钢铁成品水运混装配载问题的建模与求解

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成品水运配载计划是针对待装船成品,根据到港站、船舶安全性及堆放要求等,确定待装成品放置位置及装载顺序。合理的装载计划能提高装载效率、降低卸船时的倒垛次数。因此,本文研究动态水运混装配载计划问题的建模和求解方法有助于提高成品码头物流效率,降低物流成本。
  本文以实际钢铁成品水运配载物流过程为背景,提炼出钢铁成品水运混装配载问题。针对该问题的静态情况,建立了整数规划模型,并设计差分进化算法进行求解。对于该问题的动态情况,由于状态规模随装载成品数量呈指数型增长,本文设计近似动态规划算法求解。本文主要研究内容如下:
  (1)静态成品水运配载问题是针对船舶装载计划一次全部下达,在考虑材料混装约束、船舶安全性约束和装载规程的条件下,决策成品的装载顺序和位置。针对该问题,以最小化吊机完工时间、倒垛量和到港站分散度为目标建立了整数规划模型。针对标准优化软件CPLEX无法在有效时间内求解大规模算例的情况,提出了基于导向变异策略和个体依赖参数机制的双层混合差分进化算法进行求解。通过随机和实际数据实验测试,验证了本文提出的模型和双层混合差分进化算法的有效性。
  (2)动态成品水运配载问题是以最小化吊机总完工时间为目标,在装载计划分批动态到达情况下,考虑成品混装、船舶安全性和装载规程等约束下,确定成品的装载位置。针对问题的动态性及求解规模随成品数量呈指数型增长的特点,设计了基于期望吊机总处理时间的近似动态规划算法进行求解。通过实际数据测试,验证了设计的近似动态规划算法能有效求解实际动态环境下的水运混装配载问题。
  (3)基于上述模型和求解方法,开发了钢铁成品水运配载决策支持系统。针对实际计划一次下达和多次分批下达的情况,系统分别调用静态和动态问题的求解算法,自动生成优化方案,并给予评价结果。在自动优化的技术上,系统开发了方案人工调整功能,提高系统的适用柔性,以适应实际情况。
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