（机械电子工程专业论文）集装箱码头作业线调度决策支持系统.pdf

摘要 x 1 0 0 8 5 0 9 随着集装箱运输业的迅猛发展，为提高码头营运效率，尽可能缩短船舶在港时间， 这就要求港口具有先进科学的生产组织系统、可靠高效的装卸设备系统，因此，管理 的信息化也必将从操作层上升到决策层。在港口生产系统的智能化研究方面，国内外 有关文献的主要研究集中在如何合理确定泊位利用率、装卸设备资源的配置、装卸工 艺流程的选择等方面，对于集装箱码头的生产调度方面的研究内容颇少，然而，生产 调度是直接影响码头装卸效率的关键之一，也是研究集装箱码头物流系统的重点与难 点。而生产调度中第一步也是最为关键的一步就是作业线调度，它是整个码头作业系 统中的重要一环。作业线调度工作质量的高低直接影响码头装卸作业的效率，影响集 装箱班轮的船期和港口企业的声誉。同时作业线调度工作技术含量高，实践中，在同 样的船舶、箱量、堆场等条件下，不同技术能力和业务素质的配载人员，其工作质量 有很大的差异。目前，我国集装箱码头调度人员大多凭经验作业，鲜有作业线调度方 面的业务探讨和理论提升。 本文通过对上海港外高桥五期、上海港张华浜码头，天津港第二埠集装箱码头， 南京龙潭港，以及万州港红溪沟国际集装箱码头中作业线调度问题的认真研究及实 践，提出了作业线均衡和作业线动态调度的思想和方法。其中，作业线均衡使得多台 桥吊能够最大限度的并行作业，而动态调度则是要根据当前装卸情况自动调整作业线 调度方案。 在分析总结了不同集装箱码头、不同调度员工大量宝贵经验的基础上，建立了以 作业线调度基本原则为约束条件的作业线调度决策支持模型：进而提出了以规则搜索 可行解的方法，将码头调度经验转化为具有不同优先级的规则程序，并编写了总控程 序用以调用不同规则来求解模型；最终开发并实现了能够嵌入到现有集装箱码头管理 信息系统中的作业线调度决策支持系统。 经过大量的算例分析及实际的系统测试，证明了模型的有效性和实用性，证明了 相关数据库的结构合理性和较强的可拓展性。系统对单条作业线因突发因索引起的作 业超前或滞后有较好的调整能力，模型求解的鲁棒性良好。并且通过不断改进，系统 从索取数据到模型构建再到模型求解所占用的内存资源大大降低，具有一定的承压能 力，保证了系统的稳定运行和实时性。另外，系统采用了图形化的信息显示方式，界 面友好，操作方便，并且能够结合人为决策进一步给出优化方案，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生产效率有实际应用价值。 本项目受到上海市教委重点科研项目集装箱可视化生产组织与管理系统关键技 术研究资助。 关键词：集装箱码头，作业线调度，决策支持系统，动态调度，鲁棒性分析 a b s t r a c t w i t hr a p i da d v a n c e so fc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n a ne f f e c t i v ep r o d u c t i o na n d c o n t r o ls y s t e m ，t o g e t h e rw i t hr e l i a b l e ( u n ) l o a d i n gf a c i l i t i e s ，i sd e m a n d i n gf o rt h e p u r p o s eo fc o n t a i n e rt e r m i n a lo p e r a t i o n ，s oa st oi n c r e a s ei t se f f i c i e n c yy e tr e d u c e t h ev e s s e l - i n p o r tt i m e i nt h i sr e g a r d ，t h ei n f o r m a t i o ns y s t e ms h o u l db ee x p l o i t e d a n de m p l o y e df r o ma no p e r a t i o n a ll e v e lt oad e c i s i o n - m a k i n gl e v e l a m o n g s t c u r r e n tr e s e a r c h e sp e r t a i n i n gt oi n t e l l i g e n tp r o d u c t i o ns y s t e m s ，t h ed o m e s t i cw o r k h a sf o c u s e do ns u c hi s s u e sa st h ep r o d u c t i v i t yo fb e r t h s ，a l l o c a t i o no f ( u n ) l o a d i n g f a c i l i t i e s ，a n ds e l e c t i o no f ( u n ) l o a d i n gp r o c e s s e s a l t h o u g hp r o d u c t i o ns c h e d u l i n gi s t r e a t e da sac r i t i c a li s s u eo f ( u n ) l o a d i n ge f f i c i e n c yo fc o n t a i n e rt e r m i n a ll o g i s t i c s s y s t e m s ，t h er e l e v a n tr e s e a r c hi ss t i l ll a c k i n g n e v e r t h e l e s s ，t h eq u a y s i d ec r a n e s s c h e d u l i n g ，t h es t a r tp o i n to fp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，s e c u r e st h ef i r s tp o s i t i o ni na n e n t i r eo p e r a t i o ns y s t e m t h es c h e d u l i n gq u a l i t yd i r e c t l yi n f l u e n c e st h ee f f i c i e n c yo f c o n t a i n e rt e r m i n a lo p e r a t i o n s ，s h i p p i n gd a t eo fc o n t a i n e rv e s s e l s ，a n dr e p u t a t i o no f p o r te n t e r p r i s e s h e n c e ，e v e ni ft h es a m ec o n t a i n e rv e s s e l ，c o n t a i n e rq u a n t i t ya n d c o n t a i n e ry a r do c c u r , o p e r a t i o nq u a i l t yw i l lp r o b a b l yb ed i f f e r e n td u et ot h e d i f f e r e n c e so ft e c h n o l o g i c a li e v e ia n ds t a f fc o m p e t e n c eo fac o n t a i n e rt e r m i n a l c u r r e n t l y t h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c yi sm a i n l yr e s u l t e df r o me x p e r i e n c e so f s c h e d u l i n gs t a f f s a ss u c h ，t of u r t h e ri n v e s t i g a t ea n du p g r a d ee x i s t i n ga p p r o a c h e s t o w a r d sq u a y s i d ec r a n e ss c h e d u l i n gb e c o m e sa ni m p e r a t i v e i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，ad y n a m i cc o o r d i n a t i n ga n ds c h e d u l i n ga p p r o a c hi sf i r s t p o s t u l a t e df o rq u a y s i d ec r a n e ss c h e d u l i n g t h i sa p p r o a c hi sp r o p o s e db a s e do n s u r v e y su p o ns u c ha ss h a n g h a im i n g - d o n gc o n t a i n e rt e r m i n a l ( s m c t ) ，s h a n g h a i z h a n g - h u a - b a n gc o n t a i n e rt e r m i n a l ，t i a n j i nc o n t a i n e rt e r m i n a l ，n a n j i n g l o n g - t a nc o n t a i n e rt e r m i n a l a n dh o n g x i - g o ui n t e r n a t i o n a lc o n t a i n e rt e r m i n a la t w a n z h o up o r t a c c o r d i n g l y c o o r d i n a t i o no fq u a y s i d ec r a n e ss c h e d u l i n gw i l l m a x i m i z et h eo p e r a t i o n a lc o n c u r r e n c yo fq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e s s of a r ，a d y n a m i cs c h e d u l i n gs t r a t e g yi sd e p l o y e dt oa u t o m a t i c a l l ya d j u s tq u a y s i d ec r a n e s s c h e d u l i n gi nt e r m so f ( u n ) l o a d i n gc o n d i t i o n s ad e c i s i o n - s u p p o r t e dm o d e li st h e n t a c k l e df o rt h i sp u r p o s e ，d e p e n d e n to nd i v e r s ec o n t a i n e r - t e r m i n a ls u r v e y sa n d s c h e d u l i n g s t a f fe x p e r i e n c e s ；w h e r e a sf u n d a m e n t a lr u l e so fq u a y s i d ec r a n e s s c h e d u l i n ga r eu s e da sc o n s t r a i n t s s u b s e q u e n t ly j an o v e lm e t h o d o l o g y ，s o c a l l e d r u l es e a r c hs o l u t i o n ，i ss p e c u l a t e dt ot r a n s f o r ms c h e d u l i n ge x p e r i e n c e si n t ov a r i o u s r u l e b a s e dp r o g r a m st h a ta r ec a t e g o r i z e di n t od i f f e r e n tp r i o r i t yl e v e l s i ns od o i n g ，a g l o b a lp r o g r a mi sd e v e l o p e dc a l l i n gd i f f e r e n tr u l e st or e s o l v et h eb e s p o k e m o d e l u p o nc o m p l e t i o no fp r o g r a m m i n g ，ap r o t o t y p ed e c i s i o n - s u p p o s e ds y s t e mc a n c o n s e q u e n t l yb ei n t e g r a t e dw i t ha ne x i s t i n gc o n t a i n e rt e r m i n a li n f o r m a t i o ns y s t e m t h ee f f e c i i v e n e s sa n dp r a c t i c a l i t yo ft h ep r o p o s e dp r o t o t y p es y s t e mh a v eb e e n p r o v e no na c c o u n to fi n d u s t r i a lc a s ev a l i d a t i o na n ds y s t e mt e s t i n g i ti si n d i c a t e d t h a tt h er e l e v a n td a t a b a s ei n f r a s t r u c t u r ep o s s e s s e sf e a s i b i l i t ya n de x p a n d a b i l i t y i n t h ec a s eo fs p o n t a n e i t i e s ，t h ep r o t o t y p es y s t e mc a na d a p tt ot h er e a d i n ga n d d e l a y i n gp r o b l e m so fas i n g l eq u a y s i d ec o n t a i n e rc r a n e i no t h e rw o r d s ，s o l u t i o n s t o w a r d st h ep r o p o s e ds y s t e ma r er o b u s t m o r e o v er it h eo c c u p i e dm e m o r yw i t h r e g a r dt od a t ar e t r i e v i n g ，s y s t e mm o d e l i n ga n dp r o b l e mr e s o l v i n gh a sb e e n s i g n i f i c a n t l yr e d u c e do rc o m p r e s s e d t h i sg u a r a n t e e st h es t a b l ea n dr e a l t i m e s y s t e mo p e r a t i o n a l t e r n a t i v e l y , g r a p h i c a lt e c h n o l o g i e sa r ea p p l i e di nt h ep r o t o t y p e s y s t e mt ov i s u a l i z et h e ；n f o r m a t i o n w h i c hc o n t a i n sf r i e n d l yu s e rj n t e r f a c e sa n d e a s e o f u s ef u n c t i o n a l i t i e s f u r t h e re l a b o r a t e d ，t h i ss y s t e mi ss p e c i f i c a l l ye x p l o r e d f o rh u m a ni n t e r r u p t i o ns oa st oo p t i m i z ep o t e n t i a ls o l u t i o n sa n dp r o m o t e h u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o n s t h e r e f o r e i ti se n v i s a g e dt h a ta p p l i c a t i o n so ft h e p r o p o s e ds y s t e r nw i l lc r i t i c a l l ye n h a n c et h ep r o d u c t i v i t yo fc o n t a i nt e r m i n a l s z h a on i n g ( m e c h a t r o n i c se n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ym iw e i j i a n k e y w o r d s ：c o n t a i n e rt e r m i n a l s ，q u a y s i d ec r a n e ss c h e d u l i n g ， d e c i s i o n - s u p p o s e ds y s t e m ，d y n a m i cs c h e d u l i n g ，r o b u s t n e s sa n a l y s i s 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包括其他人或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示_ 谢意。 作者签名：盘皇日期 o | 。je 。 。 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：煎宝导师签名：s z 鲨二丝日期：旦：垒 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 1 1 概述 集装箱码头作业线调度决策支持系统 第一章概论 集装箱码头的生产调度包括作业线调度、集卡调度和场地机械调度。码头的调度 工作是以作业线调度为主线，再根据当前作业路情况进行场地机械调度和集卡调度， 从而保证装卸船作业的流畅性。 集装箱码头作业线调度工作是整个码头作业系统中的重要一环，作业线调度工作 质量的高低直接影响码头装卸作业的效率，影响集装箱班轮的船期和港口企业的声 誉。同时作业线调度工作技术含量高，在同样的船舶、箱量、堆场等条件下，不同技 术能力和业务素质的配载人员，其工作质量也有很大的差异。目前，我国集装箱码头 调度人员大多凭经验作业，鲜有作业线调度的业务探讨和理论提升。本文就此试作一 初步的探讨。 本章首先介绍了集装箱码头的发展趋势，接着分析了在如此趋势下集装箱码头作 业线调度的重大意义，之后又论述了当前国内外在集装箱码头m i s 系统，尤其是作 业线调度模块方面的研究情况和智能化水平，并在最后说明了本文的主要工作。 1 2 选题的背景及意义 1 , 2 1 选题的背景 伴随着船舶大型化的同时，为提高码头营运效率，要求船舶在港停时越来越短， 这就要求港口具有先进科学的生产组织系统、可靠高效的装卸设备和科学合理的系统 作业效率。随着集装箱运输实业的迅猛发展，集装箱码头管理的信息化必将从操作层 上升到决策层，码头操作系统也会在存储记录数据、查询统计信息的基础上进一步增 强到某些模块的智能化，将计算量较大且有规律性、原则性的模块提升到自动化的程 度。 此外，集装箱码头的信息越来越趋向规范化，电子数据交换( e d i ) 技术的引入大 大提高了进口船图、进口舱单等信息的准确性和时效性，这也为码头生产作业的迸一 步规范提供了可能。生产过程的进一步规范也是集装箱码头的某些管理模块进一步智 上海海搴大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 能化的必要条件。 由此可见，未来集装箱码头管理系统将会向着智能化、自动化的方向发展，而生 产调度的智能化研究则是该领域中的重点和难点。 1 2 2 集装箱码头作业线调度的意义 作业线调度的过程可以说是实施并调整装卸作业计划的过程，它的主要工作就是 合理调配岸边装卸机械( 岸吊) ，使得各岸吊能够最大限度的并行作业，避免人为因 素造成的岸吊停产。作业线调度是集装箱码头装卸生产过程中至关重要的环节，它涉 及到码头管理的方方面面。下图1 - 1 是集装箱码头信息流示意图，从中可见作业线调 度是一个信息流的交汇点，因此，集装箱码头作业线调度直接关系到码头的生产效率 和营运水平。 上海海事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 图1 - 1 集装箱码头信息流示意图 3 上海海事大学礤士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 从上图中可以看出，在整个集装箱码头管理信息系统这个大环境中，作业线调度 模块是起到了一个承上启下的作用。该模块所需的信息是依赖于前面的各个工作环节 而得到的，进口箱信患需要接收进口船图e d i 平台文件然后将其导入系统，这样进 口箱便可记入作业线调度模块中；出口箱信息则是从出口箱进场计划、分港分吨、电 子装箱单信息预录到箱子真正进港落位，再经过海关放行后可以配载，配载后的箱子 便可以记入作业线调度模块中了。可以说前面的各项工作都是为了后续装卸船作业而 服务的。而作业线的投入又直接影响了实际装卸作业，作业线投入的合理性( 均衡性) 会在很大程度上影响整体的装卸作业时间。 1 3 目前国内外在该领域的研究现状 1 3 1 生产调度国内外研究现状 近年来国内外对生产调度的研究，一方面不断提出耨的优化调度算法，另一方面， 非传统调度问题的研究，如多机调度问题等，逐渐成为研究的热点问题。王笑蓉等口 将蚁群算法应用于f l o ws h o p 调度问题。c a s i l v a 等【1 2 】将蚁群算法应用于生产制造 系统中调度问题的优化。李蓓智等【1 3 l 根据生物免疫系统的基本概念和免疫应答机理， 构造了一种融生物免疫机理和专家系统为一体的生产调度模型，提出了基于工序约束 的抗体优生方法和基于机床作业序列的抗体编码规则。介绍了基于生物免疫机理的智 能生产调度关键算法，给出了作业车间生产调度案例及其多目标动态优化结果。王凌 【1 4 1 、周国华【1 5 l 、边庆彪【16 1 、a r i am a d u r e i r a 【切、j o s 6f e m a n d og o n c a l v e s 18 1 、s a k e h a r t m a n n 1 9 】等均就遗传算法在生产调度问题中的应用进行研究，有的是对遗传算法进 行改进，有的针对一定的具体调度问题。另外，针对生产调度中资源受限、多机调度 问题等，研究文献也不少，高尚等印】建立了多处理机调度问题模型，分析了贪心法和 模拟退火算法的优缺点，通过实例采用蚁群算法解决了此问题。钟江生【3 9 针对生产制 造系统中设备和工人两种资源限制的双重资源约束条件下的生产调度问题进行了研 究。另外姜思杰1 2 1 】、孙志峻 2 2 1 、y a hj i h o n g 2 3 1 、z h a n gy i n g 2 4 等也对多资源生产调度 问题中的具体问题采用不同的优化算法进行研究。 由于生产调度问题的复杂性，生产调度问题一般都属于n p 完全问题，一般的车 间调度问题都是对于具体生产环境中复杂的、动态的、多目标的调度问题的一种抽象 和简化，各种方法均有其相应的适用范围，在缺乏问题信息的情况下，将不同算法在优 化机制、进程、搜索行为、操作上进行有机结合，成为改善性能的有效途径。 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 在港口生产系统的智能化研究方面，国内外有关文献主要研究确定合理泊位利用 率、装卸设备资源的合理配置、装卸工艺流程的选择等。文献【2 5 】系统地阐述了计算机 模拟技术在港口规划和管理中的应用。秦永宏等1 2 6 j 将计算机仿真技术应用于港口集装 箱装卸工艺系统的分析。真虹【2 7 】采用离散事件仿真技术和计算机动态图形技术，构造 集装箱码头生产过程的动态仿真模型，开发相应的动态图形仿真系统，借助该系统对 拟定方案进行分析。李冠声等【2 8 】运用多级排队网络描述港口装卸系统，通过仿真运算 对港口装卸系统的性能、响应和能力进行了模拟研究，并以随机过程理论和统计理论 为基础，建立港口装卸设备配置优化模型，通过大量的计算机仿真，提出了桥吊、龙 门吊和集卡的最优配比和最优设备数。文献 2 9 - 3 2 】将仿真技术应用意大利l as p e z i a 集 装箱码头的堆场空间分配、资源分配和资源调度中，建立了基于预测、计划、仿真的 体系结构。鲁子爱和黄晓鸣等【3 3 3 5 】将港口生产视为随机服务系统，运用仿真技术和排 队理论，在港口完成定吞吐量的前提下，考虑不同泊位数对港口建设和营运生产中 发生的各种费用的影响，以港口泊位建设和营运费、船舶待泊费和货物滞港积压费的 总费用最低为目标，建立数学模型，从而计算港口最优的泊位数。上述文献中，虽然 都采用仿真技术对港口资源配置问题进行研究，但其优化模块却未能与仿真有机地结 合，而且大部分文献均采用有限方案择优的方法。 1 3 2 国内外集装箱码头作业线调度的研究现状 美国的n a v i s 、比利时的c o s m o s 和韩国的t s b 几家软件公司，对集装箱装 卸设备、集装箱装卸工艺、集装箱码头管理等方面进行了大量、深入的研究，运用计 算机和信息网络技术开发了功能强大的码头管理软件，n a v i s 公司目前在自动化系 统领域中是佼佼者，c e r e 码头上共有1 2 5 项设备使用这家公司开发的管理软件系统。 目前，该公司在作业线调度辅助决策方面的研究比较领先，但其设计思路不太符合中 国集装箱码头的作业特点，因此，目前国内还没有购买n a v i s 公司作业线自动调度 模块的码头。 国内在集装箱码头信息化这方面的起步比较晚。到目前为止已经有不少码头和软 件公司推出了功能较为完善、稳定性较好、适合中国国情的港口m i s 系统。其中功 能最为完善的是由上海海勃物流软件有限公司开发的现代智能物流工程软件系列一码 头营运系统( 简称m i l e t o p s ：m o d e r ni n t e l l i g e n c el o g i s t i c se n g i n e e r i n g m o d e m i n t e l l i g e n c el o g i s t i c se n g i n e e r i n g ) 。m i l e - - t o p s 由1 1 大子系统构成，它们是：1 ) 作业处理子系统( m i l e o p so p e r a t ep r o c e s ss u b s y s t e m ) ；2 ) 船舶计划子系统 上海坶事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 ( m i l e v p sv e s s e lp l a n r d n gs u b s y s t e m ) ：3 1船舶配载子系统( m i l e v s sv e s s e l s t o w a g ep l a n n i n gs u b s y s t e m ) ；4 1 船舶监控子系统( m i l e v m sv e s s e lm o n i t o r i n g s u b s y s t e m ) 5 ) 堆场监控予系统( m i l e - y m s y a r dm o n i t o r i n gs u b s y s t e m ) ；6 )集 卡调度子系统( m i l e t p st r a c t o rp a g i n gs u b s y s t e m ) ；7 )电子数据交换子系统 ( m i l e e d i e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ) ；8 ) 无线传输子系统( m i l e - w t sw i r e l e s s t r a n s m i s s i o ns u b s y s t e m ) i9 )客户查询子系统( m i l e c s sc u s t o m e rs e r v i c e s u b s y s t e m ) ；l o ) 费收管理子系统( m i l e - t m st a r i f fm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ) 1 1 ) 统计分析子系统( m i l e s a ss t a t i s t i c s a n a l y s i ss u b s y s t e m ) 。 在上述1 1 个子系统中，4 ) 船舶监控子系统与本论文的研究方向接近一致， v m s 船舶监控子系统，是一个图形化的船舶实时监控工具。控制人员通过鼠标点击， 就能监视和控制船舶当前作业状况。功能包括作业路投入、桥吊效率、船时量的检测 以及开工次序的安排、作业机械的调配、作业指令的发送等。船舶监控系统操作界面 见图1 2 。 图1 - 2 ( 海勃船舶监控系统操作界面) 由上图可见，该予系统可以在选择好船名航次之后打开如图所示的船舶监控图， 该图上可以反应当前船舶的积载情况和堆场中属于该船舶航次的出口箱配载情况，以 及作业路的安排情况。 该子系统目前可以显示所有作业线调度所需信息，但不提供任何预测和辅助决策 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决簧支持系统 的功能，只能手动选择桥吊投入作业线。因此，调度员只能根据箱子的数量来预计各 倍( b a y ) 装卸作业所需时间，然后用计算器将各倍上的任务加一加，在尽量保证作 业路之间任务的均衡性前提下，根据经验大体判断一下应该开几条路，之后选择相应 的桥机进行作业路的投入。 在作业路手工投入之后，调度员可以通过“程序监控”功能来检查作业线之间是 否有逻辑错误，即行话所谓的是否会“打架”。“程序监控”功能详见下图1 - 3 。 图1 3 ( 海勃“程序监控”功能演示) 上图中“船舶作业调度”子窗口中将已经投入的作业线进行了逻辑上的模拟，不 同颜色代表着任务属于不同的桥吊( 黑色的表示该任务尚未投入) ，带有斜线的方块 代表装船任务，其余是卸船任务，较宽的代表是大倍( 4 0 尺4 5 尺) 上的任务，较窄 的代表是小倍( 2 0 尺) 上的任务。从该模拟界面上可以清楚地看出桥机之间是否“打 架”了，但它只能显示已经投入的作业线，其余任务( 黑色块) 则没有任何指导性意 义。 另外，天津港第二埠集装箱码头所用集装箱码头营运系统关于作业线调度问题也 有较为深入的研究，详见下图。 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 图1 - 4 天津港二公司作业线预分配 由上图可见，该系统可以以箱子数量的形式显示某条船上所有的装卸任务，包括 船图中记录的进口箱和当前场地上堆存的已配载箱子。在输入配头数( 投入桥吊数 量) 、开工时间、b e 例后，可以调整每台桥吊的作业范围( 例如：桥吊9 0 1 做0 1 倍到 第1 0 倍) ，之后便可以自动生成如上图所示的作业线投入计划或称作业线预分配。保 存后，该系统能够将自动生成的作业线调度计划依次自动投入到各桥机的当前作业 倍。 但是，这个作业线自动分配系统还是存在着很多缺陷的。第一，动态性欠缺。一 旦保存后就只能按部就班地按照计划出的次序来做，不能动态的根据当前的堆存情况 调整计划。第二，自动化程度不够。改系统还是半自动化的生成作业线任务。如上图 所示，各桥吊的作业范围不能通过系统自动算出，还需要手动调整。第三，智能性欠 缺。系统只是按照用户定义好的作业范围，从左到右或从右到左依次将任务分配给指 定豹桥吊，但实际生产中不可能一直向着某一方向做下去，这样很容易导致作业线之 间的不均衡，极大的影响效率。 上海海事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 1 4 本文的主要工作 本文的研究方向属于集装箱码头m i s 系统( 一般称为码头营运系统) 中有关生 产调度问题的一个环节，即作业线调度问题。所谓集装箱码头作业线调度，简单的说 就是调度员决策指派哪一台桥机什么时间去做某条船上哪一倍( b a y ) ，甲板或舱内， 卸船或装船的任务。 作业线调度问题是一个决策问题，本文将在充分分析与研究集装箱码头装卸作业 信息流动的基础上，针对岸边作业线调度问题，建立模型辅助决策，并开发作业线调 度决策支持系统，帮助调度员快速、准确、安全、合理地迸行作业线调度的决策。 本文研究的技术路线是： 1 作业线调度信息来源及环境分析。在认真分析与学习码头进出口流程的基础 上，以e r 模型和数据流程图为工具进一步分析集装箱码头各模块业务及其与作业线 调度的关系。 2 建立作业线调度决策支持模型，分析与总结作业线调度的基本原则，并将其 转化为模型的约束条件。 3 分析集装箱码头的作业线调度经验，总结调度规则并编写算法以求解作业线 调度决策支持模型。 4 开发作业线实时调度决策支持系统。使得系统能够自动方便、快速地从数据 库中检索已知信息并建立相关模型，能够自动求解得出调度方案并以图形化的方式显 示给用户，在用户确认下将计算出的方案自动写入数据库，从而实现自动调度功能。 上海海事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 2 1 概述 第二章作业线调度信息来源及环境分析 要想全面地分析和研究码头作业线调度模块，从实际应用的角度出发去实现作业 线自动调度，则必须从整体上研究与作业线调度相关的各个信息流环节，并分析各环 节与作业线调度的关系，进一步确定数据库结构中各模块所涉及的表与表就之间的关 系。这样才能正确地定义好作业线调度的信息流入口和出口，从而使自动调度系统能 够合理地嵌入到整个码头的m i s 系统当中。 由于集装箱码头在物流运输系统中的特殊地位，决定了码头装卸企业生产的一些 特点。 1 生产的连续性。码头装卸生产通常是昼夜2 4 小时连续作业的。通过码头的集 装箱，其目的不是要逗留在码头内，而是要尽快地转运出去，交给货主。作为服务性 行业的集装箱码头，其生产本身就要求迅速、准确、及时，以满足船公司和货主的需 要。因此，为缩短货物在码头的逗留时间，其生产必须保持连续性。 2 组织的协作性。集装箱码头是集装箱水陆运输的枢纽，是各种运输方式的汇 聚点，其本身又是一个复杂的组合体，从外部来说，其生产组织要同一关三检、边防、 船公司、租箱公司、代理、外贸公司、引航、港监、船舶供应、保险、铁路、公路汽 运等部门协作，因此应巧作时间与空间的安排；从内部来说，码头生产要协调作业人 员、机械、堆场、理贷等部门各工种的作业，使其形成一个有机的整体，一环脱节， 就会严重影响整个码头的作业效率。所以，集装箱码头生产组织是多部门、多环节、 多工种、内外协作的过程，具有鲜明的协作性。 3 生产任务的不平衡性。这是运输企业遇到的个共同问题，而在集装箱码头 企业尤为突出。主要表现在：集装箱进出口箱量在时间上的不平衡性；进出口集装箱在 种类箱型上的不平衡性；船舶抵港时间和抵港船舶航线的不平衡性；到港船型的不平衡 性。造成集装箱码头生产不平衡的原因还有锚地检疫、熏蒸、商检、边检、海关检查、 接运工具的配合等。总之，集装箱生产的不平衡性是绝对存在的。因此，码头操作部 门要不断克服这种不平衡性，努力实现泊位、码头机械、堆场、以及人力的均衡使用。 2 2 进出口业务流程简介及其信息流分析 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决燕支持系统 2 2 1 进口作业流程简介 如前所述，集装箱码头相对于一般的码头而言，车船周转、货运速度快是其主要 优势，而集装箱要在码头上顺利地进行装卸和运送，必须对码头上各种机械进行合理 的调度，在进口作业流程中主要是指岸吊投入、堆场机械安排和集卡调度。码头进口 流程可由图2 1 表示。 匠 王 图2 - 1 码头进口作业流程简图 如上图所示，当码头收到船舶近期计划后，如果船舶有进口箱，则码头需预先在 进口堆场留出场地。一般在码头昼夜计划中，就己明确船舶的具体卸船堆场，并预做 上海海摹大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 机械安排。在船舶作业开工前至少4 小时，码头计划员根据船图编制卸船计划，即编 制卸船顺序单，堆场计划员根据堆存规则完成卸船堆存计划。卸船作业开始，岸桥司 机根据卸船顺序单卸下集装箱，龙门吊司机根据堆存计划堆放集装箱连! 箱放入空箱 区；有安排直提的集装箱由外卡直接提出集装箱码头。收货人要求进口集装箱整箱提 运的，应在提运前一天办理申请手续，便于码头作相关的机械安排。外卡司机持有关 单证提箱时，先在入口道i ：3 拿“提箱小票”，再到小票上指定的堆场提箱后，把小票 留给出口道口，然后出码头。拼箱货物由堆场计划员根据拆箱计划指挥机械移到拆箱 区。 2 2 2 出口作业流程简介 与进口业务一样，集装箱码头要顺利地完成集装箱装船作业，必须预先收到出口 集装箱的单证资料，以便做好各项准备工作。当码头收到船舶近期计划后，如果船舶 有出口集装箱，则码头需预先在出口堆场留出场地，用于集箱。出口重箱一般在装船 前4 天开始进场，到装船前1 天截止。外卡司机集箱时，先在入口道口拿小票，再到 小票上指定的堆场卸下集装箱后，把小票留给出口道口，然后出码头。码头配载员根 据预配船图、装箱单、经海关放行的场站收据进行配载，船圈在船方签字后生效。船 舶控制调度员根据配载图和出口箱的场箱位进行作业线的调度，安排桥吊装船并投入 相当数量的集卡，场吊司机收到发箱指令后开始发箱，集卡司机到指定箱区接到出口 箱后运往指定桥吊，并由该桥吊进行装船作业。其业务流程简图如下图2 。2 所示： 上海海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 开始 码头月度计划r 焉，天 面群码头近期计划r _ 一 码头昼夜计划 船舶确认 场地发箱 主 桥吊卸船 童 装船结束 船公司、船代理 一 图2 - 2 出口装船业务流程简图 2 2 3 进出口业务的e r 模型分析 在集装箱码头管理信息系统中，进口卸船业务包含的主要模块有：进口船图的接 收与导入，进口舱单的接收与导入，船图舱单校核，卸船堆存计划，作业线调度，集 卡调度，卸船箱岸边确认，进口箱场地分配，卸船箱落位确认，卸船摘要，进口航次 关闭与恢复等。各模块涉及到的表之间的关系可由如下e r 模型表示，见图2 - 3 。从 图中可以看出，与作业线调度直接相关的表有：进口船图、航次记录、机械档案( 桥 吊) 和内部集卡。 上坶海事大学硕士学位论文集装箱码头作业线调度决策支持系统 图2 3 基于进口业务的作业线调度e r 模型 在集装箱码头管理信息系统中，出口装船业务包含的主要模块有：出1 3 箱预录信 息接收与导入，直装箱资料，分港分吨，出口箱进场计划，出口箱复合，海关放行， 场站收据录入，作业线调度，集卡调度，装船箱岸边确认，装船摘要，出口航次关闭 与恢复等。各模块涉及到的表之间的关系可由如下e r 模型表示，见图2 - 4 。从图中 可以看出，与作业线调度直接相关的表有：在场箱、机械档案( 桥吊) 和内部集卡。 上海海事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 图2 4 基于装船业务的作业线调度e - r 模型 以上e r 模型与数据库的关系及其规律总结如下； e r 图中的每一个实体都对应着数据库中的一张表。 e r 图中的每一个多对多关系也对应着数据库中的一张表。 不论是关系还是实体，只要是数据库中的表，它们之间都可以发生关系。 一对一的关系需要考虑是否可以把两张表合并为一张，也就是把a 表的属性 作为b 表的属性，如果不能合为一张表，则应该把a 表的主键付给b 表， 在a 、b 表之间建立主外键关系。 多对一的关系在数据库中需要将代表“一”的关系的表的主键付给代表“多” 的关系的表。 上海海事大学硕士学位论文 集装箱码头作业线调度决策支持系统 对于多对多的关系，首先需要给他们的关系建一张表，然后要把其他两张表 的主键付给关系所对应的表。例如；一个场桥司机可以在不同时问操作不同 的场地机械，而一台场桥也可以在不同时间由不同的司机来操纵。那么场桥 司机与场地机械的关系就是多对多的联系。首先关系“操作”应该对应着数 据库中的一张表，该表的属性除了有日期等外，还必须有表“职工”的主键， 即场桥司机的编号，和表“场地机械”的主键，即机械编号。操作中的这两 个必要的属性又要分别作为表“职工”和表“场地机械”的外键。 数据库中用于查询信息或存储数据的表有时没必要和其他的表发生主外键 关系，所以可以用双箭头把两部分e _ r 图联系起来以表示他们之间的关系。 为了保证系统的运行速度不会因为表中数据量过大而受到影响，应该为储存 量较大的表设置历史纪录表，用于将过去的记录导入到历史纪录表中。 2 2 4 进出口业务的数据流图分析 本节以数据流程图为工具，简略的分析了