一种双吊具场桥调度优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及场桥调度技术领域，公开了一种双吊具场桥调度优化方法、装置以及计算机存储介质，包括以下步骤：考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，以所述场桥装卸作业完成时间作为目标函数；设定场桥作业的约束条件，所述约束条件包括作业任务的存储位置约束、任务类别约束以及集卡停靠点约束；以最小的场桥装卸作业完成时间作为目标，在所述约束条件下，建立双吊具场桥调度优化模型；通过遗传模拟退火算法对所述双吊具场桥调度优化模型进行求解，得到最优场桥执行任务序列。本发明专利技术提供的双吊具场桥调度优化方法，充分考虑双吊具特点，最大程度发挥双吊具优势，缩短任务执行时间。

【技术实现步骤摘要】
一种双吊具场桥调度优化方法及装置
本专利技术涉及场桥调度
，具体涉及一种双吊具场桥调度优化方法、装置以及计算机存储介质。
技术介绍
国内外集装箱码头的作业规模和业务水平随着经济的增长呈不断发展的态势，而堆场作为连接码头前沿和闸口之间的重要桥梁，是自动化码头海、陆两侧集装箱运输的中转站，其装卸效率对码头整体的作业水平起着至关重要的作用。堆场的装卸作业主要由自动堆垛起重机(简称场桥)完成，由于集装箱吞吐量的增加，原有的设备及资源逐渐不能满足生产的需要，因此港口设备制造商需要不断更新集装箱装卸设备，来满足越来越大的吞吐量要求。本文主要研究双吊具场桥，即每台场桥上拥有两个吊具，可同时吊起两个集装箱，从而提高堆场装卸效率。现有关于场桥调度问题的研究多集中于传统码头单吊具场桥作业模式，对双吊具桥吊的研究主要集中在设备结构和控制系统等硬件方面，缺乏对双吊具场桥在执行装卸任务过程中调度问题的研究。而在集装箱码头实际作业过程中，如何根据集装箱装卸任务的箱区位置和集卡停留点，合理利用吊具之间的配合缩短作业时间达到提高作业效率是体现码头服务水平的关键，然而，场桥两吊具之间的协同情况复杂，已有的场桥调度模型均不能准确刻画该问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种双吊具场桥调度优化方法、装置以及计算机存储介质，解决现有技术中场桥调度模型无法准确刻画双吊具之间的协同情况，无法最大程度的发挥双吊具的优势的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种双吊具场桥调度优化方法，包括以下步骤：考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，以所述场桥装卸作业完成时间作为目标函数；设定场桥作业的约束条件，所述约束条件包括作业任务的存储位置约束、任务类别约束以及集卡停靠点约束；以最小的场桥装卸作业完成时间作为目标，在所述约束条件下，建立双吊具场桥调度优化模型；通过遗传模拟退火算法对所述双吊具场桥调度优化模型进行求解，得到最优场桥执行任务序列。本专利技术还提供一种双吊具场桥调度优化装置，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现所述双吊具场桥调度优化方法。本专利技术还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述双吊具场桥调度优化方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术基于双吊具场桥的作业特点，建立了混堆箱区内双吊具场桥调度模型。具体的，考虑了作业任务的存储位置、任务类别、集卡停靠点等约束条件对作业时间的影响，考虑执行同一贝位任务时双吊具间协同作业来计算场桥装卸作业完成时间，以最小化作业完成时间为目标，建立了可以刻画双吊具之间协同作用的模型。同时，将遗传算法与模拟退火算法进行融合求解该场桥调度模型，首先遗传算法对作业任务顺序进行筛选，得到全局较优解；然后利用模拟退火算法对上述全局较优解进一步优化，降温过程中Metropolis准则可以使优化结果有一定的概率跳出局部最优的陷阱，使模拟退火算法充分调用遗传算法的全局信息，从而最终获得全局最优解，得出规避冲突后的最优场桥执行任务序列，从而缩短场桥装卸作业完成时间，优化场桥行走路径。本方法通过充分利用双吊具之间的协同作业，减少集装箱装卸作业任务的总时间。附图说明图1是本专利技术提供的双吊具场桥调度优化方法一实施方式的流程图；图2是单起升双吊具场桥与双起升双吊具场桥的结构对比图；图3是本专利技术提供的单起升双吊具场桥调度优化方法一实施方式的作业环境示意图；图4a是本专利技术提供的单起升双吊具场桥调度优化方法一实施方式的作业示意图；图4b是本专利技术提供的双起升双吊具场桥调度优化方法一实施方式的作业示意图；图5a是本专利技术提供的单起升双吊具场桥采用遗传模拟退火算法进行调度优化一实施方式迭代过程示意图；图5b是本专利技术提供的单起升双吊具场桥采用遗传模拟退火算法进行调度优化一实施方式的算法结果图；图6a是本专利技术提供的双起升双吊具场桥采用遗传模拟退火算法进行调度优化一实施方式迭代过程示意图；图6b是本专利技术提供的双起升双吊具场桥采用遗传模拟退火算法进行调度优化一实施方式的算法结果图；图7是混堆箱中相邻箱占比不同时场桥任务所需时间的对比图；图8是总作业任务量不同时场桥任务所需时间的对比图；图9是混堆箱中贝位数量不同时场桥任务所需时间的对比图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术是基于自动化双吊具场桥作业系统，考虑两吊具之间协同作业情况，研究在自动化集装箱堆场一个箱区中同时进行海、陆两侧存、取箱作业场桥调度问题，优化双吊具间的任务分配、任务的作业顺序以及作业完成时间，为双吊具场桥在自动化码头的应用提供高效、精准、安全的作业计划。为了实现上述目的，首先，考虑执行同一贝位任务时吊具间发生冲突的可能性，以最小化场桥装卸作业完成时间为目标，建立双吊具场桥调度优化模型。然后，设计遗传模拟退火算法对模型求解，通过迭代对场桥执行任务序列进行优化，得出规避冲突后的最优场桥执行任务序列，进而可得到最短作业完成时间和场桥具体行走路径。具体的，进行建模前，首先设定双吊具场桥调度优化模型的适用条件：1、所有待操作的任务均处于同一混堆箱区，作业任务包括与岸边之间的装卸船作业和外集卡的进提箱作业；2、所有任务的存储位置和目标位置均已知；3、集装箱箱型均相同，本实施例中为40英尺集装箱，不考虑翻箱操作；4、作业顺序可以任意排序，即本专利技术提出的双吊具场桥调度优化模型是针对同一时间段内所要装卸的集装箱，不考虑集卡到达的时间顺序；5、一个箱区内仅有一台双吊具场桥，该场桥可以在箱区内自由移动；6、两个吊具之间可以协同配合作业，双吊具场桥在作业过程中一次可以提起两个相邻集装箱或一个集装箱，双箱作业与单箱作业进行切换时需要一定时间，本实施例中需要90S。实施例1具体的，如图1所示，本专利技术的实施例1提供了双吊具场桥调度优化方法，包括以下步骤：S1、考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，以所述场桥装卸作业完成时间作为目标函数；S2、设定场桥作业的约束条件，所述约束条件包括作业任务的存储位置约束、任务类别约束以及集卡停靠点约束；S3、以最小的场桥装卸作业完成时间作为目标，在所述约束条件下，建立双吊具场桥调度优化模型；S4、通过遗传模拟退火算法对所述双吊具场桥调度优化模型进行求解，得到最优场桥执行任务序列。双吊具场桥调度优化模型以下简称场桥调度模型。本实施例考虑了作业任务的存储位置、任务类别、集卡停靠点等约束条件对作业时间的影响，考虑执行同一贝位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双吊具场桥调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，以所述场桥装卸作业完成时间作为目标函数；/n设定场桥作业的约束条件，所述约束条件包括作业任务的存储位置约束、任务类别约束以及集卡停靠点约束；/n以最小的场桥装卸作业完成时间作为目标，在所述约束条件下，建立双吊具场桥调度优化模型；/n通过遗传模拟退火算法对所述双吊具场桥调度优化模型进行求解，得到最优场桥执行任务序列。/n

【技术特征摘要】
1.一种双吊具场桥调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，以所述场桥装卸作业完成时间作为目标函数；
设定场桥作业的约束条件，所述约束条件包括作业任务的存储位置约束、任务类别约束以及集卡停靠点约束；
以最小的场桥装卸作业完成时间作为目标，在所述约束条件下，建立双吊具场桥调度优化模型；
通过遗传模拟退火算法对所述双吊具场桥调度优化模型进行求解，得到最优场桥执行任务序列。


2.根据权利要求1所述的双吊具场桥调度优化方法，其特征在于，考虑执行同一贝位任务时双吊具之间的协同作用下计算场桥装卸作业完成时间，作为目标函数，具体为：
计算不同类型任务转移至两个同一类型任务的任务组时，所需要的转移时间tijk，tijk表示任务i到任务组jk所需要的转移时间，任务组jk包括任务j和任务k，任务j和任务k属于同一类型任务，任务j和任务k位于同贝位同层高，任务j和任务k与双吊具一一对应，tijk等于场桥从任务i完成点到任务组jk存储位置的移动时间与对任务组jk作业时吊具的起升时间之和：
根据所述转移时间计算场桥完成所有任务所需的完成时间，即目标函数：



其中，z为目标函数，xijk为决策变量，用于判断任务i完成后是否进入任务组jk，I是所有任务起点的集合，包含场桥起始位置点0'，I＝{0',1,2,...,n}；J是所有任务终点的集合，包含场桥结束位置点0”，J＝{0”,1,2,...,n}；X是所有场桥作业任务的集合，不包含场桥的起始位置点0'和结束位置点0”，X＝{1,2,...,n}，n为除起始位置点和结束位置点外所有任务点的数量；
所述决策变量具体为：





3.根据权利要求2所述的双吊具场桥调度优化方法，其特征在于，所述场桥为单起升结构双吊具场桥时，计算不同类型任务切换至两个同一类型任务的任务组时，所需要的转移时间tijk，具体为：
当场桥从起始位置点0'转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从起始位置点0'转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱任务i转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱任务i转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从取箱任务i转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从取箱任务i转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱/取箱任务i转移到结束位置点0”时，所需要的转移时间为：
ti0”＝0
其中，Bi是场桥执行第i个任务时所在的贝位；Bjk是场桥执行任务组jk时所在的贝位；TBi是场桥执行第i个任务时所需集卡的停靠贝位；TBjk是场桥执行任务组jk所需集卡的停靠贝位；LB是箱区每个贝位的宽度；vB是场桥在贝位之间移动时的行走速度；
Si是场桥执行第i个任务时所在的栈；Sjk是场桥执行任务组jk时所在的栈；TSi是场桥执行第i个任务时所需集卡的停靠栈；TSjk是场桥执行任务组jk所需集卡的停靠栈；LS是箱区每个栈的宽度；vS是场桥在栈之间移动时的吊具的水平移动速度；
hi是场桥执行第i个任务时所在的层高；hjk是场桥执行任务组jk时所在的层高；Lh是箱区每层集装箱的高度；vh1是场桥吊具空载时的起升速度；vh2是场桥吊具重载时的起升速度；H是箱区所堆码的集装箱的最大层高。


4.根据权利要求2所述的双吊具场桥调度优化方法，其特征在于，所述场桥为双起升结构双吊具场桥时，计算不同类型任务切换至两个同一类型任务的任务组时，所需要的转移时间tijk，具体为：
当场桥从起始位置点0'转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从起始位置点0'转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱任务i转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱任务i转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从取箱任务i转移到取箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从取箱任务i转移到存箱任务组jk时，所需要的转移时间为：



当场桥从存箱/取箱任务i转移到结束位置点0”时，所需要的转移时间为：
ti0”＝0
其中，Bi是场桥执行第i个任务时所在的贝位；Bjk是场桥执行任务组jk时所在的贝位；TBi是场桥执行第i个任务时所需集卡的停靠贝位；TBjk是场桥执行任务组jk所需集卡的停靠贝位；LB是箱区每个贝位的宽度；vB是场桥在贝位之间移动时的行走速度；
Si是场桥执行第i个任务时所在的栈；Sjk是场桥执行任务组jk时所在的栈；TSi是场桥执行第i个任务时所需集卡的停靠栈；TSjk是场桥执行任务组jk所需集卡的停靠栈；LS是...

【专利技术属性】
技术研发人员：于蒙，谭天姣，何智玲，曹小华，李文锋，王强，许珍丽，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42