李 龙
(上海海事大学 物流工程学院,中国 上海 201306)
集装箱船舶配载,即在遵循安全、效率的原则上将集装箱放到船上合适的位置。配载图分为预配图、实配图、最终图,预配图由船公司统筹规划,实配由码头工作人员通过经验规则辅助软件来完成,装船作业完成后,根据船上的实际载箱产生最终图。实配过程是配载的关键,船舶的安全和装卸作业效率与其紧密相关。
专家系统,即一个计算机程序,它能对一些重要问题提供具有专家水平的解答。规则是专家系统的核心,由关于问题领域的一般性知识或经验产生,此外,专家系统还包括一个全局数据库(包含解决待定问题的事实或断言)和执行问题求解过程的规则解释程序。专家系统具有启发性、透明性和灵活性三个特点。
一次高效的配载有很多的规则,在此,选择较为关键的三个规则,如下:
规则一:40尺箱不得在20尺箱下面
规则二:同一卸港的集装箱分散且集中放置
规则三:先卸港的箱子在后卸港箱子的上面(无压箱)
原则解释如下:对于第一条,若20尺箱在40尺箱上面,实际需要下面40尺箱时,要同时拿开两次,增加操作,而且20尺箱堆高后会“分叉”,影响稳性。另外,40尺箱在上时,下面须有两个20尺箱,不得悬空一边。对于第二条,先到港的箱子在后卸港的箱子上面可以减少倒箱率,缩短船舶停港时间,提高效率。对于第三条,同一卸港的箱子若过度集中,极端情况是全部堆满一个bay位,其它bay位没有该港的箱子,则只能一台岸桥工作,分开放置时,可以多台岸桥同时装卸;同一卸港的箱子若过度分散,极端情况是,每个bay位均有该卸港的箱子,则岸桥大车必须在每个bay位作业,然而大车的移动较小车的移动是比较复杂的,耗时耗能较多,成本太高。
针对上述三项配载规则,依次采用三条程序设计思路
2.2.1 组箱
图1
当40尺箱和20尺箱混合堆放时,20尺放在单贝,而40尺放在组贝,两者的堆放规则有所不同,给配载程序带来困难。此处对20尺箱进行处理,将同卸港的20尺箱编为一组,赋予新的“组箱”箱号,这样对将20尺40尺混合堆放问题转化为40尺堆放的单一问题,为之后的配载提供方便。另外,若20尺箱总数为奇数,则随机取出一个20尺箱,对剩下的偶数个箱进行组箱处理,记下该取出的一个20尺箱箱号,最后单独处理。
程序流程图如图1。
2.2.2 分类
为减少岸桥大车的移动,并且尽可能快的多作业线装卸,同卸港的集装箱满足分散且集中原则,例如,对于本文后面实例4个卸港的情况,按港口和箱尺寸对箱进行分类,如图2所示:
图2 实例不同类型、港口箱分类
图2分两个部分,下部表示船舶bay位的侧视图,每个小方格表示一个20尺箱位,用两种颜色来区分组合bay位;上部,表示不同港口和尺寸的集装箱在不同bay位的堆存情况,其中,一个组bay有多种箱型的为混合bay位。在上部中,圆形表示该箱型一定有,方形表示,由于数量波动,该箱型可能有,也可能没有,或者数量不定。
经过此种分类后,满足了规则三的分类且集中原则,较好的完成多作业线合理装卸作业。
分类程序流程图如图3所示:
图3 分类程序流程图
2.2.3 排序
对于本文的实例分类之后的组合 bay位, 如 06、10、14、30、34、38bay位,这几个bay位中集装箱型较为混乱,卸港顺序不相同。为了满足规则2,先卸港箱在上的原则,这里采用优先级排序的方法处理这一问题。所谓优先级排序,即对每个组合bay位里的集装箱(40尺或之前的组合20尺)在一开始时先按港后和箱型赋予优先级,当分类之后,针对某个垂直层位(bay和row相等的箱位)进行按优先级排序,使先卸港的集装箱在后卸港的集装箱的上面。
图4 实例中的优先级
排序程序流程图如图5所示:
图5 b排序程序流程图
本文使用的配载实例模型描述为:一艘船舶结构已知(见图6)的载箱量1600TEU左右的集装箱船,从始发港到最终港,经历5个港口。集装箱信息已知,包括20尺和40尺两种尺寸、四个港口的集装箱,20尺与40尺比例约为4:1,各港口集装箱量比例约为1:1:1:1。集装箱从始发港全部装船,其它港口依次只卸不装。其中集装箱信息和船舶结构信息均分别来自实际数据,稍作修改后作为本模型的两个数据源。
图6 船舶结构图
PowerBuilder是美国PowerSoft公司推出的一种使用方便、易于开发复杂应用系统的数据库前端开发工具。PowerBuilder11.5是它的最新版本,强大的数据库连接能力,丰富的窗口显示和人性化的面向对象操作,是选择PowerBuilder用来完成配载的主要原因。
配载程序主界面及其按钮功能如图7所示:
图7
配载之后的bay图,如图8所示:
图8 Bay图
本文提出了基于规则的集装箱船舶配载组箱、分类、排序的程序设计思路,并给出程序实例进行了验证,程序运行十几秒钟便可显示结果,满足了给定的三项配载规则。实际配载还要考虑集装箱在堆场位置和箱重规则,在时间允许和资料充分的情况下可进一步优化。
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