【摘要】：碼頭的生產(chǎn)調(diào)度問題一直以來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。煤炭碼頭是煤炭運輸過程中的中轉(zhuǎn)點,優(yōu)化煤炭碼頭的生產(chǎn)調(diào)度對提高港口煤炭供應(yīng)鏈的效率起著重要的作用。煤炭在裝卸時容易造成粉塵污染,傳統(tǒng)的露天堆場已不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,碼頭開始嘗試建設(shè)對環(huán)境更為友好的封閉式筒倉用來存儲煤炭。然而,國內(nèi)外的學(xué)者主要研究集裝箱碼頭和散貨碼頭,以及對筒倉設(shè)計、煤炭自燃等因封閉存儲所帶來問題的研究,從管理和決策的角度對筒倉工藝和操作流程的研究較少,實際生活中煤炭碼頭也主要依據(jù)以往經(jīng)驗進(jìn)行人工調(diào)度。煤炭裝卸作業(yè)過程中涉及到的機(jī)械設(shè)備眾多,規(guī)則復(fù)雜,人工調(diào)度模式往往會使碼頭的運作效率較低。為了尋求更為有效的決策方案,本文研究筒倉裝卸系統(tǒng)和配煤生產(chǎn)調(diào)度管理問題,梳理煤炭輸出作業(yè)流程,分析筒倉分配的復(fù)雜性,探討協(xié)同調(diào)度的約束關(guān)系,依據(jù)實際選取以最小化船舶總在港時間作為優(yōu)化目標(biāo),最后使用兩種求解算法來驗證模型的有效性。論文的主要研究成果如下:⑴本文首先深入分析新型筒倉的特點和優(yōu)勢,梳理在采用筒倉群的情況下煤炭進(jìn)倉和煤炭出倉的具體流程,分析調(diào)度問題的本質(zhì)。對筒倉作業(yè)進(jìn)行合理的假設(shè)后,發(fā)現(xiàn)該問題可以轉(zhuǎn)化為某種帶特殊約束條件的并行機(jī)調(diào)度問題。結(jié)合碼頭實際作業(yè)過程中的約束關(guān)系,以及并行機(jī)問題的模型,為煤炭輸出作業(yè)問題建立了筒倉線、泊位和裝船機(jī)三者協(xié)同調(diào)度數(shù)學(xué)模型。⑵該問題的求解是一個強(qiáng)NP-hard問題。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、長度和終點的區(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。因而本文借用ILOG CPLEX的CP系統(tǒng)提供的建模方法,為該問題建立了以區(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)問題的特性,設(shè)計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、局部搜索、自適應(yīng)交叉變異概率三個方面進(jìn)行算法改進(jìn),從實驗結(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)生成多組實驗數(shù)據(jù)集進(jìn)行算法測試,發(fā)現(xiàn)無論數(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)值還是算法運行時間,在不同的需求類型、船型比例和到港時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以某大型港口的實際數(shù)據(jù)為例,運用了約束規(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)別在于堆以我國某封閉式筒倉煤炭碼頭為例，其碼頭布局圖始運輸，到最后裝船離開，其中主要的作業(yè)流程共船直取，以運輸過程中使用到的裝卸設(shè)備為節(jié)點，，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 船舶的計劃離港時間是碼頭操作人員根據(jù)歷史調(diào)度經(jīng)驗、根據(jù)當(dāng)時船舶到港情況而人工制定的，根據(jù)表 5-2，可以計算得到所有船舶的總在港為 194 小時，而約束規(guī)劃求得的船舶總在港時間是 107.5 小時。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)時間均早于船舶計劃離港時間。因此約束規(guī)劃可以適應(yīng)于碼頭的生產(chǎn)調(diào)度，且比人工制定計劃的效果更好，更有利于減少船舶不必要的在港等待時間。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：F552.6;F426.21

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