面向集裝箱碼頭的仿真技術和優(yōu)化方法研究.pdf

1、集裝箱碼頭物流系統(tǒng)是由港口設施、機械設備、人員等組成的具有裝卸、搬運及存儲功能的系統(tǒng)。隨著國際貿易和集裝箱化的快速發(fā)展和港口競爭的加劇，港口經營和決策者面臨著更多的機遇和挑戰(zhàn)，為了使集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的規(guī)劃設計具有前瞻性和提高系統(tǒng)的作業(yè)效率，對集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的布局規(guī)劃、設備配置、作業(yè)調度等方面進行仿真技術和優(yōu)化方法的研究，有其現(xiàn)實意義，勢在必行。本文結合復合建模、遺傳算法、模糊控制、虛擬現(xiàn)實等技術，對集裝箱碼頭的設備配置、泊位指派、

2、集卡調度、堆場車流控制、碼頭規(guī)劃設計等問題進行了仿真技術和優(yōu)化方法的研究，主要內容如下： (1)考慮到集裝箱碼頭物流系統(tǒng)動態(tài)、離散的特點，以及船舶到港的不確定性對設備配置的影響，結合Petri網(wǎng)這種結構化的動態(tài)離散系統(tǒng)的描述工具，在集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)特點分析的基礎上，提出基于分層賦時有色Petri網(wǎng)(HTCPN)對設備配置進行研究的方法，并對有色Petri網(wǎng)進行了分層賦時擴展，用分層將系統(tǒng)劃分為不同的對象和模塊，用顏色標識不同資

3、源，用賦時來觸發(fā)離散動態(tài)系統(tǒng)的事件。結合CPN Too;s仿真建模工具，對碼頭規(guī)劃中的集卡優(yōu)化配置的案例進行了仿真分析，說明該方法可行。 (2)集裝箱碼頭泊位指派問題一般按照固定泊位進行，由于近年來船舶大型化的趨勢，某些泊位的長度已不能滿足大型船舶靠泊的要求，因此提出泊位連續(xù)化動態(tài)指派實現(xiàn)問題的解決。本文對泊位連續(xù)化動態(tài)指派問題采用0-1整數(shù)規(guī)劃建立了數(shù)學模型，并將岸橋動態(tài)分配考慮到該模型中，構造了遺傳算法解決泊位指派這類組合優(yōu)

4、化問題，用組合染色體編碼表示船舶何時靠泊和何處靠泊的信息，構造了遺傳算法的適應度函數(shù)，并在eM-Plant仿真軟件上建立了相應的仿真模型，結合上海某集裝箱碼頭的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行仿真，結果表明能較好的解決動態(tài)指泊問題。 (3)針對集裝箱碼頭的集卡調度問題進行研究，提出了基于屬性(進口箱或出口箱)的有阻塞的混合流水車間(HFS-B)調度問題，以實現(xiàn)集卡調度的優(yōu)化；建立了基于屬性的多目標HFS-B的數(shù)學模型；采用基于工件和機器的表示方法進

5、行編碼，構建了四段染色體結構；采用權重和方法構建遺傳算法的適應度函數(shù)；基于實例在仿真軟件上建立了仿真模型，仿真結果表明該方法的提出能夠有效的解決集卡優(yōu)化調度問題。 (4)針對集裝箱堆存箱區(qū)水平于岸線布置的自動化集裝箱碼頭布局，結合港區(qū)道路交通特點，對交叉口AGV避碰問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)的設定和相位時間的確定，并設計了模糊控制器以解決相位配時問題，利用仿真軟件建立了交叉口交通流的仿真模型，對

6、目前常用的FIFO(先進先出)策略和FCB策略進行了仿真分析和比較，為自動化集裝箱碼頭交通控制決策提供支持。 (5)由于碼頭生產的復雜性，目前一般的三維仿真都是“事后仿真”，不能實時改變參數(shù)以實現(xiàn)對不同方案的驗證，本文提出虛擬集裝箱碼頭的概念，利用虛擬現(xiàn)實軟件MultiGen Creator和Vega，開發(fā)了一個在虛擬場景中能對集裝箱碼頭進行動態(tài)布局和作業(yè)仿真的虛擬平臺。集裝箱碼頭三維幾何建模具有設備多、場景大、模型復雜的特點，