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

隨著船舶修造業(yè)的發(fā)展，各船廠碼頭停靠船舶數(shù)量以及多樣性不斷增加，人員工作量日益增大。船舶調(diào)度是修船廠作業(yè)的重要組成部分，船舶調(diào)度優(yōu)化問題直接影響工作效率、質(zhì)量和成本，從而影響到船舶企業(yè)的盈利能力，因此需要優(yōu)化船舶調(diào)度。雖然目前智能調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于各個行業(yè)，港口的智能調(diào)度系統(tǒng)也被廣泛提及，但是針對船廠的“船舶移泊智能調(diào)度系統(tǒng)”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(nèi)絕大多數(shù)船廠的移泊作業(yè)還是依靠調(diào)度人員的經(jīng)驗來管理，以致于企業(yè)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(diào)度優(yōu)化問題進行研究，建立能夠解決船舶調(diào)度的系統(tǒng)，以提高工作質(zhì)量和資源利用率是很有必要的。

計算機在船舶工業(yè)中運用已十分普遍，相應的管理系統(tǒng)也趨于成熟，但并不像其他行業(yè)的管理信息系統(tǒng)那樣穩(wěn)定、規(guī)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(jīng)營方式和個性的運行模式所造成。各企業(yè)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(yè)來彌補，不能充分發(fā)揮出高新技術(shù)在節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益中的積極作用。實際上，該行業(yè)在適應不斷變化的市場形勢中，經(jīng)過長期調(diào)查和分析、總結(jié)規(guī)律，制定出一套適合自己的管理信息系統(tǒng)是至關(guān)重要的。

2005年，劉文等人針對某港務企業(yè)船舶調(diào)度管理進行了分析，結(jié)合該企業(yè)信息系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了人工與智能調(diào)度的結(jié)合，為該企業(yè)船舶調(diào)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(shù)，構(gòu)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(wǎng)絡化的港口船舶協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)［2］。

國外對泊位分配問題的研究相對國內(nèi)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(yè)時間的優(yōu)化問題［3］;Brown等［4］以最小化船舶靠泊時間為優(yōu)化目標，給出了相應的泊位調(diào)度優(yōu)化模型及求解方法。

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

1 系統(tǒng)概述

船舶智能調(diào)度系統(tǒng)是輔助調(diào)度人員作出決策，為進廠的船舶指定適當?shù)奈恢?，并設計合理的移泊方案，更直觀、有效地進行船舶靠泊，實現(xiàn)人工調(diào)度與智能調(diào)度的結(jié)合，為船舶調(diào)度管理提供計算機輔助決策功能。

由于船廠的泊位數(shù)量有限，每個泊位同時停泊數(shù)艘船時，靠近碼頭的起重作業(yè)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(chǎn)要求，需要根據(jù)實際情況調(diào)整移泊位。調(diào)研中船澄西遠航船舶 (廣州)有限公司現(xiàn)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(jù)經(jīng)驗判斷安排調(diào)整泊位，未能有數(shù)據(jù)直觀地分析出各泊位作業(yè)周期及產(chǎn)生成本。針對這一特征，在公司現(xiàn)有基礎模型上，從時間和空間的角度出發(fā)，開發(fā)一套泊位調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)，提供各泊位時間、成本的數(shù)據(jù)，優(yōu)化泊位選擇，從而提高生產(chǎn)效率。生產(chǎn)部調(diào)度室有一批經(jīng)驗豐富，熟悉移泊流程的工作人員，如何將他們的經(jīng)驗用計算機表達出來，通過實現(xiàn)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(chǎn)效率是這套系統(tǒng)開發(fā)的主要原因。

系統(tǒng)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(yōu)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(diào)度系統(tǒng)須擁有以下功能。

1)協(xié)助管理船舶的進、出廠，以及碼頭?？康墓ぷ鳌?/p>

2)基于自動調(diào)度功能，幫助用戶快速、方便、精確地完成船舶調(diào)度工作。

3)支持手動調(diào)度功能，使用戶方便、快捷地完成更加精確、細致的船舶調(diào)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?？看白詣觾?yōu)化，因工作周期的變化進行調(diào)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(tǒng)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(diào)度功能，方便為用戶提供精確的起重機調(diào)度方案。

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

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

11)直觀的界面，使用戶對每天船舶調(diào)度情況一目了然。

12)多級權(quán)限控制。

13)其他為了提高工作效率所必需的功能。

2 系統(tǒng)處理流程

系統(tǒng)程序處理流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)程序處理流程圖

碼頭泊位調(diào)度問題解決方案的關(guān)鍵因素有以下幾點［5］。

1)調(diào)度目標數(shù)學模型。在泊位的調(diào)度問題中，調(diào)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(yōu)是不可能的。目前的優(yōu)化目標常常是多目標的綜合考慮，調(diào)度目標數(shù)學模型的建立是解決調(diào)度問題的首要環(huán)節(jié)。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(yōu)先級可能會有所不同，那么調(diào)度目標數(shù)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(xiàn)目標的優(yōu)先級關(guān)系。

2)調(diào)度規(guī)則約束條件。在泊位的調(diào)度中，同時存在著各種約束，如靜態(tài)約束、動態(tài)約束以及臨時約束。其中靜態(tài)約束包括碼頭泊位的約束;動態(tài)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(yè)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(tǒng)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(nèi)外學者在碼頭調(diào)度方面多用啟發(fā)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(yōu)缺點，選擇合適的算法，使調(diào)度問題的求解更為靈活、實用極為重要。

在上文所設計的調(diào)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(guī)則的優(yōu)先級分步來搜索合適的任務;根據(jù)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(zhí)行其余任務;自動調(diào)整模型中的狀態(tài)參數(shù)以及塊結(jié)構(gòu)，以便繼續(xù)求解。

3 結(jié)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(diào)度實際問題，旨在探索船舶調(diào)度優(yōu)化問題的思路和途徑。船舶移泊調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)實際上是針對船舶的?？俊⒁撇?、設備調(diào)度等工作的管理信息系統(tǒng)，目的是將工人從繁瑣的手工作業(yè)中解脫出來，減小過程成本、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

［1］劉文，周俊.港務企業(yè)船舶的智能調(diào)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(xié)同調(diào)度系統(tǒng)設計與實現(xiàn)［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(diào)度問題研究 ［J］.物流技術(shù).2009，28(12):10-12.