集装箱堆场作业计划模型及算法

个, 由于原分类属性 A 所处位置仅有 1 个空位, 于是
剩下 5 个放在其他地方如图 2( b) , 造成堆放零散, 随
着时间推移, 这种堆放/ 碎片0现象逐渐加剧。
10
铁道学报
第 31 卷
为解决上述缺陷, 需要改进堆场箱静态码垛模型, 既考虑取箱问题, 也同时考虑码箱问题。
将所有堆场逻 辑上合并, 划分若干区 域, 如待拆 区、拆箱作业区、空箱区、检修箱( 坏箱) 区、扣箱区、装 箱作业区、待发区, 保税区等, 称为箱大区。每个箱大 区存放特定类型箱如名称所示, 互不干扰。箱大区内, 根据分类属性结合以往货流, 划分为若干箱小区。此 时广义分类属性包括箱大区和箱小区两个方面的分类 属性集合。划分箱区后, 不同广义分类属性的箱互不 压叠。于是, 堆场箱静态码垛模型归结如下
江 南1 , 钱 迈2 , 渠洪涛2 , 史 峰1
( 1. 中南大学 交通运输工程学院 , 湖南 长沙 410075; 2. 中铁集装箱运输有限 责任公司, 北京 100055)
摘 要: 寻求能够自动生成集装箱堆场作业计划的 方法, 使得堆场的使用及作业更为合 理有序。首先, 进行堆 场 集装箱集合的划分, 得到静态码垛模型, 通过箱大区和箱小区解决半自由箱和非自由箱问题及堆场碎片问 题。其 次, 定义集装箱码放顺序的全序关系, 得到动态码垛模型, 并设计求解 该模型的 箱小区判定 算法和单 箱码箱取 箱 算法。引入动态全序概念, 说明动态全序构造方法。结合取 箱时空箱 位的暂扣问 题, 得 到循环箱 码垛模 型, 设 计 循环箱单箱码箱取箱算法, 及构造动态全序算法和暂 扣标记设置解除算法。再次, 分析一个作业计划派工单中 各 个作业之间的部分序关系。最后, 算例表明循环箱码垛模 型及相应算 法能够适 应集装箱堆 场上频繁 码箱取箱 作 业, 整体上看箱位使用频率基本均衡, 并且呈现循环滚动使用态势。 关键词: 集装箱; 作业计划; 箱位分配; 堆场; 货场 中图分类号: U 294. 3; O141 文献标志码: A doi: 10. 3969/ j. issn. 1001-8360. 2009. 05. 002
Model and Algorithm of Container Yard Operation Plans
JIA N G N an1 , Q IA N Mai2 , Q U H ong- tao2 , SH I F eng1
( 1. School of Traf fic & T ranspot at ion Engin eering, Cent ral S out h U nivers it y, Changs ha 410075, C hina; 2. China Railw ay Cont ainer T ran sport Co. Lt d. , Beijing 100055, C hina)
第 31 卷第 5 期 2 0 0 9 年 10 月
铁道学报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y
V ol. 31 N o. 5 October 2009
文章编号: 1001- 8360( 2009) 05-0008- 09
集装箱堆场作业计划模型及算法
式中, S 是堆场上所有箱的集合; b( x ) 是 箱 x 的滞留
度。
一般情况下, 堆场箱的保有量适中, 式( 1) 的最优
解不唯一, 并且其中大部分解在考虑一个时间段内连 续多次取箱码箱过程后, 易造成堆场箱码放零乱现象。
例如, 假设根据式( 1 ) 求得堆场上分类属性 A 和 B 的
集装箱箱位如图 2( a) , 另外 新增分类 属性 A 的箱 6
集装箱堆场指铁路车站、港口、大型集装箱物流中 心内, 专门为集装箱堆放所划分的场地。作业计划指 在一定作业需求下针对每个箱所进行 的具体作业顺 序。本研究侧重于铁路堆场集装箱码垛合理性及作业 计划的优化。
收稿日期: 2009-02-16; 修回日期: 2009-04-29 作者简介: 江南( 1962 ) ) , 男, 北京人, 教授, 博士。 E-mail: joanajoana@ s ina. com. cn
命题 1 关系 R 1 是等价( equivalence) 关系。 证明 设 S1 表 示某集装箱集合 ( 例 如待拆箱集 合) 。对于 Px I S1, 有 x R1x 为真( 箱与其自身具有相 同分类属性) , 因此自反性( ref lex ive) 成立; 对于 Px , y I S 1 , 只要 x R 1 y 为真, 就有 y R1 x 为真( 如果 x 和 y 具 有相同分类属性, 则 y 就和 x 具有相同属性) , 因此对 称性( sy mmet ric) 成立; 对于 Px , y , z I S 1, 只要 x R1 y 为真, 且 y R1z 为真, 就有 x R1 z 为真( 如果 x 和 y 具有 相同分类属性, 且 y 和 z 也具有相同分类属性, 则 x 就 和 z 具有相同属性) , 因此传递性( tr ansit ive) 成立。于 是, 命题成立。 证毕。 由此可见, 具有相同分类属性的箱相互之间等价, 如果取箱时按照分类属性进行, 则可在其中任取一个。 首先分析堆场箱静态码垛模型, 此时只考虑堆场上既 有箱的/ 取0问题, 而不考虑新增加的箱/ 放入0堆场问 题。为建立码垛静态模型, 进行如下定义。 定义 1 自由箱是指不被其他分类属性箱压住的 箱; 半自由箱是指虽被其他分类属性箱压住, 但存在等 价自由箱的箱; 非自由箱是指既被其他分类属性箱压 住, 也不存在等价自由箱的箱。 由此可见, 自由箱是那些随时可以取, 或其上相同 分类属性箱取完后即可取的箱; 半自由箱虽然不能取, 但存在等价箱可以取; 而非自由箱是那些既不能取, 也
Abstract: T he resear ch is t o find a m et hod t o make operat ion plans for co nt ainer y ar ds aut om at ically , w hich makes t he use of cont ainer yards and operat ions m ore rat ional and w ell ordered. First ly, the par tit ion principle of co nt ainers in a y ard is intr oduced, t he stat ic laying model is f orm ulat ed, and t he pro blems of sem-i f ree and no n- free containers as w ell as yard frag ment s are so lved t hrough glo bal cont ainer dist rict s and local dist rict s. Secondly, t he g eneral or der of container laying is defined, t he dy namic laying m odel is f ormulat ed, and t he sol ut ion alg orit hm s of local dist rict posit ioning and sing le cont ainer laying and fet ching are designed. T he dy namic general order and it s const ruct ion method are int roduced. T he looping cont ainer laying model is f ormulat ed w it h empt y laying posit ions t emporarily detained, and t he solution alg orit hm s of sing le lo oping cont ainer laying and f et ching, dynamic general order const ruction and t em por ar y detaining f lag sett ing and unset t ing are designed. T hirdly , t he part ial or der relat io n of oper at ions in an o peration plan sheet is analyzed. L ast ly, t he num er ical exam ple show s t hat t he lo oping container lay ing model and it s solut ion algorit hm can cope w it h busy laying and f et ching operations in a cont ainer yard, t he utilizat ion frequencies of cont ainer positions are equalized basically and are subject t o good circulat io n. Key words: cont ainer; oper at ion plan; sto rag e allocat ion; cont ainer y ar d; fr eight y ard
1 静态码垛模型
在堆场中, 对大宗货物箱进行分类, 分类标准随堆 场不同而异。例如对于某港口铁路箱, 典型待拆箱分 类标准为按照 箱型、箱主 单位、到 达代理、货 名分类。 分类标准称为分类属性。定义关系 x R1y 为 x 与 y 具 有相同分类属性, 其中 x 和 y 代表箱。于是, 下述命 题 1 为真。
无等价自由箱可以替代被取的箱, 如图 1 所示。随着
相同分类属性自由箱逐渐被取走, 半自由箱逐渐变为
非自由箱。为了衡量箱 x 的自由程度, 定义滞留度 b
( x ) 如下
0
自由箱
b( x ) =
c1 lx
c2 lx nx + 1
非自由箱 半自由箱
式中, l x 为码放于箱 x 之上的其他分类属性箱数; nx
第 5期
集装箱堆场作业计划模型及算法
9
门吊计划和箱位分配。现有箱位分配研究侧重于针对 装载计划的倒箱, 对堆场箱初始码垛合理性未作研究 和要求, 属于一种随到随码方式, 于是在作业过程中, 带来大量倒箱作业。
由于作业计划最终要落实到具体箱的作业顺序及 准确位移位置, 因此首先进行堆场箱码垛模型的研究, 得到衡量箱码垛水平的手段, 以此作为码箱和取箱的 位置确定准则。然后对单箱作业需求制定计划, 该作 业计划对箱的位移需要满足箱码垛模型。最后研究多 箱作业需求下的作业计划, 该计划中的每个箱均满足 单箱作业计划, 当然箱的位移也要满足箱码垛模型, 此 外由于箱的码垛是有顺序的, 于是多箱作业计划也是 有顺序的, 包括同一作业计划中不同箱之间有顺序、不 同作业计划间也有顺序问题。
目前针对车站集装箱货场理论研究较少见诸于文 献。文献[ 2, 4, 6] 对港口集装箱堆场倒箱问题进行了 研究, 文献[ 1, 3] 讨论了集装箱港口仿真及控制软件: 文献[ 5] 介绍了集装箱堆场拖车的计划方法。此外, 文 献[ 7~ 17] 也从不同角度对集装箱堆场的作业优化问 题进行了研究。研究基本以港口为背景, 主要围绕泊 位分配、装载计划、码头门吊计划、堆场拖车计划、堆场
为相同分类属性的自由箱数; c1 > 0, c2 > 0, c1 > c2 。
堆场箱静态码垛模型的目标是, 可以随时取任何
分类属性的箱, 而尽可能 少地移动其他分类 属性箱。
于是, 仅考虑取箱的堆场箱静态码垛模型归结如下
m in 6 b( x ) xI S
( 1)