CN106516807B - 一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法，该方法：从港口数据库中读取产成品信息、海轮信息和配载要求信息；生成初始的配载方案；从初始的配载方案开始，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制对配载方案是否可行进行判断，对可行的配载方案通过综合配载指标对配载方案进行优化，得到最终的配载方案；为各个产成品分配装船序号；将最终配载方案信息上传至数据库，并通过网络将最终配载方案信息显示在码头堆场终端和岸吊终端；通过堆场吊机按照装船序号提取产成品，再由卡车运往码头岸边，岸吊操作人员根据获得的最终配载方案实际装船。该方法根据运输方和装卸方的实际要求迅速生成配载方案，实现了自动配载。

Description

一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法。

背景技术

因为海运成本低廉且载货量大，钢铁企业的产成品出厂主要采用海轮装载产成品进行运输，各种产品由场外卡车从生产厂区被运往码头堆场，当船抵达码头，计划人员会根据来船的容积、载重、到港站等信息和为其分配的各类产成品信息制定配载方案，该方案决策产成品在船中的摆放位置以及装船顺序，配载方案下达后堆场吊机依次将产成品放入场内卡车，再由场内卡车将产成品运往岸边，计划员根据配载方案产生吊机指令信息指导岸吊将产成品依次放入船中的指定位置，其物流作业流程如图1所示。

对于配载方案的制定，运输方有两个要求，第一必须保证各类产成品按照各自的装船规则进行捆扎包装满足客户要求，第二在此前提下必须保证海轮在经过多个到港站卸载部分产成品前后船身平衡，包括船头尾平衡和左右平衡，通过优化平衡量指标保证船身在运输过程中平稳。码头装卸方有两个要求，第一个减少倒垛情况发生，为了节省空间，多个到港站的产成品会多层堆放，就可能发生下层产品先于其下层产品到站进而产生阻碍，必须先移动上层产品，该操作被称为倒垛，通过优化倒垛量指标可提高码头装卸效率缩短船停泊时间；第二个尽量集中岸吊操作，若同一到港站的产品摆放过于分散，到站后卸载产成品时岸吊就会大幅度频繁移动，增加操作难度，通过优化分散度指标可集中岸吊操作、提高工作效率、减少机械损耗。

海轮与内河轮相比容量巨大，可装载大量的不同种类的钢铁产成品，因此求解的问题规模更大，求解难度更大，当前的此类配载方案主要依靠码头计划人员通过电话与船方协商制定，效率较低且无法给出科学合理的配载方案，运输安全和质量都难以保证。目前对于海轮钢铁产品配载问题的研究比较少，200510028376.4号专利《钢铁产品散装货运船舶积配载方法》虽然研究了多种产品散装配载问题，但是未考虑船重心偏移量等实际约束且没有给出每个产品的摆放位置信息，增加了操作难度，更影响了最终摆放的实际效果。201310429869.3号专利《一种提高产成品水运稳定性的自动配载方法》研究了钢铁产品的配载计划问题但该研究只考虑所有产品属于板卷的情况，没有考虑多种产成品混装情况且产品摆放得方向与海运装船要求不同。当前钢铁市场趋于饱和、行业竞争日益加剧，为此钢铁企业正向着运输国际化、产成品多样化、最大满足客户要求的趋势发展，因此提出海轮混装配载方法即满足了当前钢铁企业发展的迫切需要，又延续了之前钢铁企业产成品配载计划问题的研究。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法。

本发明的技术方案是：

一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法，包括以下步骤：

步骤1：从港口数据库中读取产成品信息、海轮信息和配载要求信息；

所述产成品信息，包括：产品序号、产品品种、净重、宽度、长度和到港站；

所述海轮信息，包括：船名、船额定载重、船舱个数、各船舱长、各船舱宽和各船舱高；

所述配载要求信息，包括：各品种产成品装船要求、最小列间距、船左右平衡限制、船头尾平衡限制、船重心偏移量力矩差、到港站的先后顺序、到港站平衡权重、分散度权重、倒垛次数权重；

其中，所述产成品装船要求，包括：最高层数要求、最小行间距、上下堆放要求和产品摆放方向要求；

步骤2：根据产成品信息、海轮信息和配载要求信息生成初始的配载方案；

步骤2.1：根据产成品信息和各产成品装船要求将产成品进行分类，将可上下混堆的产成品作为一个类别；

步骤2.2：按照最高层数要求确定船中各类产成品摆放的最少列数；

所述按照最高层数要求确定船中各类产成品摆放的最少列数的具体过程如下：

根据产成品的宽度计算各类产成品的平均宽度，通过计算船舱宽与各类产成品的平均宽度的商值得到各类产成品在一列底层摆放该类产成品的个数，根据最高层数要求确定各列可堆放对应产成品的个数；

根据各类产成品的总数与各列可堆放对应产成品的个数的商确定各类产成品摆放的最少列数：若该商无余数，则该商值为该类产成品摆放的最少列数，否则，该商值加一为该类产成品摆放的最少列数。

步骤2.3：根据产成品的到港站对每一类产成品进行分批，并对各批次进行优先级排序，再根据产成品的长度、净重对各批次的产成品进行优先级排序；

所述根据产成品的到港站对每一类产成品进行分批，并对各批次进行优先级排序，再根据产成品的长度、净重对各批次的产成品进行优先级排序的具体过程如下：

根据一类产成品中各产成品的到港站相同的作为一个批次，对该类产成品进行分批，令到港站最远的批次的优先级最高，依此类推，得到各批次的优先级排序；

令各批次中的产成品长度和净重之和最大的优先级最高，依此类推，得到各批次的产成品的优先级排序。

步骤2.4：以保证船身平衡为原则，根据各类产成品摆放的最少列数、各批次的产成品的优先级排序对各产成品进行位置分配，得到初始的配载方案；

所述以保证船身平衡为原则，根据各类产成品摆放的最少列数、各批次的产成品的优先级排序对各产成品进行位置分配，得到初始的配载方案的具体过程如下：

按照确定的各类产成品最少列数从多到少依次从船头和船尾分别按列交替向船中心分配产成品的摆放位置，若船中心有空间并且产成品摆放总列数为奇数，则将最中间的列分配至船中心，按照确定的各批次的产成品的优先级排序从下层至上层依次在各列中分配各产成品的摆放位置，得到初始的配载方案。

步骤3：从初始的配载方案开始，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制对配载方案是否可行进行判断，对可行的配载方案通过综合配载指标对配载方案进行优化，得到最终的配载方案；

步骤3.1：将初始的配载方案作为历史最优配载方案，设定优化方法最大迭代次数和最大不更新迭代次数；

步骤3.2：建立记录列表记录被记录对象，设定列表长度；所述记录对象为交换和移动的反操作；

步骤3.3：计算当前配载方案中船头尾平衡量和船左右平衡量，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制判断当前配载方案是否可行，若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5；

步骤3.3.1：以船中心点为坐标原点建立坐标系，将船长作为横坐标，将船宽作为纵坐标，根据产成品的重力和力臂计算各产成品的力矩；

所述根据产成品的重力和力臂计算各产成品的力矩具体过程为：

计算每个产成品的横向力臂和纵向力臂，产成品横坐标为其横向力臂，产成品纵坐标为其纵向力臂，产成品的力矩为该产成品的力臂与该产成品的重力的乘积。

步骤3.3.2：通过对当前配载方案中各到港站的产成品的横向力矩和与船重心偏移量力矩差的求和得到各到港站产成品对船头尾平衡力矩差，通过计算各到港站的产成品的纵向力矩和得到各到港站产成品对船左右平衡力矩差；

步骤3.3.3：将各到港站产成品对船头尾平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船头尾实际力矩差，将各到港站产成品对船左右平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船左右实际力矩差，通过对所有到港站产成品对船头尾实际力矩差求和得到船头尾平衡量，通过对所有到港站产成品对船左右实际力矩差求和得到船左右平衡量；

步骤3.3.4：若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，否则，该配载方案不可行。

步骤3.4：计算当前配载方案的综合配载指标：计算所有到港站产成品平衡力矩差总和、总倒垛次数和产成品分散度，通过计算到港站产成品平衡力矩差总和与到港站平衡权重的乘积得到平衡权重指标，通过计算总倒垛次数与倒垛次数权重的乘积得到倒垛次数指标，通过计算产成品分散度与分散度权重的乘积得到分散度指标，将平衡权重指标、倒垛次数指标和分散度指标之和作为当前配载方案的综合配载指标，执行步骤3.6；

所述所有到港站产成品平衡力矩差总和为船头尾平衡量船左右平衡量之和；

所述总倒垛次数通过以下方法计算：当前配载方案中产成品在顶层，则倒垛次数为0，若产成品在下层且其到港站批次优先级小于其上层的到港站批次优先级，则其上层的产成品个数即为其倒垛次数，从而计算当前配载方案中需要移动的产成品的倒垛总次数；

所述产成品分散度通过以下方法计算：累计当前配载方案相邻的两个底层产成品属于不同到港站的次数与累计相邻的上下层两个产成品不属于同到港站的次数之和即为产成品分散度。

步骤3.5：通过交换产成品操作或移动产成品操作产生新的配载方案，累计迭代次数，返回步骤3.3；

所述交换产成品操作为：随机选取产品品种相同、到港站相同、位置交换后满足各批次的产成品优先级要求的两个产成品进行交换；

所述移动产成品操作为：随机选取产成品移动至空位置处，移动原则为被移动到的空位置符合产成品堆放要求，并且移动后所有产成品仍满足各批次的产成品优先级要求。

步骤3.6：判断当前配载方案是否在记录列表中，若在，则执行步骤3.8，否则，执行步骤3.7；

步骤3.7：将当前配载方案记录入记录列表中；

步骤3.8：判断当前配载方案是否优于历史最优方案，即判断当前配载方案的综合配载指标是否小于历史最优方案的综合配载指标，若是，将当前配载方案作为历史最优配载方案，将不更新迭代次数清零，否则，保留历史最优配载方案，累计不更新迭代次数；

步骤3.9：若累计的迭代次数达到优化方法最大迭代次数或者累计的不更新迭代次数达到最大不更新迭代次数，则将当前历史最优配载方案作为最终的配载方案，执行步骤4，否则，返回步骤3.5；

步骤4：根据最终的配载方案的各个分配位置为各个产成品分配装船序号：从船头尾、左右交替分配序号，若下层序号排满依次向上层分配序号；

步骤5：将最终配载方案信息上传至数据库，并通过网络将最终配载方案信息显示在码头堆场终端和岸吊终端；

所述最终配载方案信息包括产成品的装船序号、准发单据号、合同号、提单号、库区、库位、净重、长宽、到港站、交货期、排号，列号，层数；

步骤6：通过堆场吊机按照装船序号提取产成品，再由卡车运往码头岸边，岸吊操作人员根据获得的最终配载方案实际装船。

本发明的有益效果：

本发明提出一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法，该方法为一种科学的、安全的、低损耗的多种钢铁产品混装海运配载方法，根据运输方和装卸方的实际要求迅速生成配载方案，实现了自动配载。通过优化平衡配载指标保证装载过程中以及运输过程中的安全性，通过优化倒垛配载指标减少倒垛提高码头装卸效率，通过优化产成品分散度配载指标集中码头岸吊操作降低岸吊设备的损耗。

附图说明

图1为本发明中钢铁厂码头物流作业示意图；

图2为本发明具体实施方式中提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法的流程图；

图3为本发明具体实施方式中镀锡板装船标准示意图；

图4为本发明具体实施方式中立式卷装船标准示意图；

图5为本发明具体实施方式中得到初始的配载方案的示意图；

图6为本发明具体实施方式中船舱坐标系示意图；

图7为本发明具体实施方式中海轮产成品横纵坐标计算示例；

图8为本发明具体实施方式中交换操作和移动操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

本发明提出一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：从港口数据库中读取产成品信息、海轮信息和配载要求信息。

本实施方式中，产成品信息，包括：产品序号、产品品种、净重、宽度、长度和到港站。

由于篇幅有限且海轮装载产品量大，本实施方式中仅显示部分产成品信息，具体如表1所示：

表1为产成品信息表

本实施方式中，海轮信息，包括：船名、船额定载重、船舱个数、各船舱长、各船舱宽和各船舱高。

以两舱海轮为例，包括船名SQ2、船额定载重1000吨、船舱个数2，船整体及各船舱长、宽、高如表2所示：

表2为船结构信息表

船结构	长(m)	宽(m)	高(m)
				船整体	84	6	5.5
前船舱	33.6	5.6	5.5
				后船舱	28.3	5.6	5.5

本实施方式中，配载要求信息，包括：各品种产成品装船要求、最小列间距、船左右平衡限制、船头尾平衡限制、船重心偏移量力矩差、到港站的先后顺序、到港站平衡权重、分散度权重、倒垛次数权重如表3所示。

船重心偏移量力矩差：实际海轮船重心可能偏向船头尾，本实施方式中，船头偏重时此参数为负，船尾偏重时为正。

表3配载要求信息

产成品装船要求，包括：最高层数要求、最小行间距、上下堆放要求和产品摆放方向要求。

本实施方式中，有四种钢铁产品包括热轧卷、冷轧卧式卷、冷轧立式卷、镀锡板，具体的装船要求如下：

1)镀锡板装船要求：

(1)镀锡板最高4层高，如图3所示；

(2)板与板之间距离不得大于50mm，装载时托架横梁与船体保持垂直；

(3)严禁镀锡板上面装载其他产品。

2)冷轧卷(包括立式卷与卧式卷)装船要求：

(1)冷轧卷0.5mm以下单层放置；0.5mm以上卷可以根据标识2层垛放；

(2)重量大、尺寸大、规格厚的卷在下；重量小、尺寸小、规格薄的卷在上；

(3)相同规格、重量前提下，轧硬卷在下，其它冷轧在上；

(4)装载顺序应从船舱前后、左右侧两边交叉向中间装载，保持船体平衡；

(5)带自身托架卧式冷轧卷只能放一层；

(6)立式冷轧卷木托架底部横木必须与船体纵向保持垂直；

(7)立式卷可两层垛放，如图4所示；

(8)卧式卷可堆二层；

(9)每列间隔保持不小于500mm。

3)冷热轧卷拼装装船要求：

(1)装载钢卷时卷心与行驶方向一致；

(2)若需要放两层，尽量冷卷放在冷卷上，热卷放在热卷上；

(13)热轧卷一般都比冷轧成品大，先把大件的摆上，之后留下的位置摆放冷轧成品。

步骤2：根据产成品信息、海轮信息和配载要求信息生成初始的配载方案。

步骤2.1：根据产成品信息和各产成品装船要求将产成品进行分类，将可上下混堆的产成品作为一个类别。

本实施例中有四种钢铁产品，其中热轧卷和冷轧卧式卷可以混堆算为卧卷类、冷轧立式卷和镀锡板各算为一类，一共三类。

步骤2.2：按照最高层数要求确定船中各类产成品摆放的最少列数。

根据产成品的宽度计算各类产成品的平均宽度，通过计算船舱宽与各类产成品的平均宽度的商值得到各类产成品在一列底层摆放该类产成品的个数，根据最高层数要求确定各列可堆放对应产成品的个数。

根据各类产成品的总数与各列可堆放对应产成品的个数的商确定各类产成品摆放的最少列数：若该商无余数，则该商值为该类产成品摆放的最少列数，否则，该商值加一为该类产成品摆放的最少列数。

本实施方式中，船宽5.6m，各类产成品总数、平均宽度、最高层数要求、各列可堆放对应产成品的个数以及各类产成品摆放的最少列数如表4所示：

表4为各类产成品信息表

产成品类型	总数	平均宽(m)	最高层数	每列摆放个数	最少列数
						卧卷类	37	1.779	2	3+2＝5	8
冷轧立式卷	64	1.1695	2	5+5＝10	7
						镀锡板	47	0.90	4	6*4＝24	2

步骤2.3：根据产成品的到港站对每一类产成品进行分批，并对各批次进行优先级排序，再根据产成品的长度、净重对各批次的产成品进行优先级排序。

根据一类产成品中各产成品的到港站相同的作为一个批次，对该类产成品进行分批，令到港站最远的批次的优先级最高，依此类推，得到各批次的优先级排序。

令各批次中的产成品长度和净重大的优先级最高，依此类推，得到各批次的产成品的优先级排序。

本实施方式中，先根据到港站信息对每一类产成品分批，再按照后到先装的原则排序批次，以镀锡板为例，有两个到港站的镀锡板，因此分为两个批次，每个批次按照镀锡板重量和长度和由大到小进行优先级排序。

步骤2.4：以保证船身平衡为原则，根据各类产成品摆放的最少列数、各批次的产成品的优先级排序对各产成品进行位置分配，得到初始的配载方案。

按照确定的各类产成品最少列数从多到少依次从船头和船尾分别按列交替向船中心分配产成品的摆放位置，如图5所示，若船中心有空间并且产成品摆放总列数为奇数，则将最中间的列分配至船中心，按照确定的各批次的产成品的优先级排序从下层至上层依次在各列中分配各产成品的摆放位置，得到初始的配载方案。

本实施方式中，得到初始的配载方案如表5所示(由于篇幅有限只显示列/行/层信息)：

表5为初始配载方案

步骤3：从初始的配载方案开始，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制对配载方案是否可行进行判断，对可行的配载方案通过综合配载指标对配载方案进行优化，得到最终的配载方案。

步骤3.1：将初始的配载方案作为历史最优配载方案，设定优化方法最大迭代次数和最大不更新迭代次数。

本实施方式中，设定的优化方法最大迭代次数为100，最大不更新迭代次数为20。

步骤3.2：建立记录列表记录被记录对象，设定列表长度。

所述记录对象为交换和移动的反操作。只要操作被执行和接受，其相反的交换和移动信息就会添加到记录列表中以避免回到已搜索到的方案，表长度为可容纳被记录对象的个数，本实例中列表长度为10。

步骤3.3：计算当前配载方案中船头尾平衡量和船左右平衡量，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制判断当前配载方案是否可行，若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5。

步骤3.3.1：以船中心点为坐标原点建立坐标系，将船长作为横坐标，将船宽作为纵坐标，根据产成品的重力和力臂计算各产成品的力矩。

本实施方式中，以船中心点为坐标原点建立坐标系，将船长作为横坐标，将船宽作为纵坐标，计算每个产成品的横向力臂和纵向力臂，产成品横坐标为其横向力臂，产成品纵坐标为其纵向力臂，横纵坐标有正有负，产成品的力矩为该产成品的力臂与该产成品的重力的乘积，所得的力矩亦有正有负，如图6所示，船长为横坐标x，船宽为纵坐标y，产成品的位置确定后，其位置坐标可根据产成品的宽度和长度来计算获得。

本实施方式中，产成品的重力根据产成品重量乘以重力加速度g＝9.8kg.m/s²得到。

本实施方式中，因为产成品是从船头尾交替放入的，将产成品从船中心位置分为船头尾两部分，计算船头部分产成品中心点与船头的距离以及船尾部分产成品中心点与船尾的距离，统一用X_rc0表示，如式(1)所示，从船左侧开始计算各产成品与船左侧的距离Y_rc0，如式(2)所示：

其中，CD_jc0为下层第j行c列的产成品长度，CD_rc0为下层第r行第c列的产成品长度，sp为第一行产成品与船一侧的距离，其中，下标0表示产成品放在下层，CW_ri0为下层第r行第i列的产成品宽度，CW_rc0为下层第r行第c列的产成品宽度，Y_rc0通过累加该产成品同行前列产成品宽度之和再加上该产成品宽度一半确定，X_rc0由三部组成，首先是第一行产成品与船一侧的距离sp，还有该产成品下面行数的产成品长度以及行间距之和，最后是该产成品长度的一半，如图7中第四行第三列的下层产成品所示。

若产品为卧式卷，按照品字型堆放，则上层卧式卷的X_rc1和Y_rc1 计算公式如式(3)和式(4)所示，否则上层产成品和下层产成品的坐标相同。

Y_rc1＝CW_rc0 (3)

其中，CD_jc1为上层第j行c列的产成品长度，CD_rc1为上层第r行第c列的产成品长度，其中，下标1表示产成品放在上层，Y_rc1就是其同行同列下层产成品的上端坐标，X_rc1由三部组成，分别是第一列产成品与船一侧的距离sp，该产成品下面列数的产成品宽度以及列间距之和，该产成品宽度的一半。如图7中第二行第四列的上层产成品所示，可参考第四列侧视图加深理解。

根据坐标系的定义，船头产成品的横坐标由其与船头距离减去船长的一半获得，值为负，船尾产成品的横坐标由船长一半减去其与船尾距离获得，值为正，产成品纵坐标由其与船左侧距离减去船宽一般获得，左侧的为负，右侧的为正，因此各产成品对应的横纵力臂等于其横纵坐标值，也有正有负，乘以产成品重量和重力加速度即得力矩。

步骤3.3.2：通过对当前配载方案中各到港站的产成品的横向力矩和与船重心偏移量力矩差的求和得到各到港站产成品对船头尾平衡力矩差，通过计算各到港站的产成品的纵向力矩和得到各到港站产成品对船左右平衡力矩差。

步骤3.3.3：将各到港站产成品对船头尾平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船头尾实际力矩差，将各到港站产成品对船左右平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船左右实际力矩差，通过对所有到港站产成品对船头尾实际力矩差求和得到船头尾平衡量，通过对所有到港站产成品对船左右实际力矩差求和得到船左右平衡量。

本实施方式中，初始的配载方案的船头尾平衡量为562.03kN.m，船左右平衡量为203.56kN.m。

步骤3.3.4：若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，否则，该配载方案不可行。

本实施方式中，通过与船方对船头尾平衡限制、船左右平衡量要求比较确定方案是否可行，MF＝500kN.m＜562.03kN.m，MB＝300kN.m＞203.56kN.m，该初始的配载方案有一个条件不满足，不可行。

步骤3.4：计算当前配载方案的综合配载指标：计算所有到港站产成品平衡力矩差总和、总倒垛次数和产成品分散度，通过计算到港站产成品平衡力矩差总和与到港站平衡权重的乘积得到平衡权重指标，通过计算总倒垛次数与倒垛次数权重的乘积得到倒垛次数指标，通过计算产成品分散度与分散度权重的乘积得到分散度指标，将平衡权重指标、倒垛次数指标和分散度指标之和作为当前配载方案的综合配载指标，执行步骤3.6。

所有到港站产成品平衡力矩差总和为船头尾平衡量船左右平衡量之和。

本实施方式中，第一个可行配载方案的所有到港站产成品平衡力矩差总和为695.59kN.m。

总倒垛次数通过以下方法计算：当前配载方案中产成品在顶层，则倒垛次数为0，若产成品在下层且其到港站批次优先级小于其上层的到港站批次优先级，则其上层的产成品个数即为其倒垛次数，从而计算当前配载方案中需要移动的产成品的倒垛总次数。

本实施方式中，第一个可行配载方案的总倒垛次数为0。

产成品分散度通过以下方法计算：累计当前配载方案相邻的两个底层产成品属于不同到港站的次数与累计相邻的上下层两个产成品不属于同到港站的次数之和即为产成品分散度。

本实施方式中，第一个可行配载方案的产成品分散度为10。

本实施方式中，通过计算总倒垛次数与倒垛次数权重的乘积得到倒垛次数指标，通过计算产成品分散度与分散度权重的乘积得到分散度指标，将平衡权重指标、倒垛次数指标和分散度指标之和作为第一个可行配载方案的综合配载指标为280.236。

步骤3.5：通过交换产成品操作或移动产成品操作产生新的配载方案，累计迭代次数，返回步骤3.3。

交换产成品操作为：随机选取产品品种相同、到港站相同、位置交换后满足各批次的产成品优先级要求的两个产成品进行交换。

本实施方式中，如图8所示在初始配载方案中的第3列第1行上层的产成品为例，在满足交换条件的情况下，可以与第14列第3行下层的产成品进行交换。

移动产成品操作为：随机选取产成品移动至空位置处，移动原则为被移动到的空位置符合产成品堆放要求，并且移动后所有产成品仍满足各批次的产成品优先级要求。尽量不产生倒垛。

本实施方式中，如图8所示在初始方案中的第3列第1行上层的产成品为例，在满足移动条件的情况下，可以移动到第3列第2行上层的位置。

步骤3.6：判断当前配载方案是否在记录列表中，若在，则执行步骤3.8，否则，执行步骤3.7。

步骤3.7：将当前配载方案记录入记录列表中。

步骤3.8：判断当前配载方案是否优于历史最优方案，即判断当前配载方案的综合配载指标是否小于历史最优方案的综合配载指标，若是，将当前配载方案作为历史最优配载方案，将不更新迭代次数清零，否则，保留历史最优配载方案，累计不更新迭代次数。

步骤3.9：若累计的迭代次数达到优化方法最大迭代次数或者累计的不更新迭代次数达到最大不更新迭代次数，则将当前历史最优配载方案作为最终的配载方案，执行步骤4，否则，返回步骤3.5。

步骤4：根据最终的配载方案的各个分配位置为各个产成品分配装船序号：从船头尾、左右交替分配序号，若下层序号排满依次向上层分配序号，(由于篇幅有限只列出部分信息)如表6所示：

表6最终的配载方案及分配的序号

最终配载方案的平衡权重指标如表7所示；

表7平衡权重指标

倒垛次数为零，产成品的分散度为10，结合配载指标权重参数可以计算出最终配载方案的综合配载指标为74.7，与初始配载方案的280.236相比，提升了73.3％。由综合配载指标可以看出该配载方法可以快速的产生科学、安全、低损耗的配载方案。在配载方案被确认后该方案被上传到数据库中归档，并通过网络将最终配载方案显示在岸吊终端，指导岸吊操作人员实际装船。

步骤5：将最终配载方案信息上传至数据库，并通过网络将最终配载方案信息显示在码头堆场终端和岸吊终端。

所述最终配载方案信息包括产成品的装船序号、准发单据号、合同号、提单号、库区、库位、净重、长宽、到港站、交货期、排号，列号，层数。

步骤6：通过堆场吊机按照装船序号提取产成品，再由卡车运往码头岸边，岸吊操作人员根据获得的最终配载方案实际装船。

Claims (8)

1.一种提高多种钢铁产品混装海运稳定性的配载方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：从港口数据库中读取产成品信息、海轮信息和配载要求信息；

所述产成品信息，包括：产品序号、产品品种、产品净重、产品宽度、产品长度和产品到港站；

所述海轮信息，包括：船名、船额定载重、船舱个数、各船舱长、各船舱宽和各船舱高；所述配载要求信息，包括：各品种产成品装船要求、最小列间距、船左右平衡限制、船头尾平衡限制、船重心偏移量力矩差、到港站的先后顺序、到港站平衡权重、分散度权重、倒垛次数权重；

其中，所述产成品装船要求，包括：最高层数要求、最小行间距、上下堆放要求和产品摆放方向要求；

步骤2：根据产成品信息、海轮信息和配载要求信息生成初始的配载方案；

步骤2.1：根据产成品信息和各产成品装船要求将产成品进行分类，将可上下混堆的产成品作为一个类别；

步骤2.2：按照最高层数要求确定船中各类产成品摆放的最少列数；

步骤2.3：根据产成品的到港站对每一类产成品进行分批，并对各批次进行优先级排序，再根据产成品的长度、净重对各批次的产成品进行优先级排序；

步骤2.4：以保证船身平衡为原则，根据各类产成品摆放的最少列数、各批次的产成品的优先级排序对各产成品进行位置分配，得到初始的配载方案；

步骤3：从初始的配载方案开始，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制对配载方案是否可行进行判断，对可行的配载方案通过综合配载指标对配载方案进行优化，得到最终的配载方案；

步骤3.1：将初始的配载方案作为历史最优配载方案，设定优化方法最大迭代次数和最大不更新迭代次数；

步骤3.2：建立记录列表记录被记录对象，设定列表长度；所述被记录对象为交换和移动的反操作；

步骤3.3：计算当前配载方案中船头尾平衡量和船左右平衡量，根据船头尾平衡限制和船左右平衡限制判断当前配载方案是否可行，若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，执行步骤3.4，否则，执行步骤3.5；

步骤3.4：计算当前配载方案的综合配载指标：计算所有到港站产成品平衡力矩差总和、总倒垛次数和产成品分散度，通过计算到港站产成品平衡力矩差总和与到港站平衡权重的乘积得到平衡权重指标，通过计算总倒垛次数与倒垛次数权重的乘积得到倒垛次数指标，通过计算产成品分散度与分散度权重的乘积得到分散度指标，将平衡权重指标、倒垛次数指标和分散度指标之和作为当前配载方案的综合配载指标，执行步骤3.6；

步骤3.5：通过交换产成品操作或移动产成品操作产生新的配载方案，累计迭代次数，返回步骤3.3；

步骤3.6：判断当前配载方案是否在记录列表中，若在，则执行步骤3.8，否则，执行步骤3.7；

步骤3.7：将当前配载方案记录入记录列表中；

步骤3.8：判断当前配载方案是否优于历史最优方案，即判断当前配载方案的综合配载指标是否小于历史最优方案的综合配载指标，若是，将当前配载方案作为历史最优配载方案，将不更新迭代次数清零，否则，保留历史最优配载方案，累计不更新迭代次数；

步骤3.9：若累计的迭代次数达到优化方法最大迭代次数或者累计的不更新迭代次数达到最大不更新迭代次数，则将当前历史最优配载方案作为最终的配载方案，执行步骤4，否则，返回步骤3.5；

步骤4：根据最终的配载方案的各个分配位置为各个产成品分配装船序号：从船头尾、左右交替分配序号，若下层序号排满依次向上层分配序号；

步骤5：将最终配载方案信息上传至数据库，并通过网络将最终配载方案信息显示在码头堆场终端和岸吊终端；

所述最终配载方案信息包括产成品的装船序号、准发单据号、合同号、提单号、库区、库位、净重、长宽、到港站、交货期、排号，列号，层数；

步骤6：通过堆场吊机按照装船序号提取产成品，再由卡车运往码头岸边，岸吊操作人员根据获得的最终配载方案实际装船。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照最高层数要求确定船中各类产成品摆放的最少列数的具体过程如下：

根据产成品的宽度计算各类产成品的平均宽度，通过计算船舱宽与各类产成品的平均宽度的商值得到各类产成品在一列底层摆放该类产成品的个数，根据最高层数要求确定各列可堆放对应产成品的个数；

根据各类产成品的总数与各列可堆放对应产成品的个数的商确定各类产成品摆放的最少列数：若该商无余数，则该商值为该类产成品摆放的最少列数，否则，该商值加一为该类产成品摆放的最少列数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据产成品的到港站对每一类产成品进行分批，并对各批次进行优先级排序，再根据产成品的长度、净重对各批次的产成品进行优先级排序的具体过程如下：

根据一类产成品中各产成品的到港站相同的作为一个批次，对该类产成品进行分批，令到港站最远的批次的优先级最高，依此类推，得到各批次的优先级排序；

令各批次中的产成品长度和净重之和最大的优先级最高，依此类推，得到各批次的产成品的优先级排序。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以保证船身平衡为原则，根据各类产成品摆放的最少列数、各批次的产成品的优先级排序对各产成品进行位置分配，得到初始的配载方案的具体过程如下：

按照确定的各类产成品最少列数从多到少依次从船头和船尾分别按列交替向船中心分配产成品的摆放位置，若船中心有空间并且产成品摆放总列数为奇数，则将最中间的列分配至船中心，按照确定的各批次的产成品的优先级排序从下层至上层依次在各列中分配各产成品的摆放位置，得到初始的配载方案。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3.3包括以下步骤：

步骤3.3.1：以船中心点为坐标原点建立坐标系，将船长作为横坐标，将船宽作为纵坐标，根据产成品的重力和力臂计算各产成品的力矩；

步骤3.3.2：通过对当前配载方案中各到港站的产成品的横向力矩和与船重心偏移量力矩差的求和得到各到港站产成品对船头尾平衡力矩差，通过计算各到港站的产成品的纵向力矩和得到各到港站产成品对船左右平衡力矩差；

步骤3.3.3：将各到港站产成品对船头尾平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船头尾实际力矩差，将各到港站产成品对船左右平衡力矩差的绝对值作为各到港站产成品对船左右实际力矩差，通过对所有到港站产成品对船头尾实际力矩差求和得到船头尾平衡量，通过对所有到港站产成品对船左右实际力矩差求和得到船左右平衡量；

步骤3.3.4：若船头尾平衡量小于等于船头尾平衡限制并且船左右平衡量小于等于船左右平衡限制，则该配载方案可行，否则，该配载方案不可行。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述根据产成品的重力和力臂计算各产成品的力矩具体过程为：

计算每个产成品的横向力臂和纵向力臂，产成品横坐标为其横向力臂，产成品纵坐标为其纵向力臂，产成品的力矩为该产成品的力臂与该产成品的重力的乘积。

7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述所有到港站产成品平衡力矩差总和为船头尾平衡量船左右平衡量之和；

所述总倒垛次数通过以下方法计算：当前配载方案中产成品在顶层，则倒垛次数为0，若产成品在下层且其到港站批次优先级小于其上层的到港站批次优先级，则其上层的产成品个数即为其倒垛次数，从而计算当前配载方案中需要移动的产成品的倒垛总次数；

所述产成品分散度通过以下方法计算：累计当前配载方案相邻的两个底层产成品属于不同到港站的次数与累计相邻的上下层两个产成品不属于同到港站的次数之和即为产成品分散度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交换产成品操作为：随机选取产品品种相同、到港站相同、位置交换后满足各批次的产成品优先级要求的两个产成品进行交换；

所述移动产成品操作为：随机选取产成品移动至空位置处，移动原则为被移动到的空位置符合产成品堆放要求，并且移动后所有产成品仍满足各批次的产成品优先级要求。