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1、引 言 一、 選題背景 1、集裝箱船舶配載研究的現(xiàn)狀 70年代以前的第一、二代集裝箱船的箱位容量均在2000TEU以下，當(dāng)時(shí)船舶的穩(wěn)性、吃水差和強(qiáng)度的計(jì)算一般由人工完成，集裝箱配載圖也由人工填制，工作效率很低。80年代初出現(xiàn)了2000TEU以上的第三代集裝箱船舶，在運(yùn)用傳統(tǒng)的手工方法已難以勝任編制集裝箱配載要求的情況下，不少計(jì)算機(jī)廠商推出了集裝箱船專用計(jì)算機(jī)。80年代后期和90年代先后開發(fā)了通用計(jì)算機(jī)運(yùn)行于DOS環(huán)境和WINDOWS環(huán)境下的集裝箱配載計(jì)劃輔助系統(tǒng)。這些計(jì)算機(jī)配載系統(tǒng)的研究和開發(fā)為船舶的穩(wěn)性、吃水差、彎矩、扭矩和局部強(qiáng)度等性能的全面校核奠定了良好的基礎(chǔ)。從90

2、年代開始，隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，集裝箱船舶配積載系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用也得到了新的進(jìn)展?？v觀世界船舶配積載系統(tǒng)情況，集裝箱船舶配積載系統(tǒng)正處于自動(dòng)與手動(dòng)交替使用的交互式配積載方式階段。其基本程序是根據(jù)船舶靜力學(xué)的基本原理，按相關(guān)集裝箱船舶運(yùn)輸規(guī)則的要求，對(duì)船舶的裝載情況進(jìn)行校核計(jì)算并顯示結(jié)果。校核流程一般為：積載—計(jì)算浮態(tài)—計(jì)算穩(wěn)性—計(jì)算強(qiáng)度，逐步校核并判斷。在配載過程中，一般先自動(dòng)配載，再進(jìn)行人工干預(yù)配載，這樣交互進(jìn)行。這主要是因?yàn)榇芭浞e載十分復(fù)雜，要考慮貨物裝卸的先后，到什么港裝什么貨，大件不壓小件等等因素，這些都需要經(jīng)過人工配積載才能達(dá)到要求。當(dāng)然，也有部分系統(tǒng)還基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家

3、系統(tǒng)提供一系列的配載建議，它需要建立知識(shí)庫，并建立規(guī)則，研究的目的主要是尋求一種滿足既定約束條件下，倒箱最少、作業(yè)高效的裝載方案。在軟件實(shí)現(xiàn)方面，以智能決策支持系統(tǒng)作為系統(tǒng)框架，利用面向?qū)ο蟮腤indows編程技術(shù)，綜合利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新成果，從而使系統(tǒng)具有操作直觀方便、數(shù)據(jù)查詢快捷、智能化程度高等特點(diǎn)。 2、集裝箱船舶配載研究的發(fā)展趨勢 盡管集裝箱船舶配積載問題的研究已經(jīng)有30多年的歷史，但由于問題的復(fù)雜性，配積載問題的許多方面仍沒有得到很好的解決，可以說集裝箱船配積載還停留在半自動(dòng)化階段。目前，利用人工智能領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最新成果，建立智能積載系統(tǒng)，有望使該

4、問題的研究跨上一個(gè)新的臺(tái)階。隨著單一運(yùn)輸向現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展，對(duì)集裝箱船上配積載系統(tǒng)的研究已不再是個(gè)單純的貨物運(yùn)輸技術(shù)問題，而有必要上升到運(yùn)用現(xiàn)代物流管理理念對(duì)它進(jìn)行研究與探討的新高度?，F(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢是信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化。傳統(tǒng)集裝箱船上配載已不再適應(yīng)這種形勢的發(fā)展，而依靠數(shù)據(jù)庫技術(shù)、電子訂貨系統(tǒng)（EOS）、電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、快速反應(yīng)（QR）、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、貨物自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)、彈性制造系統(tǒng)（FMS）等技術(shù)支撐下的新型配積載系統(tǒng)才能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展的需要。置于現(xiàn)代物流管理理念下集裝箱船上配載，在供應(yīng)鏈管理的應(yīng)用方面，現(xiàn)在正處于一種從原來單純

5、的配載技術(shù)向物流節(jié)點(diǎn)管理的過渡轉(zhuǎn)型階段。 二、課題研究的目的與意義 1、課題研究的目的 通過對(duì)傳統(tǒng)集裝箱配載系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，我們可以知道，在集裝箱船舶運(yùn)輸中，船舶配載系統(tǒng)的完善與否是能否充分發(fā)揮集裝箱運(yùn)輸優(yōu)勢的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)保證船舶、貨物安全以及保證船期有著重要的作用。同時(shí)配載結(jié)果的表現(xiàn)形式—配載圖也是裝卸公司裝船、卸船以及發(fā)生貨損貨差時(shí)要求索賠、劃分責(zé)任的重要依據(jù)。同時(shí)，本課題從現(xiàn)代物流的觀點(diǎn)來分析現(xiàn)代物流管理理論對(duì)集裝箱配載系統(tǒng)提出的新要求，從而得到結(jié)論，作為現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈中一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的集裝箱船上配載，它更是兼?zhèn)湮锪鞯倪\(yùn)輸、儲(chǔ)存、配送之功能。因此，把集裝箱配載系統(tǒng)的研

6、究上升為對(duì)實(shí)用物流技術(shù)研究是一項(xiàng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的工作。 為適應(yīng)現(xiàn)代物流發(fā)展的需要，處于物流節(jié)點(diǎn)上的集裝箱配載應(yīng)具備以下兩方面的功能。一方面，從配載的內(nèi)部要求而言，一套先進(jìn)實(shí)用的操作管理軟件應(yīng)該是基于豐富的操作管理經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的IT技術(shù)推出的，通過先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)和各種優(yōu)化算法，它能夠確保船舶安全、經(jīng)濟(jì)，貨物質(zhì)量完好，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、自動(dòng)計(jì)劃和檢測、智能回放和預(yù)演、用戶報(bào)表自定義等目標(biāo)。而且，系統(tǒng)本身應(yīng)體現(xiàn)適當(dāng)?shù)南冗M(jìn)性，同時(shí)兼顧滿足可能發(fā)生的手工和應(yīng)急處理的需要，并具有流程合理、功能完善、使用方便、運(yùn)行可靠等功能；另一方面，從供應(yīng)鏈管理來看，基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和定位、信息系統(tǒng)上的配載系統(tǒng)管理在現(xiàn)

7、代物流中需發(fā)揮主動(dòng)性和柔性化服務(wù)，在物流發(fā)展的信息化、自動(dòng)化、智能化等方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，從內(nèi)、外部整體上看，符合現(xiàn)代物流發(fā)展需要的集裝箱船配載系統(tǒng)是物流方改善自身管理水平、提高客戶滿意度、增強(qiáng)時(shí)常競爭力的可靠保障。本研究正是基于集裝箱船配載系統(tǒng)如何來滿足這兩方面功能的需要而展開的。 2、課題的研究意義 1）有利于提高集裝箱船舶技術(shù)管理水平 現(xiàn)代集裝箱船舶的大型化和高效化給提高船舶運(yùn)輸生產(chǎn)效率提供了可能，但船、岸工作人員能否適應(yīng)現(xiàn)代大型集裝箱船舶的運(yùn)輸管理要求則成為船舶的效益優(yōu)勢能否得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵，解決人—機(jī)之間不相適應(yīng)的矛盾在于提高船岸集裝箱配載人員的技術(shù)管理手段和技術(shù)

8、管理水平，提高人員的工作效率和工作質(zhì)量。 2）優(yōu)化集裝箱船舶的配載方案 集裝箱船舶的航行性能、結(jié)構(gòu)、貨物單元形態(tài)和配載方式均與其他船舶不同，盡管在傳統(tǒng)的集裝箱配載有一些理論方法和配載手段，其中也包括在實(shí)踐中積累的可貴的經(jīng)驗(yàn)，但許多已不能滿足物流的發(fā)展需要。解決這些問題的根本出路還在于從理論上解決配載方案的優(yōu)化和智能化。研究優(yōu)化集裝箱配載的理論方法是本課題的重點(diǎn)之一，同時(shí)也為自動(dòng)配載、智能配載系統(tǒng)的建立提供一種算法模型。 3）充分發(fā)揮集裝箱船舶配載在物流管理中的作用 柔性化、信息化、自動(dòng)化、智能化已成為21世紀(jì)現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢，作為現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈中一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的集裝箱船上配載，它在現(xiàn)

9、代物流的作用已漸趨明顯，特別是在減少集裝箱貨運(yùn)事故提高集裝箱的安全性、加強(qiáng)與客戶的合作程度、提供客戶的柔性化服務(wù)等方面均大有用武之地。 三、本研究的主要工作 本研究的主要工作包括： 1）分析目前集裝箱船舶配載的特點(diǎn)、要求以及存在的主要問題； 2）提出集裝箱船舶配載方案的優(yōu)化模型及其求解方法、自動(dòng)配積載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路； 3）提出在現(xiàn)代物流管理中如何發(fā)揮集裝箱配載作為供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的作用； 4）在配載系統(tǒng)和集裝箱用戶之間建立電子數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，以滿足運(yùn)輸企業(yè)、集裝箱用戶和相關(guān)部門的數(shù)據(jù)交換與信息整合的自動(dòng)化處理的需要。 第一章 集裝箱船舶配載的特點(diǎn)與要求

10、 1.1 集裝箱船舶配載的特點(diǎn) 集裝箱船上配載必須根據(jù)船舶的具體要求，結(jié)合船舶、貨物、航線、港口的實(shí)際情況，把一定數(shù)量的具體集裝箱安排在船舶的具體箱位中，并滿足保證船舶性能、貨物質(zhì)量、航線制約、港口作業(yè)等多方面的要求。因此，集裝箱船上配載是一項(xiàng)多目標(biāo)優(yōu)化的系統(tǒng)工作，與一般船舶比較，由于集裝箱和集裝箱船舶在結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸形式等方面有著自身的特點(diǎn), 使得其配載與一般船舶具有不同的特點(diǎn)。 1.1.1 集裝箱船舶裝載的箱容量與船舶凈載重量的相互制約 集裝箱的箱位容量，通常是指船舶的標(biāo)準(zhǔn)箱（TEU，Twenty Equivalent Unit）容量，即集裝箱船舶所能承載的最大標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的數(shù)量，箱

11、位容量是表示集裝箱船舶大小的重要標(biāo)志。同時(shí)，從集裝箱船舶的載貨重量能力來看，它也要受到船舶凈載重量的限制，即所裝運(yùn)的集裝箱重量不能超過船舶在具體航次中能夠裝運(yùn)貨物重量的最大限量。 集裝箱船舶的最大箱容量是在特定的條件下設(shè)計(jì)的，并不是在任何情況下均能承載它的最大箱容量及充分利用它的凈載重量。與普通雜貨船不同的是：集裝箱船舶所能裝載的最大箱位容量與船舶凈載重量是相互制約的。一方面，集裝箱的數(shù)量多少和裝載重量，受船舶箱位容量及凈載重量的限制；另一方面，由于集裝箱船舶的1/3~1/2箱位是配置在甲板上的，在利用船舶箱容量，特別是利用甲板上的箱位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致船舶重心提高，影響船舶的穩(wěn)性，有時(shí)甚至形成負(fù)的

12、初穩(wěn)性高度。因此，為了獲得合適的穩(wěn)性，不得不以大量的壓載水來改善船舶的穩(wěn)性。在雜貨船和散貨船上，為了提高船舶的凈載重量，必須排空壓載水；而在集裝箱船上，為了要裝載更多的貨運(yùn)量，需要充分利用集裝箱的箱位容量，又必須在壓載水艙內(nèi)大量灌注壓載水，這又使集裝箱船舶不能充分利用它的凈載重量?？傊瑢?duì)于集裝箱船舶而言，要充分利用它的箱位容量和凈載重量是一對(duì)相互制約的矛盾的統(tǒng)一。 1.1.2 集裝箱船舶對(duì)穩(wěn)性的要求較一般雜貨船舶更加嚴(yán)格 由于集裝箱船舶經(jīng)常在甲板上裝載數(shù)量較多的集裝箱，故其重心高度比一般貨船高，且水線以上受風(fēng)面積大，對(duì)船舶穩(wěn)性更為不利。另外，在裝卸時(shí)由于左右重量的不均衡將使船舶產(chǎn)生較大的

13、橫傾，這為集裝箱船舶的橫傾限制所不允許。為了保證船舶的安全，必須使其具有足夠的穩(wěn)性。所以，對(duì)集裝箱船舶提出的穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求，較一般雜貨船更加嚴(yán)格，這在我國《海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡稱《法定規(guī)則》）和《IMO穩(wěn)性規(guī)則》即“IMO關(guān)于適合各種類型船舶的完整穩(wěn)性規(guī)則（A.749（18）”中均有具體規(guī)定。在我國《法定規(guī)則》中，對(duì)裝載集裝箱的專用和非專用船舶，除要求其滿足對(duì)普通船舶穩(wěn)性的各項(xiàng)基本衡準(zhǔn)指標(biāo)要求外，還提出了兩項(xiàng)穩(wěn)性的特殊衡準(zhǔn)要求。而《IMO穩(wěn)性規(guī)則》則對(duì)于船長大于100M的集裝箱船舶和其他具有可觀外漂或大的水線面面積的貨船，建議采用6項(xiàng)完整穩(wěn)性的衡準(zhǔn)要求，以代替《IMO穩(wěn)性規(guī)則》對(duì)各種類

14、型船舶完整穩(wěn)性基本衡準(zhǔn)要求中除天氣衡準(zhǔn)以外的前6項(xiàng)要求。 但是，集裝箱船舶的穩(wěn)性又不能過大，如GM過大，船舶橫搖周期過短，又會(huì)使甲板上的集裝箱具有較大的加速度，從而對(duì)集裝箱本身的強(qiáng)度及堅(jiān)固設(shè)備和綁扎索具的受力帶來嚴(yán)重不利的影響，甚至使集裝箱移動(dòng)、倒塌?？梢钥闯觯瑢?duì)集裝箱船舶提出的穩(wěn)性上限要求具有其特別的實(shí)際意義。 1.1.3 集裝箱船舶配載應(yīng)綜合考慮箱位要求，保證貨、箱質(zhì)量，船舶安全 1）特殊箱裝載問題 在各種集裝箱的配載要求上，危險(xiǎn)品箱、冷藏箱、平臺(tái)箱等的特殊裝載要求必須予以特別考慮。 危險(xiǎn)貨集裝箱應(yīng)配置在遠(yuǎn)離機(jī)艙、熱源及船員生活、工作區(qū)，且便于監(jiān)視和拋棄，又有良好的通風(fēng)的安全處所

15、。同一船舶常常有些貨艙的設(shè)計(jì)決定了不容許裝載任何危險(xiǎn)貨箱，另一些貨艙的設(shè)計(jì)僅限于配載《國際危規(guī)》定義的幾類危險(xiǎn)貨箱。因此，在為集裝箱船舶選配大量僅限于艙內(nèi)配載的危險(xiǎn)貨集裝箱時(shí)，必須考慮船舶的這一限制條件。同時(shí)，應(yīng)按箱子內(nèi)的危險(xiǎn)貨物的正確學(xué)名或聯(lián)合國編號(hào)，查閱《國際危規(guī)》，確定不同危險(xiǎn)品集裝箱之間的具體隔離要求，嚴(yán)格配裝。 冷藏集裝箱裝船后多數(shù)需要船舶電站連續(xù)提供電源。受船舶電站容量和電源插座位置的限制，每一集裝箱船所能承運(yùn)的冷藏集裝箱最大數(shù)量和裝箱位置通常是確定的，不能任意配置。 平臺(tái)集裝箱只能配置于艙內(nèi)或甲板上最高一層，它的上面不能再堆積任何集裝箱。此型集裝箱由于經(jīng)常裝大件設(shè)備，所以配

16、載時(shí)還應(yīng)按超長、超寬或超高箱進(jìn)行配位。 2）普通箱的裝載問題 普通箱在船上配置問題可以看作是箱子的三維位置優(yōu)化問題，其主要考慮點(diǎn)可用圖1-1表示。 船舶穩(wěn)性問題 減少壓載水，充分利用船舶裝載能力 垂向位置 卸貨港順序，避免搗箱事故 局部強(qiáng)度、允許堆積負(fù)荷保證問題 40英尺箱、20英尺箱的混載問題 普通箱在船上 三維位置 輕、重箱裝載問題 吃水差問題 縱向位置 船舶縱向強(qiáng)度問題 港口作業(yè)，加快裝卸作業(yè) 同一個(gè)卸貨港箱子的左右平衡 橫向強(qiáng)度問題 橫向位置 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度問題 圖

17、1-1 普通箱三維箱位選擇考慮要素 1.2 集裝箱船舶配載應(yīng)滿足的要求 1.2.1 充分利用船舶集裝箱箱位容量和船舶凈載重量 為了能提高集裝箱船的營運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益，和普通貨船不同的是，集裝箱船存在一個(gè)如何充分利用船舶裝箱容量的問題。表征集裝箱船裝箱容量的大小，通?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面來衡量：①標(biāo)準(zhǔn)箱容量(TEU)；②20英尺集裝箱容量；③40英尺集裝箱容量。此外還有承運(yùn)特殊集裝箱的容量，集裝箱船要承運(yùn)特殊性質(zhì)的集裝箱往往要受到許多條件的限制，如承運(yùn)冷藏箱時(shí)，其數(shù)量要受到船舶供電電源的限制；承運(yùn)超限集裝箱可能需要占用兩個(gè)或更多的箱位，因此這時(shí)的裝箱數(shù)就達(dá)不到集裝箱船裝箱容量的指標(biāo)。弄清楚本

18、船的裝箱容量，對(duì)于能否承運(yùn)更多的集裝箱非常重要，否則就會(huì)出現(xiàn)箱位不夠而必須退箱或浪費(fèi)箱位的現(xiàn)象。當(dāng)航次40英尺集裝箱的數(shù)量超過船舶40英尺集裝箱容量，而此時(shí)20英尺集裝箱箱位有富裕時(shí)，可以及時(shí)通知船公司或代理，要求將多出的40英尺集裝箱貨物改換成20英尺集裝箱裝載；當(dāng)航次冷藏箱數(shù)量超過船舶冷藏箱容量時(shí)，可以依據(jù)裝貨港條件，超容量冷藏箱數(shù)量，冷藏箱運(yùn)費(fèi)和箱位富裕情況等資料進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，研究是否能承租于甲板上的流動(dòng)電站集裝箱，用以向超容量的冷藏箱提供電源，以增加船舶承載冷藏箱的能力。另外在裝貨港箱源充足的條件下，選配超限集裝箱或其他特殊集裝箱箱位時(shí)，應(yīng)盡量減小承運(yùn)此類集裝箱所引起的箱位損失數(shù)量

19、。 集裝箱的穩(wěn)性特點(diǎn)決定了其壓載水使用的必要性，這使得集裝箱船在完成集裝箱運(yùn)輸任務(wù)的同時(shí)，必須將不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的壓載水從一港運(yùn)往另一港，造成運(yùn)力和能源的浪費(fèi)。為此，要求我們在保證人員、船舶和貨物安全的條件下，尋求最優(yōu)的船舶配載方案，盡量減少壓載量，提高船舶的集裝箱載重量和減少船舶航行阻力。因此，努力提高集裝箱船舶配載計(jì)劃的編制水平，合理確定不同卸貨港輕重集裝箱在艙內(nèi)和艙面的分配比例，減少用于降低船舶重心高度所需打入的壓載水，是充分利用集裝箱船載重能力的主要措施。同時(shí)，還應(yīng)合理確定航次油水補(bǔ)給方案。集裝箱船由于航速快，每日消耗的油水重量大，中途掛靠港口又較多，因此在航線箱源充足的情況下應(yīng)重視

20、航次油水補(bǔ)給方案的經(jīng)濟(jì)論證，當(dāng)船公司因減少油水儲(chǔ)備而增加的裝箱數(shù)量收取運(yùn)費(fèi)所獲利益超過因采取中途港油水補(bǔ)給所引起的一切額外費(fèi)用支出時(shí)，則應(yīng)選擇在中途港補(bǔ)給油水的方案，這當(dāng)然是屬于配載之外的問題。 1.2.2 滿足集裝箱船舶穩(wěn)性要求 集裝箱船舶的穩(wěn)性既要足夠，又能保證船舶具有適當(dāng)?shù)臋M搖周期。為了使得集裝箱船舶穩(wěn)性合適的范圍，主要通過以下幾種途徑獲得： 1）控制艙內(nèi)和艙面所裝集裝箱的重量處于合適的比例范圍； 2）在堆裝高度上采用輕重箱的組合方案； 3）利用計(jì)算機(jī)配載軟件按預(yù)配方案輸入，進(jìn)行穩(wěn)性預(yù)算，在演算基礎(chǔ)上，根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整； 4）利用壓載水的打進(jìn)或排出來調(diào)整船舶重心高度，從而達(dá)到

21、調(diào)整船舶穩(wěn)性的目的。 1.2.3 滿足集裝箱船舶強(qiáng)度和吃水差的要求 對(duì)于船舶的縱向強(qiáng)度和吃水差，由于兩者都是船上重量的縱向分布情況決定的，所以在配載時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌兼顧。通?？梢圆捎靡韵乱恍┓椒ǎ汉侠砼渲酶髋偶b箱重量，宜在船中部配裝一些重量較大的集裝箱；合理安排各卸貨港集裝箱的箱位，適當(dāng)分裝于不同的箱排處；通過合理壓載來改善船舶縱向受力、吃水差狀態(tài)并滿足航行對(duì)最小吃水及吃水差的要求；利用配載軟件對(duì)實(shí)際裝載狀態(tài)的總縱強(qiáng)度和吃水差、首尾吃水予以校核。 在保證船舶扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和橫向強(qiáng)度方面，應(yīng)做到各排集裝箱橫向上箱重均勻分布，各壓載艙及其他艙室載荷重量也應(yīng)左右對(duì)稱分布。在確定集裝箱的垂向箱位時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證

22、艙內(nèi)和甲板上每列集裝箱總重分別不超過其裝箱底座上的允許堆積負(fù)荷，以滿足船舶局部強(qiáng)度的要求。 1.2.4 滿足集裝箱船舶箱位配置及其堆裝要求 集裝箱船舶的配載既要滿足特殊箱（如危險(xiǎn)貨集裝箱、冷藏集裝箱、平臺(tái)集裝箱等）的裝載要求，也要滿足普通箱的裝載要求。在普通箱的裝載上，要考慮40英尺箱、20英尺箱的裝載問題，在許多集裝箱船上，有只能裝載20英尺箱的箱位、只能裝載40英尺箱的箱位和可以交替裝載20英尺箱、40英尺箱的箱位三種。當(dāng)20英尺箱、40英尺箱混裝時(shí)，一個(gè)基本原則是，40英尺箱上面不可配裝20英尺箱，而20英尺箱上能否配裝40英尺箱則視箱位的具體結(jié)構(gòu)而定。在輕、重箱裝載問題上，要做到重

23、箱在下，輕箱在上；強(qiáng)結(jié)構(gòu)的在下，輕結(jié)構(gòu)的在上；避免出現(xiàn)重箱壓輕箱現(xiàn)象。 1.2.5 滿足集裝箱裝卸順序和快速裝卸要求 集裝箱船通常中途掛靠一個(gè)以上港口，且往往多線作業(yè)，裝卸同時(shí)進(jìn)行，港口作業(yè)機(jī)械效率很高，船舶在港停泊時(shí)間短。因此，合理選配箱位，滿足集裝箱裝卸順序和快速裝卸要求，對(duì)確保船舶安全準(zhǔn)班，減少不必要的港口費(fèi)用支出具有重要意義。一方面，編制集裝箱配載計(jì)劃時(shí)，要對(duì)船舶在整個(gè)航線的掛靠順序、各掛靠港箱源情況、船舶艙蓋形式、港口管理規(guī)定等進(jìn)行綜合考慮，避免或盡量減少中途港發(fā)生搗箱現(xiàn)象；另一方面，要考慮集裝箱泊位各裝卸橋裝卸時(shí)間均勻分配和裝卸橋自動(dòng)吊具、大車沿岸移動(dòng)時(shí)間等問題，以滿足船舶快速

24、裝卸的要求。 第二章 現(xiàn)代物流管理對(duì)集裝箱船舶配載系統(tǒng)的要求 2.1 傳統(tǒng)集裝箱船舶配載的過程與方法 2.1.1 集裝箱船舶的配載過程 集裝箱船配積載通常需要經(jīng)歷下列幾個(gè)過程： 1） 編制集裝箱船“航次訂艙單” 航次訂艙單是船公司航（箱）運(yùn)部門或其代理根據(jù)貨主的托運(yùn)申請(qǐng)為特定船舶具體航次分配待運(yùn)集裝箱的清單。該清單通常按不同卸港、重量和不同箱類型列出，對(duì)特殊箱有必要的備注。 2） 編制集裝箱船配積載計(jì)劃 編制集裝箱船配積載計(jì)劃通常的做法是借助于計(jì)算機(jī)，在船公司或其代理、裝卸公司以及集裝箱船船長、大副共同參與下，依靠傳

25、真、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化通信手段進(jìn)行文件傳遞，并經(jīng)歷預(yù)配、初配和審核三個(gè)過程才能完成。 l 預(yù)配過程 集裝箱船的預(yù)配工作是由船公司配積載部門、船舶代理或船上大副承擔(dān)。其任務(wù)是將航次訂艙單上所列的每一只集裝箱，按照集裝箱箱位選配原則，滿足裝卸順序和快速裝卸等要求，在集裝箱船的行箱位圖總圖上作一大致安排。首先，配載人員將訂箱單進(jìn)行清理、分類，分成不同港序、不同尺寸以及特殊箱；再者，對(duì)特殊箱定位，如危險(xiǎn)品箱、冷藏箱及超高、超寬箱定位，然后考慮普通箱，滿足裝卸港序、船舶強(qiáng)度、穩(wěn)性的要求，強(qiáng)度體現(xiàn)在沿船長方向上的箱子分布情況而穩(wěn)性體現(xiàn)在甲板、艙內(nèi)箱子的分配上，最后繪制船舶預(yù)配積載圖。該圖所確定的航次裝

26、載方案通常需在計(jì)算機(jī)上專用裝載計(jì)算系統(tǒng)上作粗略核算，以保證船舶各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。該圖繪制后需及時(shí)送交集裝箱裝卸公司。 l 初配過程 集裝箱裝卸公司掌握著航次裝船集裝箱的動(dòng)態(tài)，并負(fù)責(zé)這些貨箱在碼頭的聚集并安排在堆場的箱位。為保證集裝箱裝船過程有序而快速，在裝船前裝卸公司通常需要將裝船集裝箱按一定順序安排于碼頭特定的堆場上，并編制集裝箱裝箱順序表。裝卸公司的集裝箱配載員根據(jù)裝箱集裝箱在堆場上的堆碼情況，在既滿足船舶預(yù)配積載計(jì)劃的總體要求，又能減少碼頭堆場集裝箱作業(yè)量的條件下，借助于集裝箱計(jì)算機(jī)裝載計(jì)算系統(tǒng)，在集裝箱船的行箱位總圖和行箱位圖上按規(guī)定格式填入詳細(xì)的集裝箱數(shù)據(jù)。 l 審核過程 集

27、裝箱船的初配積載計(jì)劃在集裝箱裝船作業(yè)開始前送交集裝箱船長和大副作全面審核。船長和大副對(duì)初配積載計(jì)劃按照集裝箱箱位選配的基本原則以及滿足裝卸順序和快速裝卸要求，結(jié)合航線狀況、本船航次油水的配置和消耗、船舶的裝載特性、途中各掛靠港口的作業(yè)特點(diǎn)等內(nèi)容，并保證船舶和貨物的運(yùn)輸安全的條件下，在船舶計(jì)算機(jī)上利用集裝箱裝載計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行船舶各項(xiàng)性能指標(biāo)的全面核算。如對(duì)初配積載計(jì)劃有任何修改意見，船方應(yīng)通過代理或直接與裝卸公司協(xié)商解決。只有經(jīng)船長和大副核準(zhǔn)并簽字后，該初配計(jì)劃才能作為知道船舶裝箱作業(yè)的正式積載計(jì)劃。 3） 編制集裝箱實(shí)配積載文件 集裝箱積載計(jì)劃在裝箱過程中會(huì)因某些原因需要作一些修改。船舶裝箱

28、完畢后，由船舶理貨員依據(jù)現(xiàn)場記錄負(fù)責(zé)繪制集裝箱實(shí)配積載圖，船上大副負(fù)責(zé)進(jìn)行實(shí)際裝載條件下船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度、吃水和吃水差的核算。實(shí)配積載文件內(nèi)容通常包括： l 全船行箱位總圖（封面圖） l 各行箱位圖； l 集裝箱裝船統(tǒng)計(jì)表； l 船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度和吃水核算結(jié)果。 2.1.2 傳統(tǒng)集裝箱船舶配載的方法 在傳統(tǒng)集裝箱船舶配載過程中，配載人員先是將訂箱單按不同港序、特殊箱和40英尺、20英尺的排箱順序進(jìn)行清理、分類，然后，按照先特殊箱后普通箱的配箱原則，將航次訂艙單上所列的每一集裝箱，按照集裝箱箱位選配原則，滿足裝卸順序和快速裝卸等要求，在集裝箱船的行箱位圖總圖上做一大致安排。在此過程中，為

29、了方便于配箱的需要，通常要對(duì)集裝箱做多次的排序，如第一次按照“主排序碼：卸箱港；次排序碼：危險(xiǎn)品箱；次次排序碼：冷藏箱。”的順序排列，即按后卸港箱在前，先卸港箱在后；同一卸箱港箱中危險(xiǎn)品箱在最前面，冷藏箱隨后，非危險(xiǎn)品箱和非冷藏箱在最后。在此情況下，按照危險(xiǎn)品箱和冷藏箱的選擇箱位原則，完成危險(xiǎn)品箱和冷藏箱的特殊箱裝載操作。第二次按照“主排序碼：卸箱港；次排序碼：20ft/40ft箱；次次排序碼：箱重。”的順序排列，然后完成普通箱的裝載操作。 在完成全部集裝箱的裝載后，要對(duì)裝載情況進(jìn)行檢查，檢查主要問題包括：在滿足裝卸順序和快速裝卸等要求的條件下集裝箱總體分布是否合理；特殊箱（危險(xiǎn)品箱、冷藏箱

30、、平臺(tái)箱等）是否滿足箱位選擇要求；20英尺箱和40英尺箱的混裝有無問題；是否存在搗箱、40英尺箱子一半騰空現(xiàn)象；各行箱位橫傾力矩是否小于要求值（扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度問題）等。在現(xiàn)有的條件下，這些查核往往停留在人工狀態(tài)，受配載人員的工作成效和技能經(jīng)驗(yàn)影響較大。 在完成以上工作后，根據(jù)船上實(shí)際加載燃潤油、淡水等情況，在相應(yīng)的油水艙內(nèi)輸入油水資料，然后制定壓載方案，以計(jì)算船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度和吃水差等結(jié)果，這一步出現(xiàn)配載軟件前由人工計(jì)算完成，而現(xiàn)在多由配載技術(shù)系統(tǒng)完成，不管怎樣，其計(jì)算原理是相同的。接著，根據(jù)把計(jì)算結(jié)果與規(guī)則、規(guī)范中規(guī)定的衡準(zhǔn)指標(biāo)或船舶設(shè)計(jì)中提供的要求值相比較校核，如有不符，重新調(diào)整集裝箱的位置分配

31、或壓載水方案，直至滿足要求為止。 綜合以上分析，傳統(tǒng)集裝箱船舶配載的方法可以用圖2-1表示： 船舶穩(wěn)性計(jì)算 開始 滿足規(guī)則否？ 積載狀態(tài)選擇 否 船舶信息輸入 強(qiáng)度計(jì)算 是 滿足規(guī)則否？ 油水信息輸入 否 集裝箱信息輸入 是 輸出結(jié)果，打印配積報(bào)告和配積載

32、圖 壓載水調(diào)整 結(jié)束 集裝箱積載、壓載水調(diào)整 圖2-1傳統(tǒng)集裝箱船舶配積載系統(tǒng)流程圖 2.1.3 計(jì)算機(jī)配載的軟件實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)配載的軟件實(shí)現(xiàn)，根據(jù)集裝箱船舶的配載特點(diǎn)和人工配載的基本過程，研制開發(fā)計(jì)算機(jī)配載系統(tǒng)。該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、打印機(jī)、UPS電源、應(yīng)用軟件包等組成。主要功能和過程包括： 1）信息輸入 在主菜單下選擇菜單按鈕即可完成船舶信息、航次信息、裝卸信息、計(jì)算使用規(guī)范選擇、航區(qū)選擇、干舷選擇、油水艙裝載信息輸入等。 2）集裝箱裝載 單個(gè)集裝箱信息輸入與顯示，即單個(gè)集裝箱類型、尺寸、高度、重量、重心、

33、垂向坐標(biāo)、箱位號(hào)、箱格順序號(hào)、使用人代碼、始發(fā)港、到港、貨主、備注說明等信息；清除所有集裝箱；卸載某指定掛靠港集裝箱；快速裝卸單個(gè)箱和全部集裝箱；顯示全部裝船集裝箱清單；修改、恢復(fù)單個(gè)箱信息。 3）縱傾及穩(wěn)性計(jì)算 可分別滿足CCS規(guī)范和IMO規(guī)范對(duì)穩(wěn)性計(jì)算的要求，進(jìn)行配載后船舶排水量、型排水體積、重心位置、浮心位置、自由液面慣性矩、初穩(wěn)性高度、橫搖周期、橫搖角等靜水力性能主要指標(biāo)以及最大靜穩(wěn)性力臂及對(duì)應(yīng)角、穩(wěn)性曲線消失角、浸水角、風(fēng)壓傾側(cè)力臂、穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù)、橫搖加速度衡準(zhǔn)數(shù)等大傾角穩(wěn)性計(jì)算，并用圖表及曲線顯示。 4）總縱強(qiáng)度校核 迅速、方便地根據(jù)船舶配載的要求計(jì)算船上任一配載和空載狀態(tài)下

34、船體指定部位的靜水彎矩及靜水剪力，并顯示其最大許用值，也可計(jì)算因貨物裝載不均勻而產(chǎn)生的扭矩、穩(wěn)性及水力性能的有關(guān)數(shù)據(jù)，并繪制出靜水切力與彎矩曲線。 5）文件存取 選擇主菜單下保存按鈕，可保存已裝載工況的積載情況；選擇主菜單下舊狀態(tài)按鈕，即可打開所保存各種已裝載工況的積載情況。 6）打印功能 主菜單下選擇報(bào)告打印按鈕，即可打印本次積載過程報(bào)告的封面、重量總結(jié)表、油水裝載情況總結(jié)表、縱傾及穩(wěn)性計(jì)算圖表、強(qiáng)度計(jì)算圖表、集裝箱裝載清單、集裝箱Bay圖等。 2.1.4 集裝箱船舶的穩(wěn)性、吃水差和強(qiáng)度的校核 2.1.4.1集裝箱船穩(wěn)性的計(jì)算和校核 首先，確定船用坐標(biāo)系，以船舶中縱剖面、中橫剖

35、面和龍骨基線平面的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，并以三個(gè)平面相互的交線分別設(shè)為x、y、z軸，分別從船首垂線、船中縱線和船底龍骨基平面起算確定船舶、集裝箱等的位置。 1）貨物重量和貨物重心計(jì)算 設(shè)第i行、j列、k層箱位上的集裝箱重量為P ijk，i= 1,2,…u; j=1,2, …w; k=1,2, …v。分別從船首、左舷和艙內(nèi)第一行、第一列和第一層起算，設(shè)船上共有C只集裝箱。 全船集裝箱總重量P： （2-1） 貨物重心縱向位置XP：XP=（）/ P （2-2） 貨物重心垂向位置ZP：ZP =（）/ P （2-3） 貨物重心橫向位置Y

36、P：YP=（）/ P （2-4） 2）船舶其他重量及其重心高度的求取 設(shè)空船排水量為△0，空船重心距基線高度Z0，重心縱向坐標(biāo)X0，縱向坐標(biāo)為0；各油水艙載荷量和船舶常數(shù)的總重量G，其合重心的縱向、橫向和垂向坐標(biāo)分別為Xg, Yg, Zg；船舶壓載水重量為BW，其合重心的縱向、橫向和垂向坐標(biāo)分別為Xb, Yb, Zb；船舶排水量為△。 3）船舶合重心位置的計(jì)算 X = （2-5） Y = （2-6） Z = （2-7） 4）在此基礎(chǔ)上，計(jì)算船舶穩(wěn)性

37、各項(xiàng)衡準(zhǔn)指標(biāo)，然后根據(jù)我國《法定規(guī)則》對(duì)裝載集裝箱船舶穩(wěn)性的衡準(zhǔn)要求進(jìn)行校核，校核集裝箱船舶的穩(wěn)性流程圖見圖2-2。 信息輸入 集裝箱要素 壓載水要素 船舶燃潤油要素 船舶淡水要素 船舶常數(shù)要素 船員、供應(yīng)品等要素 空船要素 計(jì)算與繪圖 重心坐標(biāo)（X、Y、Z） 船舶總重量△ 查船舶資料，獲取相關(guān)參數(shù) 自由液面修正 計(jì)算初穩(wěn)性高度GM、不同橫傾角下的復(fù)原力臂GZ 風(fēng)壓傾側(cè)力臂lf

38、 繪制靜穩(wěn)性曲線圖 繪制動(dòng)穩(wěn)性曲線圖 橫搖角、進(jìn)水角修正 最小傾覆力臂lh.min 結(jié)果 校核 最大靜穩(wěn)性力臂 初穩(wěn)性高度 穩(wěn)性衡準(zhǔn)數(shù) 風(fēng)壓靜傾角 穩(wěn)性消失角 極限靜傾角 我國《法定規(guī)則》對(duì)裝載集裝箱船舶穩(wěn)性的衡準(zhǔn)指標(biāo)要求 K≥1 ≤min{12゜,θim} ≥55゜ ≥30゜ ≥0.20m ≥0.30m 圖2-2 集裝箱船舶穩(wěn)性計(jì)算校核流程圖 2.1.4.2 集裝箱船舶吃水、吃水差的計(jì)算和核準(zhǔn) 1）根據(jù)船舶排水量△，船舶重心縱向坐標(biāo)X，以及查船舶資料得到

39、的船舶平均吃水dm，漂心距船中距離Xf，浮心距船中距離XB和厘米縱傾力矩MTC等，計(jì)算吃水差t、首吃水dF和尾吃水dA。 t = （2-8） df=dm＋－ （2-9） da= dm－＋ （2-10） 2）對(duì)船舶吃水的要求 可根據(jù)上海船舶運(yùn)輸研究所對(duì)遠(yuǎn)洋船舶的縱向浮態(tài)衡準(zhǔn)要求（綜合考慮國際海事組織IMO浮態(tài)衡準(zhǔn)）進(jìn)行核準(zhǔn)(LBP：船舶兩垂線間長)： 最小平均吃水dM.min：dM min≥0.02LBP+2 (m) （2-11） 最小平

40、均吃水dF min： dF min≥0.025LBP (m) （LBP≤150m） （2-12） dF min≥0.012LBP+2 (m) （LBP﹥150m） （2-13） 且實(shí)踐證明，船舶最小吃水需保證螺旋槳沉深比在0.5以上，船首盲區(qū)需小于2倍船長。 3）對(duì)船舶吃水差的要求 當(dāng)船舶資料提供最佳縱傾圖譜或允許的吃水差限值曲線時(shí)，則要求船舶無論在港內(nèi)作業(yè)中，還是在航行中，均應(yīng)嚴(yán)格使吃水差保持在上下限允許的范圍內(nèi)。若船舶不具備這方面的資料，船舶工作人員應(yīng)不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，得出船舶在不同裝載狀態(tài)下的合適縱傾值，并保證船舶處于該種狀態(tài)，以使航行阻力

41、最小，所耗主機(jī)功率最小，從而節(jié)省燃料，提高經(jīng)濟(jì)效益。 2.1.4.3 集裝箱船舶的總縱強(qiáng)度校核 校核集裝箱船舶的總縱強(qiáng)度狀況必須計(jì)算剪力和彎矩沿著船長方向的分布及其最大值，與具體位置的允許的剪力和彎矩值相比較，得到該位置實(shí)際剪力和彎矩占允許值的百分比，從而判斷船舶總縱強(qiáng)度情況。 分析船體所受到的總縱彎矩時(shí)，將船體所受的彎矩M(x)分為靜水彎矩Ms(x)和波浪彎矩Mw(x)，同樣N(x)也分為靜水剪力Ns(x)和波浪剪力Nw(x)。 M(x) = Ms (x) + Mw(x) （2-14） N(x) = Ns (x) + Nw(x)

42、 （2-15） 其中M(x) = = （2-16） N(x) = （2-17） q(x) 稱為負(fù)荷，數(shù)值上等于沿船長方向各點(diǎn)的重力w(x)和浮力b(x)的差值，即： q(x) = w(x) － b(x) （2-18） 1）靜水剪力和靜水彎矩 只要給出靜水中重量分布曲線ws(x)中和浮力分布曲線bs(x)，就可以按式（2-18）解出分布載荷qs(x)： qs(x) = ws(x) － bs(x) （2-19） 重量曲線ws(x)應(yīng)根據(jù)空船重量曲線和各種裝載所對(duì)應(yīng)的曲線

43、繪制而成。通常，先用近似方法繪制空船船體的重量曲線w0(x)，然后在迭加油水重量曲線wg(x)、壓載水重量曲線wf(x)和貨物（集裝箱）重量曲線P(x)。即： ws(x) = w0(x) + wg(x) + wf(x) + P(x) （2-20） 浮力曲線bs(x)應(yīng)根據(jù)相應(yīng)裝載實(shí)際平衡位置，采用逐步逼近法求得。先用公式（2-8）（2-9）（2-10）計(jì)算出首尾吃水，再利用邦戎曲線求出相應(yīng)于該吃水線時(shí)的浮力曲線，繼而求得排水體積V1和浮心縱向坐標(biāo)Xb1，若所得結(jié)果與給定的派水體積V0和重心坐標(biāo)Xg相差較大時(shí)，則需進(jìn)行第二次近似計(jì)算，求出新的排水體積V2和浮心縱向坐標(biāo)Xb2

44、，如此反復(fù)進(jìn)行，直至滿足下述精度： ≤ 0.1% （2-21） ≤ 0.5% 求出船體平衡位置后，再根據(jù)邦戎曲線得到每一理論站號(hào)上的浸水面積Awi，各理論站距的浮力為（γ為排開水的密度）： b(i) = γ δLbp （2-22） 為了求解剪力和彎矩的方便，根據(jù)集裝箱的縱向分布情況對(duì)全船沿船長方向劃分若干個(gè)站點(diǎn)，并以集裝箱區(qū)域的前端剖面作為0號(hào) (n=0)，該處彎矩為Ms(0)，01行箱位后端剖面為1號(hào)(n=1) ，該處彎矩為Ms(1)，03行箱位后端剖面為2號(hào)(n=2) ，該處彎矩

45、為Ms(2)，依次類推，機(jī)艙范圍作為一個(gè)整體看待。并假設(shè)船體按照上述站點(diǎn)劃分后各分段的長度位xi。然后利用公式（2-16）（2-17）（2-18）計(jì)算靜水剪力Ns (x)和靜水彎矩Ms (x)。 2）波浪剪力和波浪彎矩 計(jì)算波浪剪力和波浪彎矩，一般均取波浪為坦谷波（以半徑為R的圓，沿直線滾動(dòng)，圓周上任一點(diǎn)的軌跡）為研究對(duì)象，并取波長等于船長L（此狀態(tài)為船體受力最不利狀態(tài)）。將坦谷波曲線置于靜吃水線上，可采用逐次逼近的方法求出船體在波浪上的平衡位置，其迭代公式為： xwi,k+1 = xwi,k + + (－) (2-23) 式中， xwi,k為第k次迭代所求得的波浪表面坐

46、標(biāo)；Fa為靜水中的中橫剖面浸水面積；Vk為第k次迭代所求得的船體排水體積；xb,k為第k次迭代所求得的浮心縱向坐標(biāo)。 根據(jù)波浪表面積，由邦戎曲線可得每個(gè)站距上的橫剖面浸水面積，將它減去靜水中的相應(yīng)浸水面積，就得到波浪附加浸水面積。將其一次積分就得到剪力，二次積分就得到彎矩，即： N(x)=－γ (2-24) M(x)=－γ (2-25) 最后，應(yīng)用辛普生方法可求得上式的數(shù)值解。 3）集裝箱船舶總縱強(qiáng)度校核流程圖 根據(jù)以上分析，集裝箱總縱強(qiáng)度校核流程圖可設(shè)計(jì)為如圖2-3所示： 空船重量曲線

47、w0 油水重量曲線wg 重量曲線W 邦戎曲線及其他原始數(shù)據(jù) 集裝箱重量曲線p(x) 由吃水求浸水面積Fwi（采用插值法） 壓載水重量曲線wf(x) 用數(shù)值積分求排水體積Vk 和浮心縱向坐標(biāo)xbk 逐次逼近計(jì)算吃水和吃水差 檢查平衡位置，是否符合條件： V - Vk≤0.005V, xg - xbk ≤ 0.001L 否 是 波峰或波谷在船中種 靜水狀態(tài) 靜水剪力NS和靜水彎矩MS 波浪剪力

48、Nw和波浪彎矩Mw 實(shí)際剪力N和實(shí)際彎矩M 船體各段實(shí)際剪力N和實(shí)際彎矩M占允許剪力N’和允許彎矩M’的比例是否小于100% 否 是 符合要 求，結(jié)束 圖2-3 集裝箱船舶總縱強(qiáng)度校核流程圖 2.2 現(xiàn)代物流管理對(duì)集裝箱船舶配載系統(tǒng)的要求 2.2.1 在操作性方面 集裝箱船配積載不僅是集裝箱運(yùn)輸管理工作中的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是現(xiàn)代物流中關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一，它的工作成效直接關(guān)系到集裝箱營運(yùn)管理、碼頭經(jīng)營管理效率的高低，同時(shí)也會(huì)影響到整個(gè)物流體系的共同利益。僅在這一點(diǎn)上，就

49、集裝箱船配積載內(nèi)部操作而言，它應(yīng)滿足現(xiàn)代物流的自動(dòng)化、合理化、最優(yōu)化的發(fā)展趨勢。由于它具有編制過程復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理量大、限制條件多、要求迅速完成等特點(diǎn)，集裝箱船配積載一直被認(rèn)為是一項(xiàng)既重要又頗有困難的工作。近年來，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，為提高集裝箱船配積載效率，集裝箱船公司及其代理公司和集裝箱碼頭裝卸公司都在努力探索和研究集裝箱船配積載輔助軟件，并相繼開發(fā)出一些基于Windows操作系統(tǒng)下的配積載軟件。這些軟件采用可視化窗口界面編程工具設(shè)計(jì)，利用窗口、表格、圖像、文件等工具幫助配積載人員選擇集裝箱箱位，并具有核算集裝箱船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度和吃水差等性能數(shù)據(jù)的功能。雖然這些軟件在一定程度上減輕了

50、船港間集裝箱配積載人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，但也明顯存在著一些局限性，比如： 1）自動(dòng)化程度不高。配載最終還是要依賴于人類經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，一個(gè)典型的例子就是箱位的選配尚需人工腦力作業(yè)，它們不能很好地處理配積載過程中所涉及到的那些不規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)，從而影響了配積載準(zhǔn)確性和快速性； 2）配載方案本身存在較大的盲目性。在配載不能做到依據(jù)一定的優(yōu)化方案，有目標(biāo)性地進(jìn)行集裝箱的選擇與配裝。傳統(tǒng)的配載只能被動(dòng)地接受貨物，只停留在配載—調(diào)整—再配載的操作階段； 3）缺乏配載方案的評(píng)估系統(tǒng)。最終的配積載方案的優(yōu)劣尚存未知，更不要談及與最優(yōu)化方案的距離如何。這在很大程度上，影響了現(xiàn)代物流優(yōu)勢的發(fā)揮與相關(guān)效益的提高。

51、知識(shí)工程學(xué)科的迅速發(fā)展，為解決復(fù)雜的集裝箱船配積載問題開辟了嶄新的思路。目前各種專家智能系統(tǒng)在諸如醫(yī)療診斷、氣象預(yù)報(bào)、故障診斷等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，并起著巨大的作用。針對(duì)目前集裝箱船舶和碼頭配積載中箱位選擇尚需利用人工經(jīng)驗(yàn)知識(shí)作業(yè)的問題，設(shè)計(jì)了基于知識(shí)推理技術(shù)的集裝箱船自動(dòng)配積載專家系統(tǒng)，為提高集裝箱船配積載的智能化水平，探索知識(shí)工程理論在集裝箱運(yùn)輸管理問題上的應(yīng)用已成可能。 集裝箱船舶配載涉及諸多的隨機(jī)因素，同時(shí)，滿足配載有關(guān)衡準(zhǔn)要求和其他要求的配載方案也有多個(gè)，在這些可行性方案中選取一個(gè)符合一定優(yōu)化程度的最優(yōu)方案是集裝箱配載設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。同時(shí)集裝箱船配載的優(yōu)化目標(biāo)又涉及船舶

52、強(qiáng)度、穩(wěn)性、裝載能力和吃水差等多個(gè)方面，是一個(gè)多目標(biāo)的優(yōu)化問題。為此，我們在分析集裝箱配載中目標(biāo)因素的基礎(chǔ)上，利用線形規(guī)劃（線性優(yōu)化）尋求目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值的方法來解決這個(gè)問題。 集裝箱船配載方案的評(píng)估也是許多學(xué)術(shù)界專家一直努力解決的問題。船舶配載的好壞，直接關(guān)系到船舶營運(yùn)過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性。建立一種船舶配載方案模糊評(píng)價(jià)方法，從而為船舶配載提供參考。該種評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵是建立船舶配載評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)集。衡量船舶配載方案好壞的指標(biāo)較多，現(xiàn)取對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性影響最大的初穩(wěn)性高度、縱向最大彎矩和縱傾作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。船舶的初穩(wěn)性高度，不是簡單的越大越優(yōu)或越小越優(yōu)指標(biāo)，因而不能直接地應(yīng)用求指標(biāo)相對(duì)優(yōu)屬度的公式進(jìn)

53、行計(jì)算，需要做特殊的處理。單從安全性考慮，初穩(wěn)性高度越大越有利；但初穩(wěn)性高度的增大會(huì)加劇搖擺，因而對(duì)應(yīng)某種裝載狀況的最佳初穩(wěn)心高度，應(yīng)該是規(guī)范允許的范圍內(nèi)的一個(gè)值。該值的獲取可以是專家經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)資料分析，也可以通過優(yōu)化得出。以該最優(yōu)值為界，大于該值為越小越優(yōu)指標(biāo)，小于該值為越大越優(yōu)指標(biāo)。對(duì)于縱傾，實(shí)驗(yàn)表明，略帶尾傾對(duì)快速性有利，因而有一個(gè)最佳尾傾值，此問題的處理同初穩(wěn)性高度相同。而對(duì)于縱向最大彎矩值則越小越優(yōu)指標(biāo)。在實(shí)踐中，船舶裝載狀況很多，對(duì)每一種裝載狀況的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)有所不同，也就是說評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是同具體裝載狀況相聯(lián)系的。 2.2.2 在管理性方面 現(xiàn)代物流是指物質(zhì)資料從供應(yīng)者向需要者的物

54、理性轉(zhuǎn)移，是創(chuàng)造時(shí)間性、場所性價(jià)值的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。它是以給顧客提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)為目標(biāo)，以信息技術(shù)為支撐，以交通運(yùn)輸為主要手段，通過供應(yīng)鏈的概念將物流各環(huán)節(jié)整合在一起，這種整合不僅使企業(yè)內(nèi)部的物流過程作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一考慮，而且對(duì)物流過程的優(yōu)化涉及到社會(huì)供應(yīng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，這種優(yōu)化最顯著的特征是借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。 作為現(xiàn)代物流管理供應(yīng)鏈一個(gè)節(jié)點(diǎn)的集裝箱船上配載，在實(shí)現(xiàn)物流管理的戰(zhàn)略目標(biāo)方面應(yīng)發(fā)揮其應(yīng)有的作用，并且，這種作用已顯得越來越重要且明顯。在物流管理的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)的角度看，集裝箱船上配載系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)的集裝箱配載系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸納為以下幾個(gè)方面： 1）提供最安全的保障 在整個(gè)物流過

55、程中，集裝箱船上配積載具有管理時(shí)間長，海上運(yùn)輸條件特殊，特別是它兼?zhèn)溥\(yùn)輸、儲(chǔ)存、配送多項(xiàng)功能之特點(diǎn)。因此，作為集裝箱貨主，為了最大限度控制成本，獲得最佳服務(wù)，他們現(xiàn)在對(duì)整個(gè)運(yùn)送過程及方式感興趣，他們要求物流方按照約定要求全面、有效地控制貨物送達(dá)的時(shí)間、數(shù)量和質(zhì)量。而提供最安全的保障是這些服務(wù)中最基本要求。只有建立在安全的基礎(chǔ)上，服務(wù)的質(zhì)量、成本的降低、風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避、良好的信譽(yù)等等才有保證。正如前面已經(jīng)論述，保證貨物的質(zhì)量是集裝箱船上配積載的基本原則，而這也正是現(xiàn)代物流對(duì)集裝箱船上配積載提出的要求。 2）縮短物流管道 這意味著尋找減少周轉(zhuǎn)時(shí)間和存貨的辦法，存貨可以出現(xiàn)在供給鏈中的不同節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)

56、然也包括在集裝箱船上配積載中。存貨的作用是當(dāng)供給鏈出現(xiàn)問題引起需求波動(dòng)時(shí)，用作緩沖。這些存貨增加了總供給鏈的長度，而零庫存的原則要求在顧客與供應(yīng)商之間的緊密配合，以減少對(duì)存貨的依賴。在服務(wù)需求趨向小批量、多樣化和多元化、個(gè)性化的情況下，零庫存是物流服務(wù)貨主需要發(fā)展專業(yè)化、個(gè)性化和柔性化的服務(wù)項(xiàng)目之一。 3）增加物流管道的透明度 管道的透明度是指知道什么時(shí)候、什么地方、多少數(shù)量的貨物以及在供應(yīng)管道中的可以達(dá)到的目的地。傳統(tǒng)上的集裝箱配載，這些信息對(duì)于貨主是不清楚的，最多只是明白部分屬于自己企業(yè)范圍的信息，供給管道中的瓶頸與過多的存貨不易發(fā)現(xiàn)。不良的管道透明度會(huì)導(dǎo)致不良的供給鏈控制。為達(dá)到完美

57、的供給鏈控制，掌握管道的實(shí)時(shí)信息是必需的。現(xiàn)代物流著眼于運(yùn)輸流程的管理合理化和信息化，通過建立數(shù)據(jù)庫、物流管理中心使作業(yè)與服務(wù)變得公開和透明，有利于適應(yīng)生產(chǎn)的節(jié)奏、產(chǎn)品銷售的計(jì)劃，構(gòu)成服務(wù)質(zhì)量的組成部分。 4）物流系統(tǒng)化管理 傳統(tǒng)上，物流只是作為功能性的部門。當(dāng)今，物流已被看成對(duì)主業(yè)具有很大影響作用。這種轉(zhuǎn)變是由于經(jīng)濟(jì)的全球化趨勢，導(dǎo)致供給鏈的延長，企業(yè)不得不把物流系統(tǒng)整合起來管理，以聯(lián)接市場的供需雙方，系統(tǒng)中某一部分的決策，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作。倉儲(chǔ)現(xiàn)代化要求高度機(jī)械化、自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，運(yùn)輸現(xiàn)代化要求建立綜合運(yùn)輸體系。集裝箱船上配積載同樣應(yīng)該被置于整個(gè)物流系統(tǒng)中進(jìn)行組織管理。通過供應(yīng)鏈的

58、概念建立起對(duì)企業(yè)供產(chǎn)銷全過程的計(jì)劃和控制，從整體上完成最優(yōu)化的生產(chǎn)體系設(shè)計(jì)和運(yùn)營，在利用現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了貨物流、資金流和信息流的有機(jī)統(tǒng)一，降低了社會(huì)生產(chǎn)總成本，使供應(yīng)鏈各方最終達(dá)到皆贏的戰(zhàn)略目的。 通過以上分析，我們已經(jīng)知道現(xiàn)代物流管理中的集裝箱配載系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)配載系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求，采用比較分析方法，現(xiàn)具體列表2-1說明如下： 表2-1 現(xiàn)代物流管理中的集裝箱船舶配載系統(tǒng)與傳統(tǒng)配載系統(tǒng)之區(qū)別 研究項(xiàng)目 傳統(tǒng)配載系統(tǒng) 滿足現(xiàn)代物流管理需要的配載系統(tǒng) 是否與客戶共享配載信息資源 否 是 提供客戶服務(wù) 簡單、單一 具體，柔性化服務(wù) 客戶對(duì)箱位

59、的跟蹤 船位查詢 船位跟蹤 追求利潤 追求部門利潤 追求共同利潤，實(shí)現(xiàn)雙贏 滿足客戶需求 基本需求 深層次需求 與客戶的關(guān)系 零散型，關(guān)系較松散 伙伴型，關(guān)系緊密 我們可以得出結(jié)論，集裝箱配載系統(tǒng)為適應(yīng)現(xiàn)代物流管理發(fā)展的需要，就必須充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，全面規(guī)劃供應(yīng)鏈中的物流、信息流、資金流，通過應(yīng)用GPS定位技術(shù)、EDI技術(shù)、POS數(shù)據(jù)讀取系統(tǒng)等技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一的集裝箱、貨物、航線與商務(wù)等電子數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，建立與主要港口、代理、貨主以及海關(guān)、銀行、保險(xiǎn)、商檢等部門之間的橫向聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，為貨主提供方便快捷的信息服務(wù)，為推動(dòng)物流業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和信息化。在物流的交易條件、技

60、術(shù)裝備、單證文件、法律環(huán)境和管理手段等方面推行統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)物流全過程進(jìn)行適時(shí)的監(jiān)控和跟蹤管理。最終使得供應(yīng)鏈成員能夠及時(shí)有效地獲取需求信息并及時(shí)響應(yīng)，以滿足運(yùn)輸企業(yè)、集裝箱用戶和相關(guān)部門的數(shù)據(jù)交換與信息整合的自動(dòng)化處理需求，為充分發(fā)揮作為現(xiàn)代物流環(huán)節(jié)的作用打下基礎(chǔ)。 第三章 集裝箱船舶配載優(yōu)化設(shè)計(jì)與自動(dòng)配積載系統(tǒng)研究 3.1 集裝箱船舶配載優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)研究 編制集裝箱船配積載計(jì)劃過程中，積載人員在熟悉集裝箱船舶和貨箱資料的基礎(chǔ)上，不僅要考慮船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度和吃水差指標(biāo)要求，還要考慮如何最大限度地利用船舶箱位容量同時(shí)又盡可能減少倒箱；另

61、外還須考慮集裝箱在碼頭的堆存情況。概括起來需綜合考慮下列因素： 1）貨箱因素。包括航次訂艙箱量，航次訂艙總重量，航次裝卸港，箱子特征（如箱類、箱號(hào)、重量、尺碼等），場箱位。 2）船舶因素。包括船舶類型、船長、型寬、吃水載重量、艙室重心位置、靜水力參數(shù)等船舶性能數(shù)據(jù)和總箱位、甲板箱位、艙內(nèi)箱位、20ft.箱位、40ft.箱位、特殊箱位等箱位分布資料。 3）安全因素。包括穩(wěn)性、縱向強(qiáng)度、局部強(qiáng)度、吃水差及系固要求等。 4）其他因素。包括危險(xiǎn)箱、冷藏箱、超尺度箱等特殊箱裝載要求；中途港貨箱順利卸載要求；便于裝卸要求，縮短船舶在港停泊時(shí)間要求等。 上述因素在集裝箱船配積載過程中相互關(guān)聯(lián)，相

62、互影響，相互矛盾，使得配積載計(jì)劃編制變成復(fù)雜的多目標(biāo)組合優(yōu)化問題。其中大量復(fù)雜因素之間的關(guān)系不可能完全由數(shù)學(xué)方法建立優(yōu)化模型來解決，它在很大程度上還需依賴于經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)的分析與推理。知識(shí)工程學(xué)科的發(fā)展正使人們的注意力從數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)移到知識(shí)處理上來，謀求將那些具有不確定性的知識(shí)以約定的形式表示在計(jì)算機(jī)中，利用各種知識(shí)推理技術(shù)建立相應(yīng)的專家系統(tǒng)。 3.1.1 關(guān)于集裝箱船最適度穩(wěn)性的探討 在第二章中已經(jīng)論及集裝箱船必須具有合適穩(wěn)性的重要意義。合適的船舶穩(wěn)性必須滿足兩方面的要求。一方面，要求船舶保證滿足船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。當(dāng)然，即使當(dāng)船舶穩(wěn)性在滿足穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求時(shí)，船長也應(yīng)保持適當(dāng)?shù)闹?jǐn)慎。IM

63、O關(guān)于《所有類型船舶的完整穩(wěn)性規(guī)則》前言部分的第3款指出：“在本規(guī)則指定的全過程中，人們認(rèn)識(shí)到鑒于船舶的類型和大小及其營運(yùn)和環(huán)境上的狀況多樣性，防止船舶穩(wěn)性事故的安全問題一般來說尚未解決。特別是，海上航行船舶的安全涉及到復(fù)雜的、至今尚未得到適當(dāng)調(diào)查和了解的流體力學(xué)現(xiàn)象?！?在該規(guī)則的2.3.1款中還指出：“不論在何種情況下，符合穩(wěn)性衡準(zhǔn)既不能確保不會(huì)傾覆也不解除船長的責(zé)任。因此，船長應(yīng)注意到該年的季節(jié)、天氣預(yù)報(bào)和航行區(qū)域，謹(jǐn)慎行事并發(fā)揮良好的船藝，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)情況采取航速和航向方面的適當(dāng)措施?！绷硪环矫妫m當(dāng)?shù)姆€(wěn)性應(yīng)保證船舶具有合適的橫搖周期，并要求能減小綁扎設(shè)備的受力。在這方面，對(duì)于集裝箱船

64、舶來說，集裝箱綁扎系統(tǒng)的初穩(wěn)性高度設(shè)定值是一個(gè)很重要的技術(shù)數(shù)值。船廠根據(jù)這一設(shè)定值來計(jì)算集裝箱綁扎設(shè)備的受力，從而確定綁扎方式、綁扎設(shè)備的數(shù)量和設(shè)備的安全負(fù)荷的要求值。船舶綁扎系統(tǒng)是按照初穩(wěn)性高度的設(shè)定值設(shè)計(jì)的。當(dāng)船舶的初穩(wěn)性高度超過該值時(shí)，就可能使綁扎設(shè)備的受力超過設(shè)計(jì)負(fù)荷。從這一角度出發(fā)，對(duì)集裝箱船舶穩(wěn)性的要求可以理解成在保證足夠的前提下盡量保持較小的范圍。 1）集裝箱船穩(wěn)性的允許范圍 船舶初穩(wěn)性高度是滿足船舶穩(wěn)性衡準(zhǔn)最基本的條件，同時(shí)考慮集裝箱綁扎設(shè)備的受力等對(duì)船舶穩(wěn)性要求也體現(xiàn)在初穩(wěn)性高度設(shè)定值上，因此，對(duì)集裝箱船舶穩(wěn)性的合適范圍的要求可以體現(xiàn)在對(duì)初穩(wěn)性高度GM合適值的要求上。

65、（1）對(duì)集裝箱船舶最小穩(wěn)性的要求 從我國《法定規(guī)則》對(duì)集裝箱船舶的穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求可以看出，核算全面穩(wěn)性必須分別核算船舶的初穩(wěn)性、大傾角穩(wěn)性及動(dòng)穩(wěn)性。為了核算的方便，實(shí)踐中可以采用臨界穩(wěn)性高度GMc核算法，只要在某裝載狀態(tài)下的初穩(wěn)性高度GM ≥ GMc，則集裝箱船舶的穩(wěn)性一定會(huì)同時(shí)滿足《法定規(guī)則》基本穩(wěn)性衡準(zhǔn)和特殊穩(wěn)性衡準(zhǔn)的各項(xiàng)要求。GMc可以從船舶穩(wěn)性報(bào)告書中的GMc曲線圖查得，如資料中沒有該曲線圖，可以自行繪制。值得注意的是，臨界穩(wěn)性高度GMc只是根據(jù)《法定規(guī)則》的有關(guān)穩(wěn)性要求得出的最低標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)踐中，必要時(shí)可根據(jù)具體情況考慮一定的安全余量§GM，即保證船舶實(shí)際初穩(wěn)性高度GM滿足：GM ≥G

66、Mc＋§GM。 （2）對(duì)集裝箱船舶最大穩(wěn)性的要求 實(shí)踐中，多以船舶的橫搖周期來檢驗(yàn)和判斷船舶穩(wěn)性的優(yōu)劣。我國《法定規(guī)則》中提供的橫搖周期Tθ與初穩(wěn)性高度的GM0關(guān)系式為： Tθ = 0.58f ( s ) (3-1) 式中：B為船舶型寬( m )； KG0為所核算裝載狀態(tài)下船舶重心距基線高度( m )；GM0為所核算裝載狀態(tài)下船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度( m )，f為根據(jù)船寬吃水比確定的系數(shù)。 實(shí)踐中廣泛為船員采用的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式是： Tθ = ( s ) (3-2) 式中：B為船舶型寬( m )； GM0為所核算裝載狀態(tài)下船舶未經(jīng)自由液面修正的初穩(wěn)性高度( m )，C為橫搖周期系數(shù)，其值與船舶大小、形狀及重量分布等因素有關(guān)。對(duì)于不同類型的船舶，C的值約在0.64～0.94，平均值取0.8，一般船舶空載/壓載時(shí)取值較大，滿載時(shí)可取較小的值。另外，長寬比（L/B）和船長（L）大，而寬吃水比（B/d）小 的船，如集裝箱船舶，取值一