【正文】 n. a11x1+ a12x2 +a1nxn≤=≥b1 a21x1+ a22x2 +a2nxn≤=≥b2 (315) am1x1+ am2x2 +amnxn≤=≥bm x1,x2 ,xn≥0為了得到一種普遍適用的求解線性規(guī)劃問題，首先將一般線性規(guī)劃問題的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成標準形式。標準形式可表示成記號簡寫形式：maxZ=。. =bi ( i=1,2,,m), (316) xj≥0 (j=1,2,,n).標準形式也可表示成矩陣形式：maxZ=CX。. AX=b, (317) X≥0.式中C=（c1, c2, , ）,X=( x1, x2,,xn)T,A=, b=, 0=.在研究集裝箱船舶配載優(yōu)化問題中，考慮的關(guān)鍵問題受力優(yōu)化和穩(wěn)性優(yōu)化，這兩個優(yōu)化問題均屬于線性規(guī)劃問題。由于前者考慮集裝箱的縱向分布，而后者考慮集裝箱的垂向分布，兩者線性無關(guān)，所要解決的線性函數(shù)規(guī)劃問題存在最優(yōu)解。首先，對縱向受力進行一級優(yōu)化，求出使得集裝箱船所受總縱彎矩最小的各行位集裝箱的重量分布，然后對穩(wěn)性問題進行二級優(yōu)化，求出相應(yīng)行位中各層集裝箱的重量分布。 集裝箱船舶縱向受力優(yōu)化集裝箱船配載時對強度的考慮，主要是船舶的總縱強度，局部強度和扭轉(zhuǎn)強度。對于扭轉(zhuǎn)強度和橫向強度，可以在配載時控制各行箱位內(nèi)各種載荷重量分布和力矩左右對稱，盡量使扭矩最小。而局部強度主要根據(jù)使各部位集裝箱的垂向累計重量不超過甲板或艙底的允許堆積負荷而得到滿足，為此可在縱向受力的優(yōu)化模型中以約束條件來處理。因此，集裝箱船受力的優(yōu)化問題，可以考慮為使集裝箱在船上合理的縱向分布有利于船舶所受到的彎矩和剪力，使船體所受的靜水彎矩最小。油水等儲備的縱向分布確定后，約束條件僅與集裝箱參數(shù)有關(guān)，由于每行箱位集裝箱的重量分為甲板和艙內(nèi)兩個部分，則P(i) = Pd(i) + Ph(i) ，每排（行）集裝箱重量的限制為P(i) ≤ Pda + Pha （Pda和Pha分別表示在某一箱位上甲板和艙內(nèi)所能承載的最大重量）。綜上所述，集裝箱縱向受力的線性優(yōu)化模型可表示為：minMs(n) = M’(n) + aini ≤ P(i) ≤ bini. 0 ≤ P(i) ≤ Pda+Pha (i =1,2…u) (318) 式中，Ms(n)為船體站點n處的靜水彎矩；M’(n)為該站點除集裝箱外其他重量和浮力產(chǎn)生的靜水彎矩；為該站點集裝箱重量產(chǎn)生的靜水彎矩；P(i)為第i排（行）集裝箱重量；ni為第i排（行）的集裝箱容量；ai為空箱集裝箱重量；bi為最重箱集裝箱重量；P為集裝箱的總重量；u為集裝箱總行位數(shù)。假設(shè)所有箱位均裝有集裝箱，如果實際的裝箱數(shù)少于總箱位容量，則空余的箱位重量取0。 集裝箱船舶配載穩(wěn)性優(yōu)化模型設(shè)第k層集裝箱重心距基線高為Zk(為已知量)，第i排（行）箱位共有Vi，則全船集裝箱的垂向重量力矩為：Mp(Z)=。船舶合重心位置KG為：KG=，經(jīng)變換并令Mc=Mb(Zb) + Δ0Z0+Mg(Zg)，得：Mp(Z)=KGΔ－Mc (319)在一定排水量Δ條件下，如果事先擬定壓載和油水裝載方案，則式中只有KG一個變量，如果給定KG的最優(yōu)值KG*（可以通過KG*=KM－GM*求得），則可找到相應(yīng)的Mp* (Z) =KG*Δ－Mc。在前面的縱向受力優(yōu)化分析中，已經(jīng)求出使得集裝箱船所受總縱彎矩最小的各行位集裝箱的重量分布P(i)?，F(xiàn)假設(shè)各行位集裝箱重量分布服從此結(jié)果，具體分配到各行箱位的最優(yōu)集裝箱垂向重量力矩與各行位的集裝箱重量最優(yōu)解呈線形比例?？紤]到實際裝載時，有時可能根據(jù)實際情況需要把指定的某些集裝箱裝載于確定的箱位上，設(shè)有r只集裝箱限定裝于第l行甲板上，重量為Pli，其合重心距基線高度為Zli(一般按下重下輕原則確定其垂向分布)。令其余集裝箱合重心高度KG1*=，且i =l 時，則第l行集裝箱的最佳垂向力矩為MZ*(l)：MZ*(l)=+ KG1*(P(l)－) (320)在求出各行箱位集裝箱垂向重量矩的基礎(chǔ)上，可進一步求出相應(yīng)行位中各層集裝箱的重量分布。其線性優(yōu)化模型為：minMZ’(i)=M Z * (i)－ . =P(i) (321) ai(k)ni(k)≤Pi(k) ≤ bi(k) ni(k)式中，ni(k)為第i行，k層的箱位數(shù)，ai(k)、bi(k) 分別為空箱集裝箱重量；bi為最重箱集裝箱重量。 集裝箱船舶自動配積載系統(tǒng)研究傳統(tǒng)集裝箱船配載主要依賴于人類經(jīng)驗知識，需要人工腦力作業(yè)進行箱位的選配，在處理配積載過程中往往是那些不規(guī)范的經(jīng)驗性知識，同時，在配積載準確性和快速性的改善程度上存在一定的局限性。為解決復(fù)雜的依賴于人類經(jīng)驗知識的問題，專門設(shè)計基于知識推理技術(shù)的集裝箱船自動配積載專家系統(tǒng)，為提高集裝箱船配積載的智能化水平，探索知識工程理論在集裝箱運輸管理問題上的應(yīng)用提供參考。 集裝箱船舶自動配積載系統(tǒng)設(shè)計思想集裝箱船自動配積載專家系統(tǒng)系統(tǒng)對配積載過程進行分析，逐級劃分系統(tǒng)目標，以確定采用的模型，并采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法分別設(shè)計了各大功能模塊。對配積載問題中存在的一些比較規(guī)范的部分，如確定港序、選配普通箱、保持船舶前后左右重量對稱分布等因素，可按多年來形成的規(guī)范原則進行。這些原則以計算機處理模式表示即為配載算法模型。而為保證集裝箱船舶與貨箱的安全，必須在配積載中不斷對船舶穩(wěn)性、強度、吃水差等指標進行校核，其校核算法模型可依據(jù)于有關(guān)的規(guī)范和特定的公式。整個系統(tǒng)主要由二庫三系統(tǒng)組成：知識庫和數(shù)據(jù)庫，知識庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和自動配載系統(tǒng)。1）數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含有自動配積載所需的初始事實數(shù)據(jù)、配積載推理過程中得到的各種中間信息和最后結(jié)果以及其他輔助信息數(shù)據(jù)。由基本數(shù)據(jù)庫的原始數(shù)據(jù)錄入后可生成許多動態(tài)數(shù)據(jù)庫，用以記錄推理中間結(jié)果。 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成對原始數(shù)據(jù)、錄入數(shù)據(jù)、中間動態(tài)數(shù)據(jù)和最終結(jié)果的管理與維護，并保證系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性。2）知識庫與知識庫管理系統(tǒng) 知識庫是集裝箱船自動配積載專家系統(tǒng)的核心，由集裝箱船配積載基本要求和咨詢的專家經(jīng)驗性知識構(gòu)成。設(shè)計知識庫時除以合理的形式表達規(guī)則外，還使知識庫所存規(guī)則形成多層次結(jié)構(gòu)，將規(guī)則按層次關(guān)系設(shè)計成網(wǎng)樹狀結(jié)構(gòu)模式，從而簡化知識庫的搜索路徑，節(jié)約搜索時間，提高整個集裝箱船配積載系統(tǒng)的效率。 知識庫管理系統(tǒng)負責(zé)對知識庫的維護、更新和咨詢。設(shè)計知識庫時同時建立索引文件用來存儲以不同代碼表示的各條規(guī)則在知識庫中的首位置，以方便對知識庫的增添、刪除、修改、查詢、檢查等，并可利用計算機屏幕窗口，通過人機對話方式實現(xiàn)對知識庫的管理。 對于配積載過程中所涉及到一些純粹依賴于積載人員經(jīng)驗知識的且有較大隨機性和再學(xué)習(xí)性的問題，須借助于知識推理技術(shù)來完成。設(shè)計知識庫管理系統(tǒng)時采用示教機器學(xué)習(xí)的方式來改進和完善系統(tǒng)知識庫，由配積載領(lǐng)域的專家（如船長、大副、碼頭配積載中心人員）向系統(tǒng)的學(xué)習(xí)部分提供某些動態(tài)經(jīng)驗性知識，學(xué)習(xí)模塊利用這些信息修改知識庫，以增進系統(tǒng)推理執(zhí)行模塊完成自動配積載的效能。3）自動配積載系統(tǒng) 由于集裝箱船自動配積載專家系統(tǒng)信息處理量大，積載過程中要求有更多的人機對話環(huán)境，系統(tǒng)特設(shè)自動配積載主系統(tǒng)，用于調(diào)用和運行數(shù)據(jù)庫、知識庫，并盡量使配積載輸出結(jié)果能滿足積載人員的個性化要求。執(zhí)行該主系統(tǒng)后，即可按照集裝箱船配積載具體操作順序完成積載任務(wù)，并在輸出端提供對配積載結(jié)果的查詢、顯示、打印等功能。 集裝箱船舶自動配積載專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集裝箱船舶自動配積載專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可用圖32表示：領(lǐng)域?qū)＜遗浞e載人員配積載結(jié)果人機界面控制模塊自動配積載系統(tǒng)綜合性專家意見使用匹配原理，經(jīng)過推理數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)知識庫管理系統(tǒng)知識庫 危險品箱知識庫特殊箱選配知識庫冷藏箱知識庫船舶數(shù)據(jù)庫儲存與集裝箱有關(guān)的所有信息，如裝箱單、箱號、箱型、尺碼、重量、裝貨港、卸貨港、備注等。平臺箱知識庫超尺度箱知識庫危險品箱之間隔離互抵箱隔離知識庫集裝箱數(shù)據(jù)庫包括船舶基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫、船舶性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫、船舶箱位數(shù)據(jù)庫和安全校核參數(shù)數(shù)據(jù)庫。危險品箱與冷藏箱等之間隔離20ft箱40ft箱選配知識庫堆場數(shù)據(jù)庫主要儲存航次訂艙的箱子在堆場上的實際堆放情況，包括每個集裝箱的箱區(qū)號、位號、列號、層號等場箱位。垂向箱位選配知識庫強重箱輕弱箱選配知識庫卸貨港序知識庫縱向強度指標知識庫（優(yōu)化模塊）穩(wěn)性指標知識庫（優(yōu)化模塊）輔助工具庫包括航次港名和港序代碼庫、推理規(guī)則代碼庫等。校核指標知識庫船舶浮態(tài)指標知識庫局部強度、扭轉(zhuǎn)強度指標知識庫圖32 集裝箱船舶自動配積載專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第四章 現(xiàn)代物流管理下的集裝箱船舶配載系統(tǒng)的實現(xiàn) 供應(yīng)鏈管理下的集裝箱船舶配載系統(tǒng)的研究 供應(yīng)鏈管理理論 綜觀當今國際集裝箱航運業(yè)，從早先的集裝箱服務(wù)到多式聯(lián)運（門到門）及與當?shù)剡\輸客戶有關(guān)的額外增值服務(wù)，到80年代的供應(yīng)鏈管理及現(xiàn)在向電子信息技術(shù)方面的發(fā)展，可以看出，航運企業(yè)已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)貨代和運輸單一服務(wù)的狹隘性，而擴充至全球性綜合物流服務(wù)。尤其是90年代以來，在企業(yè)國際浪潮的影響下，綜合物流已成為貨主關(guān)注的焦點。貨主的企業(yè)戰(zhàn)略都不同程度地從生產(chǎn)與營銷導(dǎo)向型向市場與服務(wù)型轉(zhuǎn)變，在經(jīng)營戰(zhàn)略上實施總體物流合理化的策略，以提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)—營銷過程的連續(xù)、順暢。因此，要求航運企業(yè)不應(yīng)僅僅停留在單一的海運活動上，而應(yīng)向貨主的整個物流過程提供全方位服務(wù)。隨著客戶對服務(wù)需求和時間的不斷提高以及產(chǎn)業(yè)全球化和組織一體化的發(fā)展，我們正在進入供應(yīng)鏈競爭時代。從某種意義上來說，真正的競爭已經(jīng)不是公司與公司之間的競爭而是供應(yīng)鏈與供應(yīng)鏈之間的競爭。供應(yīng)鏈是一種由組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，這種組織網(wǎng)絡(luò)通過上游和下游的連接，設(shè)計不同的過程和服務(wù)，這些過程和服務(wù)以到最終消費者手中的產(chǎn)品和服務(wù)來產(chǎn)生價值。供應(yīng)鏈管理則把供應(yīng)鏈上的各個企業(yè)作為一個不可分割的整體，使供應(yīng)鏈上各企業(yè)分擔(dān)的采購、生產(chǎn)、分銷和銷售等成為一個協(xié)調(diào)發(fā)展的有機體。供應(yīng)鏈管理的概念不僅僅是物流的邏輯延伸。物流管理主要關(guān)注在于組織內(nèi)部對“流”的優(yōu)化，而供應(yīng)鏈管理認識到僅僅由其自身進行內(nèi)部整合是不夠的，而應(yīng)該是將上游延伸到供應(yīng)商，下游延伸到客戶，達到外部整合，如圖41所示。供應(yīng)鏈管理是建立在這一框架的基礎(chǔ)上，尋求在其組織與供應(yīng)商和客戶的過程之間實現(xiàn)連接和協(xié)調(diào)。供應(yīng)鏈管理著眼于合作和信任，為了使供應(yīng)鏈上的所有合作者獲得更多的利潤，是一種基于“聯(lián)系”的管理。需求商供應(yīng)鏈管理供應(yīng)商圖41 供應(yīng)鏈管理的外部整合可以看出，供應(yīng)鏈從建立合作制造或戰(zhàn)略伙伴關(guān)系的新思維出發(fā)，從產(chǎn)品生命線的“源”頭開始，到產(chǎn)品內(nèi)消費市場的“匯”，從全局和整體的角度考慮產(chǎn)品的競爭力，使供應(yīng)鏈從一種運作性的模式上升為一種管理性的方法體系。在此體系下的競爭模式稱為“供應(yīng)鏈競爭”，它需要對迅速變化的市場更加迅速響應(yīng)，并且產(chǎn)生更加連續(xù)和可靠的價值配送系統(tǒng)，這種需要要求作為一個整體的供應(yīng)鏈集中于圍繞著他們所要達到的目標而運作。 供應(yīng)鏈管理理論下的集裝箱船舶配載系統(tǒng)的特點柔性化、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(yīng)鏈中一個重要節(jié)點的集裝箱船配載，它在現(xiàn)代物流的供應(yīng)鏈管理及其競爭中應(yīng)發(fā)揮其應(yīng)有的作用。1）組織的快速反應(yīng)和柔性化的滿足需求在今天準時制（JIT）的世界中，具有快速響應(yīng)客戶需求的能力是非常關(guān)鍵的?？蛻舨粌H需要更短的前置時間，還在尋求柔性及解決他們存在的方法。也就是說，供應(yīng)商需要比從前在更短的時間內(nèi)滿足客戶每一個精確的需要。在迅速變化的市場環(huán)境中，“敏捷”比長期戰(zhàn)略計劃更為重要，組織更多是由需求驅(qū)動而不是預(yù)測驅(qū)動。目前集裝箱航運公司掌握待運貨源的主要方法由兩種：暫時訂艙和確定訂艙。暫時訂艙通常在船舶到港前30天左右提出，由于掌握貨源的時間太早，因此，對這些貨物能否裝載預(yù)定的船舶，以及這些貨物最終托運的數(shù)量是否準確，都難以確定。確定訂艙通常在船舶到港前7~10天左右提出，一般來說，航運公司能夠提供客戶具體的船名、裝船日期。公司根據(jù)所托運貨物運輸要求和配備集裝箱的箱位情況，決定是否接受這些貨物的托運申請。在航運公司兼并、聯(lián)盟的今天，航期趨于頻短，根據(jù)消費需求“多品種、小批量、多批次、短周期”的特點，靈活組織和實施物流作業(yè)，這對客戶而言意味著備貨時間差可以縮短得更短且比較確定。在此條件下，訂艙時間的越是提前，即客戶定單周期就越長，客戶定單周期越長勢必導(dǎo)致物流備貨時間就越長，其關(guān)系可用圖42說明。因此從快速響應(yīng)客戶需求的角度來看，縮短客戶定單周期，可以減少物流備貨時間，從而使供應(yīng)鏈整合更緊密。利用EDI（電子數(shù)字交換）系統(tǒng)對實際需求信息的了解，減少了一次大量生產(chǎn)，減少了存貨，因此減少了物流管道的長度。縮短管道的好處是生產(chǎn)的成本被降低，這是因為轉(zhuǎn)向新產(chǎn)品生產(chǎn)時，不需要處理過時的存貨，清理管道的時間也縮短了?！傲銕齑妗鄙a(chǎn)理論上是管道的存貨為零，實際上，也就具備了生產(chǎn)多種產(chǎn)品的能力。這對迎合客戶的