自动化码头核心设备集成调度优化
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ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｍａｎａｇｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ＳＯ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏ－
ｍａｒ ｉｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ． Ａ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｏｐｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｍｕｔａ－ ｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｏｒ Ｗｅｌｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｖａ ｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃａ ｌｅ ｎｕｍｅｒｉｃａ ｌ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｂｏｕｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ＣＰＬＥＸ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｓ １．８％ ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｓ ３．８％ ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｓ ０．６％ ．ａ ｎ ｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔ ｈｍ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｃａｎ ｆ ｉｎｄ ｔｈｅ ｎｅａｒ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔＩｌ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ ；Ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ；Ｉｎｔｅｇ ｒａｔｅｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａ ｌｇｏｒ ｉｔｈｍ
第３５卷 第３期
文章编号 ：１００６—９３４８（２０１８）０３—０３８１—０４
计 备 集 成 调 度 优 化
吴远 焰 。朱 瑾 ，刘 彪 ，郑 宇超
（上海海事大学航 运技术与控制工程交通行业重点实验室 ，上海 ２０１３０６）
摘要 ：为提高 自动化码头核心设备的装卸效率 ，需要对核心设备进行有效管理 ，由此大多文献建立 了 自动化 码头核 心资源的 集成调度模型。针对 自动化码头三种核心设备 的调度模型 ，提 出了一种更精确 的遗传算法来解决这个 问题。首先采用 改进 型单点交叉算子和双变异算子对遗传算法进行改进 ，进而利用改进 的遗传算法对 问题进行求解 。为了评估 改进后 的遗传算 法性能 ，随后设 计两组不同规模的数值仿真 ，与采用 ＣＰＬＥＸ求解得 到的下界进行 比较 ，可 知两者之 间的差 值平均 为 １．８％ ， 最大为 ３．８％ ，最小为 ０．６％ ，且 在实 际当中遗传算法 的计算 机运算时 间处于可接受 范围 内。结 果表 明 ，改进后 的遗传算 法 能够找到高质量的近似最优解 。 关键词 ：自动化码头 ；核心设备 ；集成调度 ；改进 的遗传算法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３０１．６ 文献 标 识 码 ：Ｂ
Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆ Ｋ ｅｙ Ｅｑｕｉｐｍ ｅｎｔｓ ａｔ Ａｕｔｏｍ ａｔｅｄ Ｔｅｒｍ ｉｎａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｍ ｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
Ｗ Ｕ Ｙｕａｎ—ｙａｎ，ＺＨＵ Ｊｉｎ，ＬＩＵ Ｂｉａｏ，ＺＨＥＮＧ Ｙｕ—ｃｈａｏ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，
Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡ ＣＴ ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ， ｔｈｅ
基金项 目：上海 市教委 科研创 新项 目基金 （１５ＺＺ０７８）；浦江 人才计 划 （１６ＰＪＣ０４３）；２０１６ 年 研 究 生 学 术 新 人 培 育 项 目 （ＹＸＲ２０１６０７４）
１ 引言 随着 大型化集 装箱船 舶数 量 的增 加 以及港 口吞吐量 的
持续 增长 ．对港 口的通过能力和服务管 理水平 提出 了更 高的
的工作效率 已经成为评价码头综合竞 争力 的重要指标 之一 ， ＡＣＴ的服务水平相应 的体 现在 港 口码 头处 理船 舶 的周转 速 度上 。若进港船舶在 港停 靠 时间越 短 ，就意 味着 港 口有充 足
要求 。 自动化 集装 箱 码头 因 其安 全 可靠 性 高 、场 地 利用 率 高、装卸效率高 、人力 成本 低而 成为 各个 港 口的普遍 发 展趋 势 。
自动化集装箱码头 （Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｔｅｒ ｍｉｎａ ｌ，ＡＣＴ）
的资源可供调配 ，因此 如何 在码 头有 限资 源 的基 础上 ，合 理 的分 配各 类资源 以及安排各项作 业顺序 ，以获得 更高 的作业 效率 ．提高集装箱码 头 的核 心竞争 力 ，已成 为码 头管 理决 策 者 的重大关 注 重 点 。在 ＡＣＴ总 体规 划 与设 计 既定 的 前 提 下 ．码头上 的装卸设 备数量不易增加 ，码 头也很难 进行 扩建 ，
ｍａｒ ｉｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ． Ａ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｒｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｉｎｔ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｏｐｅｒａｔｏｒ ａｎｄ ｄｏｕｂｌｅ ｍｕｔａ－ ｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｏｒ Ｗｅｌｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｖａ ｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ，ｗｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃａ ｌｅ ｎｕｍｅｒｉｃａ ｌ ｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｂｏｕｎｄ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ＣＰＬＥＸ，ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｉｓ １．８％ ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｉｓ ３．８％ ，ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｓ ０．６％ ．ａ ｎ ｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔ ｈｍ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ ｒａｎｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒ ｉｔｈｍ ｃａｎ ｆ ｉｎｄ ｔｈｅ ｎｅａｒ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔＩｌ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ． ＫＥＹＷ ＯＲＤＳ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ ；Ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ；Ｉｎｔｅｇ ｒａｔｅｄ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ；Ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａ ｌｇｏｒ ｉｔｈｍ
第３５卷 第３期
文章编号 ：１００６—９３４８（２０１８）０３—０３８１—０４
计 备 集 成 调 度 优 化
吴远 焰 。朱 瑾 ，刘 彪 ，郑 宇超
（上海海事大学航 运技术与控制工程交通行业重点实验室 ，上海 ２０１３０６）
摘要 ：为提高 自动化码头核心设备的装卸效率 ，需要对核心设备进行有效管理 ，由此大多文献建立 了 自动化 码头核 心资源的 集成调度模型。针对 自动化码头三种核心设备 的调度模型 ，提 出了一种更精确 的遗传算法来解决这个 问题。首先采用 改进 型单点交叉算子和双变异算子对遗传算法进行改进 ，进而利用改进 的遗传算法对 问题进行求解 。为了评估 改进后 的遗传算 法性能 ，随后设 计两组不同规模的数值仿真 ，与采用 ＣＰＬＥＸ求解得 到的下界进行 比较 ，可 知两者之 间的差 值平均 为 １．８％ ， 最大为 ３．８％ ，最小为 ０．６％ ，且 在实 际当中遗传算法 的计算 机运算时 间处于可接受 范围 内。结 果表 明 ，改进后 的遗传算 法 能够找到高质量的近似最优解 。 关键词 ：自动化码头 ；核心设备 ；集成调度 ；改进 的遗传算法 中 图 分 类 号 ：ＴＰ３０１．６ 文献 标 识 码 ：Ｂ
Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｏｆ Ｋ ｅｙ Ｅｑｕｉｐｍ ｅｎｔｓ ａｔ Ａｕｔｏｍ ａｔｅｄ Ｔｅｒｍ ｉｎａｌ Ｕｓｉｎｇ Ｍ ｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
Ｗ Ｕ Ｙｕａｎ—ｙａｎ，ＺＨＵ Ｊｉｎ，ＬＩＵ Ｂｉａｏ，ＺＨＥＮＧ Ｙｕ—ｃｈａｏ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，
Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡ ＣＴ ：Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｌｏａｄｉｎｇ ａｎｄ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｅｆ ｉ ｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｅｒｍ ｉｎａｌ， ｔｈｅ
基金项 目：上海 市教委 科研创 新项 目基金 （１５ＺＺ０７８）；浦江 人才计 划 （１６ＰＪＣ０４３）；２０１６ 年 研 究 生 学 术 新 人 培 育 项 目 （ＹＸＲ２０１６０７４）
１ 引言 随着 大型化集 装箱船 舶数 量 的增 加 以及港 口吞吐量 的
持续 增长 ．对港 口的通过能力和服务管 理水平 提出 了更 高的
的工作效率 已经成为评价码头综合竞 争力 的重要指标 之一 ， ＡＣＴ的服务水平相应 的体 现在 港 口码 头处 理船 舶 的周转 速 度上 。若进港船舶在 港停 靠 时间越 短 ，就意 味着 港 口有充 足
要求 。 自动化 集装 箱 码头 因 其安 全 可靠 性 高 、场 地 利用 率 高、装卸效率高 、人力 成本 低而 成为 各个 港 口的普遍 发 展趋 势 。
自动化集装箱码头 （Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｉｎｅｒ Ｔｅｒ ｍｉｎａ ｌ，ＡＣＴ）
的资源可供调配 ，因此 如何 在码 头有 限资 源 的基 础上 ，合 理 的分 配各 类资源 以及安排各项作 业顺序 ，以获得 更高 的作业 效率 ．提高集装箱码 头 的核 心竞争 力 ，已成 为码 头管 理决 策 者 的重大关 注 重 点 。在 ＡＣＴ总 体规 划 与设 计 既定 的 前 提 下 ．码头上 的装卸设 备数量不易增加 ，码 头也很难 进行 扩建 ，