如表4所示表3.2 逻辑连接符表达示意表基本结构示意图事件条件动作And-SplitCompleted（A）NULLAction（B）andAction（C）And-JoinCompleted（A）andCompleted（B）m=Trueandn=TrueAction（C）Or-SplitCompleted（A）m=Truen=TrueAction（B）Action（C）Or-JoinCompleted（A）orCompleted（B）m=Trueorn=TrueAction（C）定义6ECA规则的形式是：When EventIf Conditions ThenAction如：When 任务发布If 任务类型=铁路运输进场任务 Thenset ready(进场测偏上磅任务) and suspend(进场落位任务)ECA定义了何时触发一个规则, 当规则被触发后, 对条件进行评价：如果条件满足，则执行相应的动作。在ECA规则中，事件E通常是某个节点的开始、完成、中止等，条件是对工作流相关数据和工作流控制数据的断言。动作A通常是相关活动状态的转换。3.4基于ECA规则的车载任务工作流建模根据工作流模型的定义，建立基于ECA规则的车载任务工作流模型。图3.3车载任务ECA工作流模型图3.3为车载任务ECA工作流模型，该模型的执行步骤为：1.调度员手动输入或者道口确认生成相应任务，插入至车载任务队列；2.场吊司机选择任务；3.判断是否存在前置任务。若存在则禁止选择当前任务，若不存在则继续执行当前任务；4.场吊司机根据当前任务性质和场地现状可进行换箱、换车或是换场位操作；5.读取处理逻辑参数；6.根据处理逻辑参数对任务合理性进行检验检验，包括压箱检验、悬空检验、场位被占检；验和选位检验；检验均通过则执行当前任务，不通过则做相应处理；7.任务执行完成更新该场吊作业记录；8.判断当前任务是否存在后续任务。若存在则回收当前任务、刷新车载互动界面并自动衍生出后续任务，若不存在，则回收当前任务并刷新车载互动界面；3.5本章小结ECA规则作为工作流建模方法之一，其表达形式较为灵活，更贴合集装箱堆场工作流的特性。本章根据第二章的分析可知集装箱堆场具有复杂性、实时性、衍生性和灵活性的特点，通过把ECA规则嵌入工作流模型中，从而形成了该车载任务控制系统中的逻辑层。第4章 控制层工作流引擎构建及实例分析4.1车载任务控制工作流引擎构建工作流引擎是该工作流引擎架构的控制层，通过调用一定方法以实现包括任务的产生，激活，挂起，终止等，并按定义流程和数据信息导航推进实例，从而实现对工作流模型的控制。因此，工作流引擎设计的好坏直接关系到工作流的执行效率与可扩展性，进而影响到整个工作流架构的柔性以至企业的办事效率及在市场中的竞争力。在ECA规则工作流模型的基础之上，设计相应的工作流引擎以控制车载任务作业的运行，工作流引擎如图4.1所示。图4.1车载作业控制工作流引擎该工作流引擎主要由三部分组成，即任务发布，任务处理，任务变异。其中任务变异还可分为任务种类变异，任务对象变异。整个引擎通过调用ECA规则来驱动工作流运行。1.任务发布（客户端仅作为用户界面平台使用，不具备任何运算功能）：（1）通过道口进场确认或调度员人工发布，产生任务发布请求（2）事件监听器接受任务发布请求，初始化新任务模型（3）拾取新任务的相关对象信息（4）将新任务插入至车载任务队列（5）车载终端显示新发布的任务2.任务处理（车载终端仅作为用户界面平台使用，不具备任何运算功能）：（1）场吊司机通过在终端平台上选择任务，向服务器发送任务请求指令。（2）事件监听器接受任务请求，读取对应任务类型处理逻辑参数，并进行相关运算（3）服务器根据运算结果，更新该场吊作业记录（4）判断当前任务类型是否存在后续任务，若存在则将当前任务导入历史，反馈运算结果参数并发布任务变异请求，若不存在则直接将当前任务导入历史，并反馈运算结果参数（5）车载终端根据反馈的参数刷新终端界面3.任务变异A种类变异：（1）接受任务变异请求（2）根据前置任务类型变异出新任务类型B对象变异：（1）执行任务过程中，车载司机根据集装箱的场地分布以及当前任务类型选择更换当前任务所指定的集装箱或场位或集卡，车载终端向服务器发送换箱请求。（2）服务器接受换箱请求，判断所选集装箱场位或集卡是否可换（3）根据判断结果反馈，执行对象变异操作4.2车载作业控制工作流引擎架构特点该工作流引擎架构围绕集装箱堆场现场作业的特点展开，通过第三章构建的工作流模型和本章设计的工作流引擎之间的交互来实现对车载任务工作流的控制。引擎架构具有如下特点：灵活性：由于现场作业实际情况灵活多变，为了使工作流引擎能够适应实际作业的变化，构建引擎时为其增加一定的柔性，根据ECA规则中针对某作业类型是否允许其进行换箱、换车的反馈结果，车载司机可以根据实际作业情况，执行更换集装箱、更换集卡等操作。可维护性：随着码头吞吐量的增长、集装箱堆场的业务势必会发生变动，可能旧的工作流引擎不能适应新的堆场业务，此时需对工作流引擎进行维护，这就要求堆场的工作流引擎可维护性较强，以便能够对业务的变动做出快速的反应，防止因维护而造成的不必要损失。由于该引擎时建立在ECA规则的工作流模型基础之上构建成型的，因此其维护工作较为简单，一般只需增加或修改其ECA规则即可，从而大大增加了该引擎的可维护性。4.3实例分析该车载任务控制系统在天津港物流发展有限公司的大力支持下，得以实践运行。本节以具有天津港堆场特色的铁路运输集装箱进场为例对该工作流引擎架构的进行分析。通过实例分析，全面解释该工作流引擎架构的工作原理。其中该业务所涉及的活动如表4.1所示；所涉及的事件如表4.2所示；所涉及的条件如表4.3所示。表4.1 活动表活动编号活动Activity1进场落位任务Activity2进场测偏上磅任务Activity3Activity4Activity5Activity6进场测偏下磅任务柔性检测合理性检验衍生任务检验表4.2 事件表事件编号事件E1任务发布E2任务选择