混合装卸作业

2024-06-27

混合装卸作业（精选四篇）

混合装卸作业篇1

在大部分集装箱港口中, 影响装卸操作的设备主要有3种:岸桥、集卡、场桥。岸桥直接接触船舶, 其工作效率是集装箱码头生产效率的一个关键性瓶颈[1]。Daganzo等[2]首次基于多船情况对静态、动态岸桥调度进行研究, 但此模型只适用于有限的几条船。Peterkofsky等[3]针对上述研究的不足, 对于多船情况提出了一种分支定界法来求解模型。Bish[4]对各集装箱对应的堆场位置、集卡与岸桥调度进行优化, 但是没有考虑集装箱位置因素对作业顺序的约束。Kim等[5]结合实际情况, 把任务分为装或卸, 并将作业任务时间设为确定值, 提出了一种基于时间窗的岸桥调度方法, 把同一贝内的集装箱组作为一个任务单位。Lee等[6]提出基于间舱的岸桥调度方法, 并运用遗传算法求解间舱作业排序, 调度方法中考虑了岸桥间的不干涉约束。韩笑乐等[7]综合考虑岸桥实际作业中的特殊约束, 建立了基于连续贝的混合装卸模型, 这种混合装卸模式下生成的预定义作业顺序考虑了甲板的约束。李晨等[8]考虑了岸桥间不干涉及安全距离和甲板开闭的约束等, 在混合装卸的模式下, 减少岸桥移动距离和均匀化岸桥负荷。Zhu等[9], Liu等[10]也研究了岸桥的调度问题, 但是均未考虑岸桥的空载问题。为降低岸桥操作过程中的空载率, Goodchild等[11]提出了双循环操作方法。Goodchild等[12]扩展了岸桥的双循环调度, 提出了一种基于单一舱口的双循环调度方法, 并提出了一种Johnson’rule, 用于堆垛装卸排序。Zhang等[13]从单一舱口下的双循环调度扩展到多舱口下的岸桥双循环调度, 设计了一种混合启发式算法求解多舱口下的集装箱堆垛装卸顺序。综上所述, 基于集装箱混合装卸方法做了很多研究, 大多考虑了甲板开闭和岸桥间不干涉约束, 但没有考虑一个舱口中有多个贝位集装箱的情况。本文针对一个舱口中有多个贝位集装箱的情况, 提出了基于堆垛的混合装卸方法。为使研究更接近实际, 在此方法研究中, 考虑到岸桥数量的约束。

1 问题描述

大型集装箱船有若干组甲板, 每组甲板对应若干个贝位集装箱, 装卸时使用若干台岸桥。本文研究首先着重求解一组甲板的最小完成时间, 将一组甲板分解为多个单贝位, 建立基于单贝位的混合装卸模型, 使用遗传算法求解, 然后将不同组甲板对应的集装箱分配给不同岸桥装卸, 使得岸桥完成时间最小的装卸方法。建立方法模型之前, 根据实际情况和便于研究做如下假设: (1) 不考虑船舶捣箱作业和岸桥故障; (1) 船舶贝位编号顺序方向和岸桥编号顺序方向一致; (3) 岸桥的循环次数对应作业时间; (4) 岸桥作业是船舶作业的瓶颈, 岸桥的作业效率决定包括岸桥、集卡和场桥在内的整个生产系统的生产效率。所以在方法研究中只考虑岸桥因素, 其他因素暂不考虑; (5) 考虑到甲板约束; (6) 岸桥分配时, 要满足作业区域连续、满足岸桥不可穿越的约束。

本文考虑到甲板约束, 如图1所示, 假设2个连续贝位b1、b2对应的4块甲板为一组甲板, 把一块甲板上层和下层集装箱堆垛分为3个部分 (根据集装箱船大小而定) 。不同任务之间的预定义约束为:甲板下集装箱的卸载在甲板上集装箱的卸载之后;甲板上集装箱的装载在甲板下集装箱的装载之后。

以一组甲板对应的两个连续贝位的岸桥混合装卸情况为例。由图1可知, b1、b22个连续贝位由4块甲板所对应, 并被舱壁分割为h1、h2、h3和h44个舱口。根据预定义约束条件, 集装箱混合装卸的过程为: (1) 先卸载b1贝位一整组甲板上的集装箱; (2) 对b2贝位不同舱口的甲板上集装箱卸载和甲板下集装箱装卸进行混合作业 (如卸载完h1甲板上集装箱后可进行h1甲板下集装箱装载、卸载和h2甲板上集装箱卸载的混合装卸) ; (3) 对b1贝位不同舱口的甲板下集装箱装卸和甲板上集装箱装载进行混合作业 (如h1甲板下集装箱装载、卸载和h2甲板上集装箱装载地混合装卸) ; (4) 再装载b2贝位一整组甲板上的集装箱。根据装卸过程, 本文把求解过程分为4个步骤, 对 (2) 和 (3) 建立数学模型, 使用遗传算法求解模型。

2 变量和数学模型

2.1 变量说明

1) 共用变量。i, j∈S, 集装箱堆垛;h∈H, 舱口;d, d'∈D, 舱口甲板上或甲板下堆垛集;M, 无穷大数。

2) 输入变量。niu, i堆垛卸载的集装箱数;nil, i堆垛装载的集装箱数。

3) 集合。H, 舱口集合;D, 甲板上或甲板下堆垛集的集合;Du, 卸载堆垛集的集合;Dl, 装载堆垛集的集合;S, 集装箱堆垛集合;Su, 卸载堆垛集合;Sl, 装载堆垛集合;Sd, d堆垛集对应的堆垛集合;珔Shl, h舱口甲板下装载集装箱堆垛集合;舱口甲板上卸载集装箱堆垛集合。

4) 决策变量。ciu, i堆垛集装箱卸载完成时间;cil, i堆垛集装箱装载完成时间;ci, i堆垛集装箱装装卸完成时间, 且ci=max{cil, ciu};, h舱口甲板下集装箱装载完成时间;, h舱口甲板上集装箱卸载完成时间;Xij、Yij, j在i之后卸载Xij=1, 否则0;j在i之后装载Yij=1, 否则为0;Xdd'、Ydd', d'在d之后卸载Xdd'=1, 否则0;d'在d之后装载Ydd'=1, 否则为0。

2.2 数学模型

目标函数:

约束条件:

目标函数 (1) 是最小化一组甲板对应的多贝位中单贝位的最大集装箱堆垛装卸完成时间 (根据第1节中步骤 (2) 或 (3) 进行) ;式 (2) ~ (3) 定义完成时间的概念;式 (4) 用于上卸下装卸的情况, 确保在一个舱口中甲板下的卸载要在甲板上的卸载完成以后开始;式 (5) 确保在同一堆垛的集装箱装载要在卸载之后;式 (6) 用于下装卸上装的情况, 确保在一个舱口中甲板上的装载要在甲板下装载之后;式 (7) ~ (10) 确保堆垛的装卸顺序;式 (11) ~ (14) 定义Xij、Yij、Xdd'、Ydd'。

3 模型求解算法

3.1 算法基本思想

在图1中, 同一组甲板对应的多个贝位的完成时间为b1贝位甲板上的集装箱的卸载时间、b2贝位甲板上的集装箱卸载和甲板下集装箱装卸的混合装卸时间、b1贝位甲板下的集装箱装卸和甲板上集装箱装载的混合装卸时间和b2贝位甲板上的集装箱的装载时间之和, 将此总完成时间设为一个单位时间t。

考虑到岸桥数量和岸桥非交叉性的限制, 本文把船舶上的集装箱任务量均匀分配给岸桥, 这样能够使各个岸桥的工作量大致相当或者尽量接近, 减少所有岸桥总完成时间。基于上述分析, 把整个船舶分为若干相邻区域, 岸桥编号顺序和贝位顺序一致或相反, 这样减少了岸桥移动时间, 保证了岸桥的不可穿越性。算法流程, 如图2所示。

本算法中, 把一横排甲板看成一个组合 (最小单位) 。图2中, L是甲板组合的个数, N是岸桥台数, 每组甲板作业时间为ti, i=1, 2, …, q是岸桥的编号, d1和d2是组内甲板的编号。

图2基本思想:把船体分为N个连续部分, 每个岸桥负责一部分。首先分配一个岸桥的任务, 按贝位顺序依次把甲板分配给岸桥, 一旦岸桥工作时间超过平均时间, 则要判断最后一个甲板能否分配给岸桥。完成一个岸桥任务分配后, 再分配下一岸桥任务, 直到全部岸桥分配完成。

3.2 遗传算法

本文用遗传算法求解一组甲板的最小完成时间, 计算单贝位完成时间的流程, 如图3所示。

3.2.1 染色体编码和初始解生成

针对一组甲板对应的多贝位中的单贝位, 构建一个二维矩阵 (M×N) , 其中M表示堆垛集 (如b1对应的h1) 堆垛的最大值, N表示堆垛集合的个数。矩阵的行是由堆垛集中的集装箱堆垛编号组成, 从左到右随机排列生成, 表示内部的装卸顺序, 矩阵的列表示堆垛集合的装卸顺序, 以图1中贝位b1为例编码, 如图4所示。

3.2.2 遗传操作

每条染色体都有一个适应度值来判断其适应度大小, 遗传算法是根据每条染色体的适应值大小, 对其进行概率计算, 适应值越高, 被选择的概率越大。本文的目标函数是最小化单个贝位堆垛的最大完成时间, 也就是目标函数值越小进入下一代的概率越大, 所以可以使适应度函数。本文使用轮盘赌的方式选择染色体, 在选择操作中引入记忆单元, 将每一代的最优值储存在记忆单元中, 选择2个最优父代 (不可重复) 复制到下一代。由于染色体长度较小, 采用单点交叉的方式交叉染色体。染色体变异是在一条染色体中随机产生2个整数, 确定变异的位置, 将2个位置的数据互换。

上述遗传算法是求解单个贝位最小完成时间, 而一组甲板最小完成时间是其对应的多个单贝位通过遗传算法求得的最小完成时间之和。

4 数值计算

为验证模型和算法的有效性, 本文选取了一艘集装箱船数据, 并配有4台岸桥。以其中一组甲板对应的两个贝位的集装箱为例, 其配积载情况, 如表1所示。

注:装卸集装箱量单位为TEU。

由遗传算法得, 贝位b2甲板上卸载甲板下装卸、贝位b1甲板下装卸甲板上装载的优化结果, 如图5、图6、图7所示。

因此, 这一组甲板组成工作完成的时间

根据上述一组甲板计算方法可以推广到一艘船舶的多组甲板, 计算结果与码头实际作业中使用的传统方法 (先卸后装) 比较, 如表2所示。

由表2可得, 采用堆垛的混合装卸策略在装卸效率上较传统装卸方法平均提高34.85%。以第1组甲板为例, 按传统的方法, 岸桥需要操作循环448次, 而按堆垛混合装卸优化后, 岸桥需操作循环330次, 装卸效率提高了35.76%。

5 结语

现在大部分集装箱码头一般都采用传统装卸方法, 由于船舶甲板的限制, 这种方法不仅需要岸桥在多个贝位之间来回移动装卸, 增加了岸桥移动时间, 而且采用单循环作业方式, 即先卸载后装载集装箱, 这样岸桥频繁处于空载状态, 岸桥利用率较低。优化后方法采用双循环作业方式, 最大化双循环次数, 最小化单循环次数, 达到岸桥总循环次数最小, 减少岸桥作业时间, 提高岸桥利用率。本文在宁波港所提供的一组集装箱船舶数据的基础上, 使用matlab软件, 通过数值计算, 优化后的方法装卸效率较传统的装卸方法平均提高了34.85%。

装卸作业管理规定篇2

总则

第一条为切实加强对装卸设备安全管理，强化对装卸作业安全管理和监督检查，提高装卸作业相关人员安全责任意识，特制定本装卸管理制度。

第二条装卸设备的使用人员必须取得资装卸设备的操作上岗证或资格证，方能从事装卸作业；统一指挥，指挥人员须取得装卸设备的指挥证并按照GB-5082规定指挥信号进行指挥，但如果听到紧急停车信号，不论何人发出，都立即执行；监护人须取得重庆公司内部的监护资格证，监护时不得离开作业区域，如果有特殊原因必须离开的，应先中止作业。

第三条叉车、吊车等装卸设备要在每班使用前进行检查，发现装卸设备不完好的严禁带病操作，并立即报修；吊车要定期委托外部有专业资质的单位进行维护保养。

第四条装卸设备司机在装卸前要核对装卸物的重量及物，核对是否超过本装卸设备的核定重量，严禁超重装卸，作业前还必须了解所吊物体的重量、结构、大小、重心等参数。

日常管理

第五条装卸设备按照“谁主管、谁负责”及“属地化”的管理方式进行管理。装卸设备属于谁，谁负责；装卸谁的物品谁负责。第六条叉车、吊车等装卸设备要严格执行厂区车辆的管理规定，厂区道路15km/h，车间内通道5km/h，不得超速；装卸设备除司机外，其他人员不得乘坐，攀爬。行致转弯处慢行鸣笛、道口必须停车左右观察才可通过。

第七条装卸区域要确保电器完好，作业区域要有充足的照明，使用到的电器或移动电器要检查合格，有需完善的要及时整改并记录在综合检查台账中。

第八条装卸司机需要下车时，无论时间长短，都要熄火拔掉钥匙。第九条所装卸的物品超过公司车辆核定重量的，需要找外单位协助装卸的，必须要验证装卸司机的相应证件，对入厂吊车等设备进行检查并对外来人员进行入厂告知及培训；相应的部门作业人员需告知外单位人员此项作业的风险有哪些，提出准确有效的控制措施。重量超过10T的，须制定切实可行的吊装作业方案，并且严格按照吊装作业方案执行。

第十条对装卸区域要进行警示隔离，警示区域要包括所有装卸臂所到区域，区域内严禁有闲人逗留，作业人员要佩戴安全帽等相应的劳防用品。

第十一条作业前对吊带、钢丝绳、卡扣进行检查发现不符合要求或破损的应停止作业并选用符合要求工具。

第十二条作业前对所有员工进行安全交底告知，严禁在装卸设备臂下方逗留或站在吊臂吊物下方，有人站吊臂吊物下方时，监护人有责任进行劝诫并停止吊装作业。

混合装卸作业篇3

1 集装箱码头装卸作业存在的问题

随着集装箱运输的发展，集装箱码头已逐步走向规范化和成熟化，但其在诸多方面仍存在不科学的现象，缺乏科学、系统的集装箱装卸作业质量评价体系，具体表现为：

（1）码头生产管理部门在组织集装箱装卸作业时缺乏科学、合理的计划，统筹性较差，随意调配资源的现象普遍存在，作业冲突、中断现象频发，难以对作业链各环节进行系统、有效的考核，使生产各环节未得到有效监控；

（2）码头侧重于对司机操作技能的培训，忽视对整个作业流程的梳理、优化和完善，未重点解决制约作业效率的瓶颈；

（3）码头一线作业人员的工资多按计件方式核算，一味追求作业效率，忽视成本与服务的平衡；

（4）码头集装箱装卸作业与设备设施维保之间的冲突长期存在，经常出现码头部分设备设施超时间、超负荷使用现象，存在重大安全隐患；

（5）码头各部门信息化程度参差不齐，对集装箱装卸作业原始数据的采集不完整，无法进行科学、有效的统计分析，在很大程度上影响管理层的决策；

（6）码头缺少有效应对各类异常、突发事件的快速处理机制，或应急预案与实际生产作业脱节，往往导致事故损失扩大，严重影响码头正常经营，甚至威胁当地经济发展；

（7）码头员工考核机制不完善，导致顾此失彼，无法有效平衡服务、成本与效率，给安全生产带来负面影响；

（8）当码头前沿、后方堆场、机械、人员等生产条件发生变化时，缺乏持续改进和提升的激励机制；

（9）码头不断扩大生产规模，忽视大规模生产对环境造成的影响，缺乏对环境的保护意识。

2 建立集装箱码头装卸作业质量评价体系

针对装卸作业存在的问题，集装箱码头应在安全生产的基础上，致力于平衡效率、成本与服务之间的关系，不断提高生产管理水平，保持可持续发展态势。为此，有必要建立较为完善的集装箱码头装卸作业质量评价体系，以便理顺各生产环节，找到平衡效率、成本与服务的方法。

2.1 以计划为中心组织装卸作业任务

无计划的生产会导致作业紊乱、无序，造成一线作业人员无的放矢，只有生产任务，没有生产目标。为解决无计划、计划不合理、执行计划不坚决等问题，码头组建计划中心，成立专门的计划部门或班组，为制订合理的计划和监督计划实施提供强有力的保障。计划中心的职能包括制订靠离泊及作业计划、布置具体生产任务、监督计划实施过程、重点事项说明、设定生产目标和指标、完成单船小结和工班总结、评定各项生产指标和目标等。

2.2 设定评价指标和目标

以工班及在港船舶为单位，设定装卸作业质量评价指标和目标，将安全事故、作业准确率、作业量、服务满意度、码头前沿机械作业效率、堆场机械作业效率、船舶准班（延误）率、外拖超时率、岸桥利用率、场桥利用率、泊位利用率、装拆箱和查验箱等移箱及时率、净船时效率、设备完好率、设备单箱油耗、设备单箱电耗等纳入考核指标（见表1），并设定各指标项目的具体目标、考核标准等。整条作业链所有参与作业及后勤保障的人员均纳入指标考核，包括带班主管、车间维修人员、指导员、堆场员、装卸工、集卡司机、岸桥机械手、场桥机械手、中控员、计划员、调度员、单证员等。计划组在工班开始前，通过协作班组的工前会、船前会等形式，将制订的计划下达至参与作业链的作业人员，并细化各项生产任务及目标。

表1 集装箱码头装卸作业质量评价指标

2.3 完善码头生产管理系统

当前，集装箱码头生产管理系统的主要职能是为码头日常集装箱作业及各项报表的统计和分析服务。为构建科学、合理的装卸作业质量评价体系，确保码头生产管理系统准确、清晰地体现设定的各项装卸作业质量评价指标，有必要完善集装箱码头生产管理系统，确保各项评价指标实用且考核简单，避免多余的人工统计和分析，以免产生人工统计和分析主观、不准确等问题。

2.4 优化数据采集

通过优化、完善集装箱码头生产管理系统，采集装卸作业质量体系所需的各项数据，这对各项指标的设定及评定尤为关键。由于内贸集装箱作业的随意性较强且计划性较差，与外贸集装箱作业相比不够规范，在设定及评定内贸集装箱装卸作业质量时务必考虑其特殊性，并根据码头的特点进行必要的统计和分析，分析的范围包括港口条件、岸线长度、机械配备、人员配备、堆场条件、经济腹地条件等。在确保采集信息准确的前提下，分析码头特点有利于科学、合理地设定和评定各项考核指标。

2.5 制定奖惩机制

通过设定装卸作业质量评价指标以及开发和完善码头生产管理系统，在确保所采集的数据和设定的指标准确、合理的前提下，便可对参与作业链的所有人员进行考核，以调动作业人员的积极性，评定码头装卸作业质量，进而达到促进集装箱码头生产作业合理化和科学化、推动码头可持续健康发展的目的。为此，有必要依照码头的特点制定科学、合理的奖惩机制，使奖惩分明，从而最大限度地调动作业人员的积极性。奖惩机制的适用范围应涵盖整条作业链所有参与生产作业的人员，并应依据生产作业环境的变化而不断得到完善，且其实施必须有良好的监督环境。

3 完善集装箱码头装卸作业质量评价体系

集装箱码头装卸作业质量评价体系建立后，须在码头实际生产作业活动中得到验证，并随着港口条件、人员结构、业务结构等码头生产经营活动的变化逐渐得以完善。当集装箱码头实际生产环境发生改变时，装卸作业质量评价体系应随着生产作业条件的变化而不断得以优化和完善。

4 结束语

集装箱码头装卸作业质量的高低是衡量集装箱码头能否实现良性发展的重要参考指标。对集装箱码头装卸作业质量的评价不应局限于某些作业环节，而应采用较为全面、客观、科学的指标。建立、健全并不断完善集装箱码头装卸作业质量评价体系对评定码头生产经营活动有着重要意义。为更好地平衡效率、服务与成本的关系，实现码头可持续发展，集装箱码头经营人应不断探索集装箱码头科学发展途径，建立、健全集装箱码头装卸作业质量评价体系，使其更好地发挥在物流链中的作用。

（编辑：曹莉琼收稿日期：2015-11-12）