基于仿真优化的自动化集装箱码头出口箱箱位分配

在集装箱码头堆场中，出口集装箱的箱位分配直接影响集装箱的装船效率以及船舶的在港停留时间。研究主要探讨自动化集装箱码头出口集装箱的箱位分配问题，并将船舶靠泊随机性和出口集装箱集港顺序综合考虑到整数规划模型中。针对模型的特点，设计了基于仿真优化思想的启发式算法求得集装箱贝位分配量，并提出“长途箱压短途箱”的贝内具体落位策略。多组实验结果表明，提出的基于仿真的遗传算法能够有效解决自动化集装箱码头出口箱的箱位分配问题。通过多组算例对比实验发现贝位平均翻箱次数和箱区间作业不平衡度随集装箱数量增加而增加，且“长途箱压短途箱”堆存策略能有效减少未来取箱的翻箱次数。研究结果为智能港口、全自动化集装箱码头的运营提供了思路和方向，有助于实现集装箱码头各子系统一体化效率的提升。     

基于矩阵式遗传算法的进出口集装箱堆场箱位分配策略

为提高集装箱码头堆场系统的运作效率,本文针对集装箱码头进出口堆场的空间分配问题,建立了在“作业面”作业模式下以集卡水平运输距离最短为目标,考虑各箱位作业量均衡的集装箱箱位分配模型,对计划时段内的进出口箱箱位分配进行全局优化．采用矩阵式的实数编码方式的遗传算法对模型进行了求解,使用最优解保存策略保证了最终的优化结果．最后通过仿真算例,验证了本文所建立的箱位分配模型对优化堆场空间资源分配,提高进出口箱流转速度的适用性．     

一种解决集装箱港口拖车调度的混合策略

集装箱码头作为集装箱船舶与其它运输节点之间的枢纽,在不断增长的全球贸易中起着极其重要的作用.由于多种因素影响着集装箱码头的服务效率,从而使其成为了商界和学术界研究的热点.本文针对集装箱码头中的拖车调度问题,对于当某辆拖车完成一项作业任务后,如何去寻找下一个装卸任务的问题,提出了一个多因素的在线调度策略,该策略在针对我国大多数港口的现有布局和信息现状的基础上,综合考虑了拖车空驶和距离平衡多种因素,建立了综合评价函数,并应用评价搜索和离散事件仿真方法对评价函数进行了优化计算.在相关理论分析基础上,通过比较本文的调度策略和港口传统调度策略,我们认为本文的调度策略在缩短船舶停留时间和减少拖车空驶上具有十分明显的效果.     

一类无干涉作业的码头起重机调度问题的近似算法研究

集装箱港口上的大型货轮通常是由从船头到船尾纵向分布的集装箱船舱构成,而码头起重机主要负责装载或卸载集装箱.如何调度码头起重机在很大程度上影响着集装箱货轮的运输效率.该文主要研究一类无干涉作业的起重机调度问题,目标是极小化装(卸)载总耗时.对三台,四台起重机情形设计了新型调度算法,并给出了最坏情况分析,改进了文献中的已有结果.     

基于人机交互—蚁群算法的港口疏船调度优化

为解决因港口无法正常作业导致大量船舶压港后的疏船调度问题,从同时兼顾船公司和港口方利益出发,建立了船舶平均在港时间最短、额外作业成本最低、生产秩序恢复最快的调度生产多目标优化模型。利用多属性效用理论将多目标转换为单目标,并构建了相应的评价函数,采用改进的蚁群算法并结合人机交互以及邻域搜索方法求解,最后以大连港集装箱码头实际案例进行验证。结果表明,与通常调度方法相比,文中建立的优化模型能够更好地解决疏船问题;对比常规的蚁群算法,改进后的算法搜索效率更高。上述模型和算法为集装箱码头的生产组织调度提供了新的优化思路和方法。     

集装箱码头泊位计划的鲁棒优化模型

针对集装箱码头作业中的不确定性因素,构建泊位计划的鲁棒优化模型与算法,目的是降低不确定性因素对集装箱码头作业系统的影响。首先,提出泊位计划鲁棒性度量指标,利用算例对各指标的效果进行分析。在此基础上,设计泊位计划鲁棒优化的两阶段优化算法。算法的第一阶段不考虑泊位计划的鲁棒性,以船舶总延误时间最小为目标;算法的第二阶段以所选择的鲁棒性指标最大为目标,以第一阶段获得的船舶总延误时间为约束条件,获得鲁棒调度方案。最后,研究作业资源(装卸桥数量)的变化对泊位计划鲁棒性的影响。算例分析表明,权重松弛量是有效的度量泊位计划鲁棒性的指标,两阶段算法可以有效解决泊位计划鲁棒优化问题。     

考虑潮汐影响的离散型泊位和岸桥集成调度

泊位和岸桥是集装箱港口最紧缺的资源,二者的调度问题存在很强的内在关联。针对大型船需乘潮进出港的离散型泊位,为提高集装箱码头运作效率和客户满意度,将泊位分配、岸桥指派和岸桥调度集成为一体。首先,考虑潮汐的影响以及岸桥作业中可动态调度的现实,以计划期内所有抵港船舶的岸桥作业成本和滞期成本之和最少为目标,建立一个混合整数规划模型,然后设计了一个嵌入启发式规则的遗传算法对其进行求解。最后,算例结果中给出了每艘船舶在确切时刻对应的具体岸桥和每个岸桥的动态作业时间窗,并通过与单独优化的方案对比,验证了集成方案的有效性。     

事件触发下多智能体系统规定时间二分一致性

针对线性合作竞争多智能体系统(MAS),考虑到可能受到的外部干扰,研究了系统基于事件触发机制的规定时间二分一致性控制问题.首先,设计干扰观测器估计系统受到的外部干扰,且针对每个智能体给出了事件触发条件,以减少智能体间的通信频率,节省有限的通信网络资源,同时证明避免了Zeno现象,其次,为了明确地预先分配稳定时间,结合干扰观测器的估计值,设计了一种合作和竞争并存拓扑结构的规定时间事件触发控制协议,以保证所有智能体在受到外部干扰的情况下仍然达到二分一致.最后,利用仿真实例验证了所提出方法的可行性和有效性.     

预知信息下集装箱码头资源联合调度在线策略研究

探讨了有限预知信息下的集装箱码头泊位与岸桥联合调度over-list在线模型,当分配每个船舶服务请求时预知后续k≥2个请求,要求完成所有请求的最大完工时间最小。着重考虑了由3个离散泊位组成的混合型泊位、6个岸桥以及只有两种请求的联合调度模型,证明了任意k≥2个请求预知能力下确定性在线策略的竞争比下界为9/7;同时,设计了k=2时的在线联合调度策略并证明其具有最优竞争比9/7,表明有限的预知能力即可实现在线策略最优调度效果,这也为集装箱码头资源调度实践中的策略设计提供理论依据。     

关于合理确定集装箱码头装船顺序的算法

如何在给出箱区图和配载图的情况下,根据不同的装船方式,运用计算机程序确定合理的发箱和装箱顺序?本文主要依据实际数据,针对两种在码头实际装船作业中应用性较强的装船方式进行了研究,分别对其做了建立数学矩阵模型,制定合理算法,编写M ATLAB程序等工作,并论证了它们在实际操作中的可行性.本文的研究结果会在集装箱码头的实际装船作业中具有很强的应用性.     

Robust berth scheduling with uncertain vessel delay and handling time

In container terminals, the actual arrival time and handling time of a vessel often deviate from the scheduled ones. Being the input to yard space allocation and crane planning, berth allocation is one of the most important activities in container terminals. Any change of berth plan may lead to significant changes of other operations, deteriorating the reliability and efficiency of terminal operations. In this paper, we study a robust berth allocation problem (RBAP) which explicitly considers the uncertainty of vessel arrival delay and handling time. Time buffers are inserted between the vessels occupying the same berthing location to give room for uncertain delays. Using total departure delay of vessels as the service measure and the length of buffer time as the robustness measure, we formulate RBAP to balance the service level and plan robustness. Based on the properties of the optimal solution, we develop a robust berth scheduling algorithm (RBSA) that integrates simulated annealing and branch-and-bound algorithm. To evaluate our model and algorithm design, we conduct computational study to show the effectiveness of the proposed RBSA algorithm, and use simulation to validate the robustness and service level of the RBAP formulation.     

Berth allocation at indented berths for mega-containerships

This paper addresses the berth allocation problem at a multi-user container terminal with indented berths for fast handling of mega-containerships. In a previous research conducted by the authors, the berth allocation problem at a conventional form of the multi-user terminal was formulated as a nonlinear mathematical programming, where more than one ship are allowed to be moored at a specific berth if the berth and ship lengths restriction is satisfied. In this paper, we first construct a new integer linear programming formulation for easier calculation and then the formulation is extended to model the berth allocation problem at a terminal with indented berths, where both mega-containerships and feeder ships are to be served for higher berth productivity. The berth allocation problem at the indented berths is solved by genetic algorithms. A wide variety of numerical experiments were conducted and interesting findings were explored.     

汽车滚装码头泊位调度优化模型与算法研究

本文研究滚装码头混合泊位分配和劳动力分配的联合调度优化问题。首先,考虑潮汐时间窗约束、装卸劳动力约束、泊位缆桩分布约束以及泊位不规则布局因素,建立以最小化船舶总服务时间为目标的混合整数规划模型。其次,采用内外嵌套算法设计策略,提出求解该类问题的组合算法。其中,外层是多种群并行进化的遗传算法,生成多种船舶计划顺序,内层为基于规则的启发式算法,用于计算给定计划顺序的目标函数值。然后,基于实际运营数据,生成多组不同规模的算例进行全面数值实验,结果表明所提出的算法可在10分钟内求解包含50艘船、100个泊段的算例。最后,开展基于真实滚装码头运营实例的案例分析,对所提模型和算法在实际码头调度问题中的适用性与高效性进行验证。     

时间窗变动的车辆调度干扰管理模型与算法

针对客户时间窗变动对原物流配送车辆调度方案造成干扰的问题,运用干扰管理思想,分析干扰事件对路径、成本和服务时间三个方面的影响,对其干扰程度加以度量;以该干扰事件对原方案造成的广义费用偏离最小为目标,建立客户时间窗变动的干扰管理模型,通过判断客户时间窗变动对原方案是否产生影响进行干扰辨识,并基于该干扰辨识结果,设计基于禁忌搜索新的调度算法;算例不仅验证了模型和算法的有效性,而且,敏感性分析也验证了其对各种不同价值货物的适用性。实验结果表明,本文提出的干扰管理模型可以全面地刻画干扰对原方案的影响,干扰处理方法优于全局重调度方法,且能够在更短时间内生成满意的物流配送车辆调度调整方案。     

基于泊位偏好与岸桥干扰的泊位和岸桥分配

泊位和岸桥是集装箱港口资源中最紧缺的资源,合理的泊位分配和岸桥调度可以提高集装箱港口的资源利用率和港口的运作效率和效益。针对泊位偏离和岸桥工作损失两个因素,文章建立了集装箱港口泊位和岸桥的混合整数线性规划模型;运用采集自宁波某典型集装箱港口的数据,用Gurobi优化软件和两阶段启发式算法对模型进行了求解;对计算结果进行了经济性分析。计算结果表明:该港口的岸线资源利用率为46%时,1000m~1600m基本没被利用;18台岸桥要比16台岸桥的目标值更优,求解时间更短,而且18台岸桥的平均利用率为80%,为此,建议该港口再增加两台岸桥。同时发现:随着船舶规模的增加,Gurobi优化求解的时间增长较快,而两阶段启发式算法仍能在很短时间内求得准优解。     

A survey of berth allocation and quay crane scheduling problems in container terminals

Due to the variety of technical equipments and terminal layouts, research has produced a multitude of optimization models for seaside operations planning in container terminals. To provide a support in modeling problem characteristics and in suggesting applicable algorithms this paper reviews the relevant literature. For this purpose new classification schemes for berth allocation problems and quay crane scheduling problems are developed. Particular focus is put on integrated solution approaches which receive increasing importance for the terminal management.     

行驶时间延迟下物流配送干扰管理模型——基于客户终身价值的视角

物流配送过程中干扰事件导致行驶时间延迟后,初始配送方案将不再最优甚至根本不可行,此时如何生成副作用最小的调整方案,快速恢复配送的正常运行,是当前研究的难点。本文首先将客户为企业当前(及潜在)贡献价值考虑在内,基于客户终身价值对系统扰动进行度量。进而兼顾偏离成本和初始目标,构建干扰管理模型并提出相应的启发式算法。算例结果表明:与其他重调度方法相比,本文方法的实用性更强。     

Real time disruption management for a two-stage batch production–inventory system with reliability considerations

In this research, a two-stage batch production–inventory system is introduced. In this system, the production may be disrupted, for a given period of time, either at one or both stages. In this paper, firstly, a mathematical model has been developed to suggest a recovery plan for a single occurrence of disruption at either stage. Secondly, multiple disruptions have been considered, for which a new disruption may or may not affect the recovery plan of earlier disruptions. We propose a new approach that deals with a series of disruptions over a period of time, which can be implemented for disruption recovery on a real time basis. In this approach, the model formulated for single disruption has been integrated to generate initial solutions for individual disruptions and the solutions have been revised for multiple dependent disruptions with changed parameters. With the proposed approach, an optimal recovery plan can be obtained in real time, whenever the production system experiences either a sudden disruption or a series of disruptions, at different points in time. Some numerical examples and a real-world case study are presented to explain the benefits of our proposed approach.     

考虑泊位疏浚的连续型泊位和动态岸桥联合调度

针对集装箱码头泊位需要定期维护的实际特征,研究了泊位疏浚情况下连续型泊位和动态岸桥联合调度问题。首先,建立了一个以船舶周转时间最小为目标的整数线性规划模型;其次,针对问题特性设计了三种启发式算法。为了分析泊位疏浚对码头工作的影响并验证模型正确性和算法有效性,分别对未考虑泊位疏浚和考虑泊位疏浚两种调度情形,进行了小规模与大规模问题输入的多组测试。三种算法在小规模输入上均取得了相同于CPLEX的精确解,从而验证了算法的有效性;进一步通过对比分析这些算法在大规模输入中的运行结果,验证其有效性能。     

快件配送地址变化的干扰管理模型研究

快件配送过程中客户的配送地址发生变化后,继续按初始方案进行配送将不再最优甚至不可行,此时如何快速产生应对扰动的新方案,是当前研究的难点。结合客户消费行为的相关研究手段,将客户分为敏感型客户、容忍型客户和抱怨型客户,在考虑每类客户特点的基础上,将问题的处理分为两个阶段;采用干扰管理和运筹学的相关理论与方法,在每一阶段构建干扰管理子模型并进行求解。算例实验表明:在考虑客户行为及偏好的情况下,与其他重调度方法相比,本文方法生成的应对方案更为有效。