集裝箱起重機裝卸操作最優(yōu)路徑模型的建立與計算.pdf

1、隨著經濟全球化進程的加快，全球集裝箱運輸業(yè)發(fā)展迅速，世界各地主要集裝箱港口均面臨吞吐量急劇增長的壓力。集裝箱船舶裝載能力的最大化及船舶在港時間的最小化要求集裝箱港口大幅提高其裝卸效率。為此配置的大量人員、裝卸設備和堆場導致營運成本和管理難度大量增加。集裝箱自動化碼頭的使用可以減少操作人員，降低營運成本，并保證穩(wěn)定可靠地提高作業(yè)效率，從而提升港口的競爭力。目前振華港機正在研發(fā)高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭，其目的就是為了徹底更新傳統(tǒng)碼頭低效

2、的裝卸流程，現(xiàn)實碼頭裝卸系統(tǒng)的高效化、智能化，并順應未來集裝箱港口的發(fā)展方向。 影響集裝箱港口裝卸效率的因素有很多，其中包括裝卸設備資源的配置，堆場空間的安排，泊位、橋吊和集卡的分配與分派，以及港口機械的路徑。其中路徑問題主要是指岸橋、場橋的裝卸路徑的優(yōu)化，它是實現(xiàn)起重機自動控制的重要一環(huán)，也是研發(fā)高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭的裝卸系統(tǒng)中一項重要的研究工作。集裝箱起重機裝卸操作的路徑規(guī)劃需考慮的因素很多，所建立的模型是非線性的，

3、因而難以采用傳統(tǒng)的尋優(yōu)方法進行求解。近年來，由于遺傳算法具有簡單、易操作、需求低、并行和全局性等優(yōu)點，已經在各個領域中得到了廣泛的應用[2,44,45]，所以本文將遺傳算法引入到集裝箱起重機裝卸操作的路徑規(guī)劃問題中，求得集裝箱裝卸操作的最佳路徑。 本文首先建立了以最短路徑為目標函數(shù)、無碰撞為約束條件的集裝箱裝卸操作最優(yōu)路徑的單目標數(shù)學模型；對傳統(tǒng)遺傳算法進行了改進，并通過編程求得了模型的解。結果的分析表明了單目標集裝箱裝卸操作路

4、徑規(guī)劃問題的數(shù)學模型的合理性，以及采用求解方法的有效性。 但是在實際集裝箱裝卸操作中，安全距離是更為關注的問題，為了避免發(fā)生翻箱事故，在實際操作中常采用效率低的“門框式”集裝箱裝卸操作。所以，本論文在單目標優(yōu)化的研究基礎上，增加一個新的目標函數(shù)一安全距離，將研究內容擴展為集裝箱裝卸操作最佳路徑的多目標優(yōu)化問題。首先將路徑最短轉換為等價的最大化目標函數(shù)，從而建立了路徑和安全的雙目標最大化問題的數(shù)學模型。針對該數(shù)學模型，采用遺傳算法

5、進行求解，在遺傳進化的每一代中搜索Pareto解集，通過不斷更新這個解集，最終獲得滿足約束條件的最佳路徑的Pareto解。模擬結果與實際操作情況相符合，表明了多目標集裝箱裝卸操作路徑規(guī)劃問題的數(shù)學模型的合理性，以及采用求解方法的有效性。本文是對集裝箱起重機裝卸操作理論的初步探索。提出的集裝箱裝卸操作路徑規(guī)劃的數(shù)學模型是經過一定程度的簡化，還需考慮的更多的因素(例如小車速度、手柄控制，電機因素)。論文中只模擬了一種作業(yè)環(huán)境，下一步的研究將