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多层堆垛的集装箱码头堆场，发箱装船时存在堆存在下层的出口箱先取箱的情况。为取出下层的出口箱必须对其上方的集装箱进行翻箱操作。翻箱操作直接影响着堆场发箱速度，甚至严重影响着装船系统的整体流畅性。在既定的初始堆存状态下，以最小化翻箱总次数，保证相关堆场机械作业效率为优化目标，以尽量均衡每次发箱对应的翻箱次数，减少单次发箱时间的不确定性，最大程度地保证装船系统的流畅性为约束条件，建立了装船时堆存位内翻箱问题的优化模型。在深入分析翻箱操作实质的基础上，总结出了预翻箱集装箱堆存位置选取时的约束规则，实现了对抽象约束的等价替换。该模型适用于任一多层集装箱堆存位发箱时的位内翻箱问题，同样也适用于如托盘、木箱等与集装箱具有相似堆垛特点的物品取货时的翻箱问题。