1、本科毕业论文（20届）集装箱码头内集卡车动态调度方法所在学院专业班级工业工程学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】根据集装箱码头的工艺流程，提出了集装箱码头物流路径优化模型。该模型以集卡行走里程最短为目标，在满足集装箱堆场堆存要求和船舶装却作业要求的情况下，求解集卡最优行走路径。研究我国的集装箱运输竞争力，对我国的港航运输企业而言，有着十分重要的意义。集卡动态调度方法打破传统的按照作业路静态安排集卡的模式。动态调度方法是将装船、卸船、转堆等一些列需要集卡参与的作业联系起来，使每辆集卡同时对应多条作业线，保证集卡在空闲时能迅速投入工作，大大缩短了集卡的空载行驶时间和距离，实现装卸过程
2、中的效率化，在不增加集卡数量的情况下大幅度提高生产效率。在不同的作业线路，不同的场桥，岸桥之间随机的进行服务，使集卡为码头整体作业，包括不同的船舶、岸桥、场桥、堆场、箱区进行服务，提高了岸桥与场桥的利用率，因此使船舶的靠岸时间缩短，减少了集装箱码头的运行成本，因此，这种调度模式必将替代旧的“作业线”调度模式，成为集装箱码头主流的集卡调度模式，为集装箱码头的管理人员提供决策支持。本文主要研究集装箱码头的集装箱卡车路径优化问题，考虑我国集装箱码头对集卡的要求，以及集卡资源配置的复杂性，主要研究了采用“作业面”工艺时集装箱码头集卡的路径优化问题。论文从装卸作业流程的整体出发，以降低集卡在码头的装卸作
3、业过程中的空驶距离为目标，根据实际情况将集卡调度同岸桥作业相结合，分别建立了基于集卡行驶路径最短的数学模型。【关键词】集装箱码头；集装箱卡车；动态调度；优化路径。IIABSTRACT【ABSTRACT】ACCORDINGTOTHEPROCESSOFCONTAINERTERMINALOPERATIONS,THELOGISTICSROUTINGOPTIMIZATIONMODEL,WHICHTARGETSINTHEMINIMUMTOUTOFCONTAINERTRUCKS,ISCONSTRUCTED,TOSEEDTHEOPTIMALROUTEOFCONTAINERTRUCKSUNDERTHECONDI
4、TIONOFSATISFYINGTHEREQUIREMENTOFCONTAINERYARDSTORAGEANDVESSELHANDLINGOPERATIONSTUDYTHECOMPETITIVENESSOFCHINASCONTAINERTRANSPORT,PORTANDSHIPPINGTOCHINAINTERMSOFTRANSPORTENTERPRISESOFGREATSIGNIFICANCESETOFCARDSTOBREAKTHETRADITIONALDYNAMICSCHEDULINGMETHODINACCORDANCEWITHARRANGEMENTSSETCARDOPERATIONALWA
5、YSTATICMODELDYNAMICSCHEDULINGMETHODISLOADING,UNLOADING,TRANSFERTHECOLUMNREACTORANDSOMEOTHERSETOFCARDSINVOLVEDINTHEOPERATIONNEEDTOBELINKEDSOTHATEACHSETOFCARDSWILLALSOBEMORETHANTHECORRESPONDINGOPERATINGLINE,ENSURETHETRUCKWHENTHEYAREFREETOWORKQUICKLY,GREATLYREDUCINGTHENOLOADTRUCKTRAVELTIMEANDDISTANCE,T
6、OACHIEVETHEEFFICIENCYOFLOADINGANDUNLOADINGPROCESS,WITHOUTINCREASINGTHENUMBEROFTRUCKWITHASUBSTANTIALINCREASEPRODUCTIVITYOPERATINGINDIFFERENTLINES,DIFFERENTFIELDBRIDGE,QUAYCRANEFORSERVICEBETWEENTHERANDOM,SOTHATTHEWHOLESETOFCARDSFORTHETERMINALOPERATIONS,INCLUDINGTHEDIFFERENTSHIPSANDOFFSHOREBRIDGE,BRIDG
7、EGAMES,YARD,BOXAREASERVICES,IMPROVETHESHORETHEUTILIZATIONOFTHEBRIDGEANDTHEBRIDGESITE,THUSALLOWINGTHESHIPTODOCKTIMEBYREDUCINGTHEOPERATINGCOSTSOFCONTAINERTERMINAL,THEREFORE,THISSCHEDULINGMODEWILLREPLACETHEOLD“OPERATINGLINE“SCHEDULINGMODELHASBECOMEMAINSTREAMTRUCKCONTAINERTERMINALSCHEDULINGMODELFORTHEMA
8、NAGEMENTOFCONTAINERTERMINALSTOPROVIDEDECISIONSUPPORTTHISPAPERMAINLYINVESTIGATESTHECONTAINERTRUCKSCHEDULINGPROBLEMINCONTAINERTERMINALWITHCONSIDERATIONONCONTAINERTERMINALS“REQUESTCOMPLEXITYOFRESOURCEALLOCATIONFORCONTAINERTAILOR,THISPAPERMAKESANDTHEEFFORTSRESEARCHINGTHECONTAINERTRUCKPROCESSISSUEOFCONTA
9、INERTERMINALWHILETECHNOLOGYOFGREATOPERATIONSIDEISENGAGEDINSTARTINGFROMTHEWHOLEPROCESSOFTHELOADINGANDUNLOADINGOPERATIONS,INORDERTOREDUCETHETRUCKDEADHEADDISTANCEONLOADINGANDUNLOADINGOPERATIONSINCONTAINERTERMINAL,THETRUCKSCHEDULINGCOMBINEDWITHTHEQUAYCRANEOPERATIONSACCORDINGTOTHEACTUALSITUATION,THESHORT
10、ESTPATHMATHEMATICALMODELOFTHETRUCKDRIVINGWEREESTABLISHED【KEYWORDS】CONTAINERTERMINALCONTAINERTRUCKSDYNAMICSCHEDULINGOPTIMALPATHIII目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111引言1111论文研究背景1112课题研究意义211国内外研究现状2121研究问题3122建模方法7123优化算法812论文结构92集卡调度模式研究1121集卡现行调度模式分析11211集卡“作业线”调度模式11212“作业线”调度模式分析1222理想状态下的集卡调度模式13221集卡“作业
11、面”调度模式13222“作业面”调度模式分析1423调度模式比较153路径最短集卡优化模型1831模型概述1832模型要素分析1933问题描述2034模型描述2135模型的应用224路径最短集卡优化模型算例2341算列分析2342算法介绍2443集装箱卡车作业路线确定255总结与展望2751论文总结2752展望27参考文献2911绪论11引言111论文研究背景随着我国社会主义市场经济体制的逐步建立以及我国加入世贸组织之后国外港航企业的抢滩登陆，集装箱运输市场面临的国内外竞争十分激烈。研究我国的集装箱运输竞争力，对我国的港航运输企业而言，有着十分重要的意义。从国际航运中心的发展来看，有一个趋势是
12、鲜明的，那就是由依靠自然条件到依靠体制的推进，自然条件及内陆腹地的经济发展水平是国际航运中心形成的基础条件，硬件设施具备以后的，体制构建政策推动的成分开始上升，一些硬件上的缺陷往往通过借助体制与政策的推动加以弥补，完善的市场体系政策等强调软环境构建的措施有效地弥补了其内部市场狭小等硬条件不足当前，国际航运中心地位的确立对国民经济地区经济的重大推动作用已得到充分认识，有关国际航运中心的竞争必将更趋激烈显然，这场竞争将是全方位的，政策和体制的因素将成为竞争的关键，尤其是机制保障和稳定性更将倍受关注1。由于集装箱头吞吐量的快速增长，集装箱码头对装卸效率要求越来越高。当国内众多港口在兴建集装箱枢纽港和
13、努力提高港口吞吐量的时候，人们往往乐于追求先进的设施设备，而忽视高效率的基础生产组织管理，因为有形的先进硬件比无形的管理更加直观，更能让人们接受。但硬件设施设备属于一种长期的投资，投入成本高，回收慢。集装箱卡车是港口中灵活，数量大，工况复杂的机械设备，因此要想完成港口内机械的高效运行首先要解决集卡调度问题。要在码头现场充分利用好集卡资源，必须对集卡的调度模式进行改进。据文献得知，外高桥港区的四期集装箱码头设计能力每年为180万TEU，桥吊的最终配置为16台，每台桥吊桥吊按辆集卡配置，在加上内场作业的集卡，集卡的总数量超过90台。由于生产规模的扩大而引起作业繁忙，导致作业效率低下，传统的管理方法
14、已经无法适应2。在港口建设初期，集卡的调度主要是由集卡调度员根据以往的工作经验集卡进行分配，但这种调度模式具有明显的缺点1集卡使用率低。由于集卡使由调度员根据经验进行的分配，往往会出现2考虑不全面的地方，从而造成集卡行驶总路程和空载行驶距离变长。2同样的桥吊装效率下所投入的集卡数量多。3场地交通流量大。由于集卡调度系统的不完善，投入的集卡数量多，每辆集卡从桥吊装好货物出发到堆场这段路径，每个集卡司机选择的行驶路线不同，从而导致码头交通流量拥挤。4码头整体的效率低。5几乎很难实现边装边卸方式。6实现双箱吊工艺时容易产生差错。由于旧集卡调度系统存在着其自身无法克服的的弊端，缺乏对现场作业的实时监控
15、，而且因为集卡状态无法精确定义，集这样在一些相对资源比较紧张的码头，无法保障装船的效率和准确率达到预定的服务指标与效果3。集卡车做为集装箱运输的一种重要工具，如何使集卡车的调度更加效率化，是如今集装箱运输中的一个重要课题。为了适应我国的集装箱运输的高速发展，集装箱码头迫切需要有与之相匹配的高效率集装箱集疏运体系及流畅的集装箱进出港运输系统。要在码头生产现场充分利用好集卡资源，必须解决每条作业路按实时作业情况动态就近分配集卡，既要保证作业路的效率，又确保集卡行驶的安全性。112课题研究意义集卡动态调度方法打破传统的按照作业路静态安排集卡的模式。动态调度方法是将装船、卸船、转堆等一些列需要集卡参与
16、的作业联系起来，使每辆集卡同时对应多条作业线，保证集卡在空闲时能迅速投入工作，大大缩短了集卡的空载行驶时间和距离，实现装卸过程中的效率化，在不增加集卡数量的情况下大幅度提高生产效率。在采用集卡动态调度方法后，集卡运行距离缩短，岸桥下集卡的排队长度也变短了，因为所有工作路共享集卡，集卡的空载行程距离短，空载率降到50以下，当集卡出现故障时，采用动态调度方法可以提高集卡对故障反映敏捷度，即集卡出现故障，可以立即吧它排除在工作以外，另行调度空闲集卡。11国内外研究现状3121研究问题1利用排队论对集装箱码头集卡作业模式进行了研究4，建立了仿真模型，并对两种集卡作业模式进行试验研究。试验结果表明，采用
17、新的作业模式，装卸效率能显著地提高。当集卡1空闲时，岸边指挥员1或2都可选择其为自己这条路作业。当无线终端反映空闲集卡很多时，岸边指挥员的选车原则为卸船作业路选择码头前沿的空闲集卡，装船作业路选择箱区内的空闲集卡。比如，当某集卡从箱区拖箱到某码头作业路上装船结束后成为空闲集卡时，可到另一卸船作业路带箱进箱区，这样可减少集卡无效的空车行驶路程，提高集卡的利用率，加快作业的衔接。调度方法如下图11。图11集卡调度2计明军在集装箱码头集卡与岸桥调度优化中将线路最短优化问题转化为时间最短的优化问题5，在此优化问题中包括集卡的运输时间和岸桥。码头机械车辆作业如图12船舶到达泊位，通过岸桥卸箱到集卡，集卡
18、运箱到堆场，然后返回泊位或者到下一个堆场取箱返回泊位，此过程构成一个集卡行走回路。如何使得集卡行走线路最短就是码头集卡线路优化问题基于路径最短的集卡线路优化问题，并没有考虑到岸桥的作业效率，而岸桥作业效率也是评价港口效率的一个重要因素。4图12机械车辆流程3研究了通讯方式对集卡调度的作用6。为了提高集卡的利用率缩短集卡的空载行驶时间和距离，必须要在集卡就近原则的基础上提高集卡装卸转接的比例，集卡在完成卸船卸箱的过程后，按集卡行驶路径就近原则和作业路的集卡分配原则，尽量寻找堆场装船发箱的作业路。集卡在完成装船卸箱的过程后，按集卡行驶路径就近原则和作业路的集卡分配原则，尽量寻找码头卸船作业路。图1
19、3为集卡行驶路线示意图。图13集卡行驶路线示意图在使用车载无线终端的通讯方式下，系统采用3层结构，如图145图14系统结构示意图4集卡的动态优化组合调度模式是打破按照作业路静态安排集卡模式7，动态地调度集卡，将装船、卸船和转堆等一系列需要集卡参与的多条作业线共享所有的集卡，使每辆集卡同时对应多条作业线，保证集卡在处于空闲状态后可就近投入其他需要的作业线中，大大缩短集卡的空载行驶时间和距离，实现装卸过程的“重进重出”，从而在不增加集卡数量的基础上大幅度提高生产效率，该调度模式的流程如下图15。图15调度模式流程图空闲集卡无限网络最佳工作线路卡车司机选择最佳行驶路线目的位置道路通行状况场桥岸边排队
20、情况数据库服务器调度系统堆场监控系统65TPS（TRACTORPAGINGSYSTEM）即集卡调度系统在集装箱码头上的应运及优化。它能够使现场所有集卡合理、有序、灵活地参与到各项需要拖运的作业中去，尽可能地缩短集卡空载行驶的时间和距离，最大限度地提高集卡的拖运效率，节约成本。现代的集装箱码头一般都使用TPS。TPS是一种以中央控制室为指挥中心，以集卡上装有的无线终端为通讯手段，通过无线集群打包传送控制信号，由计算机生产系统内的集卡管理系统，根据生产对集卡的需求自动向相关的集卡发作业指令的集装箱码头装卸运营系统。通过动态的调度可提高集卡利用率，减少岸边桥式起重机的等待时间，提高装卸效率，降低码头
21、营运成本8。由于在实时发送每一条指令前都对当前箱区情况进行综合分析，某箱区一旦因车流量过大或机械故障造成交通堵塞后，统一方面将暂时切断该箱区作业指令的发送，避免进一步加重堵塞程度。另一方面会改发其他箱区的作业指令确保集卡。物尽其用，使其他作业路更顺利地进行，等堵塞或故障排除后，将重新发送该箱区的作业指令，在最短时间内恢复该箱区的作业所有这一切都将由系统自动完成。而未采用时，发生上述情况后该条作业路上的集卡只能待时造成资源浪费，如果要调整也只能等现场管理人员汇报控制室后，由控制员在系统中修改原设定，再通过现场指挥员一辆辆车口头通知，情况排除后仍需重复上述步骤，既不方便及时，也容易出错。此外在未采
22、用集卡调度系统的运转流程中，集卡与装卸机械之间存在着信息无法直接沟通的弊端，箱区作业已基本处于无人化状态，轮胎吊司机一般靠喇叭口头通知集卡，但是很容易受周围机械运转或行车噪音干扰而发生误听，在码头上尽管有桥边作业员。但由于需要核对箱号、验箱体，所以站位不可能离集卡司机很近。加上冬夏两季司机一般不开车窗，实际上桥边作业员大多采用手势传递信息，受光线条件影响看错的可能也同样存在集卡与装卸机械之间的信息可通过无线终端直接沟通，不但问题迎刃而解，而且进一步完善了无线终端的功能。使之发挥更大的效益，缩短空载行驶时间和距离，提高了集卡拖运效率。根据集卡当前位置和行驶方向自动选择最近箱区或桥吊的作业指令提示
23、给集卡司机，从而可将现场的装卸船和转堆作业路形成一个整体。使得集卡行驶路线达到最优化，确保集卡的空载行驶距离和时间压缩到最低限度，进而提高集卡拖运效率。6研究集装箱码头内的集卡智能全场调度总体方案，阐述了系统总体设计与软件的设计，并且通过模糊的自动控制原理来分析模糊控制器，将模糊控7制应用于集卡的调度系统中，借以实现集卡在整个码头范围内通过智能调度系统离线模糊计算产生的智能调度决策查询表，而集卡实际在运行时只要根据具体条件来查询这张表就可以很好地满足整个码头实际生产，这个成果在上海的浦东国际集装箱码头有限公司中得到了使用，因此改进了这个码头的集卡调度工艺中，使码头的装卸效率地得到了提高，而对于
24、码头集卡调度,目前的国内各个码头以及国外大部分码头都普遍采用的“作业线”的模式，这种模式就是依照集装箱码头操作人员经过多年总结的经验，经过下达作业任务之后，把桥吊、集卡和龙门吊和正面吊组成作业线，按照一定的数量比，这一条作业线就按既定目标工作，而不去考虑其他作业线的作业情况，但这种模式缺乏对各条作业线集卡的动态调配，集卡空驶严重造成设备利用率低下，但是随着信息化技术的不断发展，尤其是智能技术的快速发展让人们可以打破这种作业线的限制，而在整个码头范围里根据实时作业要求来动态满足集卡的调配，从而由作业线模式转变为作业面模式。码头集卡调度时主要考虑作业任务的重要程度和集卡需要行驶的距离，以往只能靠人
25、工经验对这两个要素进行线性判断，但运用模糊技术就可以将这两者进行综合考虑，使得调度方案能最优地综合满足这两个条件，从而达到对传统装卸工艺改造的目的。系统的总体设计包括确定各模糊变量的隶属函数类型；精确输人、输出变量的模糊化；制定模糊控制规则；确定模糊推理算法；模糊输出变量的清晰化9。122建模方法1NCL语言建模。采用POEM平台中NCL语言对模型来求解。在整个集卡的作业优化过程中，可以将它分成两个优化问题卸船中装车优化问题和装船的优化问题，这两个优化问题，他们的本质是相互独立的。对于装船优化问题,可以将它看成是一个运输平衡的问题，通过表上作业法，来找到最优解。研究重点是卸船及装车的优化问题。
26、对于实际集卡作业来说，卸船的集装箱数量和装船的集装箱数量一般是相等的,为了使建模和求解问题简单，通过构造虚拟的卸船贝位以及虚拟箱区，或者虚拟装船的贝位和虚拟箱区来达到卸船集装箱数量和装船集装箱数量相等，然后采用NCL进行求解10。2WITNESS集装箱码头装卸运输仿真建模8WITNESS是由英国LANNER公司推出的功能强大的仿真平台软件。该公司积累了十多年的计算机软件研发经验，可以同时适用于离散时间系统和连续流体系统的仿真，在世界上得到了非常广泛的应运11。仿真模型模拟集装箱码头内集装箱轮船从卸船开始后到装箱完毕之间的整个码头运营过程，显示了桥吊、集卡和后方堆场装卸设备之间的全程协作，通过不
27、同集卡数量和集卡车速的运行结果考察，找到适于流程特点的集卡配置策略。现代的集装箱码头的装卸工艺一般是先将进口集装箱从船只上卸下，后将出口集装箱装上船。每个集装箱在码头上的位移过程分为三个阶段码头前沿装卸机械对船舶的集装箱装卸，后方堆场装卸机械对集装箱吊取码放，水平运输机械往返于前沿和堆场之间的运输过程。根据这些设计出仿真模型的整个流程。123优化算法1集卡调度学习算法强化学习是一种无监督的机器学习技术，能够利用不确定的环境奖赏发现最优的行为序列，实现动态环境下的在线学习，因此被广泛用于AGENT的智能决策。其中，Q学习算法是目前强化学习的主要算法之一，其思想是直接优化一个可迭代计算的Q函数。Q
28、函数定义为在状态时执行动作，且此后按最优动作序列执行时的折扣累计回报值。Q函数的更新登时可以表示为1,1,NNQSAQSARV式中Q是在S状态下执行动作A的预期值；R是执行动作A获得的立即反馈是控制收敛的学习率；是折扣因子；V是在状态S下Q的最大值12。2改进遗传算法采用自然数编码例如对9个集装箱运输任务进行分派时，染色体6122783945表示第1个集装箱由第6辆集卡运输，第2个集装箱由第1辆集卡运输，依此类推。初始种群随机产生。个体选择概率的分派方法采用基于排序的适应度分派。同时，为了防止最优解的遗失，采用保优策略，将当前最优解直接复制到下一代种群。在执行交叉操作前，将整个种群分解为3个子
29、种群，各子种群分别采用部分匹配交叉，线性次序交叉和循环交叉操作来实现进化，用复合多交叉方式来继承父代的优良模式，并一定程度上保持种群的多样性10。另外，为了更好地保持种群的多样性，防止算法早熟和陷入局部最优，这里还引入小生境技术对9遗传算法进行了改进13。3蚁群算法蚁群算法能够将问题求解的快速性、全局优化特性和有限时间内答案的合理性结合起来，因此对于能够直接转化为路径优化问题的组合类寻优问题，能取得比较理想的效果。假定码头前沿岸桥和后方堆场的轮胎起重机装卸效率是确定的。将港口作业总成本作为最重要的因素，由集装箱卡车行驶路径总和和等待时间及装卸时间共同决定，则如何进行集装箱卡车调度是决定作业总成
30、本最小的关键。对此类的研究基本处于理论探讨阶段，且大多是只从单一资源的角度来考虑的，缺乏全局性和整体性。蚁群算法是一种新的群体智能启发式优化算法，在求解过程中利用其特点，能够加速向较好解收敛，为求解本问题提供了一种新思路。有关于蚁群算法在港内集装箱运输调度模式的研究主要是根据实际装卸情况，考虑船舶泊位担忧时间确定的条件下，建立单船多岸桥装卸作业的数学模型，是作业总成最小，并设计模型的蚁群算法14。4改进的进化规划进化规划是进化计算中的一种算法，该算法的主要特是不采用交叉算子，只使用变异算子。理论上变异算子保证了进化算法收敛到全局最优15。5启发式算法最短路径问题有很多种意思，在这里启发式指的是
31、一个在一个搜寻树的节点上定义的函数HN，用于评估从此节点到目标节点最便宜的路径。启发式通常用于资讯充份的搜寻算法，例如最好优先贪婪算法与A。最好优先贪婪算法会为启发式函数选择最低代价的节点；A则会为GNHN选择最低代价的节点，此GN是从起始节点到目前节点的路径的确实代价。如果HN是可接受的（ADMISSIBLE）意即HN未曾付出超过达到目标的代价，则A一定会找出最佳解。最能感受到启发式算法好处的经典问题是NPUZZLE。此问题在计算错误的拼图图形，与计算任两块拼图的曼哈顿距离的总和以及它距离目的有多远时，使用了本算法。注意，上述两条件都必须在可接受的范围内。12论文结构第一章绪论。介绍了论文研
32、究背景及当前发展状况。第二章集装箱调度模式研究。对传统的集卡调度模式进行分析，提出新的10集卡动态调度方法。第三章路径最短集卡优化模型。以集卡行驶路径最短确定最佳行驶路线，建立路径最短模型。第四章算列验证。通过算例验证模型的可行性。第五章总结与展望。总结本文所作工作并提出一些后续意见。112集卡调度模式研究21集卡现行调度模式分析211集卡“作业线”调度模式作为集装箱码头的重要水平运输设备，集卡是桥吊与堆场之间，堆场与堆场之间的运输集装箱的重要工具。现在，我国大多数集装箱码头用的都是“龙门吊装卸工艺系统”，一般的集装箱码头在装船，卸船的的作业中都采用固定路线的方式，每一辆卡车特定服务于某一座岸
33、桥，直到集卡完成该岸桥分配的任务为止，然后接到指令再继续下一个循环，服务于另一个岸桥。这种集卡与岸桥绑定搭配的作业模式成为“作业线”装卸工艺，集卡基于“作业线”装卸工艺的调度模式如下图21所示16。图21“作业线“集卡调度模式从上图所示，现在的集装箱码头在装卸船作业的过程中，集卡重载行驶都是单向的。在卸船作业时，集卡空车等待在桥吊下等在卸船，桥吊将集卡放到集卡上后，集卡行驶到堆场某一箱区将集装箱卸下，之后在空车行驶到岸边，进行下一个作业任务。而在装船作业中，集卡空车行驶至堆场某箱区，在该箱区装箱重载行驶到岸边等待装船，等装船完成之后在空车行驶至堆场箱区进行下个循环。进口箱区集卡出口箱集卡122
34、12“作业线”调度模式分析关于国内广泛应用的“作业线”集卡调度，在该调度模式作业过程中，往往由几辆集卡分为一组固定为一个岸桥服务。在这个组合里，集卡和岸桥都相对固定，最多也只是在卸船的过程中会出现不同的集卡服务不同的岸桥，由集卡司机根据岸桥的排队情况自行的选择相对较空闲的岸桥进行服务，从而达到平衡作业线，使不同的作业线能够平衡。而在装船的时候则只能固定的集卡服务固定的岸桥，应为每个集装箱在船上所处的贝位不同，岸桥是某一时间是固定在某一贝位的，所以，在装船过程中不能出现集卡根据岸桥作业效率而自行选择岸桥进行装船作业的情况，这就会产生集卡排队现象，有些岸桥空置，而有些岸桥却处于排队的状况。集卡的具
35、体调度模式当集装箱船舶靠岸后，码头的调度人员根据船舶的配载图，集装箱的进口数量和出口数量，堆场贝位图等因素配置机械设备15，当船舶靠岸之后，首先要确定的是船舶是要装船还是卸船，当确定之后，根据集装箱数量为船舶配置岸桥和轮胎吊，根据岸桥的数量在配置集卡的数量，一般每台岸桥都配置5到6量集卡，集卡按照固定的作业线路行驶，该集卡服务固定岸桥直到作业全部完成，船舶离开码头为止。在整个过程中，集卡行驶于“岸桥堆场岸桥”的路线中运输集装箱。“作业线”装卸工艺的特点，虽然司机操作比较简单，沿着单一的线路不会出错，作业线路是循环的，只要穿梭于固定的行驶路线就行了，集卡行驶在岸桥与堆场之间。集卡进行作业过程中，
36、有一半的过程，集卡是空载行驶的。“作业线”调度模式便于管理集卡，简单不容易出错，但是这种模式下的集卡管理不能有效的利用集装箱码头的机械设备，集装箱码头总体的效率也无法提高。因为集卡在行驶过程中不能充分利用，空载里程在50左右，集卡的行驶总路程也很大，造成集卡的效率低，集卡在行驶过程中耗油，耗时所产生的成本大大增加。关于集卡的数量配置问题，需要根据管理者以往的调度经验，中控室进行实时监控，随时准备现场调配集卡，这样的工作方式浪费大量的人力，物力，又不能产生好的效果，无法突出集卡的灵活性。如果集装箱的运输量小，岸桥被充分利用的情况下，就会发生多辆集卡仅仅服务于很少集装箱的情况，造成集卡的运输过程中
37、等待时间长，降低集卡效率。如果集装箱的运输量过大，集卡的配置数量仅仅只有固定岸桥的数量，就是导致少量集卡服务多个集装箱，集卡欠缺，岸桥的利用率降低，会出现岸桥等待集卡的情况，导致生产环节脱13节，衔接不上。根据以上所述，采用“作业线”模式调度集卡，在实际的操作过程中，集卡的总行驶路径长，总等待时间久，集卡的配置不合理们就会发生岸桥等待集卡的现象，也会发生集卡等待岸桥，集卡在码头前沿等待岸桥装卸集装箱的情况，空闲集卡在等待装箱的情况计较严重，会出现集卡排队现象，造成交通堵塞。总提上说，传统的集卡调度模式很难满足当代集装箱码头的生产要求，集装箱码头想要快速发展，保持码头的竞争力，寻找合理的集卡调度
38、系统是当务之急。22理想状态下的集卡调度模式221集卡“作业面”调度模式目前大多数码头采用的集卡调度模式都是“作业线”调度模式，这种调度模式大大的降低了集卡的利用率，使集卡的工作时间加长，集卡在进行作业任务的时候，空载行驶距离的50以上17。作业集装箱码头很重要的水平运输机械，它起到了集装箱的转堆，运输的作用，集卡的的使用效率直接影响了集装箱码头的运行成本，为了提高码头效率，降低成本，这里提出了一种调度模式，基于“作业面”集卡调度模式。它使得集卡不在固定服务于某一个固定岸桥，而是按照整体的优化调度结果来执行装卸任务。集卡基于“作业面”的装卸工艺调度模式如图22所示。图22“作业面“集卡调度模式
39、从图中可以看出，执行“作业面”集卡调度模式来调度集卡，集卡在作业进口箱区集卡出口箱集卡14过程中可以有多种选择1集卡在岸桥装上一个进口集装箱运输到堆场某一个箱区后，可以直接返回岸桥进行下一次装卸；2集卡在岸桥装上一个进口集装箱，将集装箱运输到某一个箱区，卸载集装箱之后，行驶到另一个箱区，在另一个箱区装载一个出口集装箱，返回岸桥进行装船作业。3集卡再岸桥装一个进口集装箱，运输到某一个箱区后，通过龙门吊卸载集装箱，再在该箱区装载一个出口集装箱运到岸桥装船。222“作业面”调度模式分析关于“作业面”集卡调度模式，集卡在集装箱码头进行装卸作业的时候，集卡可以根据集装箱所处的贝位进行动态调度，也就是说，
40、集卡不再服务于固定的岸桥，集卡的调度方式是动态的，不会再出现静态集卡调度模式所出现的集卡形似路线单一，根据固定线路进行作业的情况。“作业面”集卡调度方法大大减少了集卡的空载行驶路程，提高了集卡的使用效率，令集卡重载双向行驶成为可能18。“作业面”集卡调度模式具体为船舶靠岸后，光口的管理人员根据船舶的配载图、集装箱出口数量、集装箱进口数量，有关堆场贝位图等一些因素进行机械设备的配置，就是当船波靠岸后，首先判断的是装船或者是卸船，由此进行码头的机械设备的配置，如岸桥与轮胎起重机的配置，集卡则按照中央控制室的作业线路完成集装箱的装卸作业。不过相对于“作业线”集卡也是按照中央控制室给定指令作业不同，在
41、装卸过程中“作业面”集卡不在局限于为某一个固定的作业线路服务，而是根据整个码头船舶装卸的实时情况，由中央控制室发出指令集卡的动态调度。使用“作业面”集卡调度模式，集卡再码头作业过程中，不在局限于为某一个作业线服务，实现了集卡服务于整个码头的目标，包括在不同船舶靠岸进行装卸作业时，在码头堆场箱区内集装箱的转箱作业。比如集卡再完成一次作业后，控制系统按照路径优化和指令优先等为集卡分配下一次人，集卡服务的对象动态的与码头的整体的作业搭配。在“作业面”集卡调度模式中，打破了传统的集卡调度方法，即固定线路那排集卡，根据岸桥数安排集卡数量等方式，新的调度模式，动态的将集装箱的装载、卸载、箱区与箱区之间的转
42、箱作业等15一系列需要集卡参与的的作业进行综合的调度，集卡在任何时刻，根据路径的距离被多想任务选用，集卡成为岸桥和场桥共享设备。如果把集卡一次任务看做一个节点，则集卡到达这个节点之后有多种任务可供选择，因此，集卡在完成所有任务的过程中，有多种调度和分配可供选择。综上所述，集卡“作业面”调度模式，打破了传统的集卡固定服务于某一条作业线路，固定服务某一岸桥的模式，而是在不同的作业线路，不同的场桥，岸桥之间随机的进行服务，使集卡为码头整体作业，包括不同的船舶、岸桥、场桥、堆场、箱区进行服务。“作业面”集卡调度模式提高了集卡的使用效率，大大减少了集卡运输过程中的空载距离，进而是缩短整个作业时间，提高了
43、岸桥与场桥的利用率，因此使船舶的靠岸时间缩短，减少了集装箱码头的运行成本，因此，这种调度模式必将替代旧的“作业线”调度模式，成为集装箱码头主流的集卡调度模式，为集装箱码头的管理人员提供决策支持。23调度模式比较集装箱码头的的所有运行成本中，岸桥的运行成本是最贵的，因此，如果码头每增配一台岸桥，就要配备相应的龙门吊和一定数量的集卡，除此之外还要配备一定数量的人员和其他设备。因此，必须提高岸桥的利用效率，只有充分的利用了岸桥的产能，提高岸桥的作业效率，增加产能，才能节约码头总体的运行成本。为了保证岸桥的利用效率，所以码头又需要配备一定数量的龙门吊和集卡，保证集岸桥作业过程中不会出现岸桥等待集卡的现
44、象，所以集卡的调度也是非常重要的一个方面，是码头资源调度的一个非常重要的问题19。集装箱船舶靠岸之后开始了装卸作业，集装箱需要使用岸桥对其进行装卸作业，集装箱在堆场与堆场之间和岸桥与堆场之间的运输都由集卡负责，而在堆场中的装卸活动则是由场吊完成。为了保证使船舶在港停靠的时间减少，岸桥需要尽量的持续装卸作业，这样就必须要保证集卡能够及时服务与它相配对的岸桥，并能够迅速往返在堆场和岸桥之间，而不至于出现岸桥空闲，等待集卡的现象。因此，要提高集装箱码头的装卸效率，就要根据岸桥作业的具体情况，合理地调度集卡，减少岸桥等待集卡的时间。但是要考虑集卡在集装箱码头具体作业中所要求的复杂性和集卡所拥有的的灵活
45、性、集卡数量大等特点，集卡调度的问题就成为了集装箱码头资源调度中的一个复杂问题。就现在来说，16集卡调度模式主要有静态调度与动态调度，即集卡“作业线”装卸工艺的调度模式，集卡“作业面”工艺调度模式。静态调度模式是将集卡静态分配于特定的岸桥和作业船舶，直到集卡的装卸任务完成；动态的调度模式则是根据装卸船舶的作业需要，动态的调度集卡，使集卡的作业与整个集装箱码头项链，集卡吧卸船集装箱交至到堆场后可以不选择直接返回岸边，而从堆场一个箱区内选择一个出口集装箱，把集装箱运回岸边以装船。集装箱码头集卡动态协调调度优化的作业流程如图23所示。图23集卡动态调度方法流程图图中船舶按照积载图卸船，然后经过桥吊卸
46、载，集卡水平运输到堆场某一箱区，使用龙门吊卸载，再行驶到另一箱区使用龙门吊装箱，集卡运输到岸边使用桥吊装船。两种集卡调度模式各有各的特点，可以通过以下几点来比较这两种调度模式的优缺点，分析它们的特点20。1集卡行驶过程中的重载距离集卡静态调度模式是由集卡服务于固定单一路线，空载行驶的距离大概占集卡总行驶路程的50以上；动态的集卡调度模式则因为集卡服务于不同的路线，能够使集卡实现双向的重载行驶，大大缩短了集卡空载的行驶距离。2集卡利用率静态的集卡调度模式因为集卡作业线固定，利用率比较低下；动态的集卡调度模式中集卡是整合使用的，所以集卡利用率比较高。3岸桥作业效率的影响集卡在静态的调度模式下，当岸
47、桥作业效率高时，因为集卡不能够及时的到位，会影响到岸桥作业效率的发挥，当岸桥的装卸作业效率低时，又会容易造成场地和岸桥之间的交通堵塞；在动态的集卡调度模式下，当岸桥装卸集装箱的效率高时，可以动态调度满足一定数量的集卡为岸桥进行服务，保证岸桥的作业不间断，当岸桥的装卸集装箱效率低下时，可以调度多出来的集卡去为其他作业线服务，码头整个的作业秩序良好。4实现途径静态的集卡调度模式主要是由人工调度，司机操作的比较简船舶桥吊集卡龙门吊龙门吊集卡桥吊船舶17单，不过对作业的变化之后的反应滞后，码头整体调整比较慢；动态的集卡调度模式则是根据系统最优的路径进行自动调度，能够对各种作业的变化进行提前的反应。5经
48、济效益静态的集卡调度模式，因为集卡的运行能源所造成的消耗很大，所以增加了单个集装箱的成本，而在能源的价格不断攀升的现在，集卡有一半时间在进行空载运行所浪费的成本是很大的，大大的提高了集装箱能耗成本，因此经济效益很差；动态的集卡调度模式中，集卡因为能够实现双向重载行驶，在很大程度上减少了集卡空载的行驶距离，大大提高了集卡的利用率，也降低了能源的消耗，使集装箱码头的运营成本降低了不少。集装箱码头的贸易量在不断的增加，船舶也在向大型化发展，众多集装箱码头的资源利用率都已经达到饱和，怎么样能够在减少投入时也能保证停靠的船舶可以及时的得到服务已经渐渐的成为集装箱码头所必须面临的一个重要的问题。想要在降低
49、集装箱码头的运营成本，又要进一步提高集装箱码头的装卸作业效率，传统的“作业线”的静态集卡调度模式己经远远不能满足集卡调度所要达到的预期目的。通过对比两种集卡作业调度模式，采用“作业面”的动态集卡调度模式，可以同时考虑到岸桥的装卸作业的时间，也能够提高岸桥的装卸效率，令集卡可以动态的服务在不同岸桥和不同堆场箱区，大大的缩短集卡空载的行驶距离和时间，让装卸过程中的“重进重出”得到实现，从而提高了集装箱码头整体的生产效率，让码头的运营成本也得到降低，综上特点使集装箱码头早激烈的竞争中取得竞争优势。183路径最短集卡优化模型31模型概述由于近几年来的世界经济危机影响，每个国家的集装箱码头所拥有的吞吐量都拥有不同程度的减少，伴随着愈演愈烈的航运市场竞争，我国港口和国外的港口间的竞争也是日益加剧。随着其他国家的集装箱码头中的物流作业所用公寓的高效化与低成本化，将来在新一轮的国际世界经济贸易中，国内的港口将会受到更严重的冲击和挑战。伴随着集装箱船舶朝大型化发展的趋势，很多集装箱码头的作业资源利用率达到或接近饱和，致使大型船舶的优势受到了制约，每天压港导致的船期损失将达到几十万甚至是上百万美元，因此，国际班轮对集装箱码头的物流作业效率以及作业时间的计划性提出了更高的要求。只有全面提升集装箱码头的整体物流作业效率水平，尽可能降低各类班轮的在港停靠时间，缩短航线周期，
