【摘要】：碼頭的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題一直以來(lái)都是碼頭需要攻克的工程技術(shù)難題,也是學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。煤炭碼頭是煤炭運(yùn)輸過(guò)程中的中轉(zhuǎn)點(diǎn),優(yōu)化煤炭碼頭的生產(chǎn)調(diào)度對(duì)提高港口煤炭供應(yīng)鏈的效率起著重要的作用。煤炭在裝卸時(shí)容易造成粉塵污染,傳統(tǒng)的露天堆場(chǎng)已不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,碼頭開始嘗試建設(shè)對(duì)環(huán)境更為友好的封閉式筒倉(cāng)用來(lái)存儲(chǔ)煤炭。然而,國(guó)內(nèi)外的學(xué)者主要研究集裝箱碼頭和散貨碼頭,以及對(duì)筒倉(cāng)設(shè)計(jì)、煤炭自燃等因封閉存儲(chǔ)所帶來(lái)問(wèn)題的研究,從管理和決策的角度對(duì)筒倉(cāng)工藝和操作流程的研究較少,實(shí)際生活中煤炭碼頭也主要依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工調(diào)度。煤炭裝卸作業(yè)過(guò)程中涉及到的機(jī)械設(shè)備眾多,規(guī)則復(fù)雜,人工調(diào)度模式往往會(huì)使碼頭的運(yùn)作效率較低。為了尋求更為有效的決策方案,本文研究筒倉(cāng)裝卸系統(tǒng)和配煤生產(chǎn)調(diào)度管理問(wèn)題,梳理煤炭輸出作業(yè)流程,分析筒倉(cāng)分配的復(fù)雜性,探討協(xié)同調(diào)度的約束關(guān)系,依據(jù)實(shí)際選取以最小化船舶總在港時(shí)間作為優(yōu)化目標(biāo),最后使用兩種求解算法來(lái)驗(yàn)證模型的有效性。論文的主要研究成果如下:⑴本文首先深入分析新型筒倉(cāng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),梳理在采用筒倉(cāng)群的情況下煤炭進(jìn)倉(cāng)和煤炭出倉(cāng)的具體流程,分析調(diào)度問(wèn)題的本質(zhì)。對(duì)筒倉(cāng)作業(yè)進(jìn)行合理的假設(shè)后,發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為某種帶特殊約束條件的并行機(jī)調(diào)度問(wèn)題。結(jié)合碼頭實(shí)際作業(yè)過(guò)程中的約束關(guān)系,以及并行機(jī)問(wèn)題的模型,為煤炭輸出作業(yè)問(wèn)題建立了筒倉(cāng)線、泊位和裝船機(jī)三者協(xié)同調(diào)度數(shù)學(xué)模型。⑵該問(wèn)題的求解是一個(gè)強(qiáng)NP-hard問(wèn)題。本文從優(yōu)化的角度進(jìn)一步分析模型的約束,發(fā)現(xiàn)模型中的約束條件多為全局約束和邏輯約束,決策變量屬于含有起點(diǎn)、長(zhǎng)度和終點(diǎn)的區(qū)間變量,而約束規(guī)劃在處理這些復(fù)雜約束和表示區(qū)間變量方面有著很明顯的優(yōu)勢(shì)。因而本文借用ILOG CPLEX的CP系統(tǒng)提供的建模方法,為該問(wèn)題建立了以區(qū)間變量為基礎(chǔ)的約束規(guī)劃模型。⑶為尋求其他有效方法,本文又采用最為成熟的遺傳算法進(jìn)行求解,根據(jù)問(wèn)題的特性,設(shè)計(jì)了有效的編碼和解碼方法。在基本遺傳算法的基礎(chǔ)上,從初始種群設(shè)計(jì)、局部搜索、自適應(yīng)交叉變異概率三個(gè)方面進(jìn)行算法改進(jìn),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果上看,改進(jìn)遺傳算法的求解質(zhì)量有所提升。為比較約束規(guī)劃和改進(jìn)遺傳算法的性能,隨機(jī)生成多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集進(jìn)行算法測(cè)試,發(fā)現(xiàn)無(wú)論數(shù)據(jù)集是小規(guī)模還是大規(guī)模,是最優(yōu)解的目標(biāo)函數(shù)值還是算法運(yùn)行時(shí)間,在不同的需求類型、船型比例和到港時(shí)間分布的情形組合下,約束規(guī)劃的求解結(jié)果都要優(yōu)于遺傳算法。⑷以某大型港口的實(shí)際數(shù)據(jù)為例,運(yùn)用了約束規(guī)劃進(jìn)行求解,發(fā)現(xiàn)調(diào)度結(jié)果可以符合碼頭的調(diào)度需求,并優(yōu)于人工調(diào)度策略。為了滿足船舶的裝船需求,本文又設(shè)計(jì)了一種基于船舶調(diào)度的火車調(diào)度方法,以該案例求解結(jié)果為例,確定了火車調(diào)度的計(jì)劃,并繪制調(diào)度結(jié)果甘特圖,發(fā)現(xiàn)該方法可以滿足碼頭的裝船計(jì)劃。
【圖文】：

煤炭碼頭和傳統(tǒng)的煤炭碼頭相比，主要區(qū)別在于堆以我國(guó)某封閉式筒倉(cāng)煤炭碼頭為例，其碼頭布局圖始運(yùn)輸，到最后裝船離開，其中主要的作業(yè)流程共船直取，以運(yùn)輸過(guò)程中使用到的裝卸設(shè)備為節(jié)點(diǎn)，，可分別用圖 2-2、2-3、2-4 表示。CT1CT2CT3CT8CT4CT5CT6CT7D7~D12C7~C12B7~B12A7~A12A1~A6B1~B6C1~C6D1~D6BD14 BD10BD13BD9BD12BD8BD11BD7BH12 - 2BH13 - 2BH14 - 2BQ8-2BQ8-1BQ9-2BQ9-1BQ10-2BQ10-1

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文⑷ 船舶的計(jì)劃離港時(shí)間是碼頭操作人員根據(jù)歷史調(diào)度經(jīng)驗(yàn)、根據(jù)當(dāng)時(shí)船舶到港情況而人工制定的，根據(jù)表 5-2，可以計(jì)算得到所有船舶的總在港為 194 小時(shí)，而約束規(guī)劃求得的船舶總在港時(shí)間是 107.5 小時(shí)。比較表 5-2 和 5-3，可以發(fā)現(xiàn)約束規(guī)劃求得的船舶結(jié)束作業(yè)時(shí)間均早于船舶計(jì)劃離港時(shí)間。因此約束規(guī)劃可以適應(yīng)于碼頭的生產(chǎn)調(diào)度，且比人工制定計(jì)劃的效果更好，更有利于減少船舶不必要的在港等待時(shí)間。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：F552.6;F426.21

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