集装箱船舶配载研究

杨蔚韩晓龙集装箱船舶配载优化上海海事大学物流研究中心主讲人：刘杰学号：2220162781问题导入01PART问题阐释02PART模型建立03PART模型求解04PART集装箱船舶配载的意义集装箱船舶配载的含义集装箱船舶配载的考虑因素集装箱船舶配载优化的过往思路01问题导入集装箱船舶配载的含义集装箱船舶在运输过程中，为保证船舶安全、集装箱及其货物的运输质量和良好的船舶营运经济效果，同时也为保证集装箱码头合理、有序、高效地组织生产，必须事先对集装箱在船上的配置与堆放作出正确合理的安排，此项工作即为集装箱码头船舶配载。集装箱船舶配载的重要性•充分利用船舶装载能力•保证船舶有适度稳性•保证船舶强度•保证船体具有适度吃水差•保证集装箱及其货物运输质量•满足中途港装卸集装箱的要求集装箱船舶配载的考虑因素•船舶安全性稳性吃水差船舶强度•船舶经济性倒箱数满载率集装箱船舶配载优化的过往思路•基于离散粒子群算法求解以船舶稳定性为目标函数的多港口单贝位船舶配载问题•基于Pareto遗传算法，建立满足船舶航行过程中安全性和稳定性等约束的配载模型，建立了一港装箱多港卸箱的优化模型•基于改进的混合遗传算法，建立了以倒箱量最少的0—1整数目标优化数学模型20ft和40ft随机重量标准箱箱型在满足船舶安全性的基础上，整条航线倒箱次数最少要求0—1整数配载模型改进的自适应遗传算法求解模型02请输入您的标题02问题阐释初稳性高度GM横稳性距基线高度KM重心高度KG根据装载后的平均吃水查取静水力曲线图，即可得到相应平均吃水时的KM值02船舶稳性计算GM=KM-KG当排水量和倾斜角度一定时，当GM0时，船舶在航行过程中才能具备稳定性KG=（Hmwm）/∆T，Hm表示船舶与标准箱m竖直重心的距离，∆T表示船舶在当前港口完成配载时的排水量02问题简述集装箱班轮运输一次航行中共挂靠P个港口，对于港口p(1≤p≤P)，有Up个标准箱卸下船舶，Lp个标准箱装上船舶；如何制定配载计划，才能够满足船舶稳定性要求，保证在一次航行后总倒箱次数最少。03模型建立模型解释基本假设相关符号表示同类箱组模型建立03请输入您的标题船舶与港口状态船舶、港口、集装箱参数集装箱按照一定原则分类0—1整数优化配载目标函数及限制条件解释03基本假设03010402各港口配载信息已知，即港口间集装箱运输量、规格及属性等已知各港口全部集装箱均能被装载，即不存在装箱选择问题本文仅考虑20ft和40ft标准箱作为配载对象，优先配载40ft标准箱，并且两者不混载假设堆场待装载标准箱已合理配置，即不考虑堆场倒箱问题03同类箱组集装箱内部装载的货物相容；集装箱尺度相同；集装箱起运港及目的港相同同类箱组应尽可能存放在同一Bay中03模型建立Nsd表示从s港到d港的标准箱数目，比如N12表示从1号港运至2号港的箱子，如图是10个。模型建立slot(i,j,k):表示船舶第iBay第j列第k层；p:表示中间的某个港口；a,k:表示层数；m:表示集装箱的编号，m=(s,d,n)d:表示目的港𝑥𝑝𝑚(i,j,k):可用0-1变量表示，若𝑥𝑝𝑚(i,j,k)=1，即在p港完成装卸作业后，m标准箱位于船舶slot(i,j,k)的位置；否则𝑥𝑝𝑚(i,j,k)=0;03模型建立由p港i贝j列的倒箱量，推出整个班轮航线的倒箱数总和，先卸载后装载决定了在船上的集装箱的目的港必须大于当前港口的港口序号。03模型解释目标函数，即班轮一次航行过程中的产生的总倒箱次数最小化20ft标准箱不能存放于偶数Bay位40ft标准箱不能存放于奇数Bay位任一奇数Bay位号空间已占用，则与其号码接邻的偶数Bay位号就不存在了；任一偶数Bay位号空间已占用，则与之号码接邻的两个奇数Bay位均不可以再次占用0303模型解释表示20ft标准箱和40ft标准箱不可以混装表示作为标准箱不可悬空堆放的限制条件P港前装上船舶在P港后才卸下的集装箱数量的平衡等式船舶中标准箱总重不超过船舶船舶最大承重量船舶当前所在港口总排水量等于空船排水量及所装标准箱总重之和船舶航行过程中稳定性限制条件，其安全界线为特定值L04模型求解1.染色体编码2.初始种群的生成3.适应度函数5.终止条件6.简单实例及说明4.遗传操作改进的自适应遗传算法04简单实例及说明船舶有4个Bay位，每个Bay位3列4层停靠4个港口04简单实例及说明已知每个集装箱的装港和卸港、尺寸及重量，如何保证航行安全性以及总倒箱数最少？自适应遗传算法的最后结果是什么样的？第一个Bay位第二个Bay位第三个Bay位港口1（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,2,5)40（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,4,5)40（1,2,3)40（1,2,4)40（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,3,4)25（1,3,5)25（1,4,4)40（1,4,3)50（1,2,2)40（1,2,9)20（1,2,10)20（0,0,0)0（1,3,1)25（1,3,2)25（1,3,3)25（1,4,1)50（1,4,2)50（1,2,1)40（1,2,6)20（1,2,7)20（1,2,8)20港口2（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（2,3,3)30（2,3,4)30（2,3,5)30（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,4,5)40（2,3,1)40（2,3,2)40（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,3,4)25（1,3,5)25（1,4,4)40（1,4,3)50（2,4,2)50（2,3,9)15（2,3,10)15（0,0,0)0（1,3,1)25（1,3,2)25（1,3,3)25（1,4,1)50（1,4,2)50（2,4,1)50（2,3,6)20（2,3,7)20（2,3,8)20港口3（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（3,4,3)40（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,4,5)40（3,4,1)40（3,4,2)40（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（0,0,0)0（1,4,4)40（1,4,3)50（2,4,2)40（0,0,0)0（3,4,10)15（0,0,0)0（3,4,4)20（3,4,5)20（3,4,6)20（1,4,1)50（1,4,2)50（2,4,1)40（3,4,7)15（3,4,8)15（3,4,9)1504简单实例及说明最终配载计划图（总倒箱数为0）04仿真实验与分析仿真计算初稳性GM比较倒箱量比较待装集装箱影响挂靠港数目设定总结04总结15%55%100%问题的价值数学模型的科学性解决问题的合理方案2019感谢聆听