謝京強

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

集裝箱的裝載運輸量的不斷加大，給碼頭的工作帶來了很大的壓力，因此，為了實現(xiàn)高效率工作，碼頭在集裝箱裝卸工作中增加了大量的工作人員，還增加了一定的裝卸設(shè)備，但是這樣的方式也大大的增加了碼頭的運營成本。為了能夠更好的保證集裝箱裝卸運輸事業(yè)的效益，解放勞動力，自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)變得十分迫切。實現(xiàn)自動化，不僅能夠有效的解放勞動力，降低運營成本，還可以有效的保證人員的生產(chǎn)安全，提升港口碼頭的綜合競爭力。

1 集裝箱起重機裝卸工作模型

在當前的集裝箱起重機裝卸工作中，人是其中最主要也是最直接的勞動力，現(xiàn)場的裝卸環(huán)境十分惡劣，給操作人員的人身安全帶來了很大的威脅。除此之外，起重機在集裝箱裝卸工作單調(diào)而重復(fù)，因此，長時間的操作會使人的疲勞感增加，工作效率下降，甚至有可能會發(fā)生危險。因此，希望可以實現(xiàn)集裝箱起重機的自動化操作，這樣既可以有效的解放人力，提高工作效率，還能夠有效的保證工作的安全性。機械路徑問題的優(yōu)化，是實現(xiàn)起重機自動控制的重要環(huán)節(jié)，也是整個優(yōu)化工作中最具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)。

在集裝箱的裝卸操作中應(yīng)用最優(yōu)路徑規(guī)劃，在目前的相關(guān)研究中是很少提到的，相關(guān)工作的開展大多是以經(jīng)驗為基礎(chǔ)而展開的，對于相關(guān)行業(yè)的理論知識和專業(yè)技術(shù)的關(guān)注度和重視程度不夠，實際工作中，港口的環(huán)境十分復(fù)雜，并且不同的港口之間環(huán)境也有一定的差異，對于不同的港口單位來說，起重機不同，各起重機的性能也有較大的差異，此外，對于不同的工作場所而言，集裝箱的位置、機械來回操作路徑之間都有著一定的差異。這些因素都是可能導(dǎo)致危險發(fā)生的隱患。因此，實現(xiàn)集裝箱起重機自動化工作，對現(xiàn)有的傳統(tǒng)方式進行優(yōu)化，解決當前問題是直接有效的方式?，F(xiàn)有的集裝箱裝卸操作方式包括“門框式”裝卸操作、經(jīng)驗操作和日本安川橋吊集裝箱裝卸操作三種。

2 系統(tǒng)模型優(yōu)化與改進

在當前世界各地集裝箱運輸事業(yè)的發(fā)展給碼頭工作帶來了極大的壓力的環(huán)境下，為了更好的保證集裝箱裝載和運輸?shù)男?，推動自動化碼頭的普及和廣泛應(yīng)用，使世界各地的集裝箱裝卸和運輸事業(yè)能夠均衡發(fā)展，滿足碼頭運輸?shù)男枨?，自動化碼頭的普及和升級工作正在積極進行，這樣就可以有效的減少操作人員數(shù)量，降低運營成本，同時還可以有效的提高工作效率，提升港口碼頭的綜合競爭力和工作能力。

對現(xiàn)有集裝箱起重機裝卸系統(tǒng)的優(yōu)化有以下兩個發(fā)展方向。

2.1 集裝箱自動化碼頭

集裝箱自動化碼頭，指的是在集裝箱裝卸工作中實現(xiàn)自動化，應(yīng)用自動化設(shè)備和相應(yīng)的管控系統(tǒng)，實現(xiàn)集裝箱裝卸的自動化，以自動化設(shè)備逐漸代替人工的搬運和裝卸工作，從而有效的實現(xiàn)解放生產(chǎn)勞動力、降低人員成本和運營成本、提高工作效率的目的。在世界上，集裝箱自動化碼頭已經(jīng)在多個國家投入使用。

2.2 高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭

目前，高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭的研發(fā)和使用是為了徹底的擺脫傳統(tǒng)集裝箱起重機裝卸的方式，實現(xiàn)碼頭集裝箱裝卸自動化的同時，努力提高系統(tǒng)運行的高效化和智能化，推動集裝箱裝卸事業(yè)的發(fā)展。高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭改變了傳統(tǒng)裝卸方式中采用內(nèi)燃機提供驅(qū)動力的運輸方式，實現(xiàn)了集裝箱自動化軌道電驅(qū)動，這大大的解放了人力。下圖1所示為高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭平面圖。

圖1 高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭平面圖

3 裝卸操作路徑規(guī)劃多目標問題研究

在集裝箱的裝卸工作中，安全距離一直都是一個不容忽視的問題，為了提高工作的安全性，避免事故的發(fā)生，“門框式”的集裝箱裝卸方式在實際工作中被認可。因此，本文在對多目標問題進行研究和分析時，為了人員操作安全的考慮和實際操作的便利性，也會對安全距離問題予以充分的關(guān)注。

最優(yōu)化的設(shè)計，指的就是在切實可行的前提下，在設(shè)計空間中查找目標函數(shù)最優(yōu)解的問題。在集裝箱裝卸運輸工作中，存在著多個需要考慮的因素，因此將裝卸操作路徑的優(yōu)化問題作為多問題解決考慮。

自上世紀60年代開始，集裝箱裝卸工作中的多目標優(yōu)化問題受到了廣泛的關(guān)注，和單目標優(yōu)化不同的是，多目標的優(yōu)化大多是找到一個折中解，也就是說，在需要考慮的所有目標函數(shù)中，搜索對于所有函數(shù)而言最優(yōu)的一個解，這個解可以解決所有目標函數(shù)問題，并且不存在優(yōu)于這個解的其他解。

傳統(tǒng)的多目標優(yōu)化的方法，是建立在權(quán)重的基礎(chǔ)上的，在開始嘗試進行多目標優(yōu)化時，以權(quán)重為基礎(chǔ)建立起來的多目標優(yōu)化方法得到了廣泛的應(yīng)用，這一方法的主要優(yōu)點在于可以將多目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成單目標優(yōu)化問題，也就是將復(fù)雜的問題簡單化，這樣更方便我們的求解。

進化算法是一種模擬自然進化過程的隨機優(yōu)化方法。自上世紀50年代開始，這一算法開始被研究，在80年代形成成熟的算法。進化算法在后來的發(fā)展中形成了三個主要的分支：遺傳算法、進化策略和進化規(guī)程。這些分支在算法上存在著一定的細微差別，但其發(fā)展的根源則都是來源于生物演化過程的思想和原理。進化算法在多目標問題優(yōu)化中有著十分明顯的優(yōu)勢。

VEGA算法也可以說是目標分解算法，它是對我們現(xiàn)有的目標進行分解，從而得到各個小的分目標，再對這些小的分目標分別賦予一個函數(shù)，這些新的目標函數(shù)在其對應(yīng)的群體中求得最優(yōu)解，從而組成一個新的多目標群體，然后再對這一多目標群體進行最優(yōu)解的探究，最后經(jīng)過多輪的分解和綜合求解的過程，算出這個問題的非支配解。這一方法對目標函數(shù)的要求不是十分的嚴格，可以處理如不連續(xù)、多維的、高度非線性的多目標問題，這一算法的提出，也引起了廣泛的研究和應(yīng)用。

多目標優(yōu)化問題的難點在于，眾多目標之間可能存在一定的沖突，因此，想要尋求多目標的最優(yōu)解也就有了一定的難度，在多目標問題的研究中，對于某一問題的最優(yōu)解，在其他問題上卻不一定是最優(yōu)的，甚至還可能會是最差的解?？梢哉f，在對多目標進行研究分析時，最優(yōu)解的尋找并不能通過對各個單目標的解進行簡單的對比分析而得到。在多目標問題中，一個解的得出或者說存在，并不能保證所有的問題都處于最優(yōu)狀態(tài)，想要尋求多目標的最優(yōu)解，只能說是找到一個折中解，在所有的多目標問題共同作用時取到最大的好處和優(yōu)勢。

4 結(jié)語

本文在對現(xiàn)有的集裝箱起重機裝卸工作介紹的基礎(chǔ)上，對自動化集裝箱碼頭和高效智能型立體裝卸集裝箱碼頭進行了介紹，這兩種自動化碼頭建設(shè)是對傳統(tǒng)方式的優(yōu)化。通過本文中的分析我們可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的集裝箱裝卸方式有利于生產(chǎn)和運輸事業(yè)。