天津市滨海新区科学技术奖推荐书(科学技术进步奖)

1天津市滨海新区科学技术奖推荐书（科学技术进步奖）一、项目的基本情况项目类别：（开发、公益、推广、重大工程）推荐等级：二等奖编号：项目名称港口物流系统优化决策平台研究成果登记号主要完成人（按贡献大小排序）赵彦虎，李勋，安国利，杨荣，李强，宓为建，苌道方，易应强，余知，肖杨主要完成单位（按贡献大小排序）（盖章）天津港（集团）有限公司联系人李强手机[phone]邮箱[e-mail]推荐单位（盖章）天津港（集团）有限公司项目名称可否公布可密级及保密期限无主题词港口；物流；优化；决策本项目曾获奖情况无专业分类名称代码交通运输223所属国民经济行业F项目来源任务下达单位计划类型计划编号项目名称委托单位计划内项目中华人民共和国交通运输部部行业联合科技攻关2009353312190港口物流系统优化决策平台研究项目起止时间起始:2009年4月完成：2010年12月项目单位产学研合作单位上海海事大学单位经济状况（第一完成单位）年份产值（万元）总收入（万元）利润（万元）上缴税金（万元）20091,554,2501,554,25082,88459,00920102,015,7012,015,701158,72078,75820112,211,0002,211,000200,896100,3522二、项目简介项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况：“港口物流系统优化决策平台研究”是交通运输部行业联合科技攻关项目，项目合同编号2009353312190。该项目运用数学规划、知识系统、智能优化和系统仿真等技术方法，从低能耗、高效率的角度，对港口集装箱码头的空间资源和设备资源的合理调度进行了深入研究。主要内容包括：(1)研究了集装箱码头以高能效为目标的优化决策理论模型，建立了基于知识的集装箱码头泊位与岸桥分配系统；(2)建立了基于规则的作业线调度决策支持系统，为集装箱码头作业线调度提供了合理方案；(3)建立了码头堆场分配知识模型，以获取堆场分配的较优方案；(4)构建了集装箱码头物流系统优化决策平台CTORS，实现码头生产流程的预演和优化。优化决策平台的功能包括三个方面：一是构建集装箱码头整体智能决策系统，在该系统内对不同方案进行验证，选择较优的方案。二是利用人工智能（AI）技术建立码头核心流程（如堆场计划、堆场选位、智能配载等）智能模型，通过仿真来验证智能模型的有效性。三是研究设计出有效的决策指标对集装箱港口运作状况加以准确的评价，并能合理反映集装箱港口的硬件设备组合、吞吐能力预测、使用强度约束、成本进度估算等。该平台重点进行了集装箱码头营运分析、优化和评价。主要包括：对港口及其各码头泊位内与能耗相关的工艺和设备进行分析，最终从节能的角度为港口营运系统的分析与决策提供统一的平台；对港口营运中各种计划，特别是集疏运计划、泊位计划、场地分配、船舶配载等进行优化决策研究，集合知识工程、人工智能，以及各种优化技术建立港口营运优化模型；从高能效的角度出发，采用知识工程和人工智能相结合的技术，对港口中各种资源的调度，如作业线调度、场桥调度、集装箱进场选位等进行系统的优化研究，建立港口资源智能调度模型，最终形成一个港口资源智能调度决策系统；构建集装箱码头生产营运评价模型，使系统决策的评价指标更加准确、有效，为运作效率和决策模块提供了必要的理论依据和方法。该项目经交通运输部专家鉴定达到国际先进水平，并已在天津港太平洋国际集装箱码头公司进行了应用示范，具有很好的推广价值和应用前景。（不超过800字）3三、项目详细内容1.立项背景工业、农业、商贸和服务业等都要现代物流业来支撑，离开现代物流业，就无从谈起经济发展。现代物流业发展水平已成为评估一个地区经济发展程度的重要指标。港口作为现代物流体系的重要组成部分，必须改变传统单一的货物装卸运输功能，向提供现代物流服务的方向发展。因此，依托港口发展现代物流，已成为港口寻求长远发展、增强竞争力的重要战略举措。天津港是中国最大的人工海港，是我国对外贸易的重要口岸。2011年，天津港货物吞吐量达到4.5亿吨，集装箱吞吐量突破1150万标准箱，列世界港口第四位。集装箱码头作为港口的重要组成部分，始终是国内外学术界的研究热点。随着集装箱码头自动化、信息化、智能化水平的不断提高，以及装卸生产设备大型化、数字化、集成化程度的不断加强，传统的码头生产组织模式已经难以适应集装箱物流快速发展的要求。此外，受国际金融危机和国内宏观调控政策的影响，以及我国节能减排力度的不断加大，港口企业必须在“高效率、低能耗、低成本”上下功夫，才能取得更大的经营效益。目前，国际上大多数集装箱码头在增效降耗方面都是从设备自身节能的角度出发，很少考虑码头生产调度方面的节能因素。该项目以集装箱码头的空间资源和设备资源为对象，运用数学规划、知识系统理论、智能优化算法和系统仿真技术等智能优化方法，从低能耗、高效率的角度，对其合理调度进行深入研究。项目以能耗和效率作为研究目标，对集装箱码头节能降耗、提高效率具有促进作用；同时采用智能优化方法，解决码头生产调度问题，对集装箱码头生产调度的方法具有指导意义，对增强集装箱码头的智能化程度具有很好的示范效果。同时，该项目与天津港的实际联系紧密、结合度高，项目的有效实施，将大幅降低天津港单位吞吐量的平均运作成本和能源消耗、提高运作效率和效能、增强天津港的竞争力。对全面提高天津港的经营效益，增强天津港在世界港口行业的领导力和辐射力具有十分重要的意义。（不超过800字）42.详细科学技术内容本项目以集装箱码头的空间资源和设备资源为研究对象，运用数学规划、知识系统、智能优化和系统仿真等技术方法，从低能耗、高效率的角度，对港口集装箱码头的空间资源和设备资源的合理调度进行了深入研究。主要研究内容包括：(1)集装箱码头泊位与岸桥分配研究。先采用了滚动计划理念，运用目标规划方法，建立了泊位与岸桥分配数学模型；其次，为了充分利用泊位与岸桥分配的知识，提高数学模型求解的效率，建立了相应的泊位与岸桥分配知识模型；更进一步，结合泊位与岸桥分配数学模型和知识模型，构建了基于知识的泊位与岸桥分配系统。(2)集装箱码头作业线调度研究。在分析总结了不同集装箱码头、不同调度员工大量宝贵经验的基础上，建立了以作业线调度基本原则为约束条件的作业线调度决策支持模型；进而提出了以规则搜索可行解的方法，将码头调度经验转化为具有不同优先级的规则程序，并编写了总控程序用以调用不同规则来求解模型；最终开发并实现了能够嵌入到现有集装箱码头管理信息系统中的作业线调度决策支持系统。(3)集装箱码头堆场分配研究。以集装箱码头堆场管理中最为复杂、核心的环节出口箱堆场分配环节作为研究对象，首先在充分采用码头调度人员经验的基础上，建立了集装箱码头堆场分配知识模型，用于获取堆场分配的可行解；然后运用运筹学的规划方法和优化算法理论，对出口箱堆场分配进行智能优化研究，以获取其近似最优解。(4)集装箱码头优化决策平台构建。针对集装箱码头装卸作业过程中的实体位移、系统决策和人工调度作业，为了实现装卸作业过程的优化与生产预演，开发出集装箱码头优化决策平台CTORS，由三个部分组成，即：集装箱码头物流仿真系统（Tss）、集装箱码头生产系统（Tops）和智能调度系统（Tids），并设计了三个系统之间的通信协议，实现它们之间的信息交互功能，进而达到CTORS的优化和生产预演的功能。(5)现场应用分析。以天津港太平洋国际集装箱码头为对象，对本项目研发的集装箱码头优化决策平台进行应用分析，通过对不同的船舶策划和场地策划方案进行预见性推演，并采用集装箱码头优化决策平台中的指标，来评价这些方案，以辅助码头计划人员选取合理的方案。（纸面不敷，可另增页）53.主要技术创新点：项目的主要创新点包括：(1)采用知识系统理论，构建了泊位与岸桥分配知识模型，包括知识获取模型、规则提取模型和知识推理模型，以便充分利用码头泊位与岸桥分配现有的知识，去求解泊位与岸桥分配问题。(2)建立了以作业线调度基本原则为约束条件的作业线调度决策支持模型；进而提出了以规则搜索可行解的方法，将码头调度经验转化为具有不同优先级的规则程序，并编写了总控程序用以调用不同规则来求解模型。(3)基于知识工程和数学规划理论，从能耗、效率的角度出发，构建包括优化目标集、约束条件集和优化变量集在内的集装箱码头堆场分配优化模型，运用启发式方法来避免传统直接推导方法（如运筹学模型）中复杂的参数确定。(4)针对集装箱码头装卸作业过程中的实体位移、系统决策和人工调度作业，为了实现装卸作业过程的优化与生产预演，开发出动态模式下的集装箱码头生产预演平台。（不超过400字）4.保密要点：无（不超过100字）65.与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较与当前国内外同类研究、同类技术相比较，本项目研究成果具有以下特点：(1)与传统的泊位分配方式相比，本项目采用了一种滚动式计划的建模方法，该方法综合考虑了未来几天将要到港的船舶信息，对于全局优化更有利。(2)与传统的岸桥分配方式相比，本项目将减小集装箱岸桥装卸能耗作为优化目标，相关成果更加具有经济和环保性。(3)本项目构建了知识模型，并通过系统平台达到了应用效果。系统平台充分利用码头泊位与岸桥分配现有的知识，有效求解出泊位与岸桥的合理分配。(4)作业线调度决策支持系统的应用对于提高集装箱码头生产效率具有积极意义。该系统平台的决策模型与实现方法对其它类似的规则性推理调度问题也有借鉴价值。(5)构建的基于生产预演的集装箱码头运营过程优化决策平台，达到计划和调度方案的事前评估和优化的目标，该平台具备通用性强、易扩展、易移植、计算速度快，计算结果科学准确等特征，能快速推广到其他集装箱码头。经交通运输部专家组织鉴定，该项目成果达到国际先进水平。（不超过800字）76.应用情况为了提高码头生产效率，降低生产能耗，减少工作人员的劳动强度，整体提高集装箱码头营运能力和科技创新能力成为迫切需要解决的问题。在此背景下，交通运输部和天津港（集团）有限公司合作研发了集装箱码头优化决策平台。集装箱码头优化决策平台功能包括3个方面。一是构建集装箱码头整体智能决策系统，在该系统内对不同方案进行验证，选择较优的方案。二是利用人工智能（AI）技术建立码头核心流程（如堆场计划、堆场选位、智能配载等）智能模型，通过仿真来验证智能模型的有效性。三是研究出有效的决策指标对集装箱码头运作状况进行准确评价，并能准确反映集装箱港口的硬件设备组合、吞吐能力预测、使用强度约束、成本进度估算等关键问题。该平台重点进行集装箱码头营运分析、优化和评价。主要包括：对港口及其各节点码头内与能耗相关的过程和设备进行分析，最终从节能的角度为港口营运系统的分析与决策提供统一的平台；对港口营运中各种计划，特别是集疏运计划、泊位计划、场地分配、船舶配载等进行优化决策研究，集合知识工程、人工智能，以及各种优化技术港口营运优化模型；从能耗—效率的角度出发，采用知识工程和人工智能相结合的技术，对港口中各种资源的调度，如作业线调度、场桥调度、集装箱进场选位等进行系统的优化研究，建立港口资源智能调度模型，最终形成一个港口资源智能调度决策系统；构建集装箱码头生产营运评价模型，使系统决策的评价指标更加准确、有效，为运作效率/决策模块提供了必要的理论依据和方法。目前该平台已在天津港太平洋国际集装箱码头进行了试运行，应用效果表明该平台能对船舶策划、船舶配载、场地策划、场桥调度、集卡调度等进行科学的评价，评价指标包括船舶服务时间、翻箱次数、机械待机率、机械能耗、集卡排队长度、场桥转场次数等。该平台在促进港口资源配置的优化组合，提高装卸效率、降低营运成本、节约能耗，提升其服务的客户满意度等方面具有突出作用。（不超过800字）87.经济效益单位：万元（人民币）项目总投资额100回收期（年）1栏目年份新增利润新增税收创收外汇（美元）节支总额2011136.1各栏目的计算依据：该平台投入使用后，集装箱岸桥的平均效率从30箱/小时提升到35箱/小时，场桥平均效率换算后从21MOVE/小时提升