摘 要

码头堆场作为对运输货物进行装卸、中转、储存等多种作业的重要场所，其调度优化管理问题是至关重要的一个环节，而起重机作为进行各项作业的重要机械装置，优化它的调度与控制方法成为了提高港口工作效率必不可缺的手段。我国港口过去有很多调度理论和方法，但发展至今的港口与传统港口在堆场上的布局和作业方式上都有着不可忽视的差距，这使得很多传统性的码头调度理论与方法并不适用于当前的码头堆场。

本文通过对集装箱码头堆场起重机在堆场调度问题的研究,查找国内外集装箱堆场装卸机械配置与调度问题的研究现状研究现状，分析了堆场起重机调度理论及影响起重机效率的因素。针对堆场起重机建立了以最小等待时间为目标函数的线性规划模型,引入了先后顺序、等待时间，作业时间等关键约束并采用模拟退火算法进行求解。利用Matlab软件进行仿真实验，证明了该方法能够有效提高码头堆场的作业效率。

关键词：码头堆场，装卸机械，堆场起重机，调度优化

Abstract

As an important place for loading, unloading, transferring, storing and other operations, the scheduling and optimization management of the terminal yard is one of the most important links. As an important machine for operation in the terminal yard, the scheduling and control of the crane has become an indispensable means to improve the efficiency of the port. In the past, there were many dispatching theories and methods in China's ports, but there is a significant gap between the developed ports and the traditional ports in terms of yard layout and operation mode, which makes many traditional theories and methods of wharf dispatching not applicable to the current wharf yard.

The goal of this paper is to find out the current situation of domestic and foreign research on the allocation of container yard loading and unloading machinery and the scheduling research through the research on the scheduling problem of yard crane, analyze the scheduling theory of yard crane and the factors affecting the efficiency of crane, and establish a linear programming model with the minimum waiting time as the objective function for the yard crane, Key constraints such as sequence, waiting time, and job time are introduced,. Using MATLAB software to carry out simulation to verify the important role of improving work efficiency. Key words: wharf yard, loading and unloading machinery, yard crane, scheduling optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状综述 2

1.2.1 国内外集装箱堆场的空间资源配置的研究现状 2

1.2.2 国内外集装箱堆场的设备资源配置的研究现状 3

1.3 主要内容和研究方法 4

1.3.1 主要研究内容 4

1.3.2 主要研究方法及技术路线 4

第2章 码头堆场调度问题 6

2.1 码头堆场的概述 6

2.2 堆场的功能 6

2.2.1 堆存功能 6

2.2.2 交接功能 6

2.2.3 货运功能 6

2.2.4 检验和修理功能 7

2.3 堆场起重机调度概述 7

2.3.1 箱区内的起重机调度 8

2.3.2 箱区间的起重机调度 8

2.4 集装箱起重机调度优化影响因素 8

2.4.1 操作的任务数量 9

2.4.2 起重机调度顺序 9

2.4.3 起重机配置数量 9

2.4.4 堆场的堆存策略 9

第3章 模型建立 10

3.1 问题描述 10

3.2 问题假设 11

3.3 模型建立 12

3.3.1 模型建立条件 12

3.3.2 模型参数 12

3.3.3 模型确立 12

第4章 MATLAB仿真实验 14

4.1 模拟退火法 14

4.2 模拟退火算法的具体流程 15

4.3 MATLAB实例验证 15

4.4 结果分析 17

第5章 结论与展望 18

5.1 结论 18

5.2 展望 18

参考文献 19

附录A 21

致谢 25

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

随着全球经济的迅猛发展，国际航运业也同时越来越兴盛，全球的运输总量也在以十分惊人的速度增长着。港口作为连接海上和陆地运输的重要枢纽，各大航运公司为了满足逐渐增多的物品运输需求，达到航运市场最新的形势趋势，船舶则逐渐向大型化发展，例如上海港就已经驶入过装载量高达1.4万TEU的世界上最大的集装箱船^[1]。但是船舶的大型化带来的是单船集装箱运输量的极大增加，使得许多码头为了装卸储存更多的货物，而产生了满负荷甚至超负荷运作的现象。尤其是我国作为全球最大的集装箱进出口国家，近几年中国港口包揽的集装箱进出口量的比重在全世界逐年递增，我国港口承担着更大的任务量，如果无法突破创新，提高港口的操作效率，这不仅对港口服务水平的评价不利，还导致了港口的效率低下，降低了同行之间的竞争力。

为了解决这类现象，同时保证满足越来越多的货物运输需求以及大型船舶对集装箱码头服务质量的要求。不少港口都想拿出积极的改善方案。有客观条件的，最直接有效的方法就是投入巨额资金扩建码头以及更换老旧的设施，然而拥有这种客观条件的港口少之又少，绝大多数的港口受限制于地域资源无法进行扩建码头，即使有足够的土地资源但是过高的成本也会带来诸如资金回收周期长等风险这类的代价；然后在设施的更换上，首先是设备的增加也需要拥有足够的土地资源，其次集装箱的装卸设备都相当昂贵，特别是码头和堆场的起重机等类型的大型机械，而且新的机械就需要增加新的工作人员，并且对员工的服务要求也有所提高，这对于很多港口来说成本过高，因此扩建码头和增加更换作业设备的手段是十分不可取的。