基于混合流水作业组织的集装箱码头集疏运资源调度同步化研究

集装箱码头集疏运资源调度的对象是由岸桥、集卡、场桥所构成的多阶段一体化的装、卸、运操作系统。产业界通常采用所谓的"作业线调度"，即通过绑定岸桥、集卡、以及场桥使之服务于固定作业线路。理论界的现行研究大多或针对这一系统的某一环节（如岸桥、集卡、场桥）的单独调度优化，或针对相邻两个作业环节（如岸桥与集卡、场桥与集卡等）的协调调度优化来展开的。本研究通过将该问题转化为一类特殊的多阶段混合流水线的调度问题，从而实现上述各环节的集成与同步调度优化。进一步的分析显示，其特殊性主要体现在两个方面：一是集装箱装卸作业是基于堆场堆存计划与船舶配载计划，故只能由特定的场桥与岸桥来完成；二是因堆场翻箱作业的客观存在，导致作业之间的切换具有后效性。围绕这两个基本特征进行建模、下界值推导、演算子设计、算法开发及评价，同步解决装、卸、运环节的资源分配与作业排序问题，进而实现集装箱码头集疏运资源调度的同步化。

项目的研究背景：.国家自然科学基金项目71172108（基于混合流水作业组织的集装箱码头集疏运资源调度同步化研究）研究由岸桥、集卡、场桥所构成的多阶段一体化的集装箱码头装、卸、运作业系统。目前，产业界通常采用所谓的“作业线调度”，即通过绑定岸桥、集卡、以及场桥使之服务于固定作业线路，而理论界的现行研究大多或针对这一系统的某一环节（如岸桥、集卡、场桥）的单独调度优化，或针对相邻两个作业环节（如岸桥与集卡、场桥与集卡等）的协调调度优化来展开的。本研究通过将该问题转化为一类特殊的多阶段混合流水线（MHFS）的调度问题，从而实现上述各环节的集成与同步调度优化。..项目的主要研究内容：.（1）考虑集装箱码头装卸作业系统中岸桥及场桥作业的特殊性，这一特殊混合流水线上某些阶段上（如第1及第3阶段）的机器不仅仅是identical parallel machines，而是dedicated machines，因此，研究了具有dedicated machines的MHFS调度问题性质。.（2）鉴于集装箱堆场存在大量的“翻箱”操作，而“翻箱”操作可以视为2个连续作业间的切换（setup）作业，且这种切换不仅是sequence-dependent setup，而且是carryover setup，研究了具有sequence-dependent carryover setup的MHFS调度问题性质。.（3）由于切换时间在这一特殊混合流水线上占有相当高的比例，重点设计了能够反映其特征的邻域（neighborhood）与演算子（operators）的设计与算法开发。.（4）顺应于产业界集装箱船舶大型化的趋势，为了对大规模现实调度问题优化算法进行评价评价，对该特殊MHFS的作业时间的理论下界值进行了探索。..项目的主要研究结果及其意义：.研究结果表明，其特殊性主要体现在两个方面：一是集装箱装卸作业是基于堆场堆存计划与船舶配载计划，故只能由特定的场桥与岸桥来完成；二是因堆场翻箱作业的客观存在，导致作业之间的切换具有后效性。围绕这两个基本特征对多阶段一体化的集装箱码头装、卸、运作业系统进行了数学建模、理论下界值推导、演算子设计、算法开发及评价，较好地同步解决了各环节的资源分配与作业排序问题，在“作业线调度”的基础上一定程度上实现了“作业面调度”，进而为集装箱码头集疏运资源调度的同步化提供决决策支持。