数据、模型与决策案例及分析报告

数据、模型与决策案例分析报告秦皇岛港煤炭泊位吞吐量最大化时靠泊船型分布学号：及相关数据和资料，利用线性规划理论，通过建立全港所有煤炭泊位的年度装船生产数学模型，并应用计算机EXCEL软件对该线性规划问题进行求解，进而获得较为理想化的泊位靠泊船型指导实际生产中的靠泊计划安排以及与装船生产有关的其他作业。依燕山，南临渤海，港口长年不冻、不淤，水深、浪越，是我国乃至世界上最大的煤炭中转港口。根据国家能源政策、产业政策和能源运输布局，秦皇岛港被确定为国家级煤炭主枢纽港港口下水煤炭总量的半壁江山。曾被李鹏同志称重要棋子”,也被温家宝总理称为“国家经济的晴雨表”。改革开放以来，秦皇岛港不断发展壮大，吞吐量逐年攀升。2001年，该港煤炭吞吐量首次突破1亿吨，经过几年努力，于2006年，煤炭吞吐量突破2亿吨，2011年完成煤炭吞吐量2.52亿吨，占全港总吞吐量的90%,煤炭在秦皇岛港的货源结构中的一直占据着绝对重要战略地位。秦皇岛港早在1898年就被清政府辟为商埠，以运输外运开滦煤为主。开港不久即成为开滦煤矿的主要出海口。1960年8月，秦皇岛港自己建设的八、九号码头竣工投产，这是港口解放后建设的第一座煤炭码头。1983年7月，与京秦铁路相配套的秦皇岛港煤码头一年，建成了年吞吐量为2000万吨的煤二期码头。1989年，又建成了年吞吐量为3000万吨的煤三期码头，使秦港一举成为世界最大的煤炭中转码头，1997年，年吞吐量3000万吨的煤四期码头建成投产。与此同时，国家先后投资60多亿元，建成了秦皇岛至“煤都”大同的运煤铁路专线。这样，就形成了以秦皇岛港为枢纽和龙头的、我国北煤南运系统工程。2006年4月，设计能力达5000万吨的煤五期工程顺利投产，该码头工艺流程先进、自动化程度高，堪称世界一流，煤五期码头投产使秦皇岛港煤炭运输能力达到1.93亿吨。随着秦皇岛港西港东迁的战略实施，2013年6月份以后八、九号码头停产，正式退出煤炭中转历史舞台，现在秦皇岛港还有四个煤炭公司共20个煤炭专业化装船泊位。年装运煤炭实际通过能力在2.4亿吨以上。3所要研究的问题但是，实际工作中安排船舶靠泊计划是受很多方面因素限制的。天气等各方面的限制。本案例是想分析在现有秦皇岛港20个煤炭泊泊位的吞吐量完成达到最大，也就是在吞吐量达到最大时都靠泊了那些船形。这样我们就可以在日常的靠泊计划安排时知道什么样的船型搭配能够完成更多的吞吐量，同时在某些限制条件改变后我们知如何进行相应的计划调整。港口的码头泊位等硬件设施一旦建成则相对固定，但是货主租用船舶的航运市场上各种船型是是相对的没有限制条件的，只要满足装卸港以及航行航道适航即可。因此港口可以根据自己泊位最大化吞吐量船型结构特点，有目标的指秦皇岛港现在下设二、六、七、九四个煤炭作业公司，共有20个煤炭专用装船泊位(泊位数据见表一),其中所有20个泊位均可靠泊1-4.5万吨船型船舶；可靠泊4.5-7万吨船型船舶的有13个泊位；可靠泊7万吨及以上船型船舶的有5个泊位。需要强调的是，任何一个可靠泊大型船的泊位均可靠泊小型船舶，而只能靠泊小型船舶的泊位则不能靠泊大型船舶。举例来讲，能靠泊10万吨级船舶的泊位也可以靠泊5万吨、2万吨等小吨级船舶，而只能靠泊4.5万吨以下船型的泊位则不能靠泊4.5万吨及以上的大吨级船舶(各船型可靠泊泊不同的(各船型船舶的作业时间情况见表二)。图一：各船型相对应的可靠泊位示意图3.5万吨级泊位3.5万吨级泊位7万吨以上煤炭作业公司泊位泊位吨级(万吨)历史年最大装船能力(万吨)二公司55555六公司七公司55九公司5合计20个25725备注：表中3.5万吨级泊位可靠泊载重吨位4.5万吨以下的船型船舶；5万吨级泊位可靠泊载重吨4.5-7万吨之间的船型船舶；10万吨级泊位可靠泊7万吨及以上的船型船舶。各公司历史年最高装船完成数据不是同一年发生的，全港年煤炭吞吐量历史最高完成记录是2011年的2.52亿吨。表二：各船型船舶各种平均作业时间及效率船型(万吨)平均单船航次装载量(万吨/平均单船进出港时间(小时/平均单船等排水及其他辅助作业时间(小时/平均单船靠泊不同泊位作业效率(吨/小时)3.5万吨级泊位5万吨级泊位10万吨级泊位4467万吨及以上57备注：表中船型分类是根据秦皇岛港实际到港船舶主流船型划分的；平均单船装载量按照设计最大装载量计算，也就是假设每艘船实际装载重量等于其最大装载位时的总平均作业时间(如表三所示)。表三：各船型船舶靠泊不同吨级泊位平均总时间船型(万吨)靠泊不同泊位平均总时间(小时/艘)3.5万吨级泊位5万吨级泊位10万吨级泊位4.5-728.837万吨及以上备注：各船型船舶靠泊不同吨级泊位平均总时间=平均进出港时间+平均排水及其他辅助作业时间+平均装载量/平均作业效率型基础上当全部泊位吞吐量最大化时候的各种船型的分布结构。c,靠泊不同吨级泊位B,的平均作业总时间用T;表4:秦皇岛港煤炭泊位吞吐量最大化问题秦皇岛港煤炭吞吐量最大化问题目标函数系数55左端求和符号右端项约束条件1000004380043800约束条件20约束条件30000约束条件4000约束条件500)4380043800最优解决策变量2297.7最优值29723.9表5:运算结果报告目标单元格(最大值)单元格名称初值终值最优值29723.8539329723.85393可变单元格单元格名称初值终值整数约束00约束00约束2297.7049182297.704918约束0约束1311.3772461311.377246约束约束单元格名称单元格值公式状态型数值$B$13>=0未到限制值0$C$13>=0到达限制值0$D$1.30$D$13>=0到达限制值(2297.704918$E$13>=0未到限制值2297.7049180$F$13>=0到达限制值1311.377246$G$13>=0未到限制值1311.377246约束条件1左端求和到达限制值约束条件2左端求和到达限制值约束条件3左端求和到达限制值约束条件4左端求和到达限制值约束条件5左端求和到达限制值表6:敏感性报告可变单元格单元格名称终值递减成本目标式系数允许的增量允许的减量000000050005000约束单元格名称终值阴影价格约束限制值允许的增量允许的减量约束条件1左端求和约束条件2左端求和0约束条件3左端求和约束条件4左端求和约束条件5左端求和表7:极限值报告单元格目标式名称值最优值29723.85393单元格变量名称值下限极限目标式结果上限极限目标式结果021323.8539329723.853930029723.85393029723.853930029723.85393029723.853932297.70491802297.70491829723.853930029723.85393029723.853931311.377246019888.524591311.37724629723.853937结果分析的条件下，使秦皇岛港煤炭泊位吞吐量最大化的船型以及相对应的靠泊泊位方案是：全年7个3.5万吨级全部靠泊1-4.5万吨级船舶3360艘次；8个5万吨级全部靠泊4.5-7万吨级船舶2297.7艘次；5个10万吨级全部靠泊7万吨级及以上船型船舶1131.4艘次；也就是说每个泊秦皇岛港在2011年曾完成煤炭吞吐量2.5亿吨最高值