修船碼頭移泊調度系統研究

楊坤榮，唐偉煒，張翠翠

(1.中船澄西遠航船舶 (廣州)有限公司，廣東廣州 511462;2.華南理工大學，廣東廣州 510641;3.廣東中遠船務工程有限公司，廣東廣州 523146)

隨著經濟全球化海洋運輸業也隨之蓬勃發展，同時也帶來船舶修造業的發展。近年來，中國造修船業在全球市場上所占的比重正在明顯上升，中國已經成為全球重要的造修船中心之一。

隨著船舶修造業的發展，各船廠碼頭停靠船舶數量以及多樣性不斷增加，人員工作量日益增大。船舶調度是修船廠作業的重要組成部分，船舶調度優化問題直接影響工作效率、質量和成本，從而影響到船舶企業的盈利能力，因此需要優化船舶調度。雖然目前智能調度系統已經廣泛應用于各個行業，港口的智能調度系統也被廣泛提及，但是針對船廠的“船舶移泊智能調度系統”尚未有明確的定義。該問題涉及到多種約束條件，包括碼頭泊位的約束 (泊位的長度、水深、裝卸能力)。目前，國內絕大多數船廠的移泊作業還是依靠調度人員的經驗來管理，以致于企業資源無法充分利用，運行成本過高。因此在實際工作中對船舶調度優化問題進行研究，建立能夠解決船舶調度的系統，以提高工作質量和資源利用率是很有必要的。

計算機在船舶工業中運用已十分普遍，相應的管理系統也趨于成熟，但并不像其他行業的管理信息系統那樣穩定、規范、為大眾所知曉，這在很大程度上是由于使用主體獨特的經營方式和個性的運行模式所造成。各企業要么照搬國外大型軟件，要么臨時拼湊一些軟件模塊勉強使用，不足之處用手工作業來彌補，不能充分發揮出高新技術在節約成本，提高生產效率和經濟效益中的積極作用。實際上，該行業在適應不斷變化的市場形勢中，經過長期調查和分析、總結規律，制定出一套適合自己的管理信息系統是至關重要的。

2005年，劉文等人針對某港務企業船舶調度管理進行了分析，結合該企業信息系統的開發，實現了人工與智能調度的結合，為該企業船舶調度管理提供了計算機輔助決策功能［1］;2009年李軍等人引入WEBGIS技術，構建了一個WEBGIS基礎平臺，并依此建立了一個高度信息化、智能化和網絡化的港口船舶協同調度系統［2］。

國外對泊位分配問題的研究相對國內來說比較多，日本的Akio Imai采用拉格朗日松弛算法求解了最小化船舶等待時間和作業時間的優化問題［3］;Brown等［4］以最小化船舶靠泊時間為優化目標，給出了相應的泊位調度優化模型及求解方法。

從文獻上來看，由于近幾年世界航運業的發展，國內外學者的主要精力在研究航運業和港口的船舶貨物 (尤其是集裝箱)的調運安排上，關于修船廠碼頭船舶移泊作業問題還很少有學者涉足這個領域。

1 系統概述

船舶智能調度系統是輔助調度人員作出決策，為進廠的船舶指定適當的位置，并設計合理的移泊方案，更直觀、有效地進行船舶靠泊，實現人工調度與智能調度的結合，為船舶調度管理提供計算機輔助決策功能。

由于船廠的泊位數量有限，每個泊位同時停泊數艘船時，靠近碼頭的起重作業范圍最佳，為了使各船能用到最有效的起重設備等資源，滿足實際生產要求，需要根據實際情況調整移泊位。調研中船澄西遠航船舶 (廣州)有限公司現行機制，綜合因素較多:工程量難易，設備、場地、人員、實行計劃等受不確定因素影響，根據經驗判斷安排調整泊位，未能有數據直觀地分析出各泊位作業周期及產生成本。針對這一特征，在公司現有基礎模型上，從時間和空間的角度出發，開發一套泊位調度優化系統，提供各泊位時間、成本的數據，優化泊位選擇，從而提高生產效率。生產部調度室有一批經驗豐富，熟悉移泊流程的工作人員，如何將他們的經驗用計算機表達出來，通過實現事先模擬使工作更直觀，從而減輕他們的工作負擔，提高生產效率是這套系統開發的主要原因。

系統在時間上以工程周期為準則，按照周期長短安排泊位，周期短、工程緊急的船舶優先安排在靠近碼頭的泊位，并留有余地給臨時加急船舶，合理安排碼頭空間。

智能化船舶調度系統須擁有以下功能。

1)協助管理船舶的進、出廠，以及碼頭停靠的工作。

2)基于自動調度功能，幫助用戶快速、方便、精確地完成船舶調度工作。

3)支持手動調度功能，使用戶方便、快捷地完成更加精確、細致的船舶調度工作。

4)船舶工作周期的提示功能，自動跟蹤船舶信息及信息的變化。

5)對碼頭停靠船舶自動優化，因工作周期的變化進行調整。

6)船舶查詢功能能查到具體日期、具體船舶泊位信息，并做報表統計。

7)詳細的歷史停泊視圖和預測將來停泊視圖，為用戶提供更有價值的船舶信息。

8)起重機的自動調度功能，方便為用戶提供精確的起重機調度方案。

9)起重機手動調度功能，使用戶方便、快捷地完成更加精確、細致的起重機調度工作。

10)支持直接在界面上拖拽船舶功能，使其調度到合適的位置。為用戶提供更加靈活、有效的調度操作。

11)直觀的界面，使用戶對每天船舶調度情況一目了然。

12)多級權限控制。

13)其他為了提高工作效率所必需的功能。

2 系統處理流程

系統程序處理流程如圖1所示。

圖1 系統程序處理流程圖

碼頭泊位調度問題解決方案的關鍵因素有以下幾點［5］。

1)調度目標數學模型。在泊位的調度問題中，調度的目標很多，如“最短泊位修理期”、“最短移泊距離”等。這些目標之間往往有交叉，使各個目標都最優是不可能的。目前的優化目標常常是多目標的綜合考慮，調度目標數學模型的建立是解決調度問題的首要環節。不同的泊位，在不同的時期，不同的外界條件下各目標之間的優先級可能會有所不同，那么調度目標數學模型的建立就不能是固定不變的，應該可以靈活更改實現目標的優先級關系。

2)調度規則約束條件。在泊位的調度中，同時存在著各種約束，如靜態約束、動態約束以及臨時約束。其中靜態約束包括碼頭泊位的約束;動態約束包括船舶基本情況的約束 (船舶的長度、寬度、吃水、水深等)、設備、工人的約束;臨時約束包括自然因素如天氣情況和潮汐的約束、其它因素的約束等。這些因素對碼頭作業效率都存在著復雜的影響。

3)算法的選用。計算方法的選用是系統研究的重點之一，也是本文所設計方案的重要組成部分。國內外學者在碼頭調度方面多用啟發式算法，如遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法、模擬退火算法等。這些算法各有其的優缺點，選擇合適的算法，使調度問題的求解更為靈活、實用極為重要。

在上文所設計的調度問題解決方案的基礎上，對求解過程提出一個較為簡單的流程，它只作為說明求解的一個基本思路，并未涵蓋所有的求解過程。流程設計的主導思想是:按照各規則的優先級分步來搜索合適的任務;根據已分配的任務完成時刻的先后順序自動將時間向后推移，并將完成任務的再次釋放以便執行其余任務;自動調整模型中的狀態參數以及塊結構，以便繼續求解。

3 結束語

本研究來源于中船澄西遠航船舶 (廣州)有限公司的船舶調度實際問題，旨在探索船舶調度優化問題的思路和途徑。船舶移泊調度優化系統實際上是針對船舶的停靠、移泊、設備調度等工作的管理信息系統，目的是將工人從繁瑣的手工作業中解脫出來，減小過程成本、提高生產效率、降低生產成本，從而提高企業的經濟效益。

［1］劉文，周俊.港務企業船舶的智能調度 ［J］.計算機工程，2005(6):205-207.

［2］李軍，李源惠，吳訓坤，等.港口船舶協同調度系統設計與實現［J］.船海工程，2009，38(1):13-17.

［3］ImaiA，NishimuraE，PadimitriouS.The dynamite berth allocation problem for a container port［J］.Trans portation research partB，2001，35(4):401-417.

［4］ BrownGG，CormieanKJ，LawPhongpaniehS，etal.Optimizing submarine berthing with a persistence incentive［J］.Research Logisties，1997，44(4):301-318.

［5］王璇，劉世峰，劉達.基于“實時智能”方法的港口物流調度問題研究 ［J］.物流技術.2009，28(12):10-12.