垂岸式自动化集装箱码头出口箱装船时堆场翻箱决策

作     者：姜旎旎 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张艳伟

授予年度：2021年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：自动化码头 堆场翻箱 贪婪禁忌搜索 启发式规则 

摘      要：自动化集装箱港口智能化转型为国内集装箱港口的发展带来了前所未有的挑战,把握科技改革的风口,借助大数据、云计算等新兴技术推进港口运营与核心竞争力的提升是决定港口是否能在全球航运中占领一席之地的关键因素之一。本文以提高堆场运营效率、减少装船时作业时间和降低堆场翻箱率为目标,基于优化的方法,深入研究垂岸式集装箱码头装船时堆场翻箱问题,建立数学模型,并针对模型设计贪婪禁忌搜索算法求解。主要研究工作如下:研究不同装船周期出口集装箱堆场多贝位混合堆存的布局下,依据垂岸式堆场场桥大车在贝位间频繁移动取箱装船的特点,考虑装船发箱时场桥移动等操作时间及翻箱取箱次数对出口箱装船效率和连续性影响,建立多贝位出口箱装船堆场静态翻箱模型,提出两阶段贪婪禁忌搜索算法,将非必要翻箱过程的翻箱规则嵌入算法中,有效限制算法时间和解空间增长速度。通过仿真算例,将提出的翻箱规则与随机翻箱规则进行对比,验证模型及算法的有效性与实用性。结果表明,提出的翻箱规则和算法可以在合理的求解时间内输出较优的翻箱方案,减少装船时场桥发箱作业时间,提高装船作业效率。在多贝位出口箱装船堆场静态翻箱模型基础上,基于AGV混合装卸模式,以最小化场桥期望完成时间为目标,考虑AGV到达信息部分预知下的多贝位出口箱装船堆场动态翻箱模型,提出解决动态决策的局部前瞻机制,通过多组算例对比分析不同前瞻期长度与AGV到达时间间隔对场桥单箱平均操作时间、场桥等待时间、AGV等待时间的影响,总结翻箱规则与重决策机制的适用场景,并对翻箱规则和重决策机制改进效果进行了实验分析。结果表明:重决策机制适用于AGV到达时间间隔在90秒以内,AGV资源充足的情况,非必要翻箱过程适用AGV到达时间间隔超过120秒,AGV资源不足的情况。非必要翻箱过程的翻箱规则在场桥平均等待时间上改进效果最大在15%以上,在单箱平均耗时上改进效果最大在10%以上,重决策机制在AGV平均等待时间上改进效果最大在20%以上。两者结合能有效减少装船时堆场作业时间,加快装船作业。