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影响人工集装箱码头战略决策的布局分析
Mustafa Egemen Taner , Osman Kulak, Mehmet Ulas Koyuncuog lu
帕穆克卡莱大学工业工程系，Kinikli Kampusu，20070 Denizli，土耳其
摘 要：由于世界贸易的大幅度增长，作为国际海上贸易出口的集装箱码头的重要性得到了强调，这些码头之间的竞争也越来越激烈。近年来，泊位深度低、贸易集约化的浅海竞争加剧，使得码头管理者开始研究战略决策如何影响码头运营的未来发展。浅海给料港由于泊位深度低，在海岸线附近人工建造集装箱码头。这些码头中最常见的布局是Pi;, L, pi;，或Psi;。本文建立了集装箱码头的仿真模型，考察了运输调度规则和资源分配策略对集装箱码头年处理量的影响。结果表明，在不同的运输调度规则和分配策略下，码头布局设计对码头性能有显著影响。
关键词：物流，集装箱码头，模拟，分配策略
Abstract：As a result of a major growth in world trade, importance of the container terminals, which are the exit gates of international maritime trade, has been emphasized and the competition between these terminals has increased. In recent years, increasing competition in shallow seas, which have low berth depth and intensive trade, has caused terminal managers to investigate how the strategic decisions affect the future development of terminal operations. Due to their low berth depth, container terminals in the feeder ports of shallow seas are built artificially near coastlines. The most common layouts found in these terminals are P, L, p, or W. In this paper, simulation models were developed for the container terminals to examine the effect of transporter dispatching rules and resource allocation strategies in terms of total annual handling amount. According to the results, terminal performance is significantly affected by terminal layout design under different transporter dispatching rules and allocation strategies.
1.导言
世界贸易中很大一部分是通过船舶进行的，国际海上贸易量也在迅速增长。尽管过去二十年发生了全球经济危机，但近年来世界贸易量有所增加，集装箱贸易所占份额也相应增加。由于海运业的创新，船舶提高了速度和能力，使运输业务更有效率。因此，多式联运已成为一个重要的重点领域。将陆路、海运和空运连接起来，使得门到门的货运越来越依赖于集装箱运输。由于这些原因，提高全球供应链集装箱运输业务的效率比以往任何时候都更加重要。
对有关这一问题的科学文献的回顾表明，自动化应用一般是在大型海港码头进行的。这些大型海港往往建在海洋深处的海岸上，称为天然港口。位于天然海港的集装箱码头通常有一个与海岸线平行的主要泊位，堆场位于水平或垂直于主要泊位的位置。浅海码头是在海岸线附近人工建造的。与天然港口相比，这些人工码头有多个泊位和较低的深度。在人工集装箱码头中发现的最常见的布局是Pi;,L,pi;，或Psi;布局。拥有多个泊位的集装箱码头可以有一个以上的堆场供码头使用，或导致建造垂直或平行于主泊位的堆场。
为了减少集装箱码头中船只的等待时间，速度至关重要，尤其是当集装箱在泊位、内部运输区域和堆场之间过渡时。为了有效地管理集装箱码头的运营，需要解决泊位分配、码头设备选择、车辆路径安排、调度、堆场布局等问题。当今具有挑战性的竞争环境要求对码头业务进行更有效的管理。为了应对这些挑战，码头管理人员越来越依赖于基于自动控制技术的设备开发技术，鉴于码头操作的重复性，这种技术是切实可行的。这些技术包括自动引导车辆(AGV)、自动起重车辆(ALV)和自动堆垛起重机(ASCs)。
本文研究了位于支线港口的自动化集装箱码头，找出了最常见的布局。利用不同的仿真模型分析了布局对码头性能的影响。并尝试在最优调度规则下采用不同的分配策略来提高码头的性能。码头起重机每年的集装箱处理量是主要的性能指标。
本文的其余部分组织如下:在下一节中，首先对相关文献进行梳理，然后在第3节中对集装箱码头和集装箱码头的基本操作进行详细描述。第4节给出了所设计的集装箱码头的配置，以及对转运车辆调度规则和分配策略的详细描述。第5节阐述了所建立的仿真模型的主要特点以及输入和输出数据的生成，第6节讨论了仿真测试和统计分析的结果。本文最后对研究结论进行了总结，并提出了进一步研究的建议。
2.文献综述
集装箱码头业务的规划与控制已成为国际学术研究的一个热门课题，在泊位分配、堆场规划与路径、码头设备选择、调度、仿真性能评价、码头布局等方面发表的大量论文。Vis和de Koster(2003)发表了一篇关于集装箱码头决策问题的综合文献综述。在这篇综述中，Vis和de Koster(2003)讨论了用于解决决策问题的模型。Steenken、Voszlig;Stahlbock(2004)分类决策问题更有效地管理码头运营和提供详细的描述研究，回顾了所有类型的决策问题。, Murty，Liu， Wan，和 Linn (2005a)，Murty等人 (2005b), Guuml;nther 和 Kim (2006) 和 Stahlbock 和 Voszlig; (2008)提出了集装箱码头分类操作和决策方法的其他文献综述基于这些研究，本文的文献综述部分仅限于对集装箱自动化码头、码头布局、资源配置等方面的研究。
自动化集装箱码头是文献中讨论的重要课题之一。它们建立在西欧国家，那里昂贵的劳动力通过自动控制和信息技术以及设备(agv、alv和ASCs)所获得的效率来管理。Kim，Win，Lim和Takahashi(2004年)开发了一个控制软件的体系结构设计和一个基于仿真的试验台来测试各种控制规则的软件用于控制自动化集装箱码头。在一个面向对象的仿真系统中，利用Java语言对基于操作的问题进行了测试。Yang，Choi和Ha(2004)对集装箱码头AGV与ALV进行了仿真比较。这项研究的结论是，使用较少的ALVs可以达到相同的性能水平。ALV的工作效率比AGV高，因为ALV不等待起重机在缓冲库存区域。Grunow，Guenther和Lehmann(2006年)强调多载AGV一次可以装载多个集装箱。Henesey、Davidsson和Persson(2009)重点研究了集装箱码头的AGV系统，并与传统的AGV系统进行了比较。他们使用了一个多智能体仿真模型，并得出结论，基于磁带的AGV的效率更高。Nguyen和Kim(2009年)讨论如何在未来交付任务中利用有关收件和交货位置以及时间的信息来分派ALV。该问题被描述为一个调度问题，并提出了一个混合整数规划模型。研究得出了ALV的总行驶时间、码头起重机的延误和船舶在泊位的总等待时间均有显著改善。Wong和Kozan(2010年)分析了集装箱码头设备之间的关系，以期提高作业效率，并开发出一种用于堆场作业规划的分析工具。BAE、Choe和Park(2011年)比较了AGV和ALV系统。在此基础上，建立了一个具有最小交通拥堵度的最短路径和最短调度的仿真模型。
集装箱码头的布局安排是另一个广泛研究的课题。刘、朱拉、武卡德诺维奇和伊万努(2004年)通过仿真，考虑了自动化、码头布局与码头性能之间的关系。研究结果表明，堆场布局安排对码头性能和AGV的数量有一定的影响。韩、李、周、陈(2008)研究了一个装卸作业密集的转运中心的堆场管理问题。为了减少船舶交汇时间和潜在的交通拥挤，提出了一种混合整数规划模型，并采用基于禁忌搜索的启发式算法进行求解。Kim，Park和Kim(2008)根据堆场布局布置中装卸方式的变化，分析了期望的行程距离和再装卸的预期次数。作为这项研究的结果，平行布置被认为是其他布置类型中成本最低的。Peling和Murty(2009年)建立仿真模型，分析块长对码头性能的影响。利用四种不同的方案计算了使码头起重机利用率最大化的块长。Bazzazi、Safaei和Javadian(2009)重点研究了集装箱码头的存储空间分配问题。提出了一种求解实际算例的有效遗传算法。 Petering (2009)通过仿真分析了块宽对码头性能的影响。结论是，当其他码头设备被假定为固定设备时，码头起重机的利用率呈凹形或块状宽度。VIS和Van Anholt(2010年)用仿真方法比较了传统的单边泊位与缩进泊位的性能。他们进行了灵敏度分析，检查了缩进泊位的选择与其他设计和控制问题之间的关系，这使得码头起重机能够从船的两侧卸下和装载集装箱。Kemme(2012)建立了一个仿真模型，能够检验四种ASC和码头布局对码头性能的影响。结果表明，三重吊车系统在不同的堆场布局中性能最好。
文献中的另一个重要课题是集装箱码头的资源配置。Preston 和 Kozan (2001), Lee, Chew,Tan, 和Han (2006) 和Han 等人 (2008)在码头应用堆场分配策略，为该领域做出了重要贡献。在这些文件中，堆场分配是为了尽量减少船舶周期时间和交通拥挤。另一种资源分配策略是车辆分配，车辆可以分配到泊位或起重机。与这一策略相反，集合分配概念允许每辆车辆为每个泊位或码头起重机提供服务(Kulak，Polat，Gujjula，amp;Guuml;nther，2011年).。 BAE和Kim(2000年)对这两种策略进行了比较，得出了堆场分配策略优于车辆分配策略的结论。Kulak等人(2011年)研究了通过交换运输系统、扩展码头设备以及应用资源分配策略来提高集装箱装卸性能的可能性。
本文的主要贡献是说明战略决策如何影响浅海各种码头布局的未来发展。对码头配置和相关物流过程进行了建模，使仿真能够反映实际操作。在我们的仿真实验中，
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资料编号：[428]
