一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法
2023-05-18 11:10:21 3
一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法
【專利摘要】一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法，屬於信息【技術領域】。步驟如下：從資料庫中讀取板卷信息、船信息、裝載要求信息和算法參數信息；生成初始的配載方案；判斷生成的初始的配載方案是否可行，若可行，則計算配載指標；若不可行，則採用禁忌搜索方法調整配載方案；對可行配載方案進行優化。將最終的配載方案上傳到資料庫中，通過網絡顯示在岸吊終端，通過岸吊操作實際裝船。該配載方法通過優化平衡配載指標保證裝載過程中以及運輸過程中的安全性，避免發生意外事故產生額外費用；通過優化倒垛配載指標減少倒垛次數提高碼頭裝卸作業效率；通過優化板卷分散度配載指標集中碼頭岸吊操作，減少岸吊操作人員工作量，降低岸吊設備的損耗。
【專利說明】一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於信息【技術領域】，涉及船舶貨物配載方法，適用於鋼鐵企業中板卷的水 運配載，提供一種決策板卷裝船順序及位置的自動配載方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵企業的產成品出廠一般採用水運方式，其物流作業流程如圖1所示，板卷由 場外卡車從生產廠區被運往碼頭堆場，當有船抵達碼頭，計劃人員會根據來船的容積、載 重、到港站等信息以及該船分配板卷規格信息制定配載方案。該方案決策各板卷在船中的 擺放位置以及裝船順序，配載方案下達後堆場吊機將板卷放入場內卡車，再由場內卡車將 板卷運往岸邊，由岸邊吊機將板卷依次放入船中的指定位置。
[0003]在制定配載方案時，要滿足運輸方和碼頭裝卸方的要求。運輸方要求配載方案必 須保證船身平衡，包括船頭尾平衡和左右平衡，通過優化平衡量指標保證船身在運輸過程 中平穩。碼頭裝卸方在按照配載方案裝船過程中有兩個要求，第一個儘量避免倒垛情況發 生，由於船舶可裝載多個到港站的板卷，就可能發生下層板卷先於其下層板卷到站，上層板 卷就會阻礙下層板卷的卸載，因此必須先移動上層板卷，而這樣就增加了一次操作，該操作 被稱為倒垛，通過優化倒垛量指標可提高碼頭裝卸效率；第二個儘量集中岸吊操作，若一個 到港站的板卷擺放過於分散，到站後岸吊卸載板卷時就會來回移動頻繁，通過優化分散度 指標可集中岸吊操作、提高工作效率、減少機械損耗。
[0004]鋼鐵企業的出廠板卷數量龐大、規格不一，且配載方案要滿足很多約束條件，比如 所裝板卷不能超過艙容、板卷擺放滿足最小行間距要求、板卷多層擺放時上層板卷規格要 小於下層板卷規格等。當前的板卷配載方案主要依靠碼頭計劃人員通過電話與船方協商 制定，主要依靠人工經驗，效率較低，很難給出科學合理且滿足雙方要求的配載方案，運輸 質量難以保證。目前國內外對於船運板卷裝載計劃問題的研究比較少，日本的Toyohiix) UMEDA研究了一類鋼卷裝船計劃問題，但在他們研究的問題中，船隻上堆放卷的位置是固定 的，即位置數是一定的，無需根據卷的大小形狀來決策位置，最終作者採用遺傳算法進行了 求解。200510028376.4號專利《鋼鐵產品散裝貨運船舶積配載方法》研究了鋼鐵產品的裝 載計劃問題，但該研究只考慮所有產品屬於同一個到港站的情況，沒有考慮多到港站情況， 因此忽略了由多到港站的問題特徵所引起的船舶後續航行過程中的船舶平衡要求以及卸 載方面的要求，無法保證多到港站情況下裝載過程中以及運輸過程中船舶的穩定性和安全 性。綜上所述，目前針對鋼鐵企業產成品裝載計劃問題的研究還顯不足，這為後續研究留下 了空間。
【發明內容】
[0005]針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種提高板卷水運穩定性的自動 配載方法，避免倒垛現象的發生，解決了船上集中擺放的問題，保證了船身穩定，使得配載 更加科學、安全，並降低配載損耗。[0006]本發明的技術方案是這樣實現的:一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法，包 括以下步驟:
[0007]步驟1:從資料庫中讀取板卷信息、船信息、裝載要求信息和算法參數信息；
[0008]其中，板卷信息包括:產品名稱、提單號、準發號、合同號、庫區、材料號、庫位號、淨 重、寬度、長度、到港站、交華期；
[0009]船舶信息包括:船名、船類型、船額定載重、船艙個數、各船艙長、各船艙寬，各船艙 額定載重；
[0010]裝載要求信息包括:最小行間距、船左右平衡限制、船頭尾平衡限制、到港站的先 後順序、到港站平衡權重、分散度權重、倒垛次數權重；
[0011]算法參數信息包括:最大不更新迭代次數、禁忌表長度、最大迭代次數。
[0012]步驟2:調用步驟I的信息，生成初始的配載方案，包括如下步驟:
[0013]步驟2.1:初始確定船艙中板卷擺放的行列總數:根據步驟I提供的板卷寬度、長 度，船艙長寬信息和最小行間距信息確定板卷在船上擺放的行列總數，首先計算板卷的平 均寬度和長度，之後根據船長以及板卷平均長度確定總列數，根據船寬以及板卷平均寬度 確定總行數；
[0014]步驟2.2:板卷的分批和排序:首先根據步驟I提供的板卷港站信息對板卷進行分 批，避免板卷在卸載操作中發生倒垛情況:根據到港站進站的先後順序對批次集合進行排 序，到港站越遠的批次其裝載優先級越高，這樣最後到站的板卷就會優先放在下層，其上層 的板卷必然先到，如此就可避免發生倒垛；
[0015]之後對各個批次中的板卷根據其寬度和重量信息進行排序:寬的和重的板卷優先 級高，這樣寬的重的板卷就會優先被放在下層，之後放在上層的板卷規格必定小於下層的 規格，如此可防止上層板卷倒塌或壓壞下層板卷的情況發生；
[0016]步驟2.3:以保證船身平衡為基礎調整板卷的裝船順序並確定板卷在船上的位 置；
[0017]首先調整板卷的裝船順序:如果只放一層就能滿足要求，就以步驟2.3提供的裝 船順序為準；如果必須要放兩層，則根據步驟2.2提供的裝船順序先放滿下層之後再放下 層；
[0018]根據板卷裝船順序依次確定板卷的位置:先按行從船左右兩側分別開始裝載一 行，在裝滿兩行之後在剩餘的空間中以此法繼續裝載，上層也是如此裝載，一直裝到船的中 心位置。
[0019]步驟3:判斷步驟2生成的初始的配載方案是否可行，若可行，則計算配載指標，執 行步驟4.2 ;否則執行步驟4.1。具體包括如下步驟:
[0020]步驟3.1:首先根據船方的裝船要求來判斷配載方案是否可行，其中，所述的船方 裝船要求是指:船身頭尾、左右平衡量滿足船左右平衡限制、船頭尾平衡限制，若平衡量小 於等於限制量，則方案可行，執行步驟4.2 ;否則方案不可行，執行步驟4.1 ；
[0021]其中，所述的船身頭尾、左右平衡量計算過程如下:通過力矩差來表示平衡量，所 述的力矩差計算過程如下:
[0022]步驟3.1.1:建立坐標系:取船尾為坐標原點，假定船長為橫坐標，船寬為縱坐標；
[0023]步驟3.1.2:計算每個板卷的橫縱向力臂:板卷橫坐標減去船艙長的一半得到橫力臂，板卷縱坐標減去船艙寬的一半得到縱力臂；因此船頭的板卷橫力臂為正數，船尾橫力 臂為負數，船右側縱力臂為正數，船左側縱力臂為負數；
[0024]步驟3.1.3:計算力矩，所得的力矩亦有正有負；
[0025]步驟3.1.4:將板卷根據到港站分類，分別求各個到港站板卷的橫向力矩和即得 到該到港站板卷對船頭尾平衡力矩差，求各個到港站板卷的縱向力矩和即得到該到港站板 卷對船左右平衡力矩差；
[0026]步驟3.1.5:最後對所得力矩差求絕對值獲得實際力矩差，將所有到港站板卷對 船頭尾平衡力矩差求和得到船頭尾平衡量，所有到港站板卷對船頭尾平衡力矩差求和得到 船頭尾平衡量；
[0027]步驟3.2:計算該方案的三個配載指標，確定綜合配載指標，其中所述的三個配載 指標是指:各到港站板卷平衡力矩差總和、倒垛次數和分散度；其計算過程如下:
[0028]各到港站板卷平衡力矩差總和計算過程為:各到港站板卷平衡力矩差求和；
[0029]倒垛次數計算過程為:首先計算每個板卷的倒垛次數，如果板卷在最上層，則倒垛 次數為零；如果板卷在下層，且其到港站序號小於上層的到港站序號，則說明下層板卷要先 卸載，上層板卷就會阻礙其移動，若有兩個板卷阻礙其移動就記錄兩次倒垛，若只有一個板 卷阻礙其移動就記錄一次倒垛；最後把所有板卷的倒垛次數求和即得到總倒垛次數；
[0030]板卷分散度計算過程為:首先累計緊挨的兩個下層板卷屬於不同到港站的情況， 之後累計緊挨的上下層兩個板卷不屬於同到港站的情況，最後把兩項求和即得到板卷分散 度；
[0031]根據裝載要求信息中的到港站平衡權重、分散度權重、倒垛次數權重，各項配載指 標分別乘以對應的權重參數，求和的值就是配載方案的綜合配載指標，該指標值越小說明 配載方案越滿足船方要求。
[0032]步驟4:採用禁忌搜索方法對不可行配載方案進行調整，對可行配載方案進行優 化，具體步驟如下:
[0033]步驟4.1:通過交換、插入、移動三種鄰域搜索方法產生新的候選配載方案，採用 步驟3.1的方法判斷該新的候選配載方案是否可行，若可行則對其進行評價並執行步驟
4.2 ;若不可行，則重複執行步驟4.1直到滿足停止準則I ;
[0034]其中，所述的採用交換、插入、移動三種鄰域搜索方法產生新的候選配載方案過程 如下:首先進行交換鄰域搜索，若船中的兩個板卷屬於同一個到港站且交換位置後仍滿足 上下層板卷重量和寬度要求，則交換板卷位置產生新方案；其次進行插入或移動鄰域搜索， 若底層未裝滿板卷，且插入底層空位的板卷寬度小於被插入列的剩餘寬度，則把板卷插入 該列空位產生新方案；若板卷要多層擺放，而移動的板卷可放入上層空位且移動後所有板 卷仍然滿足上下層板卷重量寬度要求和到港站順序要求，則移動該板卷產生新方案；
[0035]所述的停止準則I是指:當迭代次數達到最大迭代次數的預設值；
[0036]步驟4.2:建立禁忌表，禁忌表包括禁忌對象、禁忌長度、以及破禁準則，其中，禁 忌對象為交換、插入、移動的反操作，只要操作被執行和接受，其相反的交換、插入、移動信 息就會添加到禁忌表中以避免回到已搜索到的方案；禁忌表長度為容納禁忌對象的個數; 破禁準則是指:若候選方案的搜索被禁，則查看該方案的綜合指標是否優於歷史最好方案， 若優於則破禁；[0037]步驟4.3:首先根據步驟3.2的評價對該方案進行破禁檢查，獲取最優的方案，重 復步驟4.1直到滿足停止準則2，再執行步驟4.4，包括以下步驟:
[0038]步驟4.3.1:若候選方案的搜索在禁忌表中未被禁，則產生新的禁忌對象，將該對 象加入到禁忌表的末尾，同時將禁忌表中的第一個元素刪除，保留該方案並更新當前最優 方案，否則放棄該方案；
[0039]步驟4.3.2:若候選方案的搜索被禁，則查看該方案的綜合指標是否優於歷史最 好方案，若優於則破禁，保留該方案並更新當前最優方案，否則放棄該方案；
[0040]所述的停止準則2是指:若滿足下麵條件之一，則停止生成新的方案:
[0041]條件1:當迭代次數達到最大迭代次數的預設值；
[0042]條件2:在多次破禁檢查後，當前最優方案一直沒有更新，則停止；
[0043]步驟4.4:調整裝船順序獲得最終配載方案:給每個板卷重新安排序號，先選左右 兩行的板卷，從船尾向船頭排，左右交替排號，剩餘的下層空間以及上層的板卷也如此排 號。
[0044]步驟5:最終配載方案信息包括板卷的準發單據號、合同號、提單號、庫區、庫位、 淨重、長寬、到港站、交貨期、排號，列號，層數，在配載方案被確認後該方案被上傳到資料庫 中歸檔，並通過網絡將最終配載方案顯示在岸吊終端，通過岸吊操作實際裝船。
[0045]步驟2.3所述的板卷裝船順序，與船體重心有關，若船的重心偏向船頭，則從船尾 向船頭連續裝，以防板卷滾動；若船的重心偏向船尾，則從船頭向船尾連續裝，以防板卷滾 動。
[0046]本發明的有益效果:本發明提供一種科學的、安全的、低損耗的自動配載方法，根 據運輸方的裝載要求迅速生成配載方案，實現了自動配載。該配載方法通過優化平衡配載 指標保證裝載過程中以及運輸過程中的安全性，避免發生意外事故產生額外費用；通過優 化倒垛配載指標減少倒垛次數提高碼頭裝卸作業效率；通過優化板卷分散度配載指標集中 碼頭岸吊操作，減少岸吊操作人員工作量，降低岸吊設備的損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0047]圖1為本實施方式中的鋼鐵廠碼頭物流作業示意圖；
[0048]圖2為本實施方式中的自動配載方法流程示意圖；
[0049]圖3為本實施方式中的內河輪裝載方法示意圖；
[0050]圖4為本實施方式中的內河船板卷橫縱坐標計算示例；
[0051]圖5為本實施方式中的船艙坐標系示意圖；
[0052]圖6為本實施方式中的交換、插入、移動三種鄰域搜索方法示意圖；
[0053]圖7為本實施方式中的實施例熱軋鋼卷在船中的擺放情況。
【具體實施方式】:
[0054]下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步說明。
[0055]本實施方式採用的提高板卷水運穩定性的自動配載方法，其流程如圖2所示，具 體包括以下步驟:
[0056]步驟1:從資料庫中讀取板卷信息、船信息、裝載要求信息和算法參數信息。本實施方式給出具體的數據如下:
[0057]以板卷為例，包括其材料號、庫位號、淨重、長度、寬度和到港站信息，如表1所示:
[0058]表1為板卷信息表
[0059]
【權利要求】
1.一種提高板卷水運穩定性的自動配載方法，其特徵在於:包括以下步驟:步驟1:從資料庫中讀取板卷信息、船信息、裝載要求信息和算法參數信息；其中，板卷信息包括:產品名稱、提單號、準發號、合同號、庫區、材料號、庫位號、淨重、 寬度、長度、到港站、交貨期；船舶信息包括:船名、船類型、船額定載重、船艙個數、各船艙長、各船艙寬，各船艙額定載重；裝載要求信息包括:最小行間距、船左右平衡限制、船頭尾平衡限制、到港站的先後順序、到港站平衡權重、分散度權重、倒垛次數權重；算法參數信息包括:最大不更新迭代次數、禁忌表長度、最大迭代次數；步驟2:調用步驟I的信息，生成初始的配載方案，包括如下步驟:步驟2.1:初始確定船艙中板卷擺放的行列總數:根據步驟I提供的板卷寬度、長度， 船艙長寬信息和最小行間距信息確定板卷在船上擺放的行列總數，首先計算板卷的平均寬度和長度，之後根據船長以及卷平均長度確定總列數，根據船寬以及卷平均寬度確定總行數；步驟2.2:板卷的分批和排序:首先根據步驟I提供的板卷港站信息對板卷進行分批， 避免板卷在卸載操作中發生倒垛情況:根據到港站進站的先後順對批次集合進行排序，到港站越遠的批次其裝載優先級越高，這樣最後到站的板卷就會優先放在下層，其上層的板卷必然先到，如此就可避免發生倒垛；之後對各個批次中的板卷根據其寬度和重量信息進行排序:寬的和重的板卷優先級高，這樣寬的重的板卷就會優先被放在下層，之後放在上層的板卷規格必定小於下層的規格，如此可防止上層板卷倒塌或壓壞下層板卷的情況發生；步驟2.3:以保證船身平衡為基礎調整板卷的裝船順序並確定板卷在船上的位置； 首先調整板卷的裝船順序:如果只放一層就能滿足要求，就以步驟2.3提供的裝船順序為準；如果必須要放兩層，則根據步驟2.2提供的裝船順序先放滿下層之後再放上層； 根據板卷裝船順序依次確定板卷的位置:先按行從船左右兩側分別開始裝載一行，在裝滿兩行之後在剩餘的空間中以此法繼續裝載，上層也是如此裝載，一直裝到船的中心位置；步驟3:判斷步驟2生成的初始的配載方案是否可行，若可行，則計算配載指標，執行步驟4.2 ;否則執行步驟4.1，具體包括如下步驟:步驟3.1:首先根據船方的裝船要求來判斷配載方案是否可行，其中，所述的船方裝船要求是指:船身頭尾、左右平衡量滿足船左右平衡限制、船頭尾平衡限制，若平衡量小於等於限制量，則方案可行，執行步驟3.2，否則方案不可行，執行步驟4.1 ；其中，所述的船身頭尾、左右平衡量計算過程如下:通過力矩差來表示平衡量，所述的力矩差計算過程如下:步驟3.1.1:建立坐標系:取船尾為坐標原點，假定船長為橫坐標，船寬為縱坐標；步驟3.1.2:計算每個板卷的橫縱向力臂:板卷橫坐標減去船艙長的一半得到橫力臂， 板卷縱坐標減去船艙寬的一半得到縱力臂；因此船頭的板卷橫力臂為正數，船尾橫力臂為負數，船右側縱力臂為正數，船左側縱力臂為負數；步驟3.1.3:計算力矩，所得的力矩亦有正有負；步驟3.1.4:將板卷根據到港站分類，分別求各個到港站板卷的橫向力矩和即得到該到港站板卷對船頭尾平衡力矩差，求各個到港站板卷的縱向力矩和即得到該到港站板卷對船左右平衡力矩差；步驟3.1.5:最後對所得力矩差求絕對值獲得實際力矩差，將所有到港站板卷對船頭尾平衡力矩差求和得到船頭尾平衡量，所有到港站板卷對船頭尾平衡力矩差求和得到船頭尾平衡量；步驟3.2:計算該方案的三個配載指標，確定綜合配載指標，其中所述的三個配載指標是指:各到港站板卷平衡力矩差總和、倒垛次數和分散度；其計算過程如下:各到港站板卷平衡力矩差總和計算過程為:各到港站板卷平衡力矩差求和；倒垛次數計算過程為:首先計算每個板卷的倒垛次數，如果板卷在最上層，則倒垛次數為零；如果板卷在下層，且其到港站序號小於上層的到港站序號，則說明下層板卷要先卸載，上層板卷就會阻礙其移動，若有兩個板卷阻礙其移動就記錄兩次倒垛，若只有一個板卷阻礙其移動就記錄一次倒垛；最後把所有板卷的倒垛次數求和即得到總倒垛次數；板卷分散度計算過程為:首先累計緊挨的兩個下層板卷屬於不同到港站的情況，之後累計緊挨的上下層兩個板卷不屬於同到港站的情況，最後把兩項求和即得到板卷分散度； 根據裝載要求信息中的到港站平衡權重、分散度權重、倒垛次數權重，各項配載指標分別乘以對應的權重參數，求和的值就是配載方案的綜合配載指標，該指標值越小說明配載方案越滿足船方要求；步驟4:採用禁忌搜索方法對不可行配載方案進行調整，對可行配載方案進行優化，具體步驟如下:步驟4.1:通過交換、插入、移動三種鄰域搜索方法產生新的候選配載方案，採用步驟`3.1的方法判斷該新的候選配載方案是否可行，若可行則執行步驟4.2 ;若不可行，則重複執行步驟4.1直到滿足停止準則I ;其中，所述的採用交換、插入、移動三種鄰域搜索方法產生新的候選配載方案過程如下:首先進行交換鄰域搜索，若船中的兩個板卷屬於同一個到港站且交換位置後仍滿足上下層板卷重量和寬度要求，則交換板卷位置產生新方案；其次進行插入或移動鄰域搜索，若底層未裝滿板卷，且插入卷層空位的板卷寬度小於被插入列的剩餘寬度，則把板卷插入該列空位產生新方案；若板卷要多層擺放，而移動的板卷可放入上層空位且移動後所有板卷仍然滿足上下層板卷重量寬度要求和到港站順序要求，則移動該板卷產生新方案；所述的停止準則I是指:當迭代次數達到最大迭代次數的預設值；`步驟4.2:建立禁忌表，包括禁忌對象、禁忌長度、以及破禁準則，其中，禁忌對象為交換、插入、移動的反操作，只要操作被執行和接受，其相反的交換、插入、移動信息就會添加到禁忌表中以避免回到已搜索到的方案；禁忌表長度為容納禁忌對象的個數；破禁準則是指:若候選方案的搜索被禁，則查看該方案的綜合指標是否優於歷史最好方案，若優於則破禁;步驟4.3:首先調用步驟3.2對候選方案進行評價，根據評價對這些方案進行破禁檢查，獲取最優的方案，重複步驟4.3直到滿足停止準則2，再執行步驟4.4，包括以下步驟: 步驟4.3.1:若候選方案的搜索在禁忌表中未被禁，則產生新的禁忌對象，將該對象加入到禁忌表的末尾，同時將禁忌表中的第一個元素刪除，保留該方案並更新當前最優方案，否則放棄該方案；步驟4.3.2:若候選方案的搜索被禁，則查看該方案的綜合指標是否優於歷史最好方案，若優於則破禁，保留該方案並更新當前最優方案，否則放棄該方案；所述的停止準則2是指:若滿足下麵條件之一，則停止生成新的方案:條件1:當迭代次數達到最大迭代次數的預設值；條件2:在多次破禁檢查後，當前最優方案一直沒有更新，則停止；步驟4.4:調整裝船順序獲得最終配載方案:給每個板卷重新安排序號，先選左右兩行的板卷，從船尾向船頭排，左右交替排號，剩餘的下層空間以及上層的板卷也如此排號。步驟5:最終配載方案信息包括板卷的準發單據號、合同號、提單號、庫區、庫位、淨重、 長寬、到港站、交貨期、排號，列號，層數，在配載方案被確認後該方案被上傳到資料庫中歸檔，並通過網絡將最終配載方案顯示在岸吊終端，通過岸吊操作實際裝船。
2.根據權利要求1所述的提高板卷水運穩定性的自動配載方法，其特徵在於:步驟2.3 所述的板卷裝船順序，與船體重心有關，若船的重心偏向船頭，則從船尾向船頭連續裝，以防板卷滾動；若船的重心偏向船尾，則從船頭向船尾連續裝，以防板卷滾動。
【文檔編號】B63B25/22GK103500390SQ201310429869
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】唐立新, 葛沛鑫, 楊浩 申請人:東北大學