文献综述-集装箱码头配载过程中的配箱决策模型研究.doc

文献综述一、 前言集装箱运输具有“快速、安全、质优”的特性，已经成为交通运输现代化的重要标志和国际贸易的首选方式。集装箱主要是通过集装箱码头进行装卸的，故集装箱码头的现代化水平的发展，对于发展我国水路交通现代化进而推动整个国民经济具有积极的意义。为了适应码头现代化发展的趋势，集装箱码头经营者不得不改变以往的经营管理策略，从侧重于增加固定资产投资、建造新泊位、投放新设备的粗放型、外延式增长方式，向侧重于提高生产管理水平、控制成本、优化生产作业流程的精细化、内涵式增长方式转变。集装箱码头的生产作业通常包括：集装箱船舶的靠泊，集装箱船舶的装卸、集装箱的堆场堆存、集装箱进出港等作业。按整个流程而言，可分为集装箱的进口业务和出口业务。本文研究的主要内容属于出口业务过程中的一个控制环节。对于出口的集装箱，在完成集港作业后，就需要对其进行装船作业。装船作业是出口业务的第二阶段，该阶段的主要任务是将已经集港的出口箱进行复核、放行确认、配载和最终的实际装船。因此，作为最终实际装船前的最后一步，如何制定出既能满足船方的基本要求，又能最大限度地确保码头生产作业的安全、高效、节能的配载计划，显得尤其重要。这个过程即是倍内配箱作业，该问题也是本文所要研究的核心问题。集装箱码头装船作业过程中的配载计划的制定作为港口的一个重要环节，在港口运输过程中占有了重要的地位。本文通过对集装箱码头装船业务流程的仔细研究及实践，提出了装船作业中出口箱配载的计算机辅助决策问题。根据装船作业中倍内配箱工作应遵循的一些基本原则，在分析总结了码头配载人员宝贵经验的基础上，建立了倍内配箱辅助决策模型，并结合整数规划的理论依据设计并实现了集装箱码头配载过程中的倍内配箱辅助决策系统，用于辅助配载人员自动制定出同一倍位内出口箱的配载计划，从而最大限度提高了码头的工作效率，减少了翻箱的次数，确保船舶班期以及航行安全。经过大量的算例分析以及实际的系统测试，证明了模型的有效性以及实用性。系统采用了图形化的信息显示方式，界面友好，操作方便，达到了较好的人机结合效果。系统的应用对于提高集装箱码头配载计划的制定效率具有一定的实际应用价值。二、 物流配送路径算法的研究现状早在60年代，国外船公司和研究机构就开始研究集装箱配载问题，目的是要寻求一种在满足约束条件的情况下倒箱最少，作业高效的装载方案。Webster W C1与J.J.Shields2等人运用蒙特卡洛（Monte Carlo）研究方法，原理是运用计算产生随机情况来模拟实际问题，试验性的求得解决方案。运用在配载上，首先产生既定航线满足要求的多个方案，然后通过航行模拟对随机产生的多个方案进行比较和评价，从中选择出最好的方案。Dillingham3于八十年代建立的集装箱配载专家系统。在操作时该系统可以给出有关集装箱管理的详细建议，数据库可以追踪集装箱的位置，并且实现了操作员实时与系统进行交互，可以随时对程序提供的方案进行修改。1978年，Scott和Chen4建立的针对单一港口配载模型，目标是满足最小压载的最大装箱量的优化。他们在动态整数规划的基础上提出了分支界定法将集装箱配到特定的集装箱箱位上去。1984年，MIT的Aslidis5以倒箱最少建立一个0-1优化模型，然后采用启发式算法将集装箱配到特定的集装箱箱位。Martin(1988)6等人对影响船舶配载的所有因素都进行分析，并用模拟仿真技术做了一个决策支持系统，但是该系统种所有因素相对比较孤立，没有从系统的角度来解，也没有进行系统优化。1992年，Boner和Brinati7将集装箱船配载问题抽象为一个0-1规划问题，将最小倒箱量和最少的装卸桥的纵向移动作为目标函数。但由于考虑因素太多，使得决策变量和约束条件太多，对于稍大规模的问题无法再多项式时间内解决，减低了实际商用意义。Wilson和Roach(2000)8鉴于配载问题的规模和复杂性，通过调查和对问题的分解，对一个能生成适当的配载计划的计算机化方法的发展现状进行了研究。Avrie M9，将船舶配载问题看成一个二维堆垛问题，以各个港口倒箱数最少为目标建立的单一Bay挂靠多个港口配载模型，并设计了一个悬挂式启发式算法。Kang, J.G.和Kim, Y.D.(2002)10对海上集装箱运输系统中的集装箱船舶配载规划问题进行了研究，并针对装载规划目标，提出了一个运用启发式算法的程序，来求解积载规划问题。Akio Imai(2006)11在船舶配载方面的研究考虑了船舶的稳性，同时以吊箱次数最小构建多目标整数规划，对这些多目标的整数规划采用权重的方式转变成非线形的整数规划，同时在求解的过程中，运用了启发式算法，认为在配载时，同类箱子应当以串的方式堆放。在国内的集装箱码头研究中，文献12提出了关于船舶配载的方案，从船公司的角度来考察船舶的配载问题，文中提出三个关键的配载考核因素：第一、压舱计算；第二、堆栈压箱问题，就是对于同样的舱内和甲板上的箱子；第三、前面两者的混合。文献13研究了堆场集装箱组到船上单元块的分配问题，也是在预配载图的限制基础上，结合堆场的情况，将堆场上集装箱组集装箱分配到船上单元块，使得分配最为合理，在此基础上可以提高设备利用效率。最后创新性地建立了一个整数线性规划模型，并根据问题的特点和实际的配载规则，设计了相应的启发式算法，并用算例验证了模型和算法的可行性。文献14随着全球经济一体化的发展,集装箱运输已经成为现代物流业的重要组成部分,而集装箱码头作为物流链中举足轻重的节点,为适应时代的发展和满足客户的需求,已经进入数字时代，并介绍了一些先进技术在集装箱码头中实施的可行性。文献15在实地调研的基础上,结合遗传算法,设计了基于禁忌搜索算法的集装箱配置算法,优化了原有的装箱算法,提高了工作效率,对集装箱码头的现代化管理有广泛的工程背景和应用价值。文献16以集装箱自动配载系统为例,根据货物放置方向、装载容积等约束条件,给出了有效的解码算法,提出了一种改进遗传算法,证明了该算法实用且有效。三、 结论本文通过对集装箱码头出口装船作业流程的调研以及研究，在分析和总结了大量的配载人员的宝贵经验的前提下，对集装箱码头的出口箱装船配载进行了理论分析，并建立了集装箱码头倍内配箱的决策模型。本模型根据装船集装箱的信息，集装箱场内位置以及船倍内位置等情况，对装船集装箱的配载位置决策分析。实现装船作业中翻箱次数最小化，尽可能保持船舶稳性，从而实现最终决策的优化。较大程度的提高集装箱码头的出口装船作业效率。通过分析了倍内配箱决策中可能出现的各种问题，结合了倍内配载的实际情况以及特点，建立了集装箱码头倍内配箱决策模型，并利用A*s实现该模型。经过大量的算例分析，证明了本模型的可行性以及有效性。本模型的建立提高了集装箱码头出口箱装船自动配载的效率，保证了整个装船过程的顺利进行，满足翻箱率低和作业高效的配载方案要求，对集装箱码头的现代化管理的发展具有积极的影响。四、 参考文献1 Webster W C, Van Dyke P. Automated procedures for the allocation of containers on shipboard. Computer Aided Ship Design Engineering Summer Conference, Annals Arbor,19692 J.J.Shields, Container-ship stowage: a computer-aided preplanning system, Mar.Technol, 1984, 21(4), 370-383.3 Dillingham J, Perakis J, Design of an expert system for container stowage planning, Fleet Management Technology Conference, Baltimor, 1987.4 Scott D K, Navigation Chen D S, Cambridge, A loading model for a container ship:Dissertation.Matson:19785 Aslidis A H, optimal container loadingDissertation, Cambridge: Massachusetts Institute of Technology,19846 G.L.Martin, S.U.Randhawa, E.D,McDowell, Computerised container-ship load planning: a methodology and evaluation, computer, Ind. Engng,1988,14(4),429-440.7 Boner R C, Brinati M. A. Stowage Container Planning: A Model for Getting an Optimal Solution. Computer Applications in the Automation of Shipyard Operation And a Ship Design, IFIP Transactions B(Applications in Tech.),1992,217-2298 Wilson, I.D., Roach, P.A., Container stowage planning: a methodology for generating computerised solutions., Journal of the Operational Research Society; Nov2000, Vol. 51,360-3729 Avriel M, Penn M, Shirer N, et al, Container ship towage problem complexity and connection to the coloring of circle graphs, Discrete Applied Mathematics,2000,103:271-27910 Kang, J.G., Kim, Y.D., Stowage planning in maritime container transportation., Journal of the Operational Research Society; Apr2002, Vol. 53,219-23311 Akio Imai, Kazuya Sasaki, Etsuko Nishimura, Stratos Papadimitriou,2006,Multi-objective simultaneous stowage and load planning for a container ship with container rehandle in yard stacks, European Journal of Operational Research 171, 373-389.12 段成华, 郭旭, 集装箱船舶配载方案计算与评价模型（SPCEM）研究J, 计算机辅助工程, 2003, No.4.13 车鉴, 集装箱船舶配载计划优化研究,