摘  要： 針對(duì)集裝箱裝卸設(shè)備作業(yè)相互耦合的特點(diǎn),，設(shè)計(jì)了基于多智能體的協(xié)同調(diào)度優(yōu)化模型,。首先應(yīng)用帶有阻塞限制的混合流水車間模型構(gòu)建了調(diào)度模型，隨后應(yīng)用蟻群算法得到初始方案,，最后應(yīng)用多智能體的合同網(wǎng)機(jī)制對(duì)方案進(jìn)行調(diào)整,。仿真結(jié)果顯示，該調(diào)度方法具有較好的可行性,。
關(guān)鍵詞： 集裝箱碼頭,；裝卸設(shè)備；集成調(diào)度,；智能體

　集裝箱碼頭在有限的作業(yè)空間上布置了多種裝卸設(shè)備,，如岸橋、場(chǎng)橋,、集卡和自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV）等,，通過(guò)這些設(shè)備間的協(xié)調(diào)作業(yè)完成碼頭的物流任務(wù)。在日常運(yùn)作中管理者需要對(duì)裝卸設(shè)備進(jìn)行調(diào)度以提高作業(yè)效率,，而這些決策又常常相互影響,、相互制約，因此針對(duì)集裝箱碼頭裝卸設(shè)備的調(diào)度和協(xié)調(diào)是一個(gè)比較復(fù)雜,、困難的問題,。
1 研究現(xiàn)狀
　近年來(lái),，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者針對(duì)集裝箱碼頭裝卸設(shè)備調(diào)度及優(yōu)化問題展開了研究。Lee[1]研究了集裝箱港口中岸橋的作業(yè)順序分配問題,，建立了考慮橋吊互不干涉約束的混合整數(shù)規(guī)劃模型,，并提出了模型的啟發(fā)式遺傳算法。計(jì)明軍和靳志宏[2]研究了基于時(shí)間最短的集卡線路優(yōu)化模型,，并應(yīng)用進(jìn)化算法求解模型,，但未討論集卡配置問題。這些研究取得了豐碩的成果,，但也存在有待改進(jìn)和提高的方面?，F(xiàn)有研究中構(gòu)建的模型大多針對(duì)碼頭單個(gè)設(shè)備（或單類設(shè)備）的模型，而忽略了作業(yè)設(shè)備的關(guān)聯(lián)性,，因此調(diào)度結(jié)果的可行性相對(duì)較差,。
近年來(lái)，基于多Agent的復(fù)雜系統(tǒng)建模的最新發(fā)展,，使得開展基于多Agent的碼頭裝卸設(shè)備集成優(yōu)化成為可能,，如李斌和李文鋒[3]應(yīng)用多Agent方法對(duì)集裝箱碼頭的協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度問題進(jìn)行了探討，提出了集裝箱碼頭集成服務(wù)系統(tǒng)的思想,。楊鵬等[4]將Agent方法應(yīng)用于場(chǎng)橋間的作業(yè)協(xié)調(diào),，但研究對(duì)象僅限于堆場(chǎng)的場(chǎng)橋作業(yè)環(huán)節(jié)。Agent系統(tǒng)屬于分布式自治系統(tǒng),，具有高度的靈活性,，但在決策實(shí)時(shí)性方面則往往難以滿足系統(tǒng)要求。本文應(yīng)用集中式?jīng)Q策和多Agent融合的方法,，對(duì)碼頭裝卸設(shè)備的協(xié)同調(diào)度問題開展研究,。
2 裝卸設(shè)備調(diào)度集成建模
　本文將裝卸設(shè)備集成調(diào)度問題分解為存在關(guān)聯(lián)性的三個(gè)問題：（1）裝卸設(shè)備的集成調(diào)度建模問題；（2）集成調(diào)度模型的求解問題,；（3）基于多智能體的調(diào)度方案柔性調(diào)整問題,。其中問題（1）的建模過(guò)程中可以忽略裝卸設(shè)備初始位置及其作業(yè)過(guò)程中的相互影響等因素；而問題（2）得到的調(diào)度結(jié)果只是初始方案（或稱為粗方案）,；在問題（3）中需要設(shè)計(jì)設(shè)備Agent的避讓規(guī)則以及作業(yè)任務(wù)調(diào)整規(guī)則,，經(jīng)過(guò)仿真、調(diào)整得到最終的細(xì)化調(diào)度方案,。
2.1 問題描述
　集裝箱碼頭存在岸橋作業(yè),、水平運(yùn)輸和場(chǎng)橋作業(yè)三類操作，對(duì)應(yīng)設(shè)備分別為岸橋,、集卡,、場(chǎng)橋。集裝箱作業(yè)需要在三類設(shè)備中依次選擇完成任務(wù)，但不存在環(huán)節(jié)間的緩沖區(qū),?；诖a頭作業(yè)流程的特點(diǎn)，應(yīng)用帶有阻塞限制的混合流水車間模型（NWHFS）對(duì)其描述,。
　本文基于以下假設(shè)構(gòu)建了集成調(diào)度模型：（1）由于自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）在國(guó)內(nèi)使用較少,，因此假設(shè)裝卸設(shè)備僅包括岸橋、場(chǎng)橋和內(nèi)部集卡（如無(wú)特殊注明,，以下集卡均表示內(nèi)部集卡）,；（2）模型中僅考慮船舶的卸載作業(yè)（裝船作業(yè)與此類似，僅順序相反）,；（3）忽略裝卸設(shè)備作業(yè)細(xì)節(jié),，同類設(shè)備能力相同，完成相同任務(wù)的耗時(shí)與設(shè)備所處位置無(wú)關(guān),。

2.2 基于MAS的柔性調(diào)度方案
　考慮將裝卸設(shè)備映射為Agent,，根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)和作業(yè)規(guī)則為Agent設(shè)置沖突避讓規(guī)則，應(yīng)用合同網(wǎng)機(jī)制為設(shè)備設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)調(diào)整規(guī)則,。模型中共設(shè)置岸橋,、場(chǎng)橋和集卡三類Agent，下面將對(duì)各類Agent的沖突消解機(jī)制和任務(wù)調(diào)整機(jī)制進(jìn)行介紹,。
2.2.1 沖突消解機(jī)制
　場(chǎng)橋Agent的沖突消解機(jī)制：在仿真模型中,，為場(chǎng)橋Agent設(shè)置圓形沖突探測(cè)區(qū)，一旦出現(xiàn)探測(cè)區(qū)的重疊,，則重疊的場(chǎng)橋Agent各自提出修改路徑的代價(jià)函數(shù)——修改路徑的移動(dòng)成本,。最終成本最小的Agent調(diào)整路徑,，若成本相同,，則隨機(jī)選擇Agent調(diào)整路徑。
　岸橋Agent的沖突消解機(jī)制：岸橋僅能夠在岸邊做一維移動(dòng),，岸橋Agent也具備沖突探測(cè)區(qū),，當(dāng)岸橋Agent發(fā)生移動(dòng)沖突，則選擇外側(cè)岸橋Agent向外側(cè)移動(dòng)等待,。
　在天津地區(qū)集裝箱碼頭的調(diào)研過(guò)程中了解到,，由于驗(yàn)放閘口的入場(chǎng)集卡數(shù)量控制功能，國(guó)內(nèi)碼頭集卡作業(yè)中極少出現(xiàn)沖突或死鎖,，因此模型中假設(shè)集卡Agent不存在沖突問題,。
2.2.2 裝卸任務(wù)調(diào)整機(jī)制
　在模型中為裝卸設(shè)備Agent設(shè)置：忙碌、空閑和沖突等待狀態(tài),。當(dāng)Agent正在固定位置執(zhí)行裝卸任務(wù)或向目標(biāo)工位移動(dòng),，其狀態(tài)為忙碌；當(dāng)Agent完成其全部裝卸任務(wù)序列,，其狀態(tài)為空閑,；當(dāng)Agent被其他Agent阻擋,，其狀態(tài)為沖突等待。
　當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)處于空閑或沖突等待狀態(tài)的Agent,，則忙碌狀態(tài)的設(shè)備Agent將對(duì)尚未完成的任務(wù)進(jìn)行招標(biāo),。由空閑和沖突等待狀態(tài)Agent及其自身競(jìng)標(biāo)，競(jìng)標(biāo)的報(bào)價(jià)函數(shù)為完成該裝卸任務(wù)的移動(dòng)時(shí)間,。最終任務(wù)分配給報(bào)價(jià)最低的Agent,，該Agent將其狀態(tài)置為忙碌，原有Agent從其任務(wù)序列中刪除該任務(wù),。
3 仿真結(jié)果
　為了檢驗(yàn)本文的調(diào)度方法,，本文參考天津某碼頭布局方式、管制習(xí)慣和參考文獻(xiàn)[5]提供的裝卸設(shè)備參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),，仿真采用的軟件為NetLogo,。應(yīng)用Agent方法進(jìn)行調(diào)度方案修正的記為A試驗(yàn)；未采用MAS方法修正調(diào)度方案的記為B試驗(yàn),。為了確保B試驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿扇垦b卸任務(wù),，為其設(shè)置了簡(jiǎn)單的沖突處理機(jī)制。仿真結(jié)果如圖1,、圖2所示,。

　圖1中由于裝卸設(shè)備之間缺乏有效的協(xié)調(diào)機(jī)制，B的總?cè)蝿?wù)完成時(shí)間隨任務(wù)量的增長(zhǎng)而顯著增加,；由于A中采用了協(xié)商機(jī)制,，具備沖突消解措施，任務(wù)完成時(shí)間并未顯著增長(zhǎng),。圖2中卸載的集裝箱數(shù)量為60,。在A實(shí)驗(yàn)中，采用了基于Agent的沖突條件和任務(wù)再分配機(jī)制,，因此,，裝卸設(shè)備間存在協(xié)作和協(xié)調(diào)關(guān)系，能夠有效發(fā)揮裝卸設(shè)備的潛力,；而由于設(shè)備移動(dòng)路徑?jīng)_突的存在,，并且缺乏任務(wù)分配平衡機(jī)制，因此B實(shí)驗(yàn)中,，總完工時(shí)間并未隨裝卸設(shè)備數(shù)量的增加而顯著降低,。
　在本文的研究中，MAS模型僅用于最初調(diào)度方案的調(diào)整和優(yōu)化,，如果初始方案不可行度較高,，則最終調(diào)整方案的結(jié)果也較差。今后將考慮根據(jù)Agent仿真結(jié)果構(gòu)建禁忌表，在Agent仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上應(yīng)用算法再優(yōu)化,，并且還要考慮裝卸設(shè)備作業(yè)時(shí)間不確定性等方面的因素,，使得模型更加真實(shí)地反映集裝箱碼頭的操作進(jìn)程。
參考文獻(xiàn)
[1] LEE D H,， Wang Huiqiu,， Miao Lixin. Quay crane scheduling with non-interference constraints in port container terminals[J]. Transportation Research part E， 2008,， 44：124- 135
[2] 計(jì)明軍,，靳志宏．集裝箱碼頭集卡與岸橋協(xié)調(diào)調(diào)度優(yōu)化[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)，2007（8）：476-480.
[3] 李斌,，李文鋒.基于MAS的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度體系[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),，2011，11（17）：2502-2513.
[4] 楊鵬,，柴小燕,，孫俊清.集裝箱碼頭場(chǎng)橋協(xié)同調(diào)度研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2011,，47（1）：231-234
[5] 張煌,，王少梅.基于遺傳算法的泊位連續(xù)化動(dòng)態(tài)調(diào)度研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007,，19（10）：2161-2164.