【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于港口生产作业调度优化领域，涉及一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法。
技术介绍
1、港口是国际冷藏集装箱运输的核心集散点，也是冷藏集装箱装、卸活动密集的关键作业节点。制定合理的港口作业调度计划，是在运输优化层面提高港口冷藏集装箱运输效率的另一核心任务。集装箱港口内部，大型作业设备多、作业流程复杂。在冷藏集装箱和普通集装箱混合作业的场景下进行港口作业调度，应在满足冷藏集装箱独特技术要求、保证冷藏集装箱在港作业质量的基础上，统筹考虑港内普通集装箱和冷藏集装箱作业任务，协同调度港内多种作业设备，提高港内整体作业效率和作业质量。
2、因此，本专利技术综合考虑冷藏集装箱在港作业的前置辅助作业需求和产品易腐性所带来的冷藏集装箱断电时长限制，提取形成冷藏集装箱在港作业的关键约束。面向普通集装箱和冷藏集装箱混合作业的大型集装箱港口，从兼顾冷藏集装箱作业需求和集装箱港口整体作业效率的角度出发，同时考虑港内普通集装箱和冷藏集装箱的装、卸操作，提出集装箱港口岸桥、水平运输设备、场桥集成调度优化方法(tw-ctism)。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种港口作业系统调度方法，该方法聚焦普通集装箱和冷藏集装箱混合作业的集装箱港口内部作业系统调度优化问题，关注岸桥、集卡和场桥这三种港内的关键作业设备，同时考虑港内提箱装船和卸船堆箱作业流程(见图1)，通过引入冷藏集装箱作业断电限制(见图2)，区分考虑了冷藏集装箱和普通集装箱的作业需求(见图3
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，所述的港口生产作业调度优化方法首先，构建以最小化完成所有作业任务的总时间为目标函数的数学模型。其次，针对冷藏集装箱设定作业时间窗约束。岸桥作业建立虚拟任务和顺序约束，集卡作业采用共享模式并设置分配和顺序约束，场桥作业根据卸船任务属性分配堆存位置并设定顺序约束。考虑集卡行驶时间，确保任务间行驶时间合理。设备作业时间上，设定后续任务开始时间需晚于前序任务完成时间。最后，通过上述约束和目标函数，求解资源的最优配置和作业顺序。具体包括以下步骤：
4、s1：对给定的作业班次，以最小化完成所有作业任务的总时间作为目标函数的数学模型。
5、进一步的，步骤s1所构建的数学模型为：
6、minzmax#(1)
7、若令作业班次开始时刻为0，则同时调度提箱装船任务和卸船堆箱任务完成作业的总时间zmax可由式(2)和(3)计算得到：
8、
9、式中，为卸船任务集合；为提箱装船任务集合；为港内作业任务u释放场桥的时刻；为港内作业任务u释放岸桥的时刻。
10、s2：根据冷藏集装箱港内作业需求，对冷藏集装箱在港作业任务给予作业时间窗约束。装船冷藏集装箱的堆场提箱作业的开始时刻，不早于冷藏集装箱作业时间窗的开始时刻，如式(4)表示。装船冷藏集装箱岸桥完成作业的时刻，不晚于冷藏集装箱作业时间窗的结束时刻，如式(5)表示。相应地，式(6)和(7)则表示卸船集装岸桥开始作业时刻不早于冷藏集装箱作业时间窗的开始时刻，场桥完成作业时刻不晚于冷藏集装箱作业时间窗的结束时刻。即根据冷藏集装箱作业任务的装、卸属性，冷藏集装箱任务抵港后前置辅助作业时间完成时刻和冷藏集装箱容许断电时长，建立约束条件式(4-7)：
11、
12、式中，为冷藏集装箱任务集合；为冷藏集装箱u的作业时间窗开始时刻，由任务u前置辅助作业完成时刻决定；为冷藏集装箱任务u的作业时间窗结束时刻。作业时间窗的持续时间为冷藏集装箱任务u容许断电时长。表示场桥开始作业时间；表示港内作业任务u释放岸桥的时刻；表示港内作业任务u占用岸桥的时刻；表示港内作业任务u释放场桥的时刻。
13、s3：根据岸桥作业特性建立约束。
14、令uds和ude分别为虚拟的开始任务和结束任务，为港内岸桥集合，表示岸桥n应执行的所有冷藏集装箱和普通集装箱任务集合，以确保岸桥作业的有序进行，避免冲突和混乱，提高了作业效率和安全性。建立约束条件式(8-15)：式(8-9)联合约束了岸桥作业由虚拟任务开始和结束，确保作业流程有明确的起点和终点。式(10-13)约束任务仅在规定的岸桥上进行作业，且必有紧前和紧后任务，确保任务在岸桥上的执行顺序合理。式(14)限制了同一任务不存在顺序关系，避免循环依赖和矛盾。式(15)保证任意两个任务间至多仅存在一种顺序关系，确保作业顺序的唯一性和确定。
15、
16、式中，u,u,均表示一个冷藏集装箱任务，uds和ude为虚拟的开始任务和结束任务。为港口生产调度作业顺序决策变量：代表岸桥n上，任务uu在任务u,前执行则为1，否则为0；反之为1，表示任务u,任务u前执行，表示任务uds在任务u,前执行则为1；表示任务u在任务ude前执行则为1；式(15)表示任务u,u,间仅能存在一种先后关系。
17、s4：根据集卡作业特性建立约束。
18、为提高港内调度灵活性，采用大作业面模式，令港内集卡在所有岸桥间共享。为保证集卡作业的顺序性和独立性，提高调度的灵活性和港口作业的整体效率建立约束条件式(16-24)：式(16)约束任务仅能且必分配给一辆集卡，以保任务分配明确，避免重复和遗漏。式(17)约束了资源分配变量与顺序变量间的关系，以确保分配的合理性和顺序的连贯性。式(18)至式(24)约束了集卡作业顺序变量间的关系。式(18)和式(19)表明，若集卡上被分配了作业任务，则集卡必有虚拟任务开始和结束，明确集卡的作业起点和终点。式(20)和式(21)约束了任意任务必有前序和后接任务，确保任务执行的连续性。式(22)约束同一任务不存在顺序变量。式(23)和式(24)限制了任意两个任务间仅存在一种紧前紧后关系，避免任务顺序冲突和混乱。
19、
20、式中：表示任务集合；表示集装箱卡车集合；代表任务u分配给集卡v则为1，否则为0；表示集卡v先执行任务u，再执行任务u,则为1，否则为0；反之，表示集卡v先执行任务u,，再执行任务u则为1，否则为0；表示集卡v先执行任务uds，再执行任务u,则为1；表示集卡v先执行任务u,，再执行任务uds则为1；表示集卡v先执行任务u,，再执行任务u,,则为1；表示同一任务u在集卡v上有先后关系则为1，否则为0。
21、s5：根据场桥作业特性建立约束。
22、装船箱已在集港时分配完成了堆存位置，则其堆存位置为已知量。对每一个卸船任务根据其任务属性，可知备选可堆存的集装箱子箱区及对应的场桥为保证场桥作业的顺序性、合理性和高效性，确保卸船任务能在限定的堆存位置内有序进行，提高港口作业的整体效率和安全性建立约束条件式(25-35)：式(25)和(26)约束了必须给卸船箱分配相应的位置，确保集装箱有明确的存放地点。式(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的港口生产作业调度优化方法首先，构建以最小化完成所有作业任务的总时间为目标函数的数学模型；其次，针对冷藏集装箱设定作业时间窗约束；岸桥作业建立虚拟任务和顺序约束，集卡作业采用共享模式并设置分配和顺序约束，场桥作业根据卸船任务属性分配堆存位置并设定顺序约束；考虑集卡行驶时间，确保任务间行驶时间合理；设备作业时间上，设定后续任务开始时间需晚于前序任务完成时间；最后，通过上述约束和目标函数，求解资源的最优配置和作业顺序。
2.根据权利要求1所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的S1中，若令作业班次开始时刻为0，则同时调度提箱装船任务和卸船堆箱任务完成作业的总时间ZMAX可由式(2)和(3)计算得到：
4.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的S6中，四种集装箱卡车行驶路径具体为：第
5.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，式(40)中的M取值999。
6.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的S8具体为：
7.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的S8中，为提高求解效率，避免求解过程中产生死锁问题，算法添加解码顺序表；顺序表中记录每一个集装箱任务的前序和后续任务；当对该解产生破坏删除某任务时，顺序表同步抽取并删除该任务；当对破损解进行修复时，修复算子读取顺序表，获得当前待插入任务的可行插入位置，再依照修复算子的修复规则在可行插入位置中选择一个插入位置执行修复；每修复插入一个任务，同步更新顺序表，再执行下一次的修复和插入。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的港口生产作业调度优化方法的假设场景包括：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的港口生产作业调度优化方法首先，构建以最小化完成所有作业任务的总时间为目标函数的数学模型；其次，针对冷藏集装箱设定作业时间窗约束；岸桥作业建立虚拟任务和顺序约束，集卡作业采用共享模式并设置分配和顺序约束，场桥作业根据卸船任务属性分配堆存位置并设定顺序约束；考虑集卡行驶时间，确保任务间行驶时间合理；设备作业时间上，设定后续任务开始时间需晚于前序任务完成时间；最后，通过上述约束和目标函数，求解资源的最优配置和作业顺序。
2.根据权利要求1所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的s1中，若令作业班次开始时刻为0，则同时调度提箱装船任务和卸船堆箱任务完成作业的总时间zmax可由式(2)和(3)计算得到：
4.根据权利要求2所述的一种考虑冷藏集装箱作业需求的港口生产作业调度优化方法，其特征在于，所述的s6中，四种集装箱卡车行驶路径具体为：第一种是从岸桥到堆场之间，完成卸船堆箱任务；第二种是堆场到岸桥，...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐星璐，王文渊，彭云，曹震，张流星，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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