自动化集装箱码头堆场内双起重机调度模型与算法

为提高自动化集装箱码头堆场的作业效率,针对堆场同一箱区的两端作业(堆存或取出),考虑双起重机时空同步约束条件,以最小化作业总完成时间为目标,建立双起重机调度混合整数规划模型,确定起重机在每个时间点上所处贝位及其作业状态(移动或装卸),设计遗传算法对大规模任务数量问题进行求解.算例分析结果表明,在大规模问题上,GA在解的质量上逐渐优于CPLEX算法,且运算时间远小于CPLEX,证明了该双起重机调度模型与算法的有效性及合理性.     

差分进化算法求解自动堆垛起重机调度问题

[目的]研究了自动化码头双自动堆垛起重机(Automatic stacking crane,ASC)调度问题,为了提高堆场的作业效率,考虑ASC作业过程中的干扰和冲突,以极小化所有作业的总完工时间为目标,建立自动化码头双ASC调度问题的混合整数规划模型.[方法]通过CPLEX求解器对模型进行求解.为了解决中等规模问题,设计了基于任务编码的离散差分进化算法进行求解,并把求解结果与遗传算法求解结果进行对比分析.[结果]所设计的离散差分进化算法能够在要求的时间内解决自动化码头双ASC调度问题;[结论]相较于遗传算法,本文提出的算法寻优能力更强.     

考虑缓冲区容量的岸桥、AGV和堆场起重机集成调度

为了提高自动化集装箱码头装卸设备之间的协调程度和作业效率,针对码头卸船过程中岸桥、自动化导引车(automated guided vehicle,AGV)和堆场起重机的集成调度问题,考虑了堆场交接缓冲区的容量约束,以最小化卸船任务完工时间为目标,建立了考虑缓冲区容量约束的集成调度混合整数线性规划模型,确定各装卸设备作业序列并优化缓存位-任务的分配关系.设计了优先级偏随机密钥遗传算法和贪婪插入启发式对问题求解.实验结果验证了模型和算法的有效性,并得出适当的缓冲区容量能够缩短船舶在港时间,降低码头水平运输区域压力,提高AGV利用率.     

成对自动堆垛起重机在集装箱码头中的实时调度研究

【目的】通过对成对自动堆垛起重机在堆场调度问题的研究,为自动化集装箱码头中的运输问题的解决提供理论依据。【方法】针对成对自动堆垛起重机,建立了以最小化外集卡和船舶延时为目标函数的不对称的多旅行商模型,引入了接力、缓冲、干扰等关键约束,并利用并行实时调度策略对多组情景进行案例研究分析。【结果】模型设立了多个缓冲区以及使用接力作业,结果表明这些对减少外集卡和自动引导小车的等待时间,从而提高作业效率有着重要作用。【结论】设主缓冲区以及接力区可以减少作业延时,并且在海侧作业量较多时,增加缓冲区的容量可以更有效地增加作业效率。
     

成对自动堆垛起重机在集装箱码头中的实时调度研究

【目的】通过对成对自动堆垛起重机在堆场调度问题的研究,为自动化集装箱码头中的运输问题的解决提供理论依据。【方法】针对成对自动堆垛起重机,建立了以最小化外集卡和船舶延时为目标函数的不对称的多旅行商模型,引入了接力、缓冲、干扰等关键约束,并利用并行实时调度策略对多组情景进行案例研究分析。【结果】模型设立了多个缓冲区以及使用接力作业,结果表明这些对减少外集卡和自动引导小车的等待时间,从而提高作业效率有着重要作用。【结论】设主缓冲区以及接力区可以减少作业延时,并且在海侧作业量较多时,增加缓冲区的容量可以更有效地增加作业效率。     

垂岸式集装箱码头自动化跨运车作业任务分派与序列优化

自动化跨运车(Automated Straddle Carrier,ASC)是一种自动化集装箱码头水平作业设备,可直接在岸桥下从地面存取集装箱,同时在堆场也可直接存取集装箱,其作业不会直接影响岸吊等其他设备的作业效率,具有独立性.考虑垂岸式集装箱堆场布局,以最小化完成时间和空驶时间为目标,建立ASC作业安排的混合整数规划模型,确定ASC的作业序列.根据数值实验结果,分析ASC数量配置的影响,以及完成时间和空驶时间之间的均衡关系.     

基于同贝同步装卸的岸桥与集卡协同调度

集装箱码头岸边装卸桥同贝同步装卸船模式下,岸桥装卸作业序列决策和集卡调度协同优化是保障同步装卸率的关键,属NP难问题。考虑集卡和岸桥作业之间的紧密衔接、堆场翻箱影响、船舶舱盖等空间约束,构建以岸桥装卸总次数及堆场翻箱次数最小化、岸桥最大完工时间最小化、集卡等待时间最小化为目标的岸桥装卸序列决策与集卡调度联合优化数学模型。设计改进遗传算法-改进非支配排序多目标遗传算法（IGA-INSGA-Ⅱ）两阶段算法,利用IGA求解船舶贝位内岸桥装卸集装箱作业序列;基于装卸作业序列优化方案和INSGA-Ⅱ,提出岸桥最早可作业时间优先的集卡任务指派策略,设计分段式编码及解码方法,求解集卡任务分配与指派问题。通过算例,将设计的算法与常见智能算法进行对比分析,验证了模型与算法的有效性。     

一种新型自动化集装箱码头工艺布局仿真

通过仿真建模研究了双轨轮小车回字形布置自动化集装箱码头的工艺布局.设计新工艺系统的不同岸桥配置、堆场布局、低架行车配置的25种工况,分别构建仿真模型,分析不同工况下码头作业指标(岸桥装卸效率等)影响规律.仿真结果表明,岸桥增配可减少船舶平均服务时间8%,堆场纵深和宽度布局可影响岸桥效率5%,低架行车增配可缩短外集卡排队,提高堆场通过能力6%.所建仿真模型可分析新型概念工艺系统性能,双轨轮小车回字形布置自动化集装箱码头工艺布局优选有助于提高其性能指标,如堆场区宽度取1~2箱位,低架行车配5~6台为宜.     

基于仿真优化的自动化集装箱码头双ARMG调度研究

为了提高自动化集装箱码头的装卸作业效率,针对堆场箱区内双自动轨道式集装箱龙门起重机(ARMG)调度问题,在考虑ARMG之间协调性、缓存区容量限制的基础之上,以作业总时间最短和ARMG间的行驶距离之差最小为目标,建立双ARMG协调调度的混合整数规划模型,针对模型求解的复杂度,采用遗传算法与仿真相结合的方法对模型进行求解。算例分析表明:采用仿真优化方法使集装箱在中转区的等待时间远小于CPLEX算法,中转效率提高72%,大大提高了ARMG之间的作业的协调性,也为自动化集装箱码头的未来发展研究和提高港口的综合竞争力提供了重要参考。     

干涉存在下自动化集装箱码头穿越式双起重机同步调度优化

针对穿越式双起重机作业过程中的干涉问题,分析并界定干涉的存在形式,以最小化任务完成时间为目标,建立穿越式双起重机同步调度下的混合整数规划模型,确定装卸任务的分配与每台起重机的作业序列.用状态转移函数描述起重机的作业过程,提出基于任务优先级的随机键遗传算法,求解所提出的优化问题.根据现实自动化集装箱码头的特征参数,设计不同规模的算例并进行计算实验.实验结果表明,模型满足同步调度的约束条件,所得的解均为无冲突调度,验证了模型的有效性.算法求解结果显示,所得结果能够规避干涉实现同步调度,验证了算法的合理性与有效性.此外,所提算法具有良好的求解性能,能够提升穿越式双起重机同步调度问题的求解速度.     

考虑集卡到港时间延迟的堆场起重机动态调度研究

在集装箱码头的集港作业中,集卡延迟到港可能导致已制订堆场起重机作业计划变得次优甚至不可行.因此,及时为延迟到港任务更新作业计划具有必要性.考虑集卡到港时间延迟的堆场起重机动态调度问题,基于任务批次分配策略,将调度期划分为多个时段,在每个时段内生成作业计划.以完成时间最短为目标,建立起重机调度混合整数规划优化模型,并提出下界推导模型.提出迭代重优化框架,每当任务延迟到港,就会重优化相应批次的作业计划.在框架内,设计遗传算法求解各批次原有作业计划;设计贪婪插入算法重优化带延迟到港的任务,更新原有计划.实验结果表明,模型、下界推导模型具有正确性和有效性,算法具备良好的求解性能;缩短调度时段长度有利于快速生成起重机作业计划;延迟到港箱量占比越大,作业时间越长,且随着调度时段长度减小,这一影响逐渐弱化.     

基于拖车路径优化的集装箱船配载模型研究

在分析影响集装箱的装载效率时,考虑场内拖车在码头堆场和岸边装卸桥之间的移动距离,将配载问题看成是以码头堆场B ay位上的集装箱为供给、船舶B ay上的空箱位为需求的运输问题,以场内拖车将码头堆场集装箱送到岸边装卸桥所运行的距离最短为目标,建立配载模型并应用Hop fie ld神经网络模型进行计算机模拟.模拟结果说明,所提出的优化模型可以减少场内拖车运行的距离,提高集装箱装载效率,为合理进行集装箱船配载提供了一个参考模型.     

基于滚动计划的堆场出口箱存储位置分配两阶段模型

考虑出口箱进场时间的随机性,将集装箱堆场出口箱箱位分配问题分为两个阶段进行研究:(1)在滚动计划的基础上,以最小化场内集卡运输距离为目标建立整数规划模型,对到场出口箱进行箱区分配;(2)以取箱装船过程中贝位内翻箱数最小和平衡贝位内各堆栈箱数为目标,建立堆场出口箱具体箱位分配的多目标优化模型.应用Matlab软件中Yalmip工具箱编程求解,通过数值实验验证了模型的有效性.实验结果表明,该方法能够有效解决堆场出口箱箱位分配问题,减小堆场设备作业量,并通过减少翻箱操作提高码头作业效率.     

资讯

上海: 振华港机自主研发双40英尺箱起重机自主创新让振华港机实现了飞跃。目前,包括双 40英尺箱起重机、双小车岸边集装箱起重机、双40 英尺双小车集装箱起重机等在内,振华港机已经拥有 20多项世界领先的科技成果。在今年1月,由振华港机自主完成的“新一代港口集装箱起重机关键     

装卸设备更替下减少堆场碳排放量的研究

用于集装箱堆场的橡胶轮胎式龙门起重机(RTG)服役时间长、设备老化是码头堆场碳排放量增加的主要原因.针对这一问题,考虑用全自动轨道式龙门起重机(RMG)对其进行替换.在堆场计划作业量不变的基础上,以降低堆场碳排放量为约束,建立多阶段混合整数规划模型.算例分析结果表明,在碳排放减少30%的约束下,堆场年度作业成本减少约491万元,自动化改造成本可在29年内回收;随着单台RMG月工作能力的提升,改造成本和成本回收时间将大幅缩减.     

基于启发式算法的自动化跨运车作业调度

针对自动化集装箱码头自动化跨运车(automated straddle carrier,ASC)的调度问题,首先建立混合整数规划模型,基于ASC可以独立完成集装箱在岸边和堆场之间的运输作业这一特性,将自动化集装箱码头ASC的作业调度问题转化为同时取货送货问题,并提出一种先完成先执行(first finished first insert,FFFI)启发式算法进行求解,实现集装箱任务分配,确定ASC的作业序列,计算每辆ASC的使用率.最后,通过改变集装箱任务数和ASC数量验证该算法的有效性和可行性.     

考虑优先权规则的自动化码头穿越式双ASC调度

自动化堆场起重机(ASC)的调度对于提高自动化堆场设备的作业效率至关重要。针对穿越式双ASC的调度优化问题,考虑集装箱任务组的时间窗约束和ASC之间可能发生的冲突,建立了多目标混合整数规划模型。为了解决在同一贝位上任务之间的冲突,提出了8条优先权规则,将优先权赋予评分高的任务,并通过算例对模型的实用性进行检验,对模型参数的变化设计了3组实验。实验结果表明:当作业任务的数量到达16时,采用优先执行海侧任务的优先权分配规则(R4)所产生的作业成本均低于采用其他规则产生的作业成本,并且增长速率和波动幅度均较小。当任务中存取比例和海陆侧比例均趋近于1时,作业成本、重载成本和空载成本会达到最小,作业成本相比其他情况减少了4%~16%。在实际操作中,当存取任务数量和海陆侧任务数量相差较小时,对发生冲突的任务采取R4规则,可以优化整个作业过程并达到成本趋于最小化的目的。     

不确定环境下自动化集装箱码头AGV调度与配置问题

为研究不确定环境下自动化集装箱码头AGV调度与配置问题,建立了以最末任务结束时间最小化为目标的基本模型,将装卸集装箱任务的带箱作业时间,完成一个任务后到执行下一个任务之前空箱行驶的时间这两个决策变量在合理的范围内生成了5 000个数据,选取其中有代表性的数据进行分析。考虑了不确定因素,例如集装箱码头堆场内的交通控制、交通拥堵情况等。结果表明:外界不确定因素对于最末任务结束时间最小值的影响是有限的,在一定程度上增加了工作时间,但不是时间增加的决定性因素;自动化集装箱码头实际运行过程中,并不是AGV数量越多,整个运作效率就会越高;随着AGV数量增加时,外界不确定因素对最末任务结束时间最小值的影响就会越来越小,直到几乎没有影响。算例证明了模型的有效性和实用性。     

基于同贝同步装卸的岸桥与集卡联合调度优化模型

为解决岸桥同贝同步装卸时多环节作业协调问题,加速集装箱在码头内部的周转,研究基于岸桥同贝同步装卸作业的岸桥与集卡联合调度问题.以船舶装卸完工时间最短为目标,建立岸桥与集卡联合调度优化模型,优化岸桥与集卡的任务分配及作业序列.岸桥同贝同步装卸增加了集卡作业环节,不同于传统作业时多阶段混合流水车间问题,其模型更加复杂,求解更加困难.针对大规模问题,设计了启发式算法进行求解,并将求解结果与下界值进行对比分析.结果表明,该启发式算法能有效提高岸桥与集卡联合调度模型的求解速度,有助于提高岸桥同贝同步装卸作业效率,为码头实际作业提供依据.     

集装箱码头集卡作业的路径选择

为合理使用集装箱码头的集卡资源,提高集装箱码头的装卸搬运作业效率,建立在作业面作业模式下,综合考虑岸桥作业时间、场桥作业时间的基于时间最短的集卡调度模型,并进行了数值仿真,旨在解决在不同船舶装船作业和卸船作业同时进行前提下集装箱码头集卡作业路径选择问题.结果表明,该模型很好地解决了集装箱码头集卡作业路径选择问题,提高了集装箱码头的作业效率.