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《NJTR集装箱港口作业系统建模与优化金淳技出版传媒股份有限公》[56M]百度网盘|亲测有效|pdf下载
  • NJTR集装箱港口作业系统建模与优化金淳技出版传媒股份有限公

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内容介绍

  商品基本信息,请以下列介绍为准
商品名称:集装箱港口作业系统建模与优化
作者:金淳,高鹏
定价:178.0
出版社:技出版传媒股份有限公司
出版日期:-02-01
ISBN:9787030668400
印次:1
版次:1
装帧:
开本:16开

  内容简介
本书针对计算机建模与优化技术在集装箱港口作业系统的应用问题开展研究。本书运用离散事件系统、多Agent、分布式、人工智能等不同类型的建模技术,探讨了多目标优化、模糊优化、分布式优化等不同类型的优化问题。本书内括:建模及优化技术原理,集装箱港口作业系统建模与优化专题,建模及优化技期展。本书所介绍的理论方法可供集装箱港口作业领域及生产系统、物流系统、工业工程等相关领域从事系统建模分析、规划设计、作业优化、运营管理方面的技术人员、大专院校师生学考。

  目录
目录 第1章 集装箱港口作业系统决策优化问题 1 1.1 集装箱码头作业系 1.2 作业系统决策优化问题分类及概述 4 1.3 作业系统建模及优化问题 12 1.4 本书篇章结构 14 第2章 建模与优化方法 16 2.1 离散事件系统建模方法 16 2.2 离散事件系统的基本模型 21 2.3 优化方法概述 27 2.4 其他建模方法简介 31 第3章 集装箱码头海侧作业系统建模 34 3.1 概述 34 3.2 海侧作业系统分析 34 3.3 海侧作业系统建模 36 3.4 输入数据分析 40 3.5 Arena建模工具简介 43 3.6 海侧作业系统模型的实现 45 3.7 运行及结果分析 48 3.8 本章小结 51 第4章 集装箱码头堆场作业系统建模与优化 52 4.1 概述 52 4.2 堆场作业系统分析 52 4.3 堆场作业系统建模 57 4.4 堆场作业系统模型的实现 64 4.5 堆场作业系统作业资源配置问题的优化 65 4.6 本章小结 75 第5章 集装箱码头闸口作业建模与优化 76 5.1 概述 76 5.2 闸口作业系统分析 76 5.3 闸口作业系统建模 79 5.4 闸口作业系统资源配置优化 86 5.5 闸口作业系统调度优化 92 5.6 本章小结 95 第6章 集装箱码头装卸工艺系统建模与优化 96 6.1 概述 96 6.2 装卸工艺系统建模 96 6.3 装卸工艺系统资源配置问题的优化 106 6.4 装卸工艺系统作业调度问题的优化 109 6.5 本章小结 116 第7章 运输作业系统多Agent建模与优化 117 7.1 概述 117 7.2 运输作业系统的多Agent混合建模 118 7.3 同步装卸模式下运输作业系统多Agent 优化 131 7.4 本章小结 144 第8章 集装箱港口集疏运网络系统建模 145 8.1 概述 145 8.2 集装箱港口集疏运网络系统业务分析 145 8.3 集装箱港口集疏运网络系统排队网络建模 147 8.4 集装箱港口集疏运网络系统的模型 154 8.5 实例分析 157 8.6 基于控制服务的卡口区域可重构建模 163 8.7 本章小结 170 第9章 集装箱港口作业系统的分布式建模 171 9.1 概述 171 9.2 HLA技术概述 172 9.3 分布式建模的系统分解原理 176 9.4 集装箱港口集疏运网络系统的分解 178 9.5 基于HLA 的联邦成员设计及验证 185 9.6 本章小结 193 第10章 集装箱港口作业系统的分布式优化 194 10.1 概述 194 10.2 基于HLA的分布式优化架构设计 195 10.3 分布式优化模型设计及实现 2 10.4 集装箱港口作业系统资源配置的分布式优化 216 10.5 本章小结 223 第11章 集装箱港口作业系统的模糊优化 224 11.1 概述 224 11.2 模糊优化概述 224 11.3 泊位作业系统资源配置的模糊优化 230 11.4 保税港区卡口通道数配置的模糊优化 239 11.5 本章小结 246 第12章 基于人工智能的码头作业优化 248 12.1 概述 248 12.2 基于在线学GV调度模型及分析 250 12.3 基于人工神经网络的堆场作业调度及优化 265 12.4 本章小结 281 第13章结与展望 282 13.1结 282 13.2 未来展望 285 参考文献 288

  摘要

第1章 集装箱港口作业系统决策优化问题
  集装箱港口(container port括水域、陆域两部分,陆域部分由集装箱码头及其后方的集疏运网络系统构成。集装箱码头(container terminal)是供船舶停靠及集装箱装卸和堆存作业的区域。尽管广义上集装箱港口作业系括集装箱码头作业系统、港口集疏运网络系统,但考虑到所涉及问题的复杂性和研究的关注度,一般而言,集装箱港口作业系统指集装箱码头作业系统,它括海侧作业(seaside operation)、陆侧作业(landside operation)、运输作业(transportoperation)的复杂物流系统,其资源配置和作业调度优化问题一直是学术界和企业界关注的热点问题。本章作为全书的开篇,主要介绍集装箱码头作业系统的构成及特点,梳理作业系统中的决策优化问题及其求解特点,为后面各章的建模(simulation modeling)及优化(simulation optimization,或称simulation-basedoptimization)专题做好铺垫。
  1.1 集装箱码头作业系统
  1.1.1 集装箱码头作业系统的分类
  典型的集装箱码头作业系统的构成如图1.1 所示。从空间构成看,集装箱码括泊位(berth)、岸边(quay)、运输(transport)、堆场(yard)、闸口(gate)五个主要区域。从作业视角看,集装箱码头作业分为海侧作业括泊位和岸边装卸作业;陆侧作业括堆场作业和闸口作业;运输作业,连接海侧作业和陆侧作业。
  图1.1 典型的集装箱码头作业系统的构成
  1)集卡:集装箱卡车的简称;内部集卡简称内卡,外部集卡简称外卡集装箱码头作业系统是由基础设施、设备、人员、控制系统构成的作业系统,该系统中使用特定的装卸设备装卸和搬运集装箱货物的操作过程和作业方法称为装卸工艺。在集装箱码头的海侧作业、陆侧作业、运输作业三大类作业中,一般地,海侧作业的岸边装卸工艺均采用吊装工艺方法,又称“垂直作业方式”,即在码头前沿设置集装箱起重机(quay crane,QC),即集装箱装卸桥(也称岸桥),用吊上/吊下的方式来装卸船上集装箱,再配以其他机行搬运和堆场作业完成集装箱的装卸。运输作业主要采用各类集装箱拖挂车(简称集卡)、跨运车行运输作业。陆侧的堆场作业所采用的设备各有不同,因而呈现不同的工艺方式。按集装箱堆存作业方式划分作业系统,主要有两种类型:跨运车作业系统和场桥起重机作业系~3]。根据堆场中使用的搬运机械类型的不同,集装箱码头装卸工艺方式可分为4 种类型:底盘车(trailer)装卸工艺、跨运车(strlecarriers)装卸工艺、轮胎式集装箱门式起重机(rubber tired gantry crane,RTG)装卸工艺、轨道式集装箱门式起重机(rail mounted gantry crane,RMG)装卸工艺。各类装卸工艺的特点如表 1.1 所示[1,2]。
  表1.1 集装箱码头装卸工艺的分类及特点
  1.1.2 自动化集装箱码头作业系统
 年来,自动化集装箱码头发展迅速。传统集装箱码头与自动化集装箱码头作业系统的作业方式特点及转换方式比较,如表1.2 所示[1]。由表1.2 可以看出,在技术手段方面,实施码头作业自动化的关键技含两类:一是ICT(informationand communication technology,信息和通信技术),如网络技术、无人化技术、定位技术、实时通信技术;二是系统协调优化决策技术。另外,作业标准化技术也是十分重要的保障措施。在设备升级方面采用自动化设备,如自动化岸边装卸桥(automated quay crane,AQC)、自动引导车(automated guided vehicle,AGV)、自动跨运车(automated strle carrier,ASC)、自动化轮胎式/轨道式集装箱门式起重机(automated RTG/RMG,ARTG/ARMG)等。
  表1.2 传统集装箱码头与自动化集装箱码头作业系统的作业方式特点及转换方式比较
  自动化集装箱码头自 世纪90 年代发展以来,目前已形成多种装卸工艺方案。本书介绍我国目前新建或在建的典型的“双小车岸桥+AGV+ARMG”全自动化码头装卸工艺方案,其作业系统的典型构成如图1.2 所示。其主要特点如下[1]。
  (1)海侧作业设备采用双小车岸桥,由中控室远程操作控制,作业效率为35~40 箱/小时。
  图1.2 自动化集装箱码头“双小车岸桥+AGV+ARMG”装卸工艺示意
  (2)自动化堆场布局采用与码头岸线垂直方式。堆场作业设备采用ARMG配置,一般每个街区配有一高一低两台不同轨距的ARMG,低ARMG 可以从高ARMG 下方穿越,二者均能够覆盖整个街区,极大地提高了堆场的装卸效率和装卸灵活性。
  (3)自动化集装箱码头与传统集装箱码头、半自动化集装箱码头相比,一个重要区别在于运输设备。由于AGV 是集装箱码头运输设备中自动化技术和节能环保技术*完善的,已成为全自动化码头运输设备的。AGV 行驶路径灵活,不受作业路线约束,可在任何无障碍物的地方转弯行驶,适用于各种大小及形状的集装箱码头。
  (4)自动化集装箱码头作业控制系括智能岸边装卸系统、智能运输系统、智能堆场作业系统、智能调箱门系统、智能设备管理系统和远程监控系统等子系统。
  1.2 作业系统决策优化问题分类及概述
  1.2.1 决策优化问题的分类
  与前所述的集装箱码头三种作业相对应,集装箱码头作业系统的优化问括海侧作业优化含泊位作业、岸桥作业)、陆侧作业优化(主要是堆场作业)、运输作业优化(车辆分配及路径问题)及集成作业优化问题[2]。另外,有学能要素视角出发对集装箱码头作业系统的构行分类,如Stahlbock 和Voss将作业系统分为物料搬运设备(硬件)、人力资源(人)、辅助系统和作业模式(软件)[3];Angeloudis 和Bell 则将其分为基础设施(岸边/堆场)、作业设备、人力资源、作业流程、控制系统五类[4]。对于自动化集装箱码头,可将人力资源归结在控制系统中,因为在自动化作业系统中,涉及人的相关作业已经被计算机系统替代。
  本书从系统建模的角度研究集装箱码头作业系统的决策优化问题。建模分析方法属于系统活动分析方法,是以系统中要素间的相互作用为主线系统活动,从而达到分析系统运作效果的目的。因此,从建模方法、活动特点和应用目的出发,可以将系统要素与作业类型相结合,将集装箱码头作业系统决策优化问题归结为以下几类。
  (1)基础设施优化问题,是针对作业系统中作业资源的构成规模和空间布局的优化,如泊位、堆场、闸口、港区道路等基础设施的静态物理参数的优化。
  (2)作业设备优化问题,是针对作业系统中物料搬运设备的配置及其相互匹配关系的优化,如作业方式、作业策略、设备的种类、数量规模、作业效率等。
  (3)作业流程优化问题,是针对作业系统中集装箱装卸的流动和存储作业活动计划的优化,如设备的分配、数量、作业顺序、作业路径、作业时间等。
  (4)作业控制优化问题,是针对集装箱作业过程的状行信息采集、状态控制以协调集装箱—设备之间的关系,如实时状态监控、分析、控制指令、协调优化等。
  上述每类优化问题,又可分为海侧作业、陆侧作业、运输作业,以及集成作业的优化。于是,基于建模视角的集装箱码头作业系统主要的决策优化问题归纳如表1.3 所示。需要指出的是,建模方法强调系统中各要素之间的相互作业和联系,因此,常将上述各类问题综合考虑来构建集成模型,给出优化解决方案。例如,集装箱码头作业系统的装卸工艺系统的优化问题虽然归属于上述第(2)类作业设备优化问题,但也往往与第(1)类、第(3)类问题联合考行建模及优化。
  表1.3 主要的决策优化问题
  对作业系统优化问题按海侧作业、陆侧作业、运输作业、集成作业优化问行介绍。篇幅所限,本书主要对上述第(1)类、第(2)类、第(3)类问行介绍,对第(4)类的作业控制优化问题,由于研究领域有所不同,不列入本书讨论的范围内,特此说明。
  1.2.2 海侧作业优化问题
  集装箱码头海侧作业(又称岸边作业、前沿作业)涉及的主要问题主要存在于船舶靠泊、在泊作业两个阶段。前者主要是泊位分配问题(berth allocation problem,BAP),后者主要是岸桥调度问题(quay crane scheduling problem,QCSP)[5~7]。
  1. 泊位分配问题
  BAP 是在满足既定泊位窗口的前提下为到港的船舶分配靠泊位置、配置作业资源并安排靠泊和离港时间,其核心问题是保证船舶之间在靠泊位置与在泊时间不同时重叠的前提下,满足作业效率要求。
  BAP 主要考虑空间要素括连续、离散泊位空间,船舶尺和吃水深度)、时间要素括船舶到达时间)、作业要素括作业箱量,作业位置及堆场间往返时间,分配作业的岸桥数量)和性能指标要素(问题的输出指标括船舶在泊时间、船舶等待时间)等。BAP 连带有两个关联问题:岸桥分配问题(quay craneassignment problem,QCAP)、QCSP。QCAP 解决将不同数量的岸桥分配给不同船舶的问题,这时船舶作业效率与所分配的岸桥性能有关。
  BAP/QCAP 一般可归结为单目标或多目标混合整数规划(mixed integerprogramming,MIP)或混合整数非线性规划(mixed integer non-linear programming,MINLP)问题,问题的求解多采用启发式(heuristic)算法或算法,部分问题采用基于离散事件的优化方法或基于Agent 的方法求解。……

  作者简介
金淳,大连理工大学管理与经济学部教授,博士生导师。系统工程副所长。00年在日本获得博士学位。中国系统工程学会物流系统工程分会委员。研究领域为电子商务与物流管理,主要研究涉及港口物流,多式联运系统、仓储物流的建模、和优化等,电子商务信息系统工程及商务智能等。先后主持研究项目以及企业开发咨询课题余项。参加国家自然科学重大、以上项目3项。发表靠前国内论文100余篇,获省部级奖励3项。