课程设计集装箱码头

1、集装箱码头课程设计姓名：班级：学院：摘 要本文研究的是集装箱码头堆场的叉车管理问题，通过对叉车的指派问题和行走的最短途径问题的研究，达成科学的安排叉车装卸作业的目的。使用Excel办公软件，科学的分析和建模，成功解决以上物理运筹学的问题，得到最佳的生产分派方案。让人们结识到Excel强大的计算功能，也更加能纯熟操作Excel，为以后的学习和工作打下基础。更结识到管理的数字化和科学化可以使物流运作中有限资源得到合理的计划、组织与分派，有效的协调和控制，达成最佳效益和效率。关键字：集装箱码头叉车管理，指派问题，最短途径问题，物流运筹学，Excel第一章 引言集装箱叉车是集装箱码头的常用装卸机械，重要用于吞吐量不大的综合性码头进行集装箱的装卸、堆垛、短距离搬运、车辆的装卸作业，是一种多功能机械，具有机动性灵活、通用性好、应用广泛、性能可靠、造价低廉等特点。因此，在集装箱堆场中，对叉车的管理显得十分重要，在叉车数量有限的情况下，如何分派作业，如何安排叉车的移动路线，最大限度使叉车的作用最大化，成了本次课程设计研究的课题。我们选取了两个问题研究，一个是叉车所在处到各箱区的指派问题，另一个是叉车行

2、走的最短途径问题。这些都属于物流运筹学的研究范畴。传统的研究都建立在复杂的公式和大量的基础上，无形中增长了研究的难度，也容易出现误差。假如我们用熟悉的Excel来做，那么需要做的仅仅是在Excel表格中建立可以完全描述问题的模型而已，剩下的计算就由计算机代劳，大大减低了计算的难度。在科学计算上，使用Excel可以进行变量求解、假设分析、规划求解等，提供了强大的表格计算功能、灵活的数据库管理功能、多方面的数据分析功能。本文具体介绍了应用Excel在物流运筹学中建模及求解的方法，通过例题进一步掌握运筹学有关方法原理、求解过程，提高学生分析问题和解决问题能力。第二章 叉车所在处到各箱区的指派问题1.指派问题介绍在物流活动中经常碰到各种性质的指派问题（Assignment problem），有n项目运送任务，恰好有n辆车可以承担这些运送任务，由于车型，载重，路线以及司机对道路的熟悉限度等方面的不同，效率也不同样，于是产生了应指派哪辆车去哪里完毕哪项运送任务，使总效率最高（或者路程最短，或时间最短）的问题，这类问题称为指派问题。需要说明的是：指派问题事实上是一种特殊的运送问题。其中出发地是人，目

3、的地是工作。只但是，每一个出发地的供应量都为1（由于每个人都要完毕一项工作），每一个目的地的需求量都为1（由于每项工作都要完毕）。 指派问题的假设:（1）被指派者的数量和任务的数量是相同的 （2）每一个被指派者只完毕一项任务 （3）每一项任务只能由一个被指派者来完毕 （4）每个被指派者和每项任务的组合有一个相关成本 （5）目的是要拟定如何进行指派才干使得总成本最小2.算例某集装箱码头有6处地方提供装卸用叉车，现要为6个箱区提供装卸服务，叉车存放处与箱区之间的距离见下表，试拟定分派方案表2-1 叉车存放处与箱区之间的距离叉车所在处箱区一二三四五六1518249623561232395975916033749706142424556058624753539504936404369250507061403.建模设Xij为指派人员i去做工作j（i，j1,2,3,4) 0 if第i台叉车不作业于j箱区Xij 1 if 第 i台叉车作业于j箱区目的函数：Min Z= 51X11+82X12+49X13+62X14+35X15+61X16+.+40X66约束条件：X11+X12+X13+X14+X1

4、5+X16=1X21+X22+X23+X24+X25+X26=1X31+X32+X33+X34+X35+X36=1X41+X42+X43+X44+X45+X46=1X51+X52+X53+X54+X55+X56=1X61+X62+X63+X64+X65+X66=14. Excel求解过程简朴的手工计算当然也是能找出最优答案，有一种快捷的求解方法：匈牙利方法（Hungarian Method），但假如把例子改为40个叉车所在地去完毕40个箱区的装卸任务，那手工计算就有一定的难度了。假如我们用熟悉的Excel来做，那么需要做的仅仅是在Excel表格中建立可以完全描述问题的模型而已，剩下的计算就由计算机代劳，大大减低了计算的难度，Excel的“规划求解”还是采用“单纯形法”来求解。第一步：把数据输入表中，上半部为数据，下半部为模型，紫色阴影部分为可变单元格。第二步：在单位格B24中输入=Sumproduct(C4:H9,C14:H19),公式Sumproduct计算的是两矩阵中各个相相应元素乘积的和，再按Enter键，该单元格为0。第三步：选择单元格，输入公式，计算总和,公式SUM计算的是一

5、个范围内的数据求和。(1) 在单元格I14中输入=SUM(C14:H14)，选中复制，按住Ctrl+Shift+Enter,鼠标拖动，再按ENTER键，可以同理得出I15:I19(2) 在单元格C20中输入=SUM(B18:G18) ，选中复制，按住Ctrl+Shift+Enter,鼠标拖动，再按Enter键，可以同理得出D20:H20第四步：加载规划求解工具：“工具”“加载宏”勾选“规划求解”“拟定”第五步：选择“工具”中的“规划求解”弹出对话框(1) 设立目的单元格：B12，选择“最小值”项，由于我们规定解的是所有的叉车到箱区总最短距离，从而使工作效率达成最大(2) 设立可变单元格：C14:H19,最终结果将出现在可变单元格中(3) 添加约束条件：I14: I19=1，表达每处的叉车只能相应一处堆场C20:H20=1,表达每处堆场只能由一处叉车进行装卸作业C14:H19,bin表达二进制，结果不是O就是1，这样就避免了小数的出现第六步：在“规划求解”对话框中，单击“选项”按钮，出现“规划求解选项”对话框，选择假定非负，单击“拟定”第七步：在“规划求解参数”中的选择“求解”，出现以下

6、对话框点击报告中的运算结果报告（具有整数约束条件的问题无法生成敏感性报告和极限值报告）然后点拟定按钮就在excel中生成了相应的报告，如图：此时，可变单元格中也已生成了我们需要的结果5结果分析应当指派叉车所在处1到箱区五进行装卸服务叉车所在处2到箱区二进行装卸服务叉车所在处3到箱区一进行装卸服务叉车所在处4到箱区三进行装卸服务叉车所在处5到箱区四进行装卸服务叉车所在处6到箱区六进行装卸服务最终可以使得叉车所行走的总距离最短，为2456变形经常会碰到指派问题的变形，之所以称它们为变形，是由于它们都不满足平衡指派问题所有假设之中的一个或者多个。一般考虑下面的一些特性：（1）有些人并不能进行某项工作（相应的Xij0）;（2）虽然每个人完毕一项任务，但是任务比人多(人少事多);（3）虽然每一项任务只由一个人完毕，但是人比任务多（人多事少）；（4）某人可以同时被指派给多个任务（一人可做几件事）；（5）某事可以由多人共同完毕（一事可由多人完毕） ；（6）目的是与指派有关的总利润最大而不是使总成本最小。例如将上题中的箱区六去掉，问题改为：6处地方提供装卸用叉车为5个箱区提供装卸服务，叉车存放处与箱区

7、之间的距离见下表，试拟定分派方案表2-2 叉车存放处与箱区之间的距离叉车所在处箱区一二三四五151824962352323959759133749706142455605862475395049364069250507061我们同样可以用EXCEL求解，按上题的方法输入模型和变量，在目的函数单元格C21输入=SUMPRODUCT(C4:G9,C13:G18)，选择单元格H13:H18 C19:G19，输入公式，计算总和。至此，与不变形的指派问题是同样的。变形的指派问题不同之处在于规划求解中的约束条件，有些小小的改动。点击报告中的运算结果报告（具有整数约束条件的问题无法生成敏感性报告和极限值报告）然后点拟定按钮就在excel中生成了相应的报告即应指派 叉车1到箱区五进行装卸服务叉车2到箱区二进行装卸服务叉车3到箱区一进行装卸服务叉车5到箱区四进行装卸服务叉车6到箱区三进行装卸服务最终可以使得叉车所行走的总距离最短，为245第三章 叉车行走的最短途径问题1.最短途径问题介绍在实际生产和生活中，很多问题的求解可以归纳为最短途径的问题，如两地之间的管道铺设，线路安排，道路修筑，运路选取等；再如

8、工厂布局，设备更新等问题也可以转化为最短途径的问题。最短路问题的假设 （1）网络中选择一条路,始于某源点终于目的地（2）连接两个节点的连线叫做边（允许任一个方向行进），弧（只允许沿着一个方向行进） （3）和每条边相关的一个非负数，叫做该边的长度 （4）目的是为了寻找从源到目的地的最短路2.算例某叉车在处，现需移到处进行装卸作业，他需要通过中间几个站点连接到达最终目的地，各点之间的距离如图所示，找出叉车行走的最短途径，以达成节约成本的目的。图3-1 最短途径节点图3. Excel求解过程用EXCEL来求最短途径的原理是：令变量为0或1，即假如最短途径通过该节点，则设变量为1，不通过则为0，除起点和终点外，每个中间点的进出权数和是0，起点的进出权数是1，终点是-1，目的函数是各边权数和相应变量乘积的和。于是我们可以得到一组等式约束，通过求解可以得到最短途径。第一步：所有数据输入表中如图，其中左边蓝色部分为数据，右边紫色阴影部分为变量：第二步：在单元格C18:C24，输入公式，计算节点进出和。(1)在单元格C6中输入目的函数计算公式=SUMPRODUCT(D3:D15,E3:E15)，公式SUMEPRODUCT计算的是两矩阵中各个相相应元素乘积的和，再按ENTER键，该单元格为0。(2)节点的进出和=该节点的流出量-该节点的流入量例如节点2可以流向节点3,4,5，但只能选择一条路走，流入节点2的路也只有节点1，所以每个中间点的进出权数和是0，依次类推。节点1是总流出节点，所以起点的进出权数是1。节点7是总流入节点，不再流出，所以终点的惊出权数是-1。第三步：设立规划求解参数（1）设立目的单元格C26，由于规定的是最短途径问题，所以选择“最小值”项（2）设立可变单元格E3:E15,最终结果将出现在可变单元格中（3）设立约束条件：C18:C24=E18:E24,表达环节二的进出权数约束；E3:E15=二进制，代表了整数规划的思想，令变量为0或1，即假如最短途径通过该节点，则设变量为1，不通过则为0第四步：点击“求解”按钮，得到如图所示结果，图中变量1就是最短途径通过的节点。

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