自动化集装箱码头设计与仿真：决策支持系统成功实施

应用于微观的自动化集装箱码头整体仿真模型的决策支持系统，由于涉及众多环节的物流决策，使得该系统变得复杂而庞大。多智能体系统可以将复杂问题简化为众多相对简单、独立的小问题，从而降低问题的复杂程度，因此，本文选用多智能体系统方法来构建仿真模型的决策支持系统。

孙卓等人［12-13］，应用多智能难题系统构建了集装箱码头仿真系统的应用层。但是在文献［12-13］的研究中，多智能体系统的智能主体主要有仿真系统中的实体构成（例如场桥、集卡等）而不包含决策方法。在关于集装箱码头运作管理的文献［41-42］中，一些决策方法被当作多智能体系统中的智能主体，但是这类文献大都是关于某一特定优化问题的研究，缺少集装箱码头整体作业决策的功能。

为使决策方法可以融入仿真系统主程序，同时决策方法又可以保留一定的独立性，本文构建的多智能体决策支持系统中包含了两类智能体：决策型智能体和服务型智能体。该多智能体系统如图111-3所示。

图11-13中，决策型智能体以六边形标识，主要功能是根据服务型智能体提供的相关信息进行决策，输出决策结果。服务型智能体以椭圆形标识，主要功能是紧密连接仿真进程及仿真事件，根据仿真运行的情况，为决策型智能体提供详细的决策信息同时将决策型智能体的最终决策结果反馈于仿真系统。如图11-13所示多智能体决策支持系统，通过决策型多智能体和服务型多智能体的应用，使得仿真过程的决策方法可以相对独立的应用于集装箱码头整体仿真模型中，使得仿真模型更具柔性，将各类型决策方法聚合成一个整体的决策系统的同时，以保证各个决策方法自身的相对独立性。

图11-13中⑥表示船舶预报后，箱位计划智能体根据船舶在港装卸箱信息以及场地信息制订出口箱场地计划，以便保证出口箱在船舶到达前12 h可以全部收箱结束。在①事件中，当船舶到达时，在事件②船舶服务智能体将船舶的型号、装卸箱信息提供给泊位指派智能体，泊位指派智能体为船舶指定了靠泊位置后，在事件③中岸桥指派智能体根据装卸箱量及船舶靠泊位置为船舶指派一定数量的岸桥，同时将指派任务分配给各岸桥。在事件⑦中，当船舶到达后，船舶服务智能体将船舶进口箱（包含中转箱）信息发送给箱位指派智能体，箱位指派智能体为该船舶进口箱（包含中转箱）制订堆存计划。在事件①中，若船舶所有装卸作业完成，船舶服务智能体决定船舶可以离开，同时开始统计该条船舶装卸作业情况。在事件⑤中，若船舶离开，且暂时无船舶靠泊，及码头处于相对空闲状态，船舶服务智能体触发箱区整理计划智能体，开始制订相应的箱区整理计划。在事件④中，岸桥指派完成后，装卸作业发布智能体给各个岸桥发布一定数量装卸船舶作业。紧接着事件⑩中，触发船舶装卸顺序优化智能体，确定每个岸桥装卸作业序列。事件⑧中，当箱区整理计划完成后，整理箱区时，场桥及梭车装卸作业任务被发布给对应的场桥及梭车。事件⑨中，装卸作业发布智能体读取装卸船舶作业任务对应的目标集装箱所在的箱区堆存位置信息，并根据这些信息和岸桥装卸顺序信息生成详细的装卸船舶任务信息发布于船舶装卸列表中。

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图11-13　多智能体决策支持系统

在图11-13中事件若外集卡到达，外集卡服务智能体根据外集卡任务以及外集卡目标箱区排队情况，决定外集卡是进入还是等待。事件中，提箱/收箱（集港）任务发布智能体，根据外集卡任务情况，生成提箱/收箱详细任务信息，并发布于提/收箱任务列表中。在事件中，若外集卡任务完成，外集卡服务智能体决定外集卡离开，将外集卡作业状态更新为完成，让外集卡离开码头。

在图11-13中方框部分是集装箱码头装卸作业优化的核心部分。其中，船舶装卸顺序优化智能体涉及装卸船作业序列优化，水平运输任务分配智能体涉及水平运输任务调度，梭车装卸顺序优化智能体涉及场内各类自动化设备协同作业优化，这些内容学者们研究较多，是自动化集装箱码头作业优化问题中较为核心的研究课题，可以在多智能体系统中加入不同的优化方法。在自动化集装箱码头整体仿真模型中，多智能体系统的应用，目的之一也是为了在仿真中测试不同的作业优化方法。

由于研究案例中轨道梭车式自动化集装箱码头每箱区配置两台自动化轨道龙门吊，所以场桥任务分配相对简单，故场桥任务分配智能体以较简单规则进行分配。在图11-13中方框部分，当岸边装卸任务及陆侧端收箱/提箱任务被详细给出后，在事件⑩中，船舶装卸顺序优化智能体为每一个岸桥确定每一个任务的作业顺序。在事件和中，场桥任务分配智能体，将各类作业任务，根据目标集装箱位置分配给对应场桥，并写入场桥装卸任务列表中。在事件和中，运输任务发布智能体，将岸边装卸任务及陆侧收/提箱所需要涉及的运输任务在运输任务列表中发布，同时涉及梭车作业任务，指派给对应梭车，并写入到梭车自身任务列表中。事件中，运输任务分配智能体根据运输设备种类，将每一个作业以指令形式逐个发布给对应运输设备。事件中，梭车装卸顺序优化智能体优化梭车任务列表中任务执行顺序。事件中，在场内装卸作业过程中，协调岸边及场内相关作业。