由于集装箱运输具有运输效率高、经济效益好、服务质量优的特点,因此,它已成为世界各国确保国际贸易的最佳运输方式。集装箱码头是集装箱进行水水换装和水陆换装的场所,是港口的重要组成部分。集装箱船舶装卸作业是集装箱运输中重要的作业环节,其装卸作业效率影响集装箱码头的运营水平。随着集装箱船舶大型化的发展,集装箱码头装卸作业量不断增长。新型港口机械的应用和装卸技术的不断进步,对集装箱装卸作业提出了更高的要求。本文考虑集装箱码头的发展现状,针对上述问题,主要做了以下工作:(1)针对集装箱船舶全航线配载问题,以最小化全航线的倒箱次数和最优化吃水差为目标,以船舶稳性、强度等为约束条件构建全航线多目标配载模型。松弛数学模型中的部分约束条件,设计启发式算法获得初始可行方案,再利用改进的遗传算法对初始可行方案进行优化。该方法提供了全航线各个港口的配载方案,为进一步研究集装箱船舶装卸作业问题打下基础。(2)针对进口箱卸船与堆存作业协调优化问题,为了衡量卸船顺序以及堆场堆存布局的优劣,提出用悲观倒箱量和期望倒箱量作为判断依据,并分别介绍了两种倒箱量的计算方法,推导出计算期望倒箱量的通项公式。然后构建以堆场期望倒箱量最小为目标的数学模型,设计两阶段启发式算法,证明了该算法的时间复杂性。该方法能够快速求解大规模算例,确定最优的卸船顺序和合理的堆场堆存布局。(3)针对出口箱的翻倒与装船作业协调优化问题,考虑配载计划给集装箱装船顺序带来的影响,建立了单个船舶贝位作业的集装箱装船整数规划模型,并在此基础上建立了考虑多个船舶贝位并行作业的集装箱装船数学模型,使各个船舶贝位的作业进度保持一致。设计适用于多船舶贝位并行作业的遗传算法和启发式算法,快速获得装船顺序和堆场倒箱作业计划。(4)针对集装箱船舶配载与堆场作业协调优化问题,深入分析集装箱堆场作业计划与船舶配载计划间的相互影响关系,建立以堆场倒箱量最小为目标,船舶卸船时不发生倒箱为约束条件的整数线性规划模型;设计基于规则的启发式算法求解该问题,首先生成集装箱初始分配方案,然后结合集装箱在堆场的堆存位置,以堆场倒箱量最小为目标,对初始分配方案进行调整,以达到集装箱船舶与堆场协调装卸的目标。最终获得船舶配载计划、码头堆场作业计划和装船作业计划。