摘 要

船舶主贝计划制定的优劣直接影响着集装箱水上运输的安全性和经济性。在内贸集装箱运输业中，管理的不规范及配载过程中随机性较大，使得内贸运输经济效益差、安全性不高。因此，开展随机性条件下内贸运输的主贝计划智能决策研究十分必要。

本文以内贸船非始发港装船过程中临时加箱的主贝计划制定为研究对象，研究其排序装箱问题的启发式算法，主要工作内容如下:

1）构建数学模型：以港口卸载后的贝位状态为初始状态，以倒箱量最小为研究目标，以船舶的稳性、纵向强度、局部强度、吃水差等安全性能及集装箱自身装载要求为约束条件，构建贝位与集装箱之间合理匹配的确定性问题数学模型，并通过算法实现将确定性数学模型应用于非确定性配载问题中。

2）设计启发式搜索算法：以船舶配载原则（先远后近、先重后轻、先中间后两边）及内河港设备运作需求（同目的港箱占用多个贝位时，各贝间隔三个奇数贝位）为准则，设计启发式智能搜索算法，为集装箱组搜索到合适贝位。此外，构建三种加箱时间存在差异的临时加载场景，增加算法柔性和适应性。

3）构建仿真驱动模型：分析港口离散物流系统特点，对装船过程中临时加箱的排序装箱问题采用面向对象的建模方法建立配载系统仿真驱动模型。

Em-plant构建仿真驱动模型的流程可大致概括为：⑴ 构建始发港配载模型得到中间港配载初始状态；⑵ 构建中间港配载模型：1）将港口集装箱按目的港、重量级别进行分组；2）从贝位中卸载该港口的集装箱，并更新相应信息；3）以最小倒箱量为目标，以三先原则、局部强度和贝容为约束条件，配载集装箱；4）将允许加载的集装箱分配到相应组别，重新调用配载程序，对未装载箱进行装载。5）以倒箱量最小为目标，以纵倾为约束，通过依次选取贝位进行贝位之间的互换，得到满足纵倾的最小倒箱量。从而得到随机加箱情况下合理的配载方案。

最后，本文采用日照港日青集装箱公司提供的“成功51号”的船舶资料，设计装载数据，构建案例，对仿真模型进行验证，并利用输入-输出理论对仿真结果进行分析。

关键词：集装箱内贸运输；临时加载；数学建模；动态配载；仿真分析

Abstract

The advantages and disadvantages of the development of the ship's master plan directly affect the safety and economy of the shipping of the container. In domestic trade container shipping industry, management of non-standard and loading process randomness larger, so that the dome- stic economic benefit of transportation, the security is not high. Therefore, under the random condition caring out the intelligent decision on the main shell plan domestic transportation is very necessary.
In this paper, the main task of the research on the establishment of the master plan of the 

temporary box of the non port of departure of the trade ship is as the research object, and the heuristic algorithm for the sorting and packing problem is studied. The main contents are as follows:
Mathematic model is established:Taking the port of unloading Bay State as initial state to box volume minimum as the research target, the ship's stability, longitudinal strength, local strength, trim and so container safety performance and its loading requirements as constraint conditions, establish a reasonable  matching of identify mathematic model of the problem between bay and container, and make the mathematic model be applied to the problem of non deterministic loading by realizing the algorithm.
Design of the heuristic algorithm: AS principles of ship stowage(first far near, after the first 

light, etc.) and inland port equipment operation demand (the same destination box occupy multiple bay when, the shellfish interval three odd bay) ,design heuristics intelligent search algorithm for the container group searching for appropriate bay. In addition, there are three kinds of temporary loading scenarios needing to build, which are different in time, and to increase the flexibility and adaptability of the algorithm.
 Build simulation model: Based on the analysis of the characteristics of port logistics discrete system, build the model of  simulation of temporary box sort of bin packing problem using oriented object modeling method during shipment. The simulation result is analyzed.
The building process of the EM-plant simulation driven models can be roughly summariz-ed as:1. Establish the stowage model of port of departure of stowage to get initial state of the intermediate port loading; (2) build the stowage model of non originating port: 1) group container of port according to the port of destination, weight level; 2) from the Bay in unloading the port container, adjust the bene box group and update relevant information; 3) to subtract the amount of the minimum box, taking the local strength and volume of bay as the constraint condition, stowage the container; 4) take loaded container distribution to the corresponding group, and re-invoke the

 program stowage,and stowage empty container. 5) take reducing the amount of box down as the goal, local strength and bay volume as the constraint, exchange mixed bay a similar box group, with longitudinal tilt as the goal, by randomly selecting a bay to bay between the swap, get the minimum pitching moment, then get the random stowage plan of box.
Finally, this paper uses the ship information of "successful No. 51" provided by Rizhao Port,

 and designs the loading data, builds the case, and verifies the simulation model.

Key Word: Domestic container transportation；Temporary loading; mathematical modeling; dynamic loading; simulation analysis.

目 录

第1章 绪论 8

1.1研究背景及意义 8

1.1.1 研究背景和问题提出 8

1.1.3 研究目的与意义 9

1.2 行业发展 9

1.2.1 相关概念介绍 9

1.2.2 国内研究现状 11

1.2.3 国外研究现状 12

1.3 主要研究内容及安排 13

1.3.1 主要研究内容 13

1.3.2 研究思路 14

1.3.3 全文架构 15

1.4 本章小结 15

第2章 排序装箱问题数学模型构建 16

2.1 影响配载的因素 16

2.2 数学模型构建 16

2.2.1 模型假设 16

2.2.2 问题描述 17

2.2.3 参量设计 18

2.2.4 目标函数和约束 19

2.3 本章小结 21

第3章 算法设计 22

3.1 启发式算法 22

3.1.1 启发式算法概念 22

3.1.1算法优势 22

3.2启发式算法设计及加箱场景 22

3.2.1 启发式算法及流程设计 23

3.2.2 加箱场景设定 24

3.3 本章小结 26

第4章 仿真模型的构建 27

4.1 仿真建模思路 27

4.2 建模准备 28

4.3 仿真模型构建 31

4.3.1 仿真模型总界面 31

4.3.2 始发港层模型构建 32

4.3.2 中间港层模型构建 39

4.4 本章小结 42

第5章 案例验证与仿真分析 43

5.1 案例设计 43

5.2 仿真模型设置 44

5.3 仿真结果与分析 46

5.2.1 倒箱统计与分析 46

5.2.2 吃水差统计与分析 错误!未定义书签。

5.4 本章小结 47

第6章 总结与展望 48

6.1 论文总结 48

6.2 展望 49

参考文献 50

附录 54

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1 研究背景和问题提出

集装箱运输是指以集装箱为载体，将单件杂货组装成标准的单元，以便在现代流通领域内采用大型装卸、搬运器械进行快捷作业，从而更好地实现货物“门到门”运输的运载方式，具有高效率、少运输环节、低劳动强度、较好保证货物运输安全与质量等特点，是件杂货运输的一场重大革命。

集装箱运输起步于英国，主要是铁路集装箱运输。1957年，美国出现第一艘“盖脱伟城”号全集装箱船，标志着海运集装箱化得以实现。截至1971年，全球13条主要航线基本实现了件杂货集装箱化。至今，90%的国际货物要经过海港，并且80%的海上运输货物通过集装箱运输方式，货物运输的集装箱化日臻成熟，船舶也日趋大型化，如何提高外贸船舶运载效率、减少船舶在港时间是近几年来研究的热点。