專利名稱：集裝箱船舶在線實時配載方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集裝箱碼頭技術(shù)領(lǐng)域的方案，具體是一種集裝箱船舶在線實時配載方法。
背景技術(shù)：
集裝箱船配載是提高集裝箱碼頭生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。隨著國際集裝箱業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展和集裝箱船噸位的不斷增大，人工配載已很難滿足需要，應(yīng)用計算機(jī)軟件實現(xiàn)自動配載是一個有效的解決辦法。
近年來，各方面都在努力探索和研究集裝箱船的自動配載，并已開發(fā)出一些基于MS Windows操作系統(tǒng)的配載軟件。這些軟件主要使用可視化編程平臺設(shè)計，利用窗口、圖像、表格、文件等幫助配載人員進(jìn)行集裝箱箱位的選擇，并可以進(jìn)行集裝箱船舶的穩(wěn)性、強(qiáng)度和吃水差等性能數(shù)據(jù)的核算。但是，這些軟件無法很好地處理配載過程中的經(jīng)驗性知識，僅在一定程度上減輕了集裝箱配載人員的勞動強(qiáng)度，最終的箱位選配仍需人工腦力作業(yè)，集裝箱船配載目前仍處于半自動化階段。并且，現(xiàn)在的自動配載一般只作為裝船操作之前的計劃，即離線配載方法。為適應(yīng)現(xiàn)有的集裝箱碼頭的生產(chǎn)條件和碼頭數(shù)字化管理的發(fā)展需要，迫切需要一種兼顧碼頭效率和船舶穩(wěn)性，實現(xiàn)箱位選配和裝箱順序的在線實時智能配載方法。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Dirk Steenken等在OR Spectrum(2004)26(1)3-49)上發(fā)表的“Container terminal operation and operationresearch-a classification and literature review”(集裝箱碼頭運營和運籌學(xué)——分類與研究文獻(xiàn)回顧，運籌學(xué)領(lǐng)域，(2004)26(1)3-49))，該文介紹了國外有些實現(xiàn)離線自動配載計劃的算法，但是還未見到實現(xiàn)在線實時配載方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種集裝箱船舶在線實時智能配載方法。
本發(fā)明的實現(xiàn)是基于以下兩點前提(1)堆場堆放是配載的前提，大多數(shù)碼頭堆場堆放策略的趨勢是分散堆放。本發(fā)明認(rèn)為堆場采用分散堆放策略，同一堆棧的箱子屬于同一航次，同一列中的集裝箱屬于同一卸貨港、同一箱型、同一重量等級(或至少遵循重壓輕原則)。(2)由人工根據(jù)船舶和航次信息以及碼頭生產(chǎn)情況，將整個裝船任務(wù)分成很多任務(wù)塊，并依此制訂岸邊吊機(jī)(以下簡稱“橋吊”)工作序列。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的首先，將預(yù)配重量圖作公差化處理，將所有的重量數(shù)值用四舍五入法化為整數(shù)值；其次，根據(jù)作業(yè)進(jìn)度和堆場情況動態(tài)分配出箱點。保證當(dāng)前處于裝船狀態(tài)的橋吊序列(以下簡稱為當(dāng)前橋吊序列)所需的已放關(guān)箱量，以場地理論翻箱數(shù)為優(yōu)化參數(shù)，并加入規(guī)則和策略，確定當(dāng)前橋吊序列的出箱點。隨著裝船過程的進(jìn)行，當(dāng)前橋吊序列會實時更新，直到整個裝船任務(wù)最后完成。
然后，對所有當(dāng)前橋吊序列指定作業(yè)集裝箱，確定裝箱順序。為減少裝船操作中的總體翻箱次數(shù)，需盡量避免翻箱，采用混合優(yōu)化策略和雙層搜索機(jī)制確定裝箱順序。具體為1)、按照公差化的預(yù)配船圖，將當(dāng)前橋吊序列所對應(yīng)的集裝箱船舶中最底層的可裝箱的箱位按順序與其出箱點中的所有最頂層可作業(yè)集裝箱進(jìn)行匹配，首先匹配成功的箱子即被裝船；如果一次匹配失敗，可以對公差進(jìn)行逐級放大，直到超過所允許的閥值。2)、如果在第一層中匹配失敗，則說明當(dāng)前橋吊序列出箱點中的最頂層集裝箱都不能滿足預(yù)配船圖的要求，此時可能需要翻箱。
為進(jìn)一步保證集裝箱船舶的穩(wěn)性要求，系統(tǒng)采用船舶各貝集裝箱重量限制、單貝各列集裝箱重量限制等作為限制條件，并相應(yīng)設(shè)置狀態(tài)變量和閥值，在裝船過程中對狀態(tài)變量進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)情況及時調(diào)整裝船作業(yè)。
碼頭作業(yè)是一個動態(tài)過程，為保證方法的有效性，通過實時通訊技術(shù)，現(xiàn)場設(shè)備在執(zhí)行操作后，向系統(tǒng)發(fā)送消息。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送的消息，更新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。為降低硬件要求，并提高系統(tǒng)可實現(xiàn)性，在此采用獨立的實時通訊程序減輕配載系統(tǒng)負(fù)擔(dān)；并采用分立數(shù)據(jù)庫技術(shù)防止系統(tǒng)因數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)訪問量過大，數(shù)據(jù)操作多引起的系統(tǒng)遲鈍或死機(jī)。
本發(fā)明的有益效果在于實現(xiàn)集裝箱船舶裝船過程的自動化。在保證船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度要求的前提下，采用出箱點動態(tài)分配和出箱順序多層搜索提高裝船效率；并采用質(zhì)量控制和實時通訊保證配載的有效和可靠。


圖1是系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2是系統(tǒng)搜索算法的流程圖；具體實施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳述一種兼顧碼頭效率和船舶穩(wěn)性的online智能配載方法，如圖1。
首先，由預(yù)配船圖處理模塊執(zhí)行，對預(yù)配船圖進(jìn)行公差化處理，按照四舍五入，將預(yù)配船圖重量圖中各箱位的重量數(shù)值化為整數(shù)；其次，由出箱場地優(yōu)化模塊執(zhí)行，根據(jù)人工制訂的橋吊序列，以及該航次在各場地集裝箱的堆放及放關(guān)情況不同，按照配載知識庫和優(yōu)化策略，為當(dāng)前橋吊序列優(yōu)化劃分出箱點。根據(jù)裝船作業(yè)的進(jìn)行，堆場情況發(fā)生變化，包括未放關(guān)集裝箱會逐漸放關(guān)，當(dāng)前出箱點的箱量會逐漸變少。系統(tǒng)根據(jù)裝船作業(yè)的進(jìn)行以及堆場布局的改變，不斷加入新出箱點，并淘汰已有的出箱點。
然后，由實時配載模塊執(zhí)行，對每個當(dāng)前橋吊序列所對應(yīng)船舶貝的箱位進(jìn)行逐層搜索，確定裝箱順序。在此定義兩個概念1)可裝箱箱位，指當(dāng)前橋吊序列所對應(yīng)船舶箱位中最底層的可裝箱的箱位，在附圖1中，用藍(lán)色方格標(biāo)識的箱位即為可裝箱箱位；2)可裝船集裝箱，指當(dāng)前橋吊序列所對應(yīng)出箱點中，最上層的可進(jìn)行裝船的已放關(guān)集裝箱。
隨著裝船的進(jìn)行，可裝箱箱位和可裝船集裝箱的具體內(nèi)容會不斷更新。
系統(tǒng)分三步確定當(dāng)前該把哪個集裝箱裝到哪個箱位上，即確定裝箱順序，如圖2。
第1步，按照裝船策略和各列的裝船情況，為當(dāng)前的所有可裝箱箱位制定搜索順序。按制定的順序?qū)⒖裳b箱箱位的參數(shù)與對應(yīng)出箱點的可裝船集裝箱參數(shù)進(jìn)行匹配。將首先匹配成功的集裝箱裝船；如果所有的可裝箱箱位和可裝船集裝箱都匹配失敗，進(jìn)步第2步。
第2步，將重量公差放大，重復(fù)第一步的搜索和匹配；如果匹配仍不成功，則進(jìn)一步放大公差，繼續(xù)搜索和匹配，設(shè)置閥值(該閥值根據(jù)配載經(jīng)驗性知識和碼頭生產(chǎn)條件設(shè)定)，直到公差被放大到超過閥值，進(jìn)入第3步。
第3步，首先定義“重量差”為出箱點集裝箱重量與對應(yīng)當(dāng)前可裝箱箱位重量之差絕對值的最小值；定義“壓箱量”為出箱點中一個非底層箱，壓在其上面的集裝箱個數(shù)。再考慮配載知識庫中目標(biāo)港口、航班、箱型、種類，以及包括機(jī)械設(shè)備和堆場狀態(tài)等的相關(guān)參數(shù)等其它因素，與壓箱量和重量差組成評價參數(shù)，將每個評價參數(shù)按重要程度賦以不同的權(quán)值，將出箱點集裝箱打分，將分?jǐn)?shù)最低的集裝箱裝船。
為保證裝船效率和準(zhǔn)確率，并進(jìn)一步保證船舶穩(wěn)性，系統(tǒng)采用以下兩個機(jī)制1)、為保證橋吊效率，系統(tǒng)采用橋吊對輪胎吊占用和預(yù)約的機(jī)制(解釋為一臺橋吊占用一臺輪胎吊為其當(dāng)前裝箱操作提供集裝箱，并預(yù)約一臺輪胎吊為其下一個裝箱動作提供集裝箱)。
由于出箱點一個stack中集裝箱的港口屬性不一致，或者兩臺橋吊同時對同一個港口的集裝箱進(jìn)行裝船作業(yè)，為提高裝船準(zhǔn)確率，系統(tǒng)允許出箱點的共享和交替。對于共享出箱點的橋吊，為避免橋吊與輪胎吊的混亂，規(guī)定一臺橋吊可以預(yù)約另一臺橋吊已經(jīng)占用的輪胎吊，但是一臺橋吊不能預(yù)約另一臺橋吊已經(jīng)預(yù)約的輪胎吊，一臺橋吊不能占用另一臺橋吊已經(jīng)占用和預(yù)約的橋吊。
2)、系統(tǒng)采用船舶各貝集裝箱重量限制、單貝各列集裝箱重量限制等組成船舶裝船的穩(wěn)性評價參數(shù)體系。每裝一個或多個集裝箱，則觸發(fā)實時跟蹤程序，根據(jù)評價參數(shù)，對裝船過程進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)情況及時調(diào)整裝船作業(yè)。
如下表所示，是堆場中一個stack的堆放示意，所標(biāo)數(shù)字是集裝箱重量，標(biāo)出重量的集裝箱是當(dāng)前航次、同一港口的集裝箱。

系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)調(diào)度和操作管理人員的經(jīng)驗，以及生產(chǎn)作業(yè)規(guī)范，定義配載計劃需要關(guān)注的各個規(guī)則，進(jìn)而建立智能配載知識庫。
裝船過程是一個動態(tài)的過程，隨著碼頭生產(chǎn)的進(jìn)行，堆場、設(shè)備等情況實時變化，為處理這種變化，從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性和配載的有效性，系統(tǒng)建立實時通訊模塊。
為保證裝船質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)和解決裝箱過程中可能發(fā)生的沖突，系統(tǒng)建立過程實時跟蹤模塊，該模塊實時跟蹤配載過程，適時分析裝箱的進(jìn)度，并實時校核船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種集裝箱船舶在線實時配載方法，其特征在于首先，將船舶箱位先進(jìn)行整數(shù)化，然后采用公差理論放大成一個小的范圍，通過在許可范圍內(nèi)將公差逐級放大的方法進(jìn)行船舶箱位重量值和場地箱重量的匹配，從而在保證船舶穩(wěn)性的前提下實現(xiàn)自動配載；其次，對各橋吊進(jìn)行出箱點的動態(tài)分配，并允許多橋吊共享出箱點，通過橋吊對輪胎吊占用和預(yù)約的機(jī)制，使得對于共享出箱點的橋吊，其輪胎吊的動態(tài)分配秩序井然；然后，通過多層搜索機(jī)制確定裝船順序，進(jìn)一步減少裝船作業(yè)中的堆場翻箱量，并確保裝船的順利進(jìn)行；最后，通過定時跟蹤模塊和裝船過程評價體系實現(xiàn)對集裝箱裝船過程實時配載方法的可靠性和有效性的跟蹤和評價，通過實時通訊模塊保證集裝箱船舶在線實時配載系統(tǒng)的實時性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集裝箱船舶在線實時配載方法，其特征是通過多層搜索機(jī)制確定裝船順序，具體如下首先，按照公差化的預(yù)配船圖，將當(dāng)前橋吊序列所對應(yīng)的集裝箱船舶中最底層的可裝箱的箱位按順序與其出箱點中的所有最頂層可作業(yè)集裝箱進(jìn)行匹配，首先匹配成功的箱子即被裝船；如果一次匹配失敗，對公差進(jìn)行逐級放大，直到超過配載系統(tǒng)事先所設(shè)定的最大閥值；其次，如果在第一層中匹配失敗，則說明當(dāng)前橋吊序列出箱點中的最頂層集裝箱都不能滿足預(yù)配船圖的要求，此時需要翻箱，定義“重量差”為出箱點集裝箱重量與對應(yīng)當(dāng)前可裝箱箱位重量之差絕對值的最小值；定義“壓箱量”為出箱點中一個非底層箱，壓在其上面的集裝箱個數(shù)，再結(jié)合配載知識庫中目標(biāo)港口、航班、箱型、種類，以及包括機(jī)械設(shè)備和堆場狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)，與壓箱量和重量差組成評價參數(shù)，將每個評價參數(shù)按重要程度賦以不同的權(quán)值，將出箱點集裝箱打分，將分?jǐn)?shù)最低的集裝箱裝船。
全文摘要
一種集裝箱碼頭技術(shù)領(lǐng)域的集裝箱船舶在線實時配載方法，首先，將船舶箱位先進(jìn)行整數(shù)化，然后采用公差理論放大成一個小的范圍，通過在許可范圍內(nèi)將公差逐級放大的方法進(jìn)行船舶箱位重量值和場地箱重量的匹配；其次，對各橋吊進(jìn)行出箱點的動態(tài)分配；然后，通過多層搜索機(jī)制確定裝船順序；最后，通過定時跟蹤模塊和裝船過程評價體系實現(xiàn)集裝箱裝船過程的可靠性和有效性，并通過實時通訊模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的實時性。本發(fā)明實現(xiàn)集裝箱船舶裝船過程的自動化。在保證船舶穩(wěn)性和強(qiáng)度要求的前提下，采用出箱點動態(tài)分配和出箱順序多層搜索提高裝船效率；并采用質(zhì)量控制和實時通訊保證配載的有效和可靠。
文檔編號B63B25/00GK1877589SQ200610028639
公開日2006年12月13日 申請日期2006年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月6日
發(fā)明者杜正春, 姚振強(qiáng), 宋合川 申請人:上海交通大學(xué)