[发明专利]面向作业面的集装箱码头装船配载非线性规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及集装箱码头装船配载领域。特别涉及码头管理、堆场管理、集卡调度和配载技术领域。

背景技术

集装箱码头一般会根据船舶的到港时间和作业资料制定周期逐渐缩小和准确的船舶靠泊计划，然后根据出口船舶的卸船计划和其他作业资料，制定装船配载计划，确定装船的集装箱任务序列，并安排集卡和桥吊的分派。相对于进口卸船而言，出口装船更为复杂。装卸配载计划是影响码头资源利用和作业效率的重要环节。装船配载计划，涉及到不同船舶、作业线、桥吊、集卡、场吊等多种资源的协调，如何通过它们之间的协作保证桥吊利用率，提高码头作业效率，具有直接的经济效益，已经成为研究的热点。

目前，针对装船配载计划优化的全面资源配置没有专门的研究和公开的专利成果。港口计划人员在实际配载时，是根据经验确定资源的分配，安排任务的作业序列，通过软件工具实现配载，具有很大的随意性，难以达到优化的目标。已经公开的研究成果虽然某种程度涉及配载问题，但整体的全面的优化模型还很少见。例如，1)文献{[1]张维英，林焰，纪卓尚，邓林义，集装箱船舶配载方案评价的Hopfield神经网络模型.大连海事大学学报，2005.31(3)：13-18.}提出了船舶配载方案评价的神经网络模型；2)文献{[2]王鸿鹏，基于知识的集装箱船自动配积载专家系统.上海海运学院学报，2002.23(1)：46-49.}研究了配载的专家系统，这是商用码头管理软件常用的方式。这些文献都是从特定的角度，将部分因素独立出来简化配载问题，这也是配载优化的典型思路。

以上公开的成果，并没有从全局考虑多作业线的并行、多资源类型(桥吊、集卡和场吊等)协同作业的配载问题，距离实际应用还有很远，难以在实际应用中推广。本发明公开的方法，面向作业面，全面整体的考虑了各种资源，是一个全局优化的配载模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向作业面的集装箱码头配载非线性规划优化方法，实现对桥吊、集卡和龙门吊的协调配置，实现装卸任务的排序与作业资源的分配。

一、假设条件

鉴于桥吊资源的昂贵，本发明以装船时的桥吊的充分利用为主要假设和最小化在泊时间为优化目标，而本发明的方法通过简单的转化能够适应进口卸船，或完善以上两者混合的情况。

根据集装箱船的靠泊计划，可以确定船舶的靠泊时间和预计的离泊时间、作业线以及作业线所分配的船舱Bay位序列。根据装船单能够确定每个集装箱的再堆场的位置(所在堆场、Bay位、行和层)。配载计划的目标是实现对作业线内的装卸任务进行排序，并安排每个任务的作业集卡和龙门吊。

装卸任务的排序需要尽量满足三个条件：1)堆场翻箱率尽量小；2)桥吊装船时倒箱操作尽量少；3)同一作业线内的集装箱满足卸船时的顺序要求。假设：在进行配载时，所有出口集装箱都已经堆码在堆场。

配载计划安排桥吊、集卡、龙门吊等资源的配置。一般，因为桥吊昂贵，首先假设桥吊被充分利用；其次假设龙门吊被充分利用；而集卡则认为是充足的。对于每条船舶，根据为其分配的作业线的数量，能够对整船的Bay分割为连续的区段，每个大的区段对应一条作业线，或者说一个桥吊。作业线工作量和时间根据桥吊的作业效率，假定在靠泊计划中已经尽量平衡。显然，这些作业线是并行的。作业线是Bay位的作业序列，一般为了避免桥吊的来回移动造成的时间，以Bay位为作业单位，即一个Bay位作业完毕才移动到下一个Bay位。在同一Bay位内，假设配载计划部要求倒箱；并且，在堆场作业过程，也没有倒箱。

本发明依据靠泊计划和出口集装箱装船的位置约束建立模型。靠泊计划对船舶的装卸任务分解为作业线，根据靠泊计划确定作业线的开始时间、根据合同确定装卸任务的最晚结束时间。

建模思路可以概括如下。对每一个出口集装箱，对应一个任务，有出发点和目标；一个任务需要经历三个时间段：龙门吊作业段、集卡作业段、桥吊作业段；其中桥吊的两个任务：需要满足以上所述的装卸排序的三个条件，同时包括时间条件，一个在另一个结束后开始；其中集卡的两个任务：一个任务结束到另一个任务开始，需要满足行使时间间隔约束；其中龙门吊的两个任务：一个任务结束到另一个任务开始，需要满足行驶时间间隔约束。从而，在码头集装箱操作的各个阶段，对出口集装箱装船的位置进行约束，规定了不允许的装船序列，以满足尽量少翻箱的要求。对堆场的任意Bay上的任务的作业时间，取决于作业序列，如果有倒箱则加上倒箱时间作为龙门吊在该任务上的作业时间，即场吊作业的翻箱时间采用分摊的方式，均分到作业任务中；集卡的作业时间是路上时间；桥吊的任务作业时间是确定数值。