多规格大型工件堆场的动态堆位布局与作业调度方法研究

Considering the multiple sizes of large-scale workpieces in stockyard of China’s marine engineering equipment manufacturing industries, the traditional way of dividing the stockyard into a number of fixed-size locations causes lower spatial utilization. Based on analysis of spatial rolling characteristic in stockyard and spatial constraint on workpiece moving path, a dynamic stock position layout method for unstackable workpieces is proposed, and a collaborative optimization of group stack policy and dynamic stock position layout method for stackable workpieces is proposed. According to spatial constraints between the target workpiece and other workpieces in the stockyard, a relocation model based on dynamic stock positions is build, a space and time matching rule for workpiece and stack position is studied and a look ahead algorithm for relocation problem is proposed. Facing the fact of simultaneous incoming and outgoing operations in the stockyard, an incoming and outgoing mixture operation scheduling model is build. Combined with the dynamic stock position method and the relocation method, an optimization algorithm for incoming and outgoing mixture operation scheduling problem is proposed. The research enriches theory of stock position layout and operation scheduling for stockyard area of multiple-size large-scale workpiece, which can lower logistics cost and improve competitiveness of China’s heavy industries, especially marine engineering equipment manufacturing industries.

本项目考虑了海洋工程装备制造产业生产中大型工件堆场的工件规格越来越多样化，而传统大型工件堆场主要采用预先划分固定大小堆位的方式造成堆场空间利用率低下，针对多规格大型工件堆场展开研究。通过对大型工件堆场空间资源的滚动利用特性、工件搬运路径上的空间资源约束等的分析，提出针对不可堆叠工件的动态堆位布局方法以及针对可堆叠工件的成组堆叠与动态堆位布局协同优化方法。根据目标工件在搬运路径上与其他工件的空间约束，构造基于动态堆位的工件倒位模型，研究工件与堆位的空间和时间匹配规则，提出基于前瞻的工件倒位算法。考虑堆场上进出场作业同时进行，构造堆场进出场混合作业调度模型，并结合动态堆位布局方法和倒位算法，提出大型工件堆场进出场混合调度优化算法。本项目丰富了大型工件堆场上堆位布局与作业调度的理论方法，对降低海洋工程装备制造等重工产业物流成本，提升我国重工业的竞争力具有重要意义。

本项目针对海洋工程等大型装备制造产业生产过程中工件的临时堆放需求，考虑大型工件规格的多样化，以多规格大型工件堆场为研究对象，分析了大型工件堆场空间资源的滚动利用特性、不同搬运方式下工件搬运路径上的空间资源约束等，对大型工件堆场堆位布局与作业调度问题进行了系统研究。主要研究内容包括：（1）多规格大型工件堆场调度系统的相关因素分析与约束提炼；（2）针对多规格大型工件的动态堆位布局方法研究；（3）考虑搬运方式的动态堆位倒位方法研究；（4）多规格大型工件堆场混合作业调度方法研究；（5）工业实例验证。此外，本项目还扩展研究了大型工件堆场之间的车辆路径规划与物流调度问题，并取得了相关研究成果。本项目在三年执行期中共发表/录用学术论文12篇，其中3篇SCI源刊物论文，5篇EI源刊物论文，另有多篇论文在审或撰写中，登记软件著作权1项，申请发明专利1项，培养硕士研究生2名。通过本项目研究，已形成一套大型工件堆场调度系统的理论模型和求解方法，有效提高了堆场的利用率和调度作业效率，为大型工件堆场调度系统提供一定的理论和实践指导，对降低海洋工程装备制造等重工产业物流成本，提升我国重工业的竞争力具有积极意义。