配载优化范文

配载优化范文（精选5篇）

配载优化 第1篇

我军从80年代末开始重视集装运输的建设,经过数十年的发展,集装设备和技术的研究与应用水平有了很大程度的提高,但配载技术研究相对较少,影响了运输效率。集装箱配载是指货物在集装箱内的最优布局方案,即集装箱内确定适箱货物[1]的品种、数量及体积,并优化其摆放空间的问题。配载问题理论上属于NP - hard[1]问题,它是复杂约束条件下的组合优化,只有近似解,没有最优解。本文拟通过对比当前的配载技术,研究出较为高效的算法,以提高我军集装箱配载效率。

2研究现状

目前,集装箱配载问题的算法研究中,二维配载问题探讨的较多,三维配载问题较为复杂,研究相对较少。尽管二维配载成果较多,但其应用领域较窄,对我军集装箱配载的借鉴意义不大,这里暂不考虑。本文将主要研究三维配载问题。

早在上个世纪80年代,国外的研究者George J. A.[2]在集装箱配载问题上,利用结构型启发式算法首次提出了“层”的概念。层可以有垂直形态,即由里到外完成集装箱装载; 也可以有水平形态[3],即由下而上的完成装箱工作。层的出现,使得货物装载有了明确的优先级,但该算法对集装箱的利用率提高并不大。进入21世纪,国外的研究者Pisinger D.[4]改进了层的算法,提出了“带”的概念,即集装箱首先被分割成若干垂直的层,再将这些层分割成带,这些带或水平或垂直,而层与带的深度或宽度则通过分支定界法获得。这种改进虽然极大的提高了集装箱的利用率,但放弃了实用性,严重降低货物的稳定性,在实际装载过程中基本不能应用。针对这些问题国内也有许多改进研究,姜义东[5]结合码头工人的装货习惯 “大里小外”,装载按照由大到小的顺序,每次都放入最大的货物,这样极大的简化了问题,也解决了稳定性问题,但是会剩余较多的“零碎空间”,空间利用率并不高。目前国内最为成熟的算法是由靳志宏[6]提出的“子空间”概念,在启发式算法的基础上,通过空间分割组合策略,可以极大的减少“零碎空间”,从而提高装载效率。但是启发式算法自身存在弊端,随着待装货物规模的扩大,算法效率会逐步降低,以致无法解决问题。

本文拟在靳志宏提出的“子空间”基础上,通过遗传算法来解决。遗传算法是一种通过模拟自然进化过程来搜索最优解的方法,常用于复杂系统优化计算。在面对大数据问题时, 启发式算法,更容易算得问题的近似最优解[2]。在充分考虑约束条件的前提下,将利用遗传算法进行计算,根据待装货物的参数,计算得出较为高效的方案。

3问题描述

在实际的集装箱装箱过程中,配载根据货物的多少,可大体分为两类: 一是单箱配载,货物数量较少,单个集装箱即可完成装载; 二是多箱配载,货物数量较多,需要若干个集装箱。 单箱配载较为简单,人工装箱即可很好的完成工作,故本文将着重研究多箱配载问题。

鉴于现实问题的复杂性,为便于研究,本文做出 如下假设:

1集装箱的内部空间及待装货物均视为长方体; 2货物的几何中心视为其实际重心; 3货物的质量视为均匀分布; 4不考虑货物因 挤压而产 生的变形; 5货物目的 地视为相同。

目前集装箱装箱是没有统一的约束标准的,承运人往往是根据货物托运人提出的托运要求来配载,不同的货物要求不同。但是总结下来,大体有以下几条:

1货物必须水平放置,不能斜放、侧放或上下颠倒; 2货物的总容积不能大于集装箱的最大允许装载容积; 3货物的总质量不得超过集装箱的最大允许装载质量; 4上层货物必须得到下层的完整支撑,不得悬空; 5配载后的集装箱重心应位于允许的范围内。

4遗传算法设计及计算

4.1装载策略

根据上文的假设,待装货物均视为长方体,在集装箱中平行于箱体各边放置。本文采用笛卡尔坐标系,视集装箱门所在端为前端,设集装箱箱内底面为X - Y平面,并定义坐标原点为该平面的左后角,X轴平行于该底面的长度方向、Y轴平行于该底面的宽度方向、Z轴为垂直于该底面; 集装箱建立的坐标系如图1所示:

4.1.1定位原则

集装箱装货采用占角策略,即遵循以下原则: 每次都将货物放入当前空间的左后下角,货物放置依次沿y轴方向即从左至右、z轴方向即从下至上的顺序放置每一层,然后沿后端到前端方向( 即x轴方向) 逐层放置。在放置货物时,应该保证货物的边与集装箱的边平行( 基于上文约束) 。

4.1.2空间分割与合并。

货物放入集装箱后,除去自己占用的,会将空间分割成前、上、右3个空间,如图2所示,本文将其定义为“子空间”。 而上述的子空间,再次装填货物后,会被同样的分割为3个更小的子空间。这些经分割产生的子空间,将采用空间栈进行存储,按照前子空间、上子空间、右子空间的顺序分别被存储到空间栈中。若从空间栈中取出一子空间并装填货物( 空间分割) ,则从该子空间将不再放回空间栈中,但其分割所得的3个更小的子空间会按照上文的顺序重新存入空间栈之中; 若取出的子空间装不下当前的待装货物,则采用间隙栈进行贮存。由于“栈”的特性“后进先出”,从空间栈或间隙栈中取出子空间的顺序与存储正好相反,即按右子空间、上子空间、前子空间的顺序取出。在装载过程中,定义装入每一层的第一个货物的厚度( x轴方向) 作为层的厚度。

上文给出的是空间的分割方案,但仅仅如此分割,空间利用率并不高,会产生许多“零碎空间”。很多时候空间栈与间隙栈的子空间是相连的,合并之后效率会更高。因此每次取出空间栈中的一个子空间要先分析是否能合并。如果取出的子空间( 下简称为“当前空间”) 满足以下条件则与间隙栈的子空间( 下简称为“间隙”) 进行合并,形成一个新的空间。空间合并的前提是两个子空间必须位于同一平面,除此之外还必须满足以下2种情况: 一是前后相邻、间隙的y坐标小于等于当前空间的y坐标,则当前空间与间隙合并; 二是左右相邻、间隙的x坐标小于等于当前空间x坐标,则当前空间与间隙合并。

4.2算法计算

遗传算法借鉴了达尔文的生物进化理论,经过数十年的发展,已经成为一个应用广泛的自适应搜索算法。它以种群的角度来思考问题,利用群体而不是单点来搜索寻优。计算方法仿照生物遗传理论,有选择、交叉和变异等过程。随着算法的进行,问题的解能不断进化,逐步逼近最优解,从而解决问题。

4.2.1个体编码及解码

编码是将现实问题抽象为基因码的过程,必须遵循上文的约束条件。本文的配载方案可以编码为长度为2n的符号串S = ( s1,s2,…,si,…,sn,sn + 1,…,sn + i,…,s2n) 。将所有货物编号,分别为1,2,…,n; 基因s1~ s2由[1,n]间随机产生的非重复整数排列组成,基因si对应的数字代表第i次装载货物的编号。基因sn + 1~ s2n表示货物的放置方向,由[1,2]间随机产生的可重复整数排列组成: 与集装箱朝向平行为1,表示为 [liLi、wiWi、hiHi]; 与集装箱朝向正交为2,表示为[wiLi、liWi、 hiHi]。个体解码方法: 基因si,sn + i之间具有一一对应关系, 即第i个装入的货物是基因si表示的编号的货物,按照基因sn + i表示的放置方向放置到集装箱中; 货物的装载顺序遵循上文给出的装载策略。

4.2.2适应度函数

在遗传算法中,衡量种群中个体优劣最主要的依据就是适应度函数,通过该函数可以实现种群的“ 优胜劣汰”。遗传算法在搜索过程中仅以适应度函数为依据,即只搜索种群中所有个体的适应度值,其他信息是无效的。因此,就遗传算法而言,适应度函数是最为重要的,它将直接影响到收敛速度, 甚至影响到结果的优劣。解的好坏也是用适应度函数值的大小来评价的,适宜度函数值越大,解的质量越好。本文给出的适应度函数为:

4.2.3遗传操作

1选择操作。选择是用来确定交叉个体,同时确定每个被选个体产生的子代个体[8]。本文选用轮盘赌法同时辅以最优个体保存法。轮盘赌选择法是选择操作中最常用的方法, 其基本步骤为: 第一,计算各个体的相对适应度值pi= fi/ ∑fi; 第二,确定选择概率。相对适应度越大的个体选择概率越大, 由于上文相对适应度的选取,所以这里两者在数值上是相等的; 第三,根据选择概率选择个体。需要多轮选择,具体方法为: 每一轮生成一个随机数 θ∈[0,1],该随机数被当做选择指针来确定被选的个体,当满足p0+ p1+ … + pi - 1< θ≤p0+ p1+ … + pi,则第i个个体将被选择到下一代。可见,个体的适应度值越大被选择到下一代的机会也越多。另外,在进行轮盘赌选择法的过程中,会辅以最优个体保存法,即将父代种群中最优的个体替换子代中最差的个体。利用这一策略,可以保证算法以1的概率收敛,并能加快进化速度。

2交叉操作。交叉操作也叫基因重组,是将父代交配种群的部分结构加以替换而重组出新个体的过程[8]。交叉操作,是获得优良个体的最重要的手段,可以极大的提高算法的搜索能力。本文是对顺序交叉法的改进,由于上文编码的特殊性,基因码s1~ sn与sn + 1~ s2n性质不同,所以交叉操作要分情况进行,具体过程为: 在[1,2n]间随机产生两个整数a1,a2( a1< a2) 作为父代两个体的交叉位。当a1> n,则在sn + 1到s2n段间以顺序交叉法进行重组; 当a2≤n,则在s1到sn段间以顺序交叉法进行重组; 当a1≤n且a2> n,则交叉在两段间分别进行,s1到sn段间以顺序交叉法交换a1~ n位间的基因,sn + 1到s2n段间以顺序交叉法交换n + 1 ~ a2位间的基因。

3变异操作。变异是子个体变量以很小的概率发生变化,概率与子个体变量的个数成反比,与种群的规模无关。变异是一种局部搜索,随机性很大,结合选择、交叉操作,可以使种群保持的多样性,提高解的准确性[8]。本文采用的是实值变异,具体过程为: 第一,在[n + 1,2n]间随机产生一个整数b,将其作为基因sn + 1~ s2n间的变异位; 第二,将该位基因值替换为[1,2]间随机产生的1个整数。通过此方式,增加了种群的多样性,以防出现非成熟收敛,以提高了种群的进化质量, 进而提高最终解的质量。

5算例及分析

假定集装箱采用空军某箱型,其尺寸为3. 8 × 2. 3 × 2. 2 ( m) ,自重为1800kg。装载如下表15个专业的28个箱子:

箱子主要分两种尺寸: 规格一为大单元箱,尺寸为1. 5 × 1. 0 × 1. 0 ( m) ; 规格二为小单元箱,尺寸为1. 0 × 1. 0 × 1. 0 ( m) 。根据用户需求及实际配载需要,本文作出如下限定: 第一,同一专业的单元箱必须放置在同一集装箱内; 第二,相同规格、相同质量的单元箱之间互换位置属于同一种方案( 但必须先满足第一条限定) ; 第三,配载后的集装箱的重心偏差不得大于5cm; 第四,相同专业的单元箱越靠近则方案越优。除了上述28个箱子外,还有若干尺寸小于1立方米的小件,这里就不一一列举了。

应用上文的遗传算法,可以得到所需集装箱的数量为3, 利用Matlab进一步遗传操作可得配载方案,数字为单元箱编号( 见上文) ,前六列为放置在箱一的单元箱编号,第七列至第十列为放置在箱二的单元箱编号,最后四列为放置在箱三的单元箱编号,放置顺序参照图3( Matlab截图) ,按由内到外、 先左后右逐层放置。集装箱空余部分按照启发式算法,由大到小、放置尺寸小于1立方米的小件。

对比方案1与方案2。两种方案重心及利用率的差别不大,但方案1的专业单元箱放置更合理,相同专业的单元箱基本都放在集装箱的同一面或相对放置,从存取、使用角度考虑更为方便,故最终优选方案为方案2。

6结束语

本文研究了现实约束条件下的集装箱配载优化问题。在货物尺寸、配载稳定性等多种条件约束下,文章通过空间分割合并、遗传算法预分配、变异操作优化配载等步骤,建立了基于遗传算法的配载模型。对我军集装配载方案的制定具有一定的借鉴意义。

集装箱船舶配载技巧 第2篇

1 符合船舶适航要求

为确保船舶在海上航行的安全性，船舶在离港前必须保证各项指标处于安全区间。船上大副负责审核码头配载员发送的本港装船信息（一般采用电子数据交换报文形式），并将信息导入计算机系统，以便对各项指标进行检查。

1.1 保证船舶良好的稳性

船舶稳性指船舶在外力（如风、浪等）消失后从倾斜状态回到平衡位置的能力。船舶稳性按倾斜角度可分为初稳性和大倾角稳性。若稳性不足，会导致船舶在航行中倾覆；若稳性过大，船舶在风浪中剧烈横摇会导致货物移动，甚至引发集装箱倾倒等情况。由此可见，确保船舶在航行中具有适度稳性至关重要。

船舶稳性与船舶初稳心高度密切相关：在船宽一定的条件下，初稳心高度增大，船舶重心基线高度相应减小，横摇周期减小，即一个全摆程时间短，回复力强，船舶摇晃剧烈，容易发生货物移位、坠海等事故；反之，初稳心高度减小，船舶重心基线高度增大，船舶横摇周期增大，即一个全摆程时间长，回复力弱，船舶在大风影响下容易发生倾覆。

船舶初稳心高度对于确保船舶航行安全十分重要。船上大副一般通过调整压舱水和货物分布来修正船舶初稳心高度，这就要求配载员在进行船舶配载时关注船舶稳性情况（一般船公司都会说明配载要求）。如果船舶初稳心高度过大，1～2层甲板需要堆放较重的货物，舱内采用“倒配”形式，即重箱在上、轻箱在下的形式，以提高重心高度，减小船舶初稳心高度值。

1.2 保持船舶适当吃水差

浮力原理决定船舶在航行中必须保持一定吃水差，通常以此作为参考指标检查船舶适航性。吃水差指船舶首吃水与尾吃水的差值，其产生原因是船舶重力纵向作用点与正浮时的浮力作用点不在同一条垂线上。船舶首尾吃水相等时称为平吃水；船舶尾吃水大于首吃水时称为尾吃水差（也称作尾倾），若尾倾过大，则船舶操纵性能变差，容易偏航，驾驶台瞭望也会受到影响；船舶首吃水大于尾吃水时称为首吃水差（也称作首倾），若首倾过大，则甲板容易上浪，船舶螺旋桨效能降低，主机受力不均，速度下降。

在不受水深影响的条件下，船舶保持适当尾倾可使船舶充分发挥速度性能，提高推进效率，同时能改善舵效，使操纵灵活，有利于防止甲板上浪，增强船舶抗风浪能力，并防止前舱盖及船首的设备受损，减小舱内货物的水湿风险。另外，船舶吃水差还与其所挂靠港口码头的水深、航道、潮水等相关，例如，若因航道水深不足需要候潮进港，则船舶须保持平吃水，以确保其安全靠泊。

船舶吃水差的调整可以通过调配船上集装箱的分布或增减压舱水来实现。由于其经济性不高，增减压舱水只能作为调整船舶吃水差的辅助手段，在船舶配积载作业时均匀分布货物以提高船舶载质量利用率才是调整船舶吃水差的主要手段。

1.3 满足绑扎力要求

由于甲板上装载大量集装箱，绑扎强度对船舶安全也起着极其关键的作用。随着集装箱船舶向大型化发展，甲板堆装集装箱的层数不断增加，对绑扎的要求也越来越高。集装箱的受力包括静态力和动态力，前者是船舶倾斜时集装箱自身质量带来的受力，后者是船舶航行时不同加速度带来的受力。鉴于此，需要借助辅助工具对箱体进行系固以避免箱体受损。

为减小舱面集装箱的系固压力，应当遵循舱面集装箱上轻下重的积载原则；舱面受风列应尽可能选配较轻的40英尺集装箱以便加固；由于2个20英尺集装箱的间距过小导致其难以绑扎，集装箱之间及底部采用扭锁连接；尽可能减少舱面集装箱列与列之间的空位，避免出现3层以上单列集装箱积载形式；受尾倾影响，船首水线面低导致舱面受风面积较大，舱面船首至船尾方向1/4船长区域应当尽可能减少集装箱积载层数，以减小受风面积。随着船舶大型化，甲板积载集装箱层数越来越高，绑扎拉杆已不能满足绑扎强度和高度要求；因此，近年来越来越多大型集装箱船舶在甲板上增设1层或2层绑扎桥来提高绑扎起始点。

1.4 满足特种集装箱配载要求

特种集装箱指冷藏箱、危险品箱、超重箱、超限箱、平台箱等，其配载要求如下：冷藏箱必须配载于冷藏箱区，船首和船尾一般不配载冷藏箱，若在特殊情况下将其载于船首或船尾，须确认电源插座位置及发动机朝向，以免海浪或雨水造成冷藏箱电机损坏；配载危险品箱时必须满足其间距要求和船舶对危险品箱的限制要求；超长箱（45英尺集装箱）一般只能载于甲板3层集装箱以上，如果某个贝位装载超长箱，则其前后相邻2个贝位同侧不能配载超长箱，否则会因其间隙太小而无法绑扎或装卸。总之，特种集装箱的配载须遵循航运规定和挂靠港口的相应特殊要求。

1.5 满足其他指标要求

除上述指标外，集装箱船舶配载还要兼顾船舶总纵强度和局部强度指标，具体表现为总纵弯矩、剪力和扭矩等指标。一般来说，码头预配中心在根据船舶上港离港图制作预配计划时，会综合考虑船舶载箱分布情况，以便利用下港装货贝位安排配载。

2 符合船公司营运要求

随着全球经济贸易的飞速发展，航运市场也迅速扩张，新的航运联盟相继出现。在该环境下，一方面，客户对船公司服务的要求不断提高；另一方面，为提升营运效益，船公司对码头服务的要求也越来越高，从而使船舶在泊时间、效率、亏舱率等成为重点关注的指标。从船公司的角度来看，码头配载员应从多方面入手优化船舶配载。

2.1 避免中途港倒箱，提高装卸效率

通常情况下，集装箱船舶在中途港需要装卸部分集装箱；因此，配载时必须统观整条航线港口，明确航次港序，按集装箱船舶挂靠港顺序和装卸情况进行综合考虑，避免出现后港集装箱压前港集装箱的现象。

2.2 充分利用箱位，降低亏舱率

集装箱船舶航行周期长且费用高，为提高运营效益，船公司要求在确保船舶适航性的前提下，充分利用船舶箱位；因此，配载时需要综合考虑箱量情况，合理分配不同箱型集装箱的装载位置，按照先舱内后舱面的装箱次序，尽量使舱内满载，降低亏舱率。

2.3 快速确认船图

集装箱船舶的配载计划图必须得到船上大副的确认和书面签字才能进行装船。码头配载员是船公司和船上大副的联系人，在船舶靠港后，配载员和大副需要尽快确认装卸船图；若装卸船图有变动，应及时反馈给船公司，以便船公司作出决策后及时开工作业，从而缩短船舶在泊时间。

3 符合码头作业要求

集装箱码头在为客户提供优质服务的同时还要考虑自身成本和收益。随着科技的飞速发展，现代港口码头逐渐从劳动密集型向知识密集型转变，智能化、电子化码头相继出现，成本因素的变化导致区域码头之间的竞争日益加剧。鉴于此，码头应当加强内部管理，优化工艺流程，在降低成本的同时不断创新，挖掘内在潜力，提高服务水平，从而实现码头和客户的效益双赢。从码头方面来看，应从以下方面入手优化集装箱船舶配载。

3.1 符合堆场取箱规则

及时掌握场地集装箱堆放情况，合理取箱。码头堆场通常堆存大量进出口集装箱，在进行船舶配载时需要考虑场地发箱，在遵守配载原则的前提下合理分路，避免发生取箱“打架”的情况，以提高装卸船效率，降低场地翻箱率，节省码头成本开支。

3.2 符合单船计划要求

集装箱码头通常有多台桥吊同时作业，因此，在进行船舶配载时不能将同一港口的集装箱集中装载在相邻2个贝位上，而要分装在不同贝位，以便港口码头多杆同时作业，从而减少集装箱装卸对船体纵向强度的不利影响。

3.3 确保设备合理有序移动

在进行集装箱船舶配载时，场地取箱须根据装船序列选择相邻贝位取箱，减少龙门吊远距离、跨箱区移动和提翻箱等情况，降低吊机作业能耗，提高作业效率。

4 结束语

高质量的集装箱船舶配载对于保证船舶航行安全、准班，充分利用船舶装载能力和最大限度地提高船舶营运效益等起到十分重要的作用。集装箱船舶配载员必须以高度的责任心和精湛的业务技能为基础，统筹兼顾，平衡多方面因素，才能制定出优质的船舶配积载计划。

不同箱型军用物资配载优化研究 第3篇

不同箱型的军用物资合理配载是军用物资集装箱储运的基础环节,配载质量的好坏直接关系到物资运送的效率,并将影响到整个集装箱运输系统的运作效益。集装箱的装载能力包括集装箱的内部几何容积和净载重量[1]。在军用物资集装箱储运保障工作中,应尽量减少集装箱数量的使用,合理利用集装箱装载能力,最大限度地提高集装箱的实际利用程度。军用集装箱合理装载能力的确定,对于扩大军用集装箱的使用范围,提高集装箱的使用效率,有效地利用集装箱的内容积和净载重量,在各种运输方式之间实行多式联运等,都具有十分重要的作用。

1 基本条件的确定

1.1 基本条件界定

按照我军现行的物资分类方法,将作战物资区分为弹药、油料、器材(主要包括军械器材、防化器材和车辆器材等)、药材、军需(包括给养、被装和日用品)、野营物资和其他物资。考虑到各种物资的特点,物资携、运行量的计算方法有以下四种模式:(1)采用战术单位基本消耗标准(如弹药的基本消耗标准);(2)采用部(分)队基数标准(如战救药材的师基数标准);(3)采用单项装备基数标准(如单项器材基数标准);(4)采用其他单项消耗标准(如人份、日份、月份等)[2]。

本文在计算过程中为方便起见直接将各类携运行物资折算为以物资重量或体积计算。并且在携运行物资中油料暂未定为适箱物资(需专门的油料专用集装箱),因此油料暂不列入预储之列。

1.2 基本条件构成

假定某部队的弹药、给养、被装、药材、军械器材、车辆器材消耗标准分别为G1、G2、G3、G4、G5、G6吨。军用集装箱的选用可依据国家军用标准GJB 4361-2002《军用集装箱类型、尺寸和额定质量》中所确定的军用集装箱尺寸确定,技术参数如表1所示。

1.3 优化的前提条件

因各类军用物资的物化性能不同,不同类别的物资在此假定不能混装,但任一类型集装箱可装任意一类军用物资,要求所选用军用集装箱数量最少,且能充分利用集装箱的装载能力。将待装物资分为重类物资和轻类物资,重类物资为:弹药、军械器材、车辆器材,装箱时可按所装箱载重量的80%测算;轻类物资为:给养、被装、药材,装箱时可按所装箱载重量的50%测算或按容积利用率80%测算,在此按所装箱载重量的50%测算。

2 模型的建立与求解

2.1 模型的建立

对于军用物资进行合理选箱和优化装载,使所选用集装箱数量最少,可最终反映为所选军用集装箱的箱底面积之和达到最小值。其模型为:

模型应满足以下约束条件:

(1)所选某类军用集装箱的箱数总量:Xi≤Gj/（αTi））

(2)所选箱型、箱数应能装下对应的军用物资:

S———所选军用集装箱的底面积之和,单位为m2

Xi———所选某类军用集装箱的箱数,某中i=1,2,…,7;依次代表1C、JY7、JY10、JY7X、JY5、JY10X、JY1型军用集装箱

Si———所选箱体底面积,单位为m2(i=1,2,…,7)

Gj———某类军用物资的总重量,单位为吨,(j=1,2,…,6)

α———载重量利用率,重类物资取80%,轻类物资取50%

Ti———某一箱型军用集装箱净载重量,单位为吨;(i=1,2,…,7)

ceiling( )———表示进位取整,在此用于对Xi计算

2.2 模型的求解

此模型属于线性规划中的整数规划问题,可采用辅助软件LINDO来计算。在此,以弹药装箱优化为例,进行计算方法演示。

将弹药总量、集装箱尺寸初始值代入模型可得目标函数:

结束条件:

利用辅助软件LINDO可计算S和Xi的值,然后计算ceiling （Xi）,得到所需各类型军用集装箱数量。

3 配载优化实例仿真

3.1 基本条件构成

假定某战役后勤仓库有一批军用物资分别为:弹药、给养、被装、药材、军械器材、车辆器材,其重量为3 796.0吨、256.0吨、87.5吨、7.8吨、42.0吨、170.0吨。选用表1所示几种军用集装箱进行装载,要求在各种物资不能混装的情况下,所选用军用集装箱数量最少,且能充分利用集装箱的装载能力。

3.2 模型的建立与求解

在此我们直接采用2.1中所建立的模型和2.2中模型的求解方法进行处理。此模型属于线性规划中的整数规划问题,可采用辅助软件LINDO来计算。在此,以弹药装箱优化为例,进行计算方法演示。

将弹药总量、集装箱尺寸初始值代入模型可得目标函数:

结束条件:

利用辅助软件LINDO可计算S和Xi的值,然后计算ceiling Xi××,得到所需各类型军用集装箱数量。

解得:

同理可得其余各种物资所需各类型军用集装箱的数量,装箱优化结果见表2。

3.3 计算结果分析

从模拟装载优化结果可知,箱型选择时,大型箱利用数量较多,以1C为主;小型箱利用数量较小,但合理使用小型箱是优化的关键。

摘要：随着我军军用物资集装化程度的逐渐提高,必然要求集装箱进行配载优化设计,以提高集装效率、经济效益和军事效益。文章在分析不同箱型军用物资配载优化必要性的基础上,根据部队作战物资的种类,确立了配载优化的目标,建立优化配载模型,给出相应的求解算法,并进行了实例仿真,验证了配载模型及解算方法的可行性。

关键词：不同箱型,军用物资,优化配载

参考文献

[1]索占鸿,等.集装运输[M].北京:中国铁道出版社,2005:136.

集装箱码头的船舶配载与堆场规划 第4篇

随着集装箱运输业的快速发展,船舶逐渐大型化,集装箱船舶挂靠港口的要求对码头的装卸设备和高速快捷的码头作业也提出了更高的要求。集装箱船舶越大,船宽就会变大,则要求港口投资购买外伸距更长的岸桥与之匹配。在未来,集装箱船载箱量会继续增加,码头则需配备新的大型岸桥。并且集装箱船的装卸速度影响了船舶在港时间,船舶在港时间越短,码头越经济。为适应这些要求,双40英尺岸桥和同贝位边装边卸装卸工艺应运而生。

双40英尺岸桥的特点是可以同时起吊2个40英尺集装箱或4个20英尺集装箱,理论计算这种新型的双40英尺岸桥单台装卸效率比普通集装箱岸桥高50%以上[1]。但是岸桥起重小车作业行程仍有一半为空,其资源并没有得到很好的利用。双40英尺岸桥结合同贝位边装边卸工艺恰好弥补这一缺陷。同贝位边装边卸主要体现为在同一贝位中装卸作业同步进行,实现岸桥起重小车无空行程工作模式[2],同时实现了集卡运载过程中“重来重去”的工作模式。

目前只有个别集装箱码头分别试用双40英尺岸桥和同贝位边装边卸工艺,结合这两项的码头,目前还没有。因而双40英尺岸桥和同贝位边装边卸工艺的研究相对比较少。

包起帆等[3]对比了双40英尺岸桥与单40英尺岸桥装卸效率,肯定了使用双40英尺岸桥能够一定程度地提高码头作业效率,总结了双40英尺岸桥效率受到限制的原因。尚晶[4]针对双40英尺岸桥的特点,制定集卡实时调度策略,建立综合考虑多个集装箱装卸环节的集卡调度模型。包起帆等[5]认为合理地调配集卡是实现同贝位装卸工艺的重要手段,可采用固定分配法与动态分配法实施集卡调度。刘琴[6]研究了在同贝位同步装卸技术下堆场平面布置和设备选型。本文在之前的相关研究的基础上,对集装箱码头使用双40英尺岸桥和同贝位边装边卸工艺,提出了与之对应船舶配载方案和堆场规划。

2 船舶配载

2.1 集装箱船舶配载的流程

船舶配载关系到集装箱船舶的稳性、吃水性、纵向强度性等各方面,是港口运营过程中很重要的环节。本文主要针对的是吊装集装箱船舶中的集装箱配载,采用的装船模式为垂直装载。集装箱船舶配载流程如下。

2.1.1 编制“航次订舱单”

应客户申请,为特定船舶具体航次分配待运集装箱的清单。按照不同的卸货港、重量级和不同的箱型等进行分类,对特殊箱进行备注。

2.1.2 船舶预配

(1)将订舱单进行清理、分类,然后对特殊箱进行定位;(2)根据配载原则,满足普通箱的需求;(3)绘制船舶预配积载图。整个预配过程都需要借助于计算机来完成。

2.1.3 船舶初配

按一定顺序安排堆场上的集装箱,并编制集装箱装箱顺序表。既满足预配积载计划的要求,又能减少码头堆场集装箱作业量,借助于装载计算系统,在行箱位总图和行箱位图上填入数据。

2.1.4 审核过程

船长和大副按照集装箱箱位选配的基本原则以及满足装卸顺序和快速装卸的要求,结合航线状况、本航次油水的配置和消耗,船舶装卸特性,途中各挂靠港口等内容,进行审核。

2.1.5 编制实配积载文件

(1)全船行箱位总图(封面图);

(2)各行箱位图;

(3)集装箱装船统计表;

(4)船舶稳性、强度和吃水核算结果。

编制集装箱船配配载计划过程中,配载人员在满足配载总体要求和堆场装箱顺序以及装卸速度的条件下,还要考虑如何最大限度地利用船舶箱位容量同时又尽可能减少倒箱,概括起来需综合考虑借货箱因素、船舶因素、安全因素等等。这些因素相互关联,相互影响,相互矛盾,使得配载计划编制变成复杂的多目标组合优化问题。

2.2 同贝位边装边卸过程

根据集装箱船的特点,基于双40英尺岸桥,同贝位边装边卸的操作过程为岸桥先同时卸完第一列和第二列,将2个40英尺集装箱或者4个20英尺集装箱放到两辆集卡后,吊起另外两辆集卡上的集装箱装船到先前卸船的第一列和第二列,卸下第三列和第四列最顶层,依次循环。双40英尺岸桥具有两套独立的起升设备,当舱内数量不均衡时,则岸

堆场规划是码头生产作业的一个重要环节,它的平面布置不仅影响码头内部交通,更重要的是对岸桥的装卸速度的影响。合理安排箱区和箱位,能减少翻箱次数,减少岸桥等待集装箱的时间,提高码头装卸速度,而且还能最大限度地提高码头堆场利用率和码头通过能力,降低码头生产成本。

双40英尺岸桥的吊具突破了1次装卸1辆集卡的常规,理论上1次能装卸4个20英尺箱或2个40英尺箱,需2辆常规集卡同时为其服务,装船作业时只有始终保证2辆集卡同时或几乎同时到达岸边且运载的集装箱完全符合船舶积载要求,才能保证双40率,充分发挥其设计效率。那么显然,双40英尺岸桥作业系统的出口箱生产组织比常规岸桥作业系统更为复杂。

堆场需要重新布置来适应新的岸桥和装卸工艺。本文将改变传统的出口箱与进口箱分开堆存的方式,将出口箱与进口箱混合堆放。主要的要点为:

(1)为配合双40英尺岸桥,需要2辆集卡同时到达岸桥下,为保证集卡实现“重来重去”无空程模式,在传统的堆存方式下,2辆集卡运载集装箱到达进口箱区,然后到出口箱区装上集装箱,再回到岸桥下,这种方式对于集卡调度有很大的难度,而且将导致码头内部交通混乱。本文提出将出口箱和进口箱放在同一个堆存区域内,集卡运送完进口箱,在同一个区域内装上出口箱,此方法使得码头内部交通顺畅,集卡实现“重进重出”,岸桥的小车运作也实现了无空程模式。

(2)将同一航次同一船舶的出口箱、进口箱堆存在一个block中,出口箱一边,进口箱一边。出口箱按照航次,船名,尺寸,重量级,卸货港分配箱位。为减少翻箱次数,堆场中轻的集装箱放在底,依重量依次往上装。较远卸货港的集装箱堆码在上方,并且同一卸货港中重箱在上,轻箱在下。这样有利于减少翻箱。

4 结语

本文研究了集装箱码头采用双40英尺岸桥和同贝位边装边卸工艺下的船舶配载和堆场规划,总结了船舶配载和堆场规划的要点,提出了出口箱与进口箱混合堆存的方法。

摘要：随着集装箱船舶的大型化,对码头的装卸设备和装卸速度的要求越来越高。为适应此需求,集装箱码头必须减少船舶在港时间,提高服务水平,由此产生了高效岸桥和新的装卸工艺,并将其应用到码头中。文中在港口采用双40英尺岸桥和同贝位边装边卸工艺的基础上,研究了码头的船舶配载和堆场规划,总结了船舶配载的要点,提出了堆场出口箱与进口箱混合堆存的方法。

关键词：集装箱码头,双40英尺岸桥,边装边卸,船舶配载,堆场规划

参考文献

[1]王荣明,张国维,龙友.高效集装箱码头装卸工艺方案探讨[J].水运工程,2006,(10).

[2]刘琴,周强,张艳伟.同贝位同步装卸的集装箱码头装卸工艺与堆场平面布置[J].水运工程,2010,(6).

[3]包起帆,金茂海.双40英尺集装箱桥吊的实践与探索[J].

配载优化 第5篇

关键词：航空货运,资源整合,集中配载

1 引言

航空货运优势资源的整合问题, 主要是指对各空运企业航线网络资源的整合, 最终在整个行业内协调资源的使用, 以最优化的方式分配货载, 降低运输的行业总成本, 打造整体的竞争优势。具体来说, 对我国航空货运优势资源进行整合的必要性主要表现在以下几个方面:

首先, 整合是应对国际竞争的需要。目前进入我国市场的大型综合物流服务商, 均具有庞大的全货机机队, 在世界各地设有自己的转运中心, 构建了完善的运输网路体系, 能在较短时间内实现货物的全球运送。例如UPS拥有253架飞机, 租赁飞机数达299架, 继2008年在上海浦东机场设立转运中心后, 今年2月又把其亚太转运中心搬到了深圳机场。而截止到2008年底, 我国共有9家全货运航空公司, 全货运飞机仅70架, 机队尚不具有规模性, 大部分航空货运仍依靠客机腹舱运输, 运输能力有限, 仅靠各航空公司的力量, 很难建立起竞争优势。

其次, 飞机的载量受到很多因素的影响, 具有不确定性。尤其是在客机腹舱带货的情况下, 由于行李过多而发生的“拉货”, 以及基于客运原因的航班取消等等都会造成货物的积压。航空公司一般会把货物留到本公司的下一个航班, 或迫于无奈而转给有协议的公司, 并不是按照最经济的方式进行分配, 没有达到社会资源的最优配置。

最后, 从航空货运的销售来看, 目前大都依靠代理人来进行销售, 虚订舱位经常导致航班的空载;而航空公司采取的“超售”对策又会导致航班的过载。而且, 舱位的销售基本是采用重量为主、体积为辅的方式, 由于货物的体积在舱位预定时很难精确估计, 到实际装箱、装机时, 可能超过货舱的容量, 难以装上预期的航班。而各航空公司的销售水平也有差异, 这些都需要各航空公司互相调节, 按总体最优的方式合理安排货物的出运。

据报道, 国资委正在酝酿把国航、南航、东航三家的货运业务整合为一家货运公司, 但整合难度很大, 三家公司都有其独立运行的一套机制, 利益诉求、企业文化也各不相同, 而且如何整合各公司的客机腹舱运力也是一个难题。

2 基于集中配载的整合方法

在目前的格局下, 各公司之间主要是通过签订代码共享、舱位互换等协议进行合作, 以期达到销售资源、航线资源等的共享。但要实现优势资源的整合, 在全行业范围内合理安排货物的出运, 单靠各航空公司之间的自我协调机制是难以实现的。一方面, 受自身利润最大化的驱动, 每个航空公司都希望尽可能装满自己的货舱, 即使自己的承运成本可能大大高于其他公司的承运成本, 也不愿把自己辛苦组织的货源交由别的公司运输。只有遇到了自身无法解决的舱位问题, 才去寻求协议公司的帮助, 最终虽然货物出运要求得到了满足, 但可能并没有按照社会成本最小的方式运输, 没有达到社会资源配置的最优。另一方面, 一个航空公司若要对其它所有公司的航线航班资源和订舱情况都了如指掌, 需要投入大量的人力和物力, 也显得不切实际。而航空公司间的二次重组短时间内也难以实现, 因此, 迫切需要引入一个第三方的角色来进行资源的协调, 该角色既航空集运人。

航空集运人独立于任何航空公司之外, 但又拥有所有航空公司的航线网络和实时订舱信息, 主要负责对货物的出运进行集中配载, 寻求成本最低、收益最大的货物运输方式。其目的不是为了某个公司载运率的提高, 收益的增加, 而是为了整个行业成本的降低, 社会总收益的增加。由航空集运人来进行集中配载, 也可以让航空公司更专注于核心业务的发展, 努力提高服务质量, 降低服务成本。

随着航空货运的发展, 今后的趋势将是越来越强调“限时服务”, 即保证在正确的时间地点实现货物的交付, 而不是像目前所强调的“采用指定航班运送”。在“限时服务”的承诺下, 航空集运人可以按照“时间分离、路线分离、装载分离”三个控制原则来进行货物的集中配载, 把待运货物分为不同的部分 (装载分离) , 沿着不同的路线 (路线分离) , 在不同的时间段 (时间分离) 进行运输。

3 基于多代理的集中配载方法探讨

3.1 航空货运中多代理的提出

多代理系统是指由多个代理组成的系统, 它是为了解决单个代理不能够解决的复杂问题, 由多个代理协调合作形成的问题求解网络。每个代理被认为是一个物理的或者抽象的实体, 通过任务分解和任务协调, 协同合作, 以提高系统的处理能力。Keqiang Zhu和M.W.Laudema在2000年的IEEE会议上曾提出了基于多代理的航空货物运输计划问题。

航空货物运输网络由航段和处理站点 (包括机场, 集运中心, 仓库等) 组成, 通过航段实现的货物移动则构成了该网络中的流。集中配载所要解决的主要问题, 就是面对各种时间和容量限制, 如何进行货物划分, 在网络中各航段间合理的分配运输任务, 通过各航段的合作来共同高效高质的解决货物出运问题。因此, 完全可以把各航段看作为一个个独立代理, 从而把运输网络系统看作为一个多代理系统, 把集中配载问题看作代理间的任务分配与协调问题。

3.2 集中配载方法中的相关定义

在航空货物运输网络这个多代理系统中, 与自然实体相对应, 可把具有一定容量限制和特定离港/到达时间的一个航段称为一个代理 (A) , 则航线网络N为多个具有特定属性的代理Ai组成的一个集合, N={A1, A2, , An}。其中代理Ai为一个多维向量, Ai= (Origini, Destinationi, Departure_timei, Arrival_timei, Weight_capacityi, Volumn_capacityi, Costi, Othersi) , 各参数分别表示该航段的始发地、目的地、离港时间、到达时间、重量限制、体积限制、单位运输成本, 其他因素 (指该航段的一些特殊说明) 。

S={S1, S2, , Sm}表示网络中需运送的所有货物集合, 每票货物Si也同样具有多个属性, Si= (S_Origini, S_destinationi, Available_timei, Due_timei, Weighti, Volumei, Freighti, Othersi) , 分别表示该出运货物的始发地、目的地、允许的最早出运时间、最迟到达时间、重量、体积、运费、其他要求。其他要求一般指特殊的运输要求, 如保鲜、冷藏、活体动物等等。

一组代理共同来完成某项任务就构成了代理间的合作。任意两个或多个代理间都可以进行合作, 但在航空货物运输网络中, 由于受很多约束条件的限制, 只能关注其中一种特殊的合作机制。在这种合作中, 各代理的离港/到达时间能够组成一个序列, 他们之间的协作能够构成一条新的货物运输路线。在后面的研究中, 把这种合作称为线性合作 (用PC表示) 。PCij表示任意一个以节点i为起点, 节点j为终点的线性合作, 实际上就是由一组航段序列{Af1, Af2, , Afq}组成的连接始发地i和目的地j的一条路线。

3.3 集中配载方法的具体实现步骤

在航空货运网络中, 货物运输是通过各个代理的一系列线性合作 (PC) 来完成的。因此, 基于多代理的集中配载, 也就是要在所有的线性合作中找出满足各种限制条件的最优组合, 以最大化网络收益。

第一步找出所有允许的线性合作。例如, 我们可找出在图1.1中包括A1并且始于A1的所有线性合作, {A1}, {A1, A2}, {A1, A3}, {A1, A2, A4}。但找出的线性合作中, 不能包括有回路, 例如图1.1中的{A1, A2, A4, A5}由于包括有回路{A2, A4, A5}, 就不能构成一个线性合作。

第二步计算所有线性合作的收益值, 选择一个收益最大的方式来执行相应的运输任务。在图1.1的图例中, 共有5个代理, 假定分别具有下面的属性:A1= (A, B, _, _, 12, _, 1.0, _) ;A2= (B, C, _, _, 10, _, 1.5, _) ;A3= (B, D, _, _, 10, _, 1.0, _) ;A4= (C, D, _, _, 8, _, 0.5, _) ;

A5= (D, B, _, _, 8, _, 1.0, _) 。同时假定有四批待运货物:S1= (A, B, _, _, 2.5, _, 10, _) ;S2= (A, D, _, _, 2.0, _, 16, _) ;S3= (C, D, _, _, 1.0, _, 7, _) ;S4= (B, D, _, _, 1.5, _, 12, _) 。为了简化运算, 此处省去出发/到达时间限制, 也不考虑中转处理时间。分别计算出始于A1、A2、A3、A4的各线性合作的收益值, 对这些收益值进行比较, 可见{A1, A3}合作的收益值12为最大, 所以应该首先选择出运货物S2经由{A1, A3}这个线性合作来完成运输。除去S2, 同时更改{A1, A3}的容量限制, 继续计算, 找出所有能由单个合作完成的运输任务。若还有剩余的不能由单个合作完成的待运货物, 则记为Sm={Sundefined, Sundefined, , Sundefined}, 它们必须分解为一个个子运输任务, 由多个线性合作共同来完成。

第三步对于不能由一个线性合作单独完成的运输任务, 计算任务在各合作间的分配方法。基本指导思想仍是多代理的任务分解方法, 通过向各代理广播任务, 由各代理反馈其执行能力, 优先挑选执行效率最高的代理, 分配给其处理能力范围内的任务。具体就航空货运的集中配载而言, 就是要选择平均收益最大的线路优先分配货物运输。

同样考虑在图1.1的图例中, 假定通过第二步的配载后, 还剩余待运货物S′= (A, D, _, _, 1.4, _, 14, _) 。各代理剩余的载量如下:A1= (A, B, _, _, 2, _, 1.0, _) ;A2= (B, C, _, _, 1.2, _, 1.5, _) ;A3= (B, D, _, _, 0.9, _, 1.0, _) ;A4= (C, D, _, _, 1.0, _, 0.5, _) ;A5= (D, B, _, _, 0.8, _, 1.0, _) 。

通过计算, 有两个合作{A1, A2, A4}和{A1, A3}可以部分执行S′, 其重量、体积限制和运送收益分别对应于 (1.0, _, 7) , (0.9, _, 7.2) 。可见, 利用合作{A1, A3}运送S′的单位收益更大, 所以优先分配给{A1, A3}载量0.9, 剩余的0.5再分配给{A1, A2, A4}, 总收益为10.7。

4 结语

要提高航空货运的整体竞争力, 树立与外航及其他运输方式间的竞争优势, 迫切要求各航空公司之间协同合作, 对现有的资源进行整合, 以降低运输的总成本。而各公司对自身利益最大化的追求决定了单靠航空公司间的协调机制难以完成资源整合的任务, 达到资源配置的最优化。因此, 本文提出了一个航空集运人的角色, 由其来进行集中配载与资源分配, 达到对货物出运的统一管理;并依据多代理的相关理论, 在各代理间进行运输任务的分配与协调, 通过各代理的合作, 以成本最小的方式来实现货物的运送。

参考文献

[1]苏宝亮.中国航空物流业成长中的基础问题[J].中国民用航空, 2009, (7) :21-24.

[2]樊烨.我国航空货运发展现状与趋势[J].综合运输, 2008, (1) :25-27.

[3]Keqiang Zhu, M.W.Ludema, R.E.C.van der Heijdenair.Cargo Transport by Multi-agent Based Planning.Proceedings of the33rd Hawaii International Conference on System Science, 2000.