摘 要

本文主要通过em-plant软件研究了全航线的集装箱船舶配载问题中的主贝计划。首先以最小的倒箱量为目标，建立了相应数学模型，然后在数学模型的基础上，编制了简单的启发式算法，以便更快地求解出配载方案，最后着重研究了配载问题的仿真，包括仿真模型的驱动研究以及仿真结果分析。

数学模型的建立主要考虑了船舶装箱约束、贝位容量和重量约束，以及船舶强度约束，只考虑了20ft集装箱，模型相对实际情况来说比较简单。

启发式算法仅提供选择适合贝位的方式，即仅考虑先中间后两边以及相同目的港集装箱间隔至少一个贝的原则，贝内的排箱问题不在本文的研究范围内。

本文的主体部分在于集装箱船舶配载的仿真，主要分为三步：第一步，将所有的集装箱按目的港和重量级分组堆垛；第二步，按照先远后近，先重后轻的顺序选择即将装载的同类箱组，并按照启发式算法中的规则选择适合的贝位装载该箱组；第三步，进行纵倾优化。

仿真运行时先采用小规模案例的数据验证仿真模型的可行性，再用根据某航次的相关数据改编的大规模案例进行仿真，以验证仿真模型的实用性。仿真结果显示，方案可行，且具有一定的实用性。

关键词：主贝计划；倒箱量；建模仿真；

Abstract

The MBPP(master bay plan problem) of container vessel stowage planning problem is studied in this paper by using Em-plant.Then based on the mathematical model, a simple heuristic algorithm is proposed to solve the stowage scheme more quickly. Finally, the method about how to simulate the process of stowage is mainly researched,and analysis is made based on the result of simulation.

Takeing many conditions such as the rules of ship stowage, the capacity and the weight constraints of every bay, and strength constraints of ship into account,the mathematical model is constructed to reduce the turnover rate.Because only the 20ft container is consiedered in the problem in the process of construct the model, the model is relatively simple.

The main part of this paper is the simulation of container vessel stowage, which is based on the heuristic algorithm and divided into three steps: the first step, all the containers is divided into many groups according to the port and the weight of them; the second step, each container group is matched with the appropriate bay according to the heuristic algorithm; the third step, a method to reduce longitudinal tilt torque and turnover rate at the same time.

The result turns out that the plan proposed in the paper can be used to reduce the number of turnover with relatively low longitudinal tilt torque.

Key word: MBPP;turnover;simulation;

目录

1绪论 1

1.1课题研究的背景、目的及意义 1

1.2配载国内外研究现状 1

1.2.1国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 3

1.2.3配载研究中存在的主要问题 4

1.3主要研究内容 4

1.3.1研究思路 4

1.3.2全文架构 5

2问题描述及模型的构建 6

2.1配载相关概念描述 6

2.1.1集装箱 6

2.1.2集装箱船舶 6

2.1.3集装箱船舶配载 7

2.1.4集装箱箱位表示方法 8

2.1.5同类箱组 8

2.1.6倒箱 8

2.2配载数学模型 9

2.2.1假设条件 9

2.2.2参数和变量设计 9

2.2.3目标函数 10

2.2.4约束条件 10

2.3算法设计 11

2.3.1启发式算法 11

2.3.2针对倒箱问题的装箱算法 11

3集装箱船仿真建模 13

3.1建模思路 13

3.2前期准备 13

3.2.1数据准备 13

3.2.2全局变量的设定 13

3.2.3相关控件介绍 15

3.3小规模案例仿真的构建 16

3.3.1小规模案例描述 16

3.3.2小规模案例仿真步骤 17

3.3.2.1集装箱分组堆垛 17

3.3.2.2集装箱装载入船 19

3.3.2.3贝位内箱子的信息记录 22

3.3.2.4配载优化模块 22

3.3.3小规模案例仿真结果 23

3.4大规模案例仿真 25

3.4.1案例描述 25

3.4.2仿真结果 27

3.4.3仿真结果分析 28

3.4.3.1以集装箱的重量为变量分析 28

3.4.3.2以优化的次数为变量分析 29

4对环境的影响分析和经济性分析 31

4.1对环境的影响分析 31

4.2经济性分析 31

5总结与展望 33

5.1研究工作回顾及总结 33

5.2展望 33

参考文献 35

附录 36

致谢 42

1绪论

1.1课题研究的背景、目的及意义

集装箱运输作为海上运输的主要方式之一，是指从某一地的门、货运站或堆场到另一地的门、货运站或堆场，把大小不一、包装多样、换装不便的货物装入标准化的集装箱，并将集装箱作为货运单元的一种现代化运输方式，能够保证货物运输安全与质量，降低工人劳动强度，提高装卸效率，降低运输成本，节省包装费用，有利于不同运输方式之间的联合运输等优势，现在已经成为国际贸易的运输方式的最优选择。

集装箱船舶配载关系到货物运输的质量、船舶的安全和船期的保证，是集装箱海上运输的一个核心环节。配载工作以处理集装箱船在航线的各个港口集装箱的装卸问题为目的，具有很强的技术性，即需要在保证船舶稳性、强度、浮态等关系到船舶安全的因素的情况下制定严格的配载规则，同时也要合理布置集装箱在船上的位置，形成适当的装卸顺序，减少航线中的各港口的倒箱操作，就可以提高船舶的运输效率，同时节约成本。