王启友[1]2003年在《集装箱船预配优化模型研究》文中研究表明本文引入数学规划的方法，建立了集装箱船预配的优化数学模型，开发了集装箱船预配计算程序。文章详细介绍了该优化模型的原理和实现方法，主要内容包括：集装箱船的配载过程，装载单元块的提出和划分，集装箱船战略配载和战术配载，船舶性能计算与校核。应用该优化模型，解决了配载中的港序问题和船舶性能状态的控制问题，并取得较好的效果，为实现集装箱船自动配载又前进了一步。
张维英[2]2005年在《集装箱船全航线配载智能优化研究》文中研究说明集装箱运输具有“快速、安全、质优、价廉”的优势,在世界范围内得到了飞速发展,已成为世界各国交通运输现代化的重要标志及保证国际贸易的最优运输方式.配载是集装箱运输过程的一个核心环节,目的是寻求一种在满足既定约束条件下倒箱最少、作业高效的装载方案,是集装箱码头作业规划的重要组成部分.配载的优劣直接关系到集装箱海上运输的安全性和经济性,如何在众多可行的方案中寻求一种相对最优的配载方案,以保证船舶安全、降低运输成本、提高营运效率和市场竞争力,是航运业致力追求的主要目标之一。 由于配载问题是带有复杂约束的多目标组合优化问题,随着船舶载箱量增加和挂靠港口数量增多,问题的规模变得十分庞大,问题的解决也变得更为复杂.国内外许多专家在此领域作了许多有益的探索,也提出了许多解决问题的方法,但到目前为止,还鲜有解决配载问题的完整模型.作者在深入集装箱码头调研及查阅大量文献资料的基础上,探讨了集装箱船配载的特点、要求、过程及问题的复杂性,以集装箱船全航线配载研究为主线,使用智能优化算法与技术,对全航线配载及其相关问题进行研究,提出了求解配载问题的一些新方法。 大多数船在一个航次中要挂靠多个港口,编制配载计划时,要有全航线的整体观念,要对船舶在整个航线的挂港顺序和各港的箱源情况进行综合考虑,所以在一个码头配载时,必须考虑其对后续港口装卸的影响。由于在制订当前码头配载规划时,后续港口箱量信息还不能确定,给当前码头配载规划带来困难。为了解决这个问题,本文提出利用预测模型预测后续港口的箱量信息,为船舶全航线配载提供数据支持,在此基础上建立全航线预配和Bay位排箱优化模型,使用配载评价模型对配载方案进行综合评价及优选。 首先应用支持向量机理论建立了后续港口箱量信息预测模型。分析影响航次箱量的因素,建立全航线航次箱量预测指标体系,对后续港口的箱量信息进行预测。SVM模型适用于小样本、高维预测问题,具有较强的适应性及泛化能力,为集装箱船航次箱量这样一个小样本、多影响因素预测问题提供了一种新的有效方法。 建模是系统优化的基础,由于配载问题的复杂性,单纯使用一种方法无法很好地满足系统建模要求。本文在对问题分析的基础上,将配载问题分解为预配和Bay位排箱两个子问题,分别建立子问题的优化模型,并构造相应的算法,然后再组合成为原问题的解,可降低问题求解难度和时间复杂度。 预配主要是将装载港的集装箱按类型、尺寸及目的港组成同类箱组,以同类箱组为处理单元,依据一定的优化目标将其分配到船舶不同Bay位上。预配阶段以全航线倒箱数量
朱明华[3]2011年在《多工况集装箱船配载与堆场翻箱优化研究》文中提出集装箱运输因其快速、安全、质优、价廉的特点,在国际范围内得到了迅猛发展,已成为国际贸易的最佳运输方式。集装箱船配载是集装箱运输过程的一个核心环节,其目的是解决船舶在不同港口装卸集装箱时,在遵循配载基本原则、保证船舶稳性和强度并兼顾后续港口快速装卸的基础上,确定集装箱在船上的具体位置,减少中途港倒箱作业,提高船舶运输效率。集装箱船配载对确保船舶安全、货物安全以及保证船期有着重要影响。配载方案的优劣直接影响着客户、船方和集装箱码头的效益,也间接影响着与货物相关产业的供应链。因此,集装箱船配载问题一直是集装箱码头营运领域的重点和难点课题,对其研究也引起了国内外专家、学者的兴趣,并提出了许多解决方法。但由于集装箱配载问题是带有复杂约束的多目标组合优化问题,属于NP-Hard问题。随着集装箱船舶的大型化发展、新型港口机械设备及装卸工艺的应用,集装箱船配载问题得到了延伸,对这种情况下的快速、高效进行集装箱装卸作业提出了更高要求。然而,如何解决在多种作业工况条件下的集装箱船配载问题,尚未引起足够的重视,对于综合考虑与配载密切相关的堆场翻箱问题的研究还处于起步阶段。针对上述问题,本文首先对传统集装箱船配载问题的约束进行了分析和处理,提出了求解思路和并建立相应的数学模型。在此基础上,分析了双40ft(foot,英尺)岸桥作业模式,给出了多工况作业的含义,全面考虑集装箱船、集装箱和码头叁方面的约束,建立了多工况的集装箱船配载问题的数学模型,并设计了启发式算法进行求解。其次,本文研究了在给定堆场集装箱堆存状态和集装箱装船配载方案的情况下,如何确定合理的集装箱装船顺序；针对集装箱堆场翻箱问题,建立了以倒箱量最小并考虑场桥代价为目标的数学模型。最后,开发的多工况集装箱船配载仿真原型系统对上述研究成果进行了验证。论文的主要工作概括如下：(1)首先从集装箱码头工艺、集装箱船配载问题研究方法、建模与仿真技术在集装箱码头问题的研究应用等角度,详细综述了近年来集装箱船舶配载问题的研究现状和存在问题,引出了本文的研究内容和研究意义；(2)分析了集装箱码头的装卸工艺组成和典型装卸工艺,在此基础上研究了一种由双40ft岸桥、低架桥分配系统和双40ft场桥构成的新型自动化集装箱码头装卸工艺,给出了多工况作业的含义和表达方法,分析了配载问题的约束并提出了处理方法,为研究多工况集装箱船配载问题奠定基础；(3)在传统配载问题的基础上,引入集装箱码头岸桥作业工况和岸桥并行作业的因素,建立了多工况集装箱船配载优化的数学模型。将多工况集装箱船配载问题划分为预配载和倍位(Bay)排箱两个子问题,设计了启发式算法用于求解倒箱量最少、岸桥作业成本最小、满足集装箱船的稳性、强度和浮态的配载方案。通过实例进行了比较和分析,验证了该方法的有效性；(4)针对集装箱堆场快速、准确发箱的要求,在给定堆场集装箱堆存状态和集装箱装船配载的情况下,建立了集装箱装船顺序优化模型。以最大程度地减少倒箱操作实现快速、高效装船为目标,设计了启发式算法和基于规则的改进策略,通过对比分析表明改进策略能有效解决堆场装船顺序问题,提高码头堆场利用率和码头通过能力,降低码头装卸设备的运营成本；(5)为尽可能减少集装箱堆场的翻箱操作,深入分析了翻箱产生的原因。针对倒箱数量不足以全面反应场桥的装卸效率,提出了兼顾场桥的代价的思路,建立倒箱数最少且场桥成本最小的多目标堆场翻箱问题数学模型,并设计了基于定向搜索的启发式算法进行求解,实例对比验证了算法的准确性和有效性；(6)最后,基于自主开发的虚拟现实平台VRFlier,结合本文研究内容和关键技术开发了多工况集装箱船配载仿真原型系统CSPSS。实现了集装箱码头装卸工艺的仿真、多工况集装箱船配载方案的优化和仿真,为工艺方案和配载方案的评估提供了可视化环境,从而对本文的研究成果进行了验证。
张维英, 林焰, 纪卓尚, 孙文志, 余报楚[4]2008年在《集装箱船全航线预配优化模型与算法研究》文中研究表明集装箱船全航线配载问题属于NP-hard问题.为降低问题求解难度,提出了解决全航线配载问题的分解算法,即将配载问题分解为Bay位选择和Bay位中集装箱排序两个子问题.将Bay位选择看成是"装箱问题",以不同属性集装箱作为待装"物品",以船舶上的Bay位为箱子,以最优装箱(即使用箱子的数量最少)及集装箱在每个港口的倒箱数量最少为目标进行总布置配载;Bay位中集装箱排序是将Bay位选择阶段分配到不同Bay位的集装箱按某些规则进行排序,确定其在Bay位中的具体箱位.主要研究了Bay位选择阶段的模型及算法.实例模拟结果表明该方法可行,为集装箱船全航线配载优化提供了一个实用的模型.
杨星[5]2002年在《集装箱船配载优化设计研究》文中认为集装箱船配载方案的优劣直接关系到船舶和货物的安全，在众多的可行性配载方案中，寻求一种相对最优的配载方案一直是配载人员追求的目标。本文以集装箱船配载问题出发，讨论了集装箱船的配载特点、要求和过程，研究了集装箱船配载优化设计的主要目标，提出集装箱船配载优化的目标的关键是稳性、强度、吃水差和充分发挥集装箱船的装载能力等问题。集装箱船配载时对强度的考虑，主要是船舶的总纵强度、局部强度和扭转强度。集装箱船受力的优化，要求在不超过舱底和甲板局部强度的情况下，达到最小静水弯矩和扭矩。 在稳性优化目标方面，探讨了集装箱船初稳性的允许范围、合适范围，讨论了在确定最优初稳性值时，应考虑的因素。提出了最优初稳性高度的目标模型并通过列举计算多个不同尺度集装箱的具体数据，说明所求得的最优初稳性值与实际要求相一致。 在优化目标的实现方法上，根据不同目标的特点，采用了不同的方法，在配载时应尽量将各行位内各载荷重量左右对称分布以使扭矩最小。对于局部强度，主要是使各部位集装箱的垂向累计重量不超过甲板或舱底的允许负荷，由于一般都有资料可供直接使用，可在纵向受力的优化模型中以约束条件来处理。 在集装箱船的装载能力方面重点研究了充分发挥载重能力的问题，本文提出一种通过在预定压载方案下求取稳性范围，并使初稳性上限值接近且略大于最优初稳性值的方法来确定最少压载量的方法，从而充分发挥集装箱船载重能力。集装箱重量合理的纵向分布有利于减小船体所受的弯矩，合理的垂向的分布则有利于保证适度的稳性，充分发挥船舶载货能力，减少压载，改善航行性能和减小绑扎设备受力。对纵向受力和稳性优化的实现，应用了线性规划的理论方法。以最优吃水差作为原始数据，依据有关船舶资料，建立船舶总纵弯矩计算模型。以最小总纵弯矩为目标函数求集装箱重量的最优纵向分布(每行位集装箱重量的分布)。然后以集装箱重量在船上的最优纵向分布为基础，根据最优初稳性目标，以每行位集装箱重量垂向重量力矩为目标函数，求取集装箱在船上的垂向分布(各行位每层集装箱重量的分布)。最后，根据建立的线性规划模型，求出了一船某个航次的集装箱重量分布数值解，并据此设计了航次积载方案。
吴敏[6]2016年在《集装箱船配载评估系统研究与实现》文中指出集装箱海上运输作为一种先进的现代化运输方式,具有“安全、优质、快速”等优势,目前已成为国际海上运输最为主要的运输方式之一。集装箱船配载是集装箱海上运输的重要环节。随着集装箱船的大型化、高速化以及货物种类的多样化发展,配载工作日趋复杂。因配载不合理而造成的船舶受损、人员伤亡、环境污染等重大安全事故时有发生。另外,面对目前集装箱船和配载软件智能化高速发展的国际形势,我国的船员培训、考试评估大部分仍采用传统的人为方式,现在已展现出诸多弊端。为了提高我国集装箱船从业人员的专业能力,现依据有关国际公约和国内现行法规,结合相关高等航海院校、各级海事局、航运企业的需求,对集装箱船配载评估中的关键问题进行了研究,并最终开发了“集装箱船配载评估系统”。本系统基于B/S开发架构,采用了Java web、Javascript、MySQL等计算机网络编程技术,对集装箱船配载方案的自动评判进行了设计开发。重点对倒箱、非空箱压空箱、危险品集装箱的积载与隔离、冷藏箱的积载、船舶局部强度等配载中的关键问题进行了深入的分析和研究,建立了评判模型,实现了相应的评判功能。为了适应海船船员适任评估的需要,建立了在线考试系统、考务管理系统和监考管理系统叁个子系统。为了验证集装箱船配载评估系统的可行性,分别选取部分海船船员、在校学生及评估员对其进行了测试,系统功能能够满足海船船员适任评估考试的要求。本系统实现了对集装箱船配载方案的自动评判,对改变我国海船船员适任评估现状,提高我国集装箱船从业人员的专业水平和高等航海院校的教学质量具有实际意义,同时也为集装箱船智能配载系统的研发提供了一定的参考。
孙承猛[7]2008年在《下水驳船实时配载关键技术研究》文中研究表明下水驳船是一种高效的船舶产品及大型海洋结构物的下水和运载工具,在造船业兴旺的今天,可大大减轻船厂对干船坞和船台的使用需求。随着造船模式的发展和建造船舶吨位的增加,下水产品重量也在不断增加。在使用下水驳船作为产品下水工具时,如何保证整个作业过程平稳、安全和快速地完成,是一个非常值得研究的问题。本文针对下水驳船使用过程中各调载水舱调载方案的实时确定,上驳产品对驳船施加载荷的计算方法以及待调载水舱阀门的打开时刻确定等几个方面作了深入的研究。下水驳船在整个作业过程中,需要始终保持特定的、适宜的浮态,而驳船浮态的调整是通过调节各压载水舱的水量来实现的。何时进行调载,需要调节哪些压载水舱以及调节多少水量,这都是影响整个下水过程的关键因素。通常采用传统的人工手动方式进行调节,但其主要依靠操作人员经验,而且操作繁琐,效率低下。本文首先依照力学平衡原理,分析了驳船的受力特点,建立了力学平衡方程组模型。针对该模型,以总调水量最小为原则,采用牛顿迭代方法求解,并引入了差商代替导数的思想求解雅可比迭代矩阵;针对水舱按行列布置的较有规律的驳船,研究了四种特殊的有针对性的模型求解方法,并通过算例分析比较了这四种方法的特点,给出了方法选择的依据和准则。接着,结合上驳时间要求尽量短的特点,以力学平衡方程和调水舱水量的限制为约束,调水量绝对值之和为目标函数,建立了驳船实时配载优化模型。针对优化模型的非线性规划特点,对模型进行了归一化处理,分别采用了惩罚函数法和乘子法进行求解。通过工程实例计算分析,证明了所建模型和对应解法的正确性和适用性,同时也比较得出了两种模型及求解方法的优缺点。对于舱室布置对称性明显的驳船,适于采用力学平衡方程组模型求解,其计算速度快,结果稳定。而对于舱室布置任意性较强的驳船,则宜于采用优化模型求解,尽管计算速度稍慢,但其适应性较强,配载结果也较为合理。在下水驳船移运产品的上驳过程中,需要实时确定上驳产品对驳船所施加的压力载荷,从而为配载模型的计算提供必要和准确合理的已知数据。而该部分载荷的计算方法与产品上驳的方式密切相关。本文主要分析了滑道和气囊两种移运方式下的该载荷计算方法。对于滑道移运方式,分别采用了对已上驳部分产品重量载荷直接积分方法、弹性基础梁法和弹性支座的有限元法进行了计算分析。实例计算结果表明,对于支承滑道覆盖整个产品上驳长度的情形,可采用产品重量载荷直接积分方法进行计算,该计算方法具有简单和快速的优点,同时也不会与实际重量产生较大的误差;而对于产品相对于其支承滑道存在较大悬臂端的情形,则宜采用弹性基础梁法进行计算,其公式虽然复杂,但计算结果精度较高,且与实际情形较为接近;有限元法则适用于各种情形,并且计算结果具有很高的精度,但这往往又涉及到其他有限元软件的参与,不能满足上驳过程的实时计算要求。对于气囊移运方式,驳船承受产品的压力载荷既与驳船上支承产品的各气囊实时压力有关,又与驳船上支承产品的气囊根数及其位置密切相关。首先,本文依照力平衡原理,通过适当的假设,给出了支承产品气囊压力的实时计算方法。接着,依照运动学原理,分析了气囊和产品的相对运动关系,给出了不同的产品上驳长度时驳船上支承产品的气囊根数和其对应位置坐标的计算公式。最后,通过相应气囊的合力计算和坐标转换,得到了驳船所承受的气囊压力载荷计算公式。通过实例计算分析表明,在气囊移运方式下,驳船所承受产品的载荷具有离散性、突变性和周期性的特点,一般不宜采用滑道移运的方式进行近似计算。当配载方案确定后,如何控制阀门开关时刻来保证整个调水过程中驳船处于最佳的浮态,对于产品上驳作业过程具有重要的意义。通常,阀门开关操作存在两种不同的作业方式。在两种作业方式下,阀门开关时刻都会影响调水过程中驳船的浮态。而阀门开关时刻的确定主要与产品的上驳速度、调水舱室的阀门流量和潮位变化密切相关。通过分析调水过程特点,本文选取适当的驳船浮态表征函数作为目标函数,阀门调水时间范围作为约束条件,建立了作业过程中调水舱室阀门开关时刻的优化模型,分别研究了惩罚函数法、网格法和模拟退火法在模型求解中的应用。通过实例计算分析表明,所建的优化模型是正确和有效的,采用的解法均可使驳船在调水过程中保持较好的浮态。但采用网格法的计算量随调水舱室数量或调载时间等分份数的增加而急剧增长,导致求解时间不可接受;惩罚函数法虽求解时间较短,但调水过程中驳船浮态相对差些;而采用模拟退火法所得到的驳船浮态最好,只是计算时间稍长。因此,对于计算时间要求较短而浮态限制较松的情形可采用惩罚函数法;反之,则宜于采用模拟退火法或网格法。
杨晓宁[8]2008年在《下水驳船自动配载系统研究》文中进行了进一步梳理随着海洋事业的发展,尤其是海洋石油的钻探与开发以及国际海上联运行业的发展,大型结构物的需求越来越多。由于条件限制,大型结构物的建造一般选择在陆地上进行,建造完成后利用下水驳船进行下水,最后完成水中组装与就位。在大型结构物上驳过程中,随着结构物重心的移动和外界环境的变化,需要动态的测量、计算和调整控制驳船的压载液位。目前,国内的大型结构物下水都是依靠技术人员的工作经验完成的,存在着多项的人为误差和不确定因素;而有关船舶配载系统的研究和设计主要集中在用计算机解决配载计算问题,关于自动配载的研究还比较少。从提高配载效率、保证作业安全考虑,设计一套能够满足下水驳船和上驳产品各方面性能要求的自动配载系统是十分必要的。本文的研究内容包括:(1)从下水驳船配载过程出发,阐述了与下水驳船配载有关的浮态、稳性、强度的计算与校核方法;同时,阐述了与下水驳船配载系统密切相关的工程实际问题的解决方法:(2)给出了设计下水驳船自动配载系统的思路,并联系下水驳船配载实际,给出了下水驳船的设计方案,同时提出了利用解平衡方程算法实现下水驳船自动配载的方法;(3)针对具体的下水驳船,利用程序设计语言Visual Basic设计了一个下水驳船自动配载原型系统,该系统不仅实现了预配载计算,也能完成下水驳船的实时配载,并且提供了良好的人机对话操作界面:(4)联系今后各方面技术发展的趋势,针对本系统提出了有待于进一步解决的问题。
秦恒[9]2013年在《基于指标递阶分解的集装箱码头生产计划优化研究》文中研究说明国际集装箱运输业的快速发展,带动了集装箱码头吞吐量的不断攀升和船舶大型化的发展趋势,即使在近几年航运业比较低迷的情况下,集装箱码头业务仍持续快速地发展。面对不断变化的国际经济形势、行业发展状况和市场需求情况,来自船公司与客户的敏捷化、准时化、柔性化的服务需求日益变化,如何及时地对企业计划年度内的生产活动做出相应的计划和安排并指导下层计划的制定已经成为集装箱码头经营管理者面临的主要问题。这就对集装箱码头企业的生产管理水平提出了更高的要求。企业生产管理的过程就是在充分利用各种资源及现有生产能力的前提下,科学合理地制定企业生产计划和生产任务,并有效地组织安排其生产活动,以最少的投入,最大限度地完成生产任务和目标。因此,通过优化集装箱码头的生产计划体系,来制定出合理的生产计划,对于指导码头的生产活动,提高码头企业的生产管理水平和生产效率,具有重要的意义。本文综述了国内外集装箱码头生产计划的研究现状,通过对码头生产过程和计划管理过程的分析研究,引入系统工程的整体优化理论,基于指标的递阶分解,对集装箱码头综合生产计划和主生产计划进行研究,保持了计划分解过程中优化目标由上至下的一致性。本文主要探讨整体优化方法在集装箱码头生产计划中的运用,并建立了基于指标优化的两阶段生产计划优化模型：第一阶段在企业综合计划中,考虑到码头年度生产经营目标主要是利润、吞吐量、质量等经济效益指标,以码头年箱损惩罚费用最小和年利润最大为目标,建立了面向年度计划指标分解的多目标规划模型；第二阶段在主生产计划中,考虑到码头月度计划指标主要是吞吐量和效率,以码头岸边各泊位月度装卸时间最小为目标,建立了面向月度计划指标分解的多目标规划模型。采用粒子群优化算法对上述两个模型分别进行求解,仿真算例分析表明了模型和算法的有效性。最后对研究结果进行分析,总结了本文的研究成果和不足之处,并进行未来研究的展望。
参考文献：
[1]. 集装箱船预配优化模型研究[D]. 王启友. 大连海事大学. 2003
[2]. 集装箱船全航线配载智能优化研究[D]. 张维英. 大连理工大学. 2005
[3]. 多工况集装箱船配载与堆场翻箱优化研究[D]. 朱明华. 上海交通大学. 2011
[4]. 集装箱船全航线预配优化模型与算法研究[J]. 张维英, 林焰, 纪卓尚, 孙文志, 余报楚. 大连理工大学学报. 2008
[5]. 集装箱船配载优化设计研究[D]. 杨星. 武汉理工大学. 2002
[6]. 集装箱船配载评估系统研究与实现[D]. 吴敏. 大连海事大学. 2016
[7]. 下水驳船实时配载关键技术研究[D]. 孙承猛. 大连理工大学. 2008
[8]. 下水驳船自动配载系统研究[D]. 杨晓宁. 大连理工大学. 2008
[9]. 基于指标递阶分解的集装箱码头生产计划优化研究[D]. 秦恒. 大连海事大学. 2013