面向集裝箱碼頭的仿真技術(shù)和優(yōu)化方法研究.pdf

1、集裝箱碼頭物流系統(tǒng)是由港口設(shè)施、機(jī)械設(shè)備、人員等組成的具有裝卸、搬運(yùn)及存儲(chǔ)功能的系統(tǒng)。隨著國(guó)際貿(mào)易和集裝箱化的快速發(fā)展和港口競(jìng)爭(zhēng)的加劇，港口經(jīng)營(yíng)和決策者面臨著更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為了使集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)具有前瞻性和提高系統(tǒng)的作業(yè)效率，對(duì)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的布局規(guī)劃、設(shè)備配置、作業(yè)調(diào)度等方面進(jìn)行仿真技術(shù)和優(yōu)化方法的研究，有其現(xiàn)實(shí)意義，勢(shì)在必行。本文結(jié)合復(fù)合建模、遺傳算法、模糊控制、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，對(duì)集裝箱碼頭的設(shè)備配置、泊位指派、

2、集卡調(diào)度、堆場(chǎng)車流控制、碼頭規(guī)劃設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了仿真技術(shù)和優(yōu)化方法的研究，主要內(nèi)容如下： (1)考慮到集裝箱碼頭物流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、離散的特點(diǎn)，以及船舶到港的不確定性對(duì)設(shè)備配置的影響，結(jié)合Petri網(wǎng)這種結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)離散系統(tǒng)的描述工具，在集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，提出基于分層賦時(shí)有色Petri網(wǎng)(HTCPN)對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行研究的方法，并對(duì)有色Petri網(wǎng)進(jìn)行了分層賦時(shí)擴(kuò)展，用分層將系統(tǒng)劃分為不同的對(duì)象和模塊，用顏色標(biāo)識(shí)不同資

3、源，用賦時(shí)來(lái)觸發(fā)離散動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的事件。結(jié)合CPN Too;s仿真建模工具，對(duì)碼頭規(guī)劃中的集卡優(yōu)化配置的案例進(jìn)行了仿真分析，說(shuō)明該方法可行。 (2)集裝箱碼頭泊位指派問(wèn)題一般按照固定泊位進(jìn)行，由于近年來(lái)船舶大型化的趨勢(shì)，某些泊位的長(zhǎng)度已不能滿足大型船舶靠泊的要求，因此提出泊位連續(xù)化動(dòng)態(tài)指派實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決。本文對(duì)泊位連續(xù)化動(dòng)態(tài)指派問(wèn)題采用0-1整數(shù)規(guī)劃建立了數(shù)學(xué)模型，并將岸橋動(dòng)態(tài)分配考慮到該模型中，構(gòu)造了遺傳算法解決泊位指派這類組合優(yōu)

4、化問(wèn)題，用組合染色體編碼表示船舶何時(shí)靠泊和何處靠泊的信息，構(gòu)造了遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，并在eM-Plant仿真軟件上建立了相應(yīng)的仿真模型，結(jié)合上海某集裝箱碼頭的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明能較好的解決動(dòng)態(tài)指泊問(wèn)題。 (3)針對(duì)集裝箱碼頭的集卡調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行研究，提出了基于屬性(進(jìn)口箱或出口箱)的有阻塞的混合流水車間(HFS-B)調(diào)度問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)集卡調(diào)度的優(yōu)化；建立了基于屬性的多目標(biāo)HFS-B的數(shù)學(xué)模型；采用基于工件和機(jī)器的表示方法進(jìn)

5、行編碼，構(gòu)建了四段染色體結(jié)構(gòu)；采用權(quán)重和方法構(gòu)建遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)；基于實(shí)例在仿真軟件上建立了仿真模型，仿真結(jié)果表明該方法的提出能夠有效的解決集卡優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題。 (4)針對(duì)集裝箱堆存箱區(qū)水平于岸線布置的自動(dòng)化集裝箱碼頭布局，結(jié)合港區(qū)道路交通特點(diǎn)，對(duì)交叉口AGV避碰問(wèn)題提出基于模糊控制的緩沖區(qū)策略(FCB)，核心是路口緩沖區(qū)的設(shè)定和相位時(shí)間的確定，并設(shè)計(jì)了模糊控制器以解決相位配時(shí)問(wèn)題，利用仿真軟件建立了交叉口交通流的仿真模型，對(duì)

6、目前常用的FIFO(先進(jìn)先出)策略和FCB策略進(jìn)行了仿真分析和比較，為自動(dòng)化集裝箱碼頭交通控制決策提供支持。 (5)由于碼頭生產(chǎn)的復(fù)雜性，目前一般的三維仿真都是“事后仿真”，不能實(shí)時(shí)改變參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方案的驗(yàn)證，本文提出虛擬集裝箱碼頭的概念，利用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件MultiGen Creator和Vega，開發(fā)了一個(gè)在虛擬場(chǎng)景中能對(duì)集裝箱碼頭進(jìn)行動(dòng)態(tài)布局和作業(yè)仿真的虛擬平臺(tái)。集裝箱碼頭三維幾何建模具有設(shè)備多、場(chǎng)景大、模型復(fù)雜的特點(diǎn)，