【正文】 舶安全1）特殊箱裝載問題在各種集裝箱的配載要求上，危險品箱、冷藏箱、平臺箱等的特殊裝載要求必須予以特別考慮。在我國《法定規(guī)則》中，對裝載集裝箱的專用和非專用船舶，除要求其滿足對普通船舶穩(wěn)性的各項基本衡準指標要求外，還提出了兩項穩(wěn)性的特殊衡準要求。 集裝箱船舶對穩(wěn)性的要求較一般雜貨船舶更加嚴格由于集裝箱船舶經常在甲板上裝載數(shù)量較多的集裝箱，故其重心高度比一般貨船高，且水線以上受風面積大，對船舶穩(wěn)性更為不利。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，會導致船舶重心提高，影響船舶的穩(wěn)性，有時甚至形成負的初穩(wěn)性高度。 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，通常是指船舶的標準箱（TEU，Twenty Equivalent Unit）容量，即集裝箱船舶所能承載的最大標準集裝箱的數(shù)量，箱位容量是表示集裝箱船舶大小的重要標志。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、自動化、智能化已成為21世紀現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢，作為現(xiàn)代物流與供應鏈中一個重要節(jié)點的集裝箱船上配載，它在現(xiàn)代物流的作用已漸趨明顯，特別是在減少集裝箱貨運事故提高集裝箱的安全性、加強與客戶的合作程度、提供客戶的柔性化服務等方面均大有用武之地。課題的研究意義1）有利于提高集裝箱船舶技術管理水平現(xiàn)代集裝箱船舶的大型化和高效化給提高船舶運輸生產效率提供了可能，但船、岸工作人員能否適應現(xiàn)代大型集裝箱船舶的運輸管理要求則成為船舶的效益優(yōu)勢能否得到充分發(fā)揮的關鍵，解決人—機之間不相適應的矛盾在于提高船岸集裝箱配載人員的技術管理手段和技術管理水平，提高人員的工作效率和工作質量。一方面，從配載的內部要求而言，一套先進實用的操作管理軟件應該是基于豐富的操作管理經驗和先進的IT技術推出的，通過先進的技術平臺和各種優(yōu)化算法，它能夠確保船舶安全、經濟，貨物質量完好，實現(xiàn)動態(tài)實時、自動計劃和檢測、智能回放和預演、用戶報表自定義等目標。同時配載結果的表現(xiàn)形式—配載圖也是裝卸公司裝船、卸船以及發(fā)生貨損貨差時要求索賠、劃分責任的重要依據。現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢是信息化、自動化、網絡化、智能化、柔性化。在軟件實現(xiàn)方面，以智能決策支持系統(tǒng)作為系統(tǒng)框架，利用面向對象的Windows編程技術，綜合利用數(shù)據庫技術、網絡技術等計算機領域的新成果，從而使系統(tǒng)具有操作直觀方便、數(shù)據查詢快捷、智能化程度高等特點。校核流程一般為：積載—計算浮態(tài)—計算穩(wěn)性—計算強度，逐步校核并判斷。這些計算機配載系統(tǒng)的研究和開發(fā)為船舶的穩(wěn)性、吃水差、彎矩、扭矩和局部強度等性能的全面校核奠定了良好的基礎。引 言一、 選題背景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，當時船舶的穩(wěn)性、吃水差和強度的計算一般由人工完成，集裝箱配載圖也由人工填制，工作效率很低。從90年代開始，隨著微型計算機技術的發(fā)展和廣泛應用，集裝箱船舶配積載系統(tǒng)技術和應用也得到了新的進展。在配載過程中，一般先自動配載，再進行人工干預配載，這樣交互進行。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有30多年的歷史，但由于問題的復雜性，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化階段。傳統(tǒng)集裝箱船上配載已不再適應這種形勢的發(fā)展，而依靠數(shù)據庫技術、電子訂貨系統(tǒng)（EOS）、電子數(shù)據交換（EDI）、快速反應（QR）、自動識別系統(tǒng)、貨物自動跟蹤系統(tǒng)、計算機通訊網絡技術、專家系統(tǒng)、彈性制造系統(tǒng)（FMS）等技術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。同時，本課題從現(xiàn)代物流的觀點來分析現(xiàn)代物流管理理論對集裝箱配載系統(tǒng)提出的新要求，從而得到結論，作為現(xiàn)代物流與供應鏈中一個重要節(jié)點的集裝箱船上配載，它更是兼?zhèn)湮锪鞯倪\輸、儲存、配送之功能。而且，系統(tǒng)本身應體現(xiàn)適當?shù)南冗M性，同時兼顧滿足可能發(fā)生的手工和應急處理的需要，并具有流程合理、功能完善、使用方便、運行可靠等功能；另一方面，從供應鏈管理來看，基于現(xiàn)代數(shù)據交換平臺和定位、信息系統(tǒng)上的配載系統(tǒng)管理在現(xiàn)代物流中需發(fā)揮主動性和柔性化服務，在物流發(fā)展的信息化、自動化、智能化等方面發(fā)揮其應有的作用。2）優(yōu)化集裝箱船舶的配載方案集裝箱船舶的航行性能、結構、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，其中也包括在實踐中積累的可貴的經驗，但許多已不能滿足物流的發(fā)展需要。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、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、自動配積載系統(tǒng)的設計思路；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鏈節(jié)點的作用；4）在配載系統(tǒng)和集裝箱用戶之間建立電子數(shù)據交換平臺，以滿足運輸企業(yè)、集裝箱用戶和相關部門的數(shù)據交換與信息整合的自動化處理的需要。同時，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，即所裝運的集裝箱重量不能超過船舶在具體航次中能夠裝運貨物重量的最大限量。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。另外，在裝卸時由于左右重量的不均衡將使船舶產生較大的橫傾，這為集裝箱船舶的橫傾限制所不允許。而《IMO穩(wěn)性規(guī)則》則對于船長大于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項完整穩(wěn)性的衡準要求，以代替《IMO穩(wěn)性規(guī)則》對各種類型船舶完整穩(wěn)性基本衡準要求中除天氣衡準以外的前6項要求。危險貨集裝箱應配置在遠離機艙、熱源及船員生活、工作區(qū)，且便于監(jiān)視和拋棄，又有良好的通風的安全處所。 冷藏集裝箱裝船后多數(shù)需要船舶電站連續(xù)提供電源。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，其主要考慮點可用圖11表示。弄清楚本船的裝箱容量，對于能否承運更多的集裝箱非常重要，否則就會出現(xiàn)箱位不夠而必須退箱或浪費箱位的現(xiàn)象。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。 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?shù)臋M搖周期。在保證船舶扭轉強度和橫向強度方面，應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左右對稱分布。當20英尺箱、40英尺箱混裝時，一個基本原則是，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構而定。一方面，編制集裝箱配載計劃時，要對船舶在整個航線的掛靠順序、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間均勻分配和裝卸橋自動吊具、大車沿岸移動時間等問題，以滿足船舶快速裝卸的要求。l 預配過程集裝箱船的預配工作是由船公司配積載部門、船舶代理或船上大副承擔。該圖繪制后需及時送交集裝箱裝卸公司。l 審核過程集裝箱船的初配積載計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。3） 編制集裝箱實配積載文件集裝箱積載計劃在裝箱過程中會因某些原因需要作一些修改。在此過程中，為了方便于配箱的需要，通常要對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：危險品箱；次次排序碼：冷藏箱。”的順序排列，然后完成普通箱的裝載操作。接著，根據把計算結果與規(guī)則、規(guī)范中規(guī)定的衡準指標或船舶設計中提供的要求值相比較校核，如有不符，重新調整集裝箱的位置分配或壓載水方案，直至滿足要求為止。2）集裝箱裝載單個集裝箱信息輸入與顯示，即單個集裝箱類型、尺寸、高度、重量、重心、垂向坐標、箱位號、箱格順序號、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；快速裝卸單個箱和全部集裝箱；顯示全部裝船集裝箱清單；修改、恢復單個箱信息。6）打印功能主菜單下選擇報告打印按鈕，即可打印本次積載過程報告的封面、重量總結表、油水裝載情況總結表、縱傾及穩(wěn)性計算圖表、強度計算圖表、集裝箱裝載清單、集裝箱Bay圖等。 k=1,2, …v。 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、供應品等要素空船要素計算與繪圖 重心坐標（X、Y、Z）船舶總重量△ 查船舶資料，獲取相關參數(shù) 自由液面修正計算初穩(wěn)性高度GM、不同橫傾角下的復原力臂GZ風壓傾側力臂lf繪制靜穩(wěn)性曲線圖繪制動穩(wěn)性曲線圖橫搖角、進水角修正結果校核最大靜穩(wěn)性力臂初穩(wěn)性高度穩(wěn)性衡準數(shù)風壓靜傾角穩(wěn)性消失角極限靜傾角我國《法定規(guī)則》對裝載集裝箱船舶穩(wěn)性的衡準指標要求K≥1≤min{12゜,θim}≥55゜≥30゜≥≥圖22 集裝箱船舶穩(wěn)性計算校核流程圖 集裝箱船舶吃水、吃水差的計算和核準1）根據船舶排水量△，船舶重心縱向坐標X，以及查船舶資料得到的船舶平均吃水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，計算吃水差t、首吃水dF和尾吃水dA。 集裝箱船舶的總縱強度校核校核集裝箱船舶的總縱強度狀況必須計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，得到該位置實際剪力和彎矩占允許值的百分比，從而判斷船舶總縱強度情況。即：ws(x) = w0(x) + wg(x) + wf(x) + P(x) （220）浮力曲線bs(x)應根據相應裝載實際平衡位置，采用逐步逼近法求得。2）波浪剪力和波浪彎矩計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，圓周上任一點的軌跡）為研究對象，并取波長等于船長L（此狀態(tài)為船體受力最不利狀態(tài)）。3）集裝箱船舶總縱強度校核流程圖根據以上分析，集裝箱總縱強度校核流程圖可設計為如圖23所示：空船重量曲線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xbk逐次逼近計算吃水和吃水差檢查平衡位置，是否符合條件：V Vk≤, xg xbk ≤ 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Nw和波浪彎矩Mw實際剪力N和實際彎矩M船體各段實際剪力N和實際彎矩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，結束圖23 集裝箱船舶總縱強度校核流程圖 現(xiàn)代物流管理對集裝箱船舶配載系統(tǒng)的要求 在操作性方面集裝箱船配積載不僅是集裝箱運輸管理工作中的重要環(huán)節(jié)，同時也是現(xiàn)代物流中關鍵性環(huán)節(jié)之一，它的工作成效直接關系到集裝箱營運管理、碼頭經營管理效率的高低，同時也會影響到整個物流體系的共同利益。這些軟件采用可視化窗口界面編程工具設計，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、強度和吃水差等性能數(shù)據的功能。傳統(tǒng)的配載只能被動地接受貨物，只停留在配載—調整—再配載的操作階段；3）缺乏配載方案的評估系統(tǒng)。目前各種專家智能系統(tǒng)在諸如醫(yī)療診斷、氣象預報、故障診斷等領域中得到廣泛的應用，并起著巨大的作用。為此，我們在分析集裝箱配載中目標因素的基礎上，利用線形規(guī)劃（線性優(yōu)化）尋求目標函數(shù)最優(yōu)值的方法來解決這個問題。該種評價方法的關鍵是建立船舶配載評價的標準集。該值的獲取可以是專家經驗或統(tǒng)計資料分析，也可以通過優(yōu)化得出。在實踐中，船舶裝載狀況很多，對每一種裝載狀況的評價標準也應有所不同，也就是說評價標準是同具體裝載狀況相聯(lián)系的。在物流管理的戰(zhàn)略目標的實現(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)的特點可歸納為以下幾個方面：1）提供最安全的保障在整個物流過程中，集裝箱船上配積載具有管理時間長，海上運輸條件特殊，特別是它兼?zhèn)溥\輸、儲存、配送多項功能之特點。正如前面已經論述，保證貨物的質量是集裝箱船上配積載的基本原則，而這也正是現(xiàn)代物流對集裝箱船上配積載提出的要求。在服務需求趨向小批量、多樣化和多元化、個性化的情況下，零庫存是物流服務貨主需要發(fā)展專業(yè)化、個性化和柔性化的服務項目之一。為達到完美的供給鏈控制，掌握管道的實時信息是必需的。這種轉變是由于經濟的全球化趨勢，導致供給鏈的延長，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，會影響整個系統(tǒng)的運作。通過以上分析，我們已經知道現(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)的特點和要求，采用比較分析方法，現(xiàn)具體列表21說明如下： 表21 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簡單、單一具體，柔性化服務客戶對箱位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，實現(xiàn)雙贏滿足客戶需求基本需求深層次需求與客戶的關系零