毕业论文-基于“粘抢混”原则集装箱码头出口箱进场选位规则研究.doc

上海海事大学本科生毕业设计（论文）学号：200710222039上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY本科生毕业设计（论文）基于“粘、抢、混”原则集装箱码头出口箱进场选位规则研究学 院： 物流工程学院 专 业： 物流工程 班 级： 工物 072 姓 完成日期： 2011年6月 摘 要集装箱码头出口箱作业过程中的集港出口箱进场选位属于非常重要的一个环节。合理的进场选位，能最大限度地提高码头堆场资源的利用率，提高场地机械作业效率，有利于安排装船作业。本文以集装箱码头出口箱集港作业流程为主要研究内容，运用优化理论，就集港出口箱进场选位的理论及方法进行了研究和改进。通过对集装箱码头出口箱进行选位问题的调研，在分析总结了国内典型智能选位系统的优缺点的基础上，提出了基于“粘、抢、混”原则集装箱码头出口箱进场智能选位思想，并通过大量的算例分析，证明了该智能选位系统的有效性和实用性。关键词：集装箱码头，集港，进场选位，实用性AbstractSelecting location for export container in the yard plays an important role in the export operation process. Reasonable arrangement of location selection could help to maximize the rate of utilization of terminal resource, improve the efficiency of yard machine, and be beneficial to arrange shipment. In this paper, the main research is focused on the process of export container congregation in the yard by using optimization theory. And it also propose some suggestions for improvement.After the research for the issue of export containers location selection and the summery for advantages and disadvantages of typical intelligent selection system in China, this paper propose a rule-based intelligent location selection for export containers.A great deal of experiments prove the effectiveness and the practicality of the system.Key words: Container terminal, Container congregation, Location selection, Practicality目 录第一章绪论- 1 -1.1概述- 1 -1.2 选题背景- 1 -1.3出口箱进场选位问题的研究意义- 2 -1.4国内外集装箱码头出口箱进场问题的现状- 2 -1.5 国内典型智能选位系统研究现状及其优缺点比较- 3 -1.6 本文主要工作- 5 -第二章集装箱码头出口箱进场选位问题描述及业务分析- 7 -2.1 概述- 7 -2.2 集装箱码头出口箱集港业务流程分析- 7 -2.3 问题描述及分析- 9 -第三章集装箱码头出口箱进场智能选位系统的研究- 11 -3.1系统设计的思想宗旨- 11 -3.2智能选位的主要方法及功能- 11 -3.3通用规则描述- 11 -3.4 具体规则描述- 12 -第四章算例分析- 22 -4.1 已知数据获取与分析- 22 -4.2 求解结果与分析- 25 -第五章结论与展望- 34 -5.1 结论- 34 -5.2 展望- 34 -参考文献- 35 -致 谢- 36 -第一章 绪论1.1概述随着经济全球化的迅猛发展，国际贸易量不断攀升，国际集装箱业务得到大幅扩张。我国对集装箱码头管理的重视程度日益增强，码头的运营水平也随之越来越高。集装箱码头生产效率竞争正变得白热化，如何提高集装箱码头作业的有序性和高效性已经成为了各大港口码头亟需攻克的课题。集装箱码头管理集装箱码头的效率通常可以由两种类型的作业效率来衡量。一种是对船只的作业，指的是对集装箱的装卸操作；另外一种是对集装箱的接收和发送作业，指的是从码头外部将集装箱接受并堆至堆场中，以及当货主取箱时将集装箱从堆场中取出并发送到场外。本文所研究的主要内容是关于集装箱的接收作业，该作业情况将对集装箱的装船作业效率起着非常重要的作用。对于出口的集装箱，在进行装船之前必须将其集中在堆场放置。而出口集装箱进港选位问题是集装箱码头出口业务中非常重要的一个环节，选位是否恰当将直接影响后续装船过程，其中包括集卡、场吊、桥吊等作业情况，对装船的效率也会起着关键作用，本文研究的核心问题就是出口箱集港时如何进行智能进场选位。1.2 选题背景随着经济全球化和贸易国际化的深入发展，国际海运业得到迅猛发展，集装箱运输具有运量大、装卸及疏运快、节约包装材、安全便捷等优点，越来越多的货物选择集装箱运输，所以集装箱运输已经成为了全球国际贸易中最重要的运输方式之一。在改革开放政策的推动下，我国沿海港口在改革开放30多年来，取得了举世瞩目的伟大成就，有效支撑了我国经济特别是外向型经济发展。时至今日，在国际贸易全球化的大时代背景下，中国港口面临的机遇更多，同时挑战也更加严峻。由于港口物流的不断发展以及集装箱运输的重要地位，对于集装箱运输的需求快速增加的同时，不仅要求港口不断扩大容量，还要求港口内部对于各种资源能够优化配置，不断提升码头运营管理的水平，高效管理码头堆场的各类集装箱堆放。合理的场地堆放状态可以不断提高港口内部作业效率，缩短船舶在港时间，降低作业成本，提高港口竞争力。因此，深入研究如何平衡堆场中集装箱堆放于提取这一动态的随机过程，用更灵活的方法改进或优化作业流程无疑具有重要的价值。1.3出口箱进场选位问题的研究意义在国际海运集装箱运输发展迅猛的当今，任何一个港口要提升核心竞争力，就必须打造一个高效运营的集装箱码头，如何提高集装箱码头的作业效率已然成为了全球集装箱码头研究领域所关注的焦点。合理的集装箱码头管理不仅能最大化限度地利用堆场资源，还能提高码头的装卸速度以及缩短船舶靠港时间。集装箱码头的作业效率问题不仅涉及港口航道和码头前沿水深、码头前沿机械设备的数量和性能及装卸工艺等因素，还包括码头堆场的作业效率。随着装卸设备水平的不断提高及码头堆场信息化管理程度的增强，码头的装卸效率有了较大的提高，而影响码头作业效率的另一方面便集中到集装箱码头堆场的作业效率上。在集装箱出口业务中，出口集装箱在实际装船之前，必须提前集中堆放在码头堆场，再由场地机械将其装上相应的船舶。其中，出口箱在堆场中堆放的位置将决定作业线调度、集卡调度、翻箱操作等问题。而集装箱码头出口箱作业过程中的集港出口箱进场选位环节则显得非常重要，合理的进场选位，能最大限度地提高码头堆场资源的利用率，提高场地机械作业效率，有利于安排装船作业。可见，优化集装箱进场选位决策系统已成为增强码头核心竞争力的重要着力点之一。因此，研究集装箱码头出口箱进场选位问题对于集装箱码头港口的发展有着重要的意义。1.4国内外集装箱码头出口箱进场问题的现状关于集装箱码头场地资源分配的问题，许多专家已经获得了不少研究成果。Leilin Yu, Zhiqiang Liu和Lifeng Xi1提出了一个双阶框架的集装箱堆场计划，在第一阶段，研究出基于动态平衡码头设备的一种混合禁忌的搜索方法来解决堆场分配问题，然后，在多方考虑各种码头资源的基础上，建立一个混合整数规划模型来解决堆场中集装箱场位分配问题。Tao Jing-Hui和Wang Min2则建立了一个混合存储模型，同样划分为两个阶段，第一个阶段解决工作量均衡问题，第二个是解决集装箱组均衡问题，最后用启发式算法来求解该模型。Bazzazi Mohammad,Safaei Nima和Javadian Nikbakhsh3研究了集装箱码头扩展堆存空间的分配问题，运用了一种有效的遗传算法来解决这一问题，并通过大量数值实例验证了算法的有效性。关于集装箱码头场吊调度的问题，Hu,Zhi-Hua4提供了一个基于启发式算法，通过商业运作的软件包直接有效地解决约束的离散时间模型来研究场吊的调度问题。Ling Mak Kai和Di Sun5则构建了一个结合遗传算法和禁忌搜索法的混合优化算法的模型，实现场吊工作完成时间的最小化。根据Peng Gao,Chun Jin和Jianfeng Shen6的观点，建立了一个多阶段优化的数学模型研究场吊作业过程中的问题，该模型分为2个子模型：再处理作业调度和最短路径搜索，以达到操作过程中成本降低的目的。Li Wenkai,Petering M.E.H和Goh Mark7等五位专家建议用一个基于启发式和滚动式算法的双指数变量模型，将现实中的运作限制考虑进去，例如场吊之间的干扰、场吊的分隔距离以及集装箱实时存取等问题，得出一个接近最优的解，从而提高场吊的调度效率，并减少其等待时间。关于集装箱码头集卡调度的问题，Ng,W.C.和Mak,K.L.8讨论了集卡进入工作线的顺序对集卡被派遣到码头进行装载的总时间所产生的重要影响，并且通过一种易于实施的数学算法寻找到了最优序列解。而Shang Jing9则从如何决策集卡规模及集卡任务分配的角度考虑，提出了一个混合整数规划模型来研究这一问题，并经过仿真证明了该算法相较传统调度规则的优势性。Cao Jinxin,Shi Qixin和Lee Der-Horng10综合考虑了堆场中场吊和集卡两个重要因素来优化堆场调度问题，制定一个混合整数规划的模型，运用遗传算法和修改过的基于约翰逊的启发式算法来求得最优解。然而，在出口业务方面特别是集港进程过程中的智能选位算法方面的研究却为数不多。1.5 国内典型智能选位系统研究现状及其优缺点比较(1) 天津港某公司出口箱自动选位该公司系统的出口箱选位功能自动程度相对较差，在做出口箱进场计划之前必须进行分港分吨，而此处的分吨却只能把不同吨级的箱子分开堆放，并不能达到真正的自动重压轻的目的。出口箱计划的制作难度较大，一切决策都交给了系统用户，计划量（箱子类别数量）尺寸（2）卸货港数量吨级划分数量，因此分吨分得过细反而给计划添了成倍的麻烦。其具体的优缺点分析如下：优点：计划是可视化操作的，计划的结果可见于箱区。缺点：1、计划必须指定吨级，不能自动为不同吨级的箱子开新位串。 2、场地位置只能分配给一类箱，已经放箱或已做过其他计划的位置不能再做计划，容易造成浪费，且大大增加了计划难度。 3、计划到具体箱位，而不能是某个区域，加重了数据库没有必要的负担。 4、不能自动分路。(2) 上海外五期码头自动选位系统外五使用的系统源于SCT，该系统是国内同类系统中功能较为成熟的系统之一，该系统的主导思想是“分散且集中”，自动化程度较高，可自定义集港规则，出口箱计划不受分港分吨的限制（可自动按不同吨级堆放），计划属于区域性计划，且可以一位多用，不受当前放箱、计划状态的限制。计划量（箱子类别数量）尺寸（2）卸货港数量。其具体的优缺点分析如下：优点：1、选位可自动按照分吨等级分类堆放。 2、区域性计划，节省数据库开支。 3、支持一位多计划，先来者先占用。 4、出口箱进场实现了自动集中、手动分散。缺点：1、计划结果不可视，使得计划员还需在excel上做笔记。 2、对于卸货港较多的船舶，计划量较大，难于管理。 3、需要监视各类箱的进箱状况，并对应可用计划位作出相应调整。 4、达到分散且集中的目的尚需人工干预。(3) 出口箱自动选位粘贴法粘贴法提出了粘贴“相似箱”的思想。相似箱是指与目标箱属于同一航次、同一尺寸、同一卸货港、同一吨级的在场箱或集港落位任务所占场位。两个集装箱的相似程度取决于这两个集装箱彼此共同属性的多少，每种属性的权限亦不同。粘贴法就是让目标箱绕过复杂的进场计划而直接去压粘或靠粘与其属性最为相似的集装箱。优点：加快了选位速度。缺点：1. 计划同样不简单，对空闲空间要求较高。2. 开新位问题欠考虑，过分强调“集中”问题，无法解决“分散”问题。(4) CAGII自动选位抢位法的提出出口箱在船舶到来前的几天内，就开始已经陆续进场，它们通常由外集卡运到码头，到达的时刻，数量都不可控制。出口箱的到来是无序和随机的，很难事先预测和安排，但堆箱效果要求它们是规则有序的，如何将无序随机的进箱序列转变为规则有序的堆场放箱，CAG是通过抢占的方式来解决这个问题的：图1.1 GAG抢位示意图上图就是这种预分配和抢占的实际效果图。抢位法就是要解决“计划赶不上变化的问题”，当某个集装箱进场时，如果对应该类箱的进场计划空位已经用光，则让其自动去“抢占”其他类别的箱子所占贝位中的空串。优点：提高了自动选位的应变程度。缺点：计划工作量仍然较大。(5) SCT码头的混堆理念该码头号称上海港的“经验之源，人才基地”。其最大特点就是堆场极其紧张。在这种特殊背景下，该码头提出了“混堆”的理念。混堆是在计划位用光，自动选位系统无法选出进场箱位的情况下采取的一种有原则的极端手段。这种原则的根本目的在于“让坏事尽量不太坏”。按照混堆的优先级别不同可分为“混吨”、“混港”、“混船”。(6)小结以上各种算法针对不同问题均各有所长，但都不够完整严密，需人工干预管理的项目较多，基本上都是半智能程度。试想，如果能够将所有这些能够独当一面的半智能系统结合起来，实现互补，则一定能够创造出一种严密、可靠、自动化程度高的出口箱进场智能选位系统。而由于每种算法需要的信息来源，尤其是表结构有所不一，因此在老系统上进行算法改造的难度相对较大，一旦数据库结构发生变化则不仅仅是“牵一发而动全身”的问题了，而是非常有可能引起“牵一骨而全身瘫痪”的事故，使得系统漏洞百出。但是，建立一个新建的工程，只要数据结构设计得合理，完全有可能发挥新工程的巨大优势。1.6 本文主要工作本文主要研究了集装箱码头出口箱集港作业中的出口集装箱进场选位问题。在集装箱出口业务中，出口箱由外集卡运至码头时，并不即刻进行装船作业，而是需将其存放在码头堆场中，之后再由场地集卡将出口箱运至岸边安排装船。在此过程中，如何根据在综合考虑出口集装箱信息、堆场实时堆存状况、船舶配载要求及场地机械作业情况等因素下，为出口箱选择一个最合适的位置落箱成为了本文所需要研究的核心。本文充分研究了集装箱码头出口箱集港作业流程，并且在分析总结国内典型智能选位系统的优缺点的基础上，针对出口箱进场选位问题，为集港出口箱进场选位制定了一定的选位规则，改进了出口箱进场选位的理论和方法。本文的主要研究内容如下：1.对集装箱码头堆场作业的流程进行深入的研究，进一步分析集装箱码头出口业务中的集港作业流程。2.对集装箱码头出口箱进场选位问题，进行具体的业务分析和问题描述。3.分析出口箱进场选位的基本原则，并结合实际情况，在此基础上进行优化，建立集装箱码头出口箱进场智能选位系统。4.结合实际算例，验证该智能选位系统的有效性和实用性。第二章 集装箱码头出口箱进场选位问题描述及业务分析2.1 概述出口箱进场选位指：在码头道口处，为前来集港的集装箱选择一个最为合适的场地位置来堆放出口箱，目标是使得后续到港出口箱能有位可寻，使配载方便容易又留有发挥的空间，使装船发箱时降低翻箱率，使场吊发箱尽量少动大车，使发箱时场内分路变得可控发箱速度游刃有余，最终使装船过程平滑顺畅。可见，进场选位的优劣是一切后续作业的基础，直接影响甚至限制了配载、发箱、调度、装船等生产过程，就像人生成长的第一步一样重要。2.2 集装箱码头出口箱集港业务流程分析集港即在船舶到达港口前，通过运输车队将出口集装箱陆续运到港口的堆场等待装船。出口一般在相应船舶到港前3至5天开始集港，由外集卡陆续陆运进港堆存在堆场内，并在船舶到港前6 小时截关（停止进箱），以便根据集港箱信息进行船舶配载及装船作业计划。出口箱集港包括出口箱信息预录、出口箱分港分吨、出口箱进场计划、出口箱进场选位和场桥口门收箱等环节。集港过程的基本流程如下图所示：图2.1 出口箱集港流程图（1）出口箱信息预录由于出口箱进场时需根据其具体的资料进行选位，所以信息预录的主要目的是为出口箱进场选位奠定基础。信息预录的主要内容包括： 箱号，即箱子的唯一标识。 尺寸，指集装箱的长度，以英尺（feet）为单位。 箱型，即箱子的类型说明 箱高，即箱子的高度。 持箱人，即箱经营人 铅封号，通常在集装箱号之后还加注海关查验后作为封箱的铅制关封号。 卸货港，集装箱被卸下船的港口。 目的港，出口箱最终所到达的港口。 箱子净重，出口箱内货物的总重量，该重量不考虑集装箱本身的重量，单位为吨。 箱子毛重，出口箱内货物与集装箱本身的重量之和，单位为吨。 状态，是指箱子的交接状态和空重状态，对于出口箱来说，一般有出口重箱（EF），出口空箱（EE），出口中转箱等。 货物描述，即描述集装箱内装的货物的种类。（2）出口箱分港分吨对每一个航次的所有出口箱按照其尺寸、卸货港和吨级3种属性进行分类。由于船舶配载时，需要保证船舶良好的稳性和适当的吃水差，需要避免中途卸货港倒箱，因此不同卸货港不同重量级的出口箱在船舶上应尽量分开堆放，且尽量保持重箱在下轻箱在上，这就需要出口箱在场地上堆放时也应分卸货港和吨位堆放，因此出口箱分港分吨是制定进场计划和船舶配载的基础。（3）出口箱进场计划根据船名、航次、出口箱预到资料，并结合综合考虑该航次未来船舶配载图编制情况和堆场的实际使用情况进行编制出口箱进场计划，为一个航次的每组出口箱安排箱区和场地位置。出口箱进场计划是出口箱业务中最基础和核心的环节，合理的出口箱进场计划将为船舶配载、装船时设备的调度奠定良好的基础，相反，出口箱的无序堆存将为配载和设备调度带来很大困难。（4）出口箱进场选位为了使箱子进场后顺畅地找到自己所在的位置，进场前要在道口进行进场选位。出口箱进场属于分散进场，每个箱子进入码头时，需要首先在道口进行选位。从理论上讲，只要到港的集装箱与计划时信息一致，就可以直接为集装箱选择一个最优的位置，但是，实际上具体集港箱到港时具有很大的随机性，因此需要根据当时堆场的情况，动态选择箱位。（5）场桥口门收箱即场桥司机将出口箱堆存到堆场后，通过车载终端，将该箱的最终堆存位置保存到码头生产系统的数据库中去。出口箱集港过程中，前后工序具有依托关系，只有进行了前面的工序，才能进行后续操作，例如只有进行了出口箱进场选位，才能进行场桥口门收箱。2.3 问题描述及分析2.3.1 作业环节描述根据上文作业流程分析可知，在整个集装箱码头运营管理系统中，对于集装箱出口业务而言，出口箱的进场选位环节占据着十分重要的承前启后作用。该环节需要的信息依靠前期进行的各个作业环节所得而来。出口箱的信息首先需要EDI接受该关于该航次的出口船图信息以及出口舱单信息，然后将其导入系统；再根据系统中所示的出口箱信息，为该航次的出口箱进行分港分吨的划分，即按照卸货港和重量进行等级的划分；然后根据上述所得信息编制进场堆存计划；随后，就是集港出口箱的实际进场，进场选位的动作要在道口以进场计划为指导来实行；集港的最后一步是口门收箱作业，可以说，前面所述的各项工作都是为了后续的装船作业而服务的，岸边作业路和场内作业路中的机械调度会影响实际装船作业，而出口箱的进行选位的合理性以及其均衡性则会在较大程度上影响整体的作业效率。2.3.2 问题分析在通常情况下，出口箱的进场选位往往是依据实际进场之前所制定的进场计划来进行选位，然而进场计划的编制需要搜集和处理大量的出口箱信息和堆场信息，这是一个相当复杂繁琐的过程。一方面，对于出口箱进行分港分吨划分问题，权衡适当的划分等级标准是关键，划分得过细会对计划本身的制定增加不必要的负担，划分得过粗则又影响堆放的合理性和堆场的使用率；另一方面，堆场空置箱位的分布是无序且分散的，在做进场计划的时候，既要考虑实现空闲区位尽可能最大化利用，又要避免出口箱堆存不合理的情况发生。但是，在实际的操作过程中，常常会出现各种不可预计的情况，使得出口箱最终落定位置与计划有所出入。进场计划在制定过程中需要考虑许多复杂的因素以及面临诸多不可控制的状况，导致进场选位无法依循进场计划展开，既浪费人力物力等资源，又无法实际提高出口箱进场堆存的有序性。2.3.3 决策分析不管出口箱进场选位是根据何种方法进行决策，最终还是为了提高装船效率，其中涉及作业线的调度、场地机械调度、集卡调度等操作。归根究底，合理的堆场堆存在其中起着关键作用，而出口箱在进场时的选位决策直接影响着堆场的堆存合理性。所以，在进行出口箱进场选位时，应以一切从装船要求出发，以配载要求为基础的原则进行选择，兼顾场地计划及堆场实际堆存情况，这样可以将具体的箱位分配的时间延至其实际进场的决策时刻，如此便可以大大提升箱位分配的灵活性，将实时性发挥到极点。第三章 集装箱码头出口箱进场智能选位系统的研究3.1系统设计的思想宗旨1. 一切从装船要求出发，以配载要求为基础，兼顾作业线分配和发箱平滑性。2. 无序变有序，随机变规则。3. 易于双40配载，即：要使最终堆放情况尽量达到双40配载的要求（使准备双40装船的集装箱在同一位内，且可先后发箱而不需翻箱），保证发箱平滑性。4. 分散且集中。分散，指箱量较大时，同一种类的箱子所在场地位尽量分散在不同有效块内（一般为箱区），这样有利于发箱时场内分路；集中，指同类箱应尽量集中在同一个位内，这样利于配载且能够大大降低发箱时场吊动大车的几率。3.2智能选位的主要方法及功能本文所述的智能选位系统是建立在一种遵循一定规则，并且按照规则优先顺序逐步进行匹配的进场选位方法。其中，大致可归纳为4种思想方法：1. 粘贴法，用于为目标箱选择最理想的位置，可绕过计划快速查找到可粘位置。2. 抢位法，当计划空区位用完时使用抢位法，使目标箱能够抢占其他类别箱子所占区位中尚未放满的空串。提高了自动选位的适应性和灵活程度。3. 混堆法，用于在计划耗尽且抢位失败时为用户提供自动混堆功能。4. 开位法，用于解决在计划中多个空闲区位中选择最优位置的问题。3.3通用规则描述在该智能选位系统中，不同的出口箱在进场选位时会出现不同的情况，从而在选位时遵循的规则也不同，但整体而言，所有的待选位箱在进场选位时都遵循以下8条通用规则。1. 重压轻原则：同一航次、尺寸、卸货港、吨级的箱子尽量按重压轻堆放。 2. 相似度原则：重压轻时，被压箱重量与目标箱重量最接近的优先（后续有效性原则）。3. 集中原则：开新位串时，应尽量保证同一尺寸、卸货港、吨级的箱子放在同一个位里（便于双40配载）。 4. 分类堆放：计划区位充足时尽量把不同类别的箱子堆放于不同场地的位内。5. 分散原则：如果某一航次、尺寸、卸货港、吨级的箱子数量较大，需要堆于多个贝时，这些位要尽量分散。6. 抢位原则：抢位时，尽量去抢同一卸货港、不同吨级的箱所在位。 7. 混堆原则：混吨优于混港，混港优于混船；混吨尽量重压轻；混港尽量远压近。 8. 优先原则：从高到低分别是：压粘靠粘开新位计划内抢位计划外抢位混吨混港混船。3.4 具体规则描述规则1：压粘规则本规则是出口集装箱进场选位作业中最理想的情况。此规则是绕过场地计划直接搜索最佳的落箱位置。外集卡进入道口之后，通过读取目标箱航次、卸货港、尺寸、吨级等信息，在堆场中寻找与其信息最接近的在场箱，若在堆场中存在与目标箱的航次、卸货港、尺寸信息一致的在场箱，则需判断其是否为合适的被压箱。首先，该在场箱必须层高未达到顶部、其上位尚未被占用，同时不处于死区位；其次，在场箱的重量还必须小于目标箱加上轻压重极限的和。若被搜索到的在场箱同时满足上述2个要求，则可判定该在场箱可被压粘。在多个可被压箱出现的情况下，被压箱重量小于目标箱+1吨的优先考虑，在满足前一条件的状况下，被压箱重量与目标箱重量+1吨相比最接近的则为最佳选位，最终将目标箱压在最佳条件在场箱的上面。以下为压粘规则流程图：图3.1 压粘规则流程图规则2：靠粘规则本规则是在无法满足规则1的情况下而选择的一种进场选位法。它也是绕过场地计划直接搜索最适合的落箱位置。当堆场中存在与目标箱航次、卸货港、尺寸信息一致的在场箱，但是当该在场箱处于位串顶层，或者位于死角位置，又或者在场箱的重量大于目标箱重量的时候，在场箱不可被压，则无法实现规则1条件下的最佳选位。在这种情况下，搜索堆场中与目标箱航次、尺寸、卸货港、吨位信息一致的在场箱，如果符合要求的在场箱所在位内存在空位串，则将目标箱落在该新位串中。即将寻找可压箱转化为寻找可靠箱的策略。以下为靠粘规则流程图：图3.2 靠粘规则流程图规则3：开新位规则本规则是在无法满足规则2的情况下，结合场地计划所展开的智能选位法。当在堆场中不存在目标箱可压或者可靠的在场箱的时候，就需要开辟一个全新的位放置目标箱。通过读取目标箱所属的场地计划，获知该类型集装箱所在的计划区，在该计划区内寻找一个完全空置的区位，然后将目标箱落在该位中。以下为开新位规则的流程图：图3.3 开新位规则流程图如果目标箱所属信息同时符合不同场地计划的要求，则选取与目标箱信息最为接近的场地计划，作为该目标箱落箱的选择范围。图3.4如上图3.4所示，假设已知目标箱信息为：20GP和CNSHA，它符合2个场地计划的要求，其一：A1箱区位中蓝色标注区域是为20GP集装箱安排的计划区；其二，B1箱区中蓝色标注区域是为符合20GP和CNSHA信息的集装箱安排的计划区。在这种情况下，即需选择与目标箱信息最为接近的B1箱区作为此目标箱最终落位的选择范围。当然，如果出现B1箱区中没有完全空闲区，而A1箱区尚有完全空闲区的情况，则另当别论。如果同一类型的集装箱场地计划区分布在不同的箱区，则选取计划箱区所在箱区的该类箱数之和最小的箱区，作为该目标箱落箱的选择范围。图3.5如上图3.5所示，集装箱码头场位剖面图中，蓝色标识部分表示已经堆放集港出口集装箱的场地箱位，黄色标识部分则表示还没有放置集港集装箱的空箱位。假设目标箱信息为：20GP和CNSHA。由图可知，A1箱区的01至05位和A3箱区的07至09位同为符合20GP和CNSHA要求的集装箱的场地计划区。其中，A101至A105位已存在42个条件为20GP和CNSHA的出口集装箱，A307至A309位已存在17个条件为20GP和CNSHA的出口集装箱。在这种情况下，待进场目标箱则应当落在A309位内，而不是选择A109。值得注意的是，开新位原则必须是建立在计划区位为完全空区位的情况下成立。作出这种决策是基于场内分路平衡的考虑。由于岸吊和场吊的装卸效率并不相同，通常情况下，岸吊的装卸效率是场吊的2-3倍，如果装船时，1台岸吊仅对应1台场吊，将会出现岸吊频繁地处于等待状态，也即装船效率的瓶颈在堆场。因此装船时，为了不产生效率瓶颈，每1台岸吊最好对应2-3台场吊，也即场吊并行发箱。只有装船时，能够大量的并行发箱，岸吊的装卸效率才能得到充分的发挥，也才能够保证整个装船的效率，这就需要制定箱区计划时，充分考虑箱区的分散性，即将出口箱分配到多个箱区中，因为一般情况下，一个箱区内仅有1-2台场吊，只有分配到多个箱区时，才能有多台场吊与岸吊对应，进而提高装船效率，降低装船时间。当该类型集装箱在进行装船作业的时候，如果多条作业线在同一时间内工作，就必须注意保持每条作业线发送量跟发送频率的同步性，这不仅有利于场吊操作的合理分配，也有助桥吊的工作效率。规则4：内抢规则本规则是在无法满足规则3的情况下，结合场地计划所展开的智能选位法。当在堆场中找不到目标箱可压或者可靠的在场箱，并且场地计划内不存在完全空闲的贝位的时候，就需要将新位置所在区位的要求从空位调整至空串，即只要场地计划内尚存在全新的位串，就可将目标箱落在该位串中。如果目标箱属性同时符合不同场地计划的要求，则选取与目标箱信息最为接近的场地计划，作为该目标箱落箱的选择范围。如图3.4所示，假设已知目标箱信息为：20GP和CNSHA，它符合2个场地计划的要求，其一：A1箱区位中蓝色标注区域是为20GP集装箱安排的计划区；其二，B1箱区中蓝色标注区域是为符合20GP和CNSHA信息的集装箱安排的计划区。在这种情况下，即需选择与目标箱信息最为接近的B1箱区作为此目标箱最终落位的选择范围。当然，如果出现B1箱区中没有空余位串，而A1箱区中尚有空余位串的情况，则另当别论。如果同一类型的集装箱场地计划区分布在不同的箱区，则选取计划位所在位内与目标箱属于同一卸货港的箱数较多的计划位，作为该目标箱落箱的选择范围。图3.6如上图3.6所示，集装箱码头场位剖面图中，蓝色标识部分表示已经堆放集港出口集装箱的场地箱位，黄色标识部分则表示还没有放置集港集装箱的空箱位。假设目标箱信息为：20GP和CNSHA。由图可知，A1箱区的01至05位和A3箱区的07至09位同为符合20GP和CNSHA要求的集装箱的场地计划区。其中，A101至A105位已存在49个条件为20GP和CNSHA的出口集装箱，A307至A309位已存在21个条件为20GP和CNSHA的出口集装箱。在这种情况下，待进场目标箱则应当落在A109位内，而不是选择A309。以下为计划区位内抢位规则流程图：图3.7 内抢规则流程图规则5：外抢规则本规则是在无法满足规则4的情况下，摒弃场地计划所展开的抢选策略。当符合目标箱属性的场地计划内已无空余箱位时，则可将条件放宽，即可摒弃原先场地计划的安排，但凡与目标箱尺寸相同的计划区均可列入落箱的考虑范围，在其中搜索空位串。如果出现多个与目标箱尺寸相同的空位串时，则选择与目标箱信息最接近的场地计划区，作为该目标箱落箱的位置。以下为计划区位外抢位规则流程图：图3.8 外抢规则流程图规则6：混吨规则本规则是在无法满足规则5的情况下的一种进场选位法。如果堆场中场位情况非常紧张，无法满足上述5个规则找到合适的位置或新位串放置目标箱时，只能将吨级条件放宽，把属于同一航次、尺寸、卸货港的箱子混堆在一起。当在堆场中搜索到了符合与目标箱航次、尺寸、卸货港信息一致的在场箱时，须判断其是否为合适的被压箱。即该在场箱的层高不能到顶，其上位尚未被占用，并且其位置不处死区位时，同时符合以上3个条件的在场箱可被压。在多个可被压箱出现的情况下，被压箱重量小于目标箱+1吨的优先考虑，在满足前一条件的状况下，被压箱重量与目标箱重量+1吨相比最接近的则为最佳选位，最终将目标箱压在最佳条件在场箱的上面。以下为混吨规则流程图：图3.9 混吨规则流程图规则7：混港本规则是在无法满足规则6的情况下的一种进场选位法。如果集装箱码头的运营极度繁忙，连满足与目标箱属同一航次、尺寸、卸货港的在场箱都搜索不到，那么只能把目标箱混堆在同一航次、同一尺寸但不同卸货港的在场箱中。但前提必须判断该在场箱是否为合适的被压箱，即该在场箱的层高不能到顶，其上位尚未被占用，并且其位置不处死区位时，同时符合以上3个条件的在场箱可被压。以下为混港规则流程图：图3.10 混港流程规则图第四章 算例分析4.1 已知数据获取与分析根据规则说明中陈述的信息，该智能进场选位法需要获取的数据主要包括进场出口集装箱的基本信息以及码头堆场的场地计划信息。4.1.1集装箱信息假设某时刻，有若干出口集装箱依次由外集卡装载至码头，需进行进场选位，以下表格为属于某同一个航次的出口箱具体属性。表4.1 属于某航次的出口箱信息序号箱号尺寸箱型货特状态卸货港重量(T)1CCLU987593420GPEFCNTAO152CPLU874836220GPEFCNTAO1156FSCU303003720GPEFJPOSK1998CCLU098756720RFEFKRBUS284.1.2分港分吨出口箱分港分吨就是在做每一个出口航次安排出口箱场地计划之前，将该航次的出口箱进行卸货港和重量的等级划分。因为在为船舶作配载的时候，必须保证船舶良好的稳性和适当的吃水性，避免中途卸货港倒箱，所以应该将不同卸货港不同重量等级的出口箱尽量分开堆放，并且保持重箱在下轻箱在上，这就需要出口箱在场地上堆放时也应当分卸货港和吨位堆放。由此可见，为出口箱进行分港分吨是制定场地计划的重要基础。下表格即是某次航次的分港分吨计划表。表4.2 分港分吨计划尺寸卸货港等级1等级2等级3等级4等级520CNTAO209920CNDLC9920KRBUS209920JPOSK994.1.3某航次集装箱码头出口箱场地计划下面是一些关于某航次出口箱集港堆场计划的相关信息。图4.1 某航次出口箱码头堆场计划如上图所示，在各个箱区中用蓝色标注的部分是为本航次出口箱在集装箱码头堆场集港时所作的场地堆存计划。其中，A1箱区的01、03、05位是堆放20尺普通箱的区位，A2箱区的01和03位是为20尺且卸货港为釜山的普通箱所安排的堆放区位，A2箱区的13和15区位是为20尺且卸货港为大阪的普通箱所安排的区位，A3箱区的07和09区位是堆放20尺普通箱的区位，A4箱区的47位是专门堆放冷藏箱的区位。下列表格罗列了场地计划中对每个堆场区位内可堆放位属性的定义。表4.3 场地计划区位尺寸箱型货特状态持箱人卸货港A10120GPEFA10320GPEFA10520GPEFA20120GPEFKRBUSA20320GPEFKRBUSA21320GPEFJPOSKA21520GPEFJPOSKA30720GPEFA30920GPEFA447RFEF4.1.4集装箱码头堆场实际堆存情况由于运输车队将出口集装箱运往港口码头堆场的时间是离散，所以并不是所有集港集装箱都是在同一时间进行进场选位。所以，在本算例中的出口集装箱集港进场之前，集装箱码头堆场已经堆放有同航次的出口集装箱，其实际的堆存情况将直接影响后续集港出口箱的进场选位的可选性。由此，获取实时的场地信息对于出口集装箱进场选位也是非常重要的一步。以下就是在本算例中出口集装箱集港进场之前，该码头堆场的实时堆存情况。图4.2表示的是在本航次计划区位的场地剖面图，蓝色标识的部分表示已经有出口箱落在该位置上了，而黄色标识的部分表示尚未落有出口箱的空箱位。而接下来达到港口的出口箱进场选位就在黄色标识的箱位内选择。图4.2 某时段初某航次出口箱场地堆存剖面图4.2 求解结果与分析（1） 第1个集港出口集装箱进场选位表4.4 第1个集港出口集装箱信息序号箱号尺寸箱型货特状态卸货港重量(T)1CCLU987593420GPEFCNTAO15当载有出口集装箱的外集卡进入道口时，通过读取目标箱航次、卸货港、尺寸、吨级等信息，在这一时段内，第一个进入集装箱码头的集港出口箱箱号为CCLU9875934，属于20尺普通箱，吨级为1级，其卸货港为中国青岛。然后在系统中搜索堆场中与目标箱信息相同或者最接近的在场箱，结果出现多个符合要求的在场箱，但是在这些在场箱中，一部分处于位串顶部，不能再在其上方堆放集装箱，故需要把此类在场箱排除选位范围，如A10144箱位的CCLU5767593集装箱；另一部分符合信息一致要求的在场箱并未处于位串顶部，但其上位已被其他集装箱占用，也应当将之排除在选位考虑范围之内，如A10112箱位的CCLU5700396集装箱；还有一部分符合要求的在场箱，其既不是处于位串的顶部位置，又不是已有集装箱将其上位占用，不过它们同样不能作为被压箱的选择范围。集港时，需要在每个位内预留翻箱位，预留的数量为总层数减1。在本堆场中，每个位一共有4层，所以实际每个位可利用的箱位数是21个，3个为预留翻箱位。例如在A103箱区中A10313箱位的CCLU5736596集装箱、A10323箱位的CCLU5920003集装箱以及A10353箱位的CCLU5274808集装箱，这3个在场箱均不处于顶位，上位尚未占用，但其所在箱区目前只剩下3个空余箱位，必须将这3个箱位保持空余以作为预留翻箱位。所以，最终有2个在场箱可作为被压箱的备选范围，它们分别位于：A10121和A10152，其具体信息如下：表4.5 A10121和A10152在场箱信息箱区号箱号尺寸箱型货特状态卸货港重量(T)A10121CCLU987839620GPEFCNTAO14A10152CCLU850939620GPEFCNTAO12首先，对位于A10121箱位的在场箱CCLU9878396进行分析，该箱与目标箱同为20尺普通箱，卸货港是中国青岛，且吨位均属于1级，重量为14吨的在场箱CCLU9878396比目标箱CCLU9875934轻1吨，符合重箱压轻箱的原则；然后，对位于A10152箱位的在场箱CCLU8509396进行分析，该箱与目标箱同样是20尺普通箱，卸货港是中国青岛，且吨位均属于1级，重量为12吨的在场箱CCLU8509396比目标箱CCLU9875934轻3吨，符合重箱压轻箱的原则。经过具体判断，A10121和A10152可作为被压箱，但是目标箱与A10121箱位CCLU9878396在场箱的重量之差比其与A10152箱位CCLU8509396在场箱的重量之差更小，满足后续有效性原则。图4.3 目标箱CCLU9875934进场选位示意图经过对比分析，A10121箱位的CCLU9878396在场箱较A10152箱位的CCLU8509396在场箱而言，更具压粘优势，所以选择A10122箱位作为目标箱CCLU9875934的落箱位，如图中红色部分所示。（2）第2个集港出口集装箱进场选位表4.6 第2个集港出口集装箱信息序号箱号尺寸箱型货特状态卸货港重量(T)2CPLU874836220GPEFCNTAO11在这一时段内，当第二辆载有出口箱的集卡进入道口后，通过读取目标箱信息可知，该出口箱箱号为CPLU8748362，属于20尺普通箱，吨级为1级，其卸货港为中国青岛。然后在系统中搜索堆场中与目标箱信息相同或最接近的在场箱，结果出现多个符合要求的在场箱，经过获取这些在场箱的实际堆放情况，将其中处于位串顶部位置、上位已占用及处于死区位的在场箱排除在被压箱的考虑范围。通过上一步的删选，最终有2个在场箱可初步作为被压箱备选，它们分别位于A10122和A10152，其具体信息如下：表4.7 A10122和A10152在场箱信息箱区号箱号尺寸箱型货特状态卸货港重量(T)A10122CCLU987593420GPEFCNTAO15A10152CCLU850939620GPEFCNTAO12虽然目标箱和备选被压箱的吨级同为1级，但是由表4.6和表4.7可知，前者的实际重量为13吨，而后面二者的重量分别为15吨和12吨，在集装箱码头堆场的实际操作中，集装箱的堆放通常满足重箱压轻箱原则，这样更加有利于装船作业。所以，在当前堆场并没有出现箱位紧张的情况下，放弃将目标箱压在上述2个在场箱之上的压粘策略，为其寻找一个更适合的落箱位置。通过获取在场箱信息可以得到，位于A10141箱位的CCLU5769869在场箱信息与目标箱信息完全一致，包括二者的实际重量也完全相同，并且该在场箱坐在位串旁边正好存在一个空位串，另外在场箱所在箱区的在场箱的卸货港、尺寸及箱型也都一样。所以，在这种情况下，按照靠粘原则为目标箱寻找落箱的位置，即可将其落在A101位内所空余的第三个位串内，故目标箱CPLU8748362的最终落箱位为A10131箱位，同时紧靠与其信息完全一致的CCLU5769869相靠。值得一提的是，如果A101位内的第三个位串不是空位串，即在A101和A103位内都没有空位串存在，同时在堆场中也找不到与目标箱信息相同的合适可压箱，那么就需要开