自动化码头资源配置与运营调度优化研究

Automated container terminals have become the trend of ports, and design of terminal layout, operation processes and scheduling methods are crucial to the efficiency of terminal operations. This project researches on the resource allocation problems and scheduling methods considering the complexity and real-time scheduling of automated terminal operation systems. Research methods include queuing theory, stochastic theory, mathematical programming and system optimization. The main contents are: (1) this project uses a queuing network to model the automated container terminal operations. The relationship among each operation and the characteristics of variation of operation time is considered to analyze the automated container terminal efficiency and operation cost. It provides the theoretical basis for solving resource allocation problems and designing handling processes, and enriches and deepens the application of queuing theory in production operation system; (2) this paper researches on the equipment scheduling methods considering the characteristics of real-time and dynamics. A dynamic algorithm of task assignments is designed to improve solving efficiency. It increases the reliability and real-time of equipment schedules, and provides new methods for solving the practical operation problems of the automated container terminals.

自动化码头已经成为国内外港口发展的趋势，如何设计码头布局、选择工艺流程、制定调度方法等对其运营效率有至关重要的作用。本项目针对自动化码头作业系统复杂性、设备调度实时性，综合运用排队理论、随机过程、数学规划、系统优化等理论，研究自动化码头资源配置方案与运营调度优化方法，主要包括：（1）构建自动化码头作业系统排队网络模型，考虑多环节作业过程及相互关系、设备作业时间不稳定性等，分析设备投入与系统效率、成本的关系，为码头解决资源配置、流程选择等问题提供理论依据，丰富和深化了排队理论在生产作业系统中的应用；（2）构建自动化码头设备调度优化方法，针对作业设备实时性、动态性等特点，设计作业设备任务动态分配求解算法，提高设备调度方案的可靠性和实时性，为解决自动化码头实际运营问题提供新思路。

自动化码头已经成为国内外港口发展的趋势，其码头布局、选择工艺流程、设备调度方案等对其运营效率有至关重要的影响。考虑到自动化码头作业系统具有复杂性、设备调度具有实时性等特点，本项目综合运用排队理论、随机过程、数学规划、系统优化等理论，研究自动化码头资源配置方案与运营调度优化方法，对自动化码头的作业系统进行分析，进而提出资源配置及调度优化方案。主要研究成果如下：（1）针对自动化码头作业效率评价问题，构建自动化码头作业系统模型，考虑码头内部多环节作业相互关系及影响，利用排队网络刻画码头内部作业过程。从系统利用率、作业设备投入成本等角度对码头作业系统进行分析，为码头解决资源配置、流程选择等问题提供理论依据，丰富和深化了排队理论在生产作业系统中的应用；（2）针对自动化码头设备调度方案优化问题，建立设备调度优化模型，考虑作业设备实时性、动态性等特点，设计作业设备任务动态分配求解算法，提高设备调度方案的可靠性和实时性，为解决自动化码头实际运营问题提供新思路；（3）针对自动化码头堆场布局优化问题，建立了码头堆场布局评价模型，从水平运输设备作业效率和堆场场桥作业效率两方面进行评价，为自动化码头前期建造提供决策依据。本项目的研究成果对自动化码头的运营管理提供借鉴，为发展智慧港口提供决策依据。项目研究期间共发表5篇SCI检索论文，完成硕士研究生的培养工作。