集装箱码头堆场出口箱堆放位置分配问题

集装箱码头堆场出口箱堆栈位置分配问题摘要：随着全球化速度的加快和国家贸易的快速增长，集装箱运输成为连接全球供应链的重要组成部分。港口作为现代物流系统的重要节点是陆地和海洋运输的枢纽在全球化制造和国家贸易中发挥着不可缺少的作用堆场是集装箱码头的重要资源，是港口的重要组成部分，其堆场集装箱装载优势直接影响整个码头的运营效率。本文以集装箱码头堆场出口箱堆分配为研究内容，分为出口箱堆场空间位置问题和具体的存储位置分配问题，利用混合整数规划和混合序列嵌套算法两个阶段进行探讨和研究。关键字：容器终端货位分配混合整数模型启发式算法一、简介1.1问题背景随着全球经济一体化的快速发展，一方面企业的采购、仓库、销售、流通等合作关系越来越复杂，全球采购、全球销售、本地化生产趋势越来越明显。国家经济和世界经济的发展更加紧密地整合了。这进一步提高了物流服务的速度和吞吐量要求。另一方面，经济全球化给本国企业带来了新的机会，同时也提出了巨大的挑战。企业面临的竞争日益加剧，为了降低企业的生产和运营成本提高盈利能力，所有企业面前面临的一个难题是如何通过科学的手段在不影响物流服务水平的情况下降低物流成本，成为各企业关注的焦点，也成为研究的热点。集装箱运输的持续发展导致了目前国内许多集装箱码头超载工作，给集装箱码头使用管理人员的日常决策带来了很多困难。为了缓解开发集装箱运输所带来的压力，国内很多港口城市争先恐后地计划和建设大型集装箱深水码头，规模和投资都很大。这些设施的建设和投入必将成为我国区域经济发展的重要动力。相反，集装箱码头企业的管理方式与时代不符，导致企业成本高，能力下降，浪费生产力的后果。这些因素的存在严重制约了集装箱码头企业竞争力的提高。由于线路集装箱码头高度机械化运行的特点，对固定设备的投资很大。经营主题船坞公司要考虑企业的生存利益问题，因此不能无限制地投入机器设备。集装箱码头的规模再大，野货场和泊位等资源也是有限的。因此，将重点放在现有资源的挖掘上，逐渐提高资源的综合利用率，成为提高集装箱码头运营效率的根本方案。面对集装箱码头的大型化、运营的复杂、精简，传统的基于人工经验的规划方式已经越来越难以提供合理、优化的运营方案，对码头资源在集装箱码头作业效率中起关键作用的优化调度问题越来越受到关注，这对加快我国发展的集装箱码头产业具有重要意义，这方面的研究是必不可少的。1.2提出问题集装箱计划最重要的目标是保证海岸作业的效率，减少船舶的进港时间。与进出口集装箱的生产工艺不同，进口箱子多的大江，集装箱时间无法预测。由于出口箱是随机到达，船舶和港口必须根据箱子目的地和大小制定严格的寄存及船舶装载计划。首先确保船舶的稳定性，这是装船要求。二、正文读过相关集装箱码头堆场问题的学术研究表明，我们对出口箱子的堆场保管位置分配问题没有进一步的研究。本文将使用系统方法研究这个问题。目的：充分利用堆场的储存空间，减少堆场和码头前沿之间的高效运输、运输距离和干线运行量，提高出口箱的装运效率。2.问题说明和解决方法2.1问题说明集装箱码头出口生产工艺流程：外卡道口门堆场院子堆场(特定位置)军官房卡海岸大桥船到达前，船方将根据集装箱发货处分类编制粗略的装载计划，提交给港口和航道管理等有关部门企业，港口将根据船方提供的装载计划和箱子信息，制定详细的具体装载记录计划。船舶上要装载的特定位置，指定堆场的特定位置。要制定满足船舶稳定性要求，减少海岸桥梁及弃土场设备使用负荷的计划。我们知道出口箱存储在堆栈块(BLOCK)中，每个块包含20到30个场位(场托架位)，堆栈高度为4到5层。6列容器，与每个字段的常规排列并行(图1)。通常，出口箱在船舶出港前34天集合，为了提高装船效率集装箱，应安排在最佳位置。但是在集装箱集港发现随机性，不能保证理想出口箱的布局堆积。有效的方法是以集装箱的目的地和重量为标准，在装船前在野外现场进行分组工作。这种工作需要临时堆放在集港集装箱里的堆场缓冲区，装卸工作通常在保证船舶装运的同时利用设备的自由时间进行。因为，港方在进行港口布局计划时，陆地面积的限制往往不能以这种方式实现。因此，确定堆场出口箱的合理装载位置是提高港口生产率、减少船舶出港时间的重要环节。图12.2解决方法堆场装载位置分配问题与各船舶出口箱的堆场空间问题和具体的堆放位置问题有关。以上问题通过以下两个步骤进行研究：(1)现场位分配：第一阶段，确定出口容器的现场位置和每个现场位数，以在减少出口操作时平衡野货场和岸桥之间的集卡处理时间和每个现场位数。(2)特定装货地点：步骤2确定步骤1中分配的现场中的特定装货地点，目的是减少装货工作的倒箱工作。上述问题构建模型包括：3.构建模型3.1出口框位置分配这个问题使用混合整数编程模型(MIP)。字段位和每个字段位置的数量在计划期间确定。假设如下：(1)装卸系统的分配问题超出了本课题的研究范围，假定在出口箱生产工作过程中设计的设备充足。(2)预计到达船的泊位分布情况将被告知。(3)假设容器大小是相同的规格。现场桥梁的工作量根据处理的集装箱数计算。集装箱堆场堆叠原则不同大小的集装箱堆在不同的街区。所以我们的研究方法不受容器规格大小的直接影响，大小不同的箱子可以被独立的问题分开。(4)野货场的进出口箱子不会堆积在同一个小区。(5)通常船舶线路挂在多个港口，不同目的地的出口集装箱不堆积在同一个地方。由于同一组集装箱可以装载在船舶的类似位置，因此该原则可以减少干线的运营。假设基于4，5上海港的集装箱码头的实际情况。符号定义K-堆积出口箱到堆积出口箱的块总数b-堆积出口箱的域总数Sa-计划期间必须分配地点的船舶集合sl-计划期间要发运的船只集合Ss-上一计划期间指定的船舶集合s-计划期间内的所有船舶集合s=saJ-船j K块K 1KKci-field I的堆容量bi-field I占用的容器块数Mj-船j可装载的最大容器托架数DJ-船j悬挂的端口数jsaVIO-计划期间字段位置I的容器初始数量1IBNj-计划期间用船舶j包装的集装箱到达堆场的预计数量j Bj-船j分配的集装箱堆场集；j表示无法从SA分配dij现场I和船j的泊位之间的装卸和运输距离决定变量xij计划期间在现场I安装的j船舶集装箱数jsa ij=1如果安装在船舶j上的容器堆叠位置I，则为1，jsa。否则为0。对于j s sa，ij在上一计划期间确定。Mj-船舶j分配的总场位数jsa；j s sa，在上一个计划期间确定。VI-palm I计划结束时的总容器数量wk-计划期间的k块工作量目标函数：约束：目标函数和约束条件说明：属于船舶j的出口箱I存在堆栈位置和岸桥之间的运输距离取决于各船分配的空间位置。(1)第一个公式表示总运输距离最小。第二个公式表明，计划期间每码堆积的容器数量不平衡。W1和w2用作调整两个目标重要性的权重(2)计划最终地点的容器总数量(3)每个场位置的容器数量是否在允许范围内，是每个场位置允许容器堆栈的密度。在实际生产工作中，中继工作需要剩馀空间(4)表示安装在j船舶上的容器所占用的现场位在下一计划期间可用，jsl(5)确保规划期间每艘船舶的空间要求(6)定义变量，(7)确保装载在其他船舶上的集装箱不混合在同一地点(8)表示属于船舶j的容器所在位置的数量(9)确保船舶布局中的字段数大于或等于Dj(10)指定在船舶j上装载的集装箱堆场使用的最大场数，以避免集装箱分布在太大的地区(11)计划期间内安排的现场数量不得超过码头可利用的现场数量(12)表示在计划期间处理容器工作量的容器数量(13)保证变量没有负值(14) 0-1问题目标函数不是线性编程模型，因此转换如下：定义P=Q=目标函数转换如下约束条件按如下方式增加：新的线性编程模型与原始编程模型相同。3.2确定出口框的特定存储位置第一阶段模型解决了不同船舶发送的出口箱的现场配置问题，该阶段研究的目的是通过在好的现场位置合理配置集装箱，最终配置可以最大限度地提高装运效率。3.2.1问题说明现阶段，出口箱按集装箱重量级分组，我们根据上一阶段分配的现场位置，提出解决具体现场位置问题的方法。目标是减少生产过程中的干线工作。假设在晶场位置内，较重的箱子先于较轻的箱子装运。重量级不同的集装箱生产工作比较复杂。例如，某些车厢的集装箱装运时，轻型箱子比重型箱子先装载。通常较重的箱子更有可能先装运。因此，如果在较低的层次上堆叠较重的长方体，则使用子长方体。3.2.2序列嵌套决定出口集装箱堆场堆场位置内的特定位置是实时决策问题，很难找到和解决全球优化方案。序列嵌套广泛使用，因为相同重量级别的长方体堆积在相同的层或堆栈上。图2显示了序列嵌套的框架。每个地点的数字表示该地点容器的重量级别；数字越大，重量级别越高；垂直堆栈考虑5个重量级别；水平堆栈考虑4个重量级别；图中的空格是保留的容器堆栈缓冲区。由于集装箱集港的随机性，很难得到图2所示的理想海湾模型。堆积过程中会发生很多反向箱操作。例如，图ii a中的垂直堆积方法可能非常困难，因为大量的重箱子首先到达堆场，卡车通道附近很快就会堆积满，所以当灯箱到达时，移动现场桥堆。对于图ii b中的水平堆栈，必须将相同的重箱子放在缓冲区之类的灯箱中，以便首先到达并堆在原地。水平堆叠图2序列嵌套3.2.3添加混合序列堆本节提出了混合序列嵌套，以弥补这种序列嵌套的不足。混合序列嵌套可以获得到达容器的最佳存储位置。图3显示了使用混合序列叠加获得的理想托架配置模型。数字与上面相同，没有提到太多。每个容器列的重量级依次增加，使重箱子堆积在左上角，灯箱位于右下角。相同重量级容器堆积在另一层或另一列中的这种装载方法在容器进场时确定位置时会得到更优化的结果。该方法的另一个优点是，在装船工作中，左上方带走，腿容易操作，港口生产率提高。图3中的字段容器重量由9个集合组成，每个字段位置包含多个最佳存储位置。例如，权重为6的集合有4个最佳堆栈位置。该方法不限于9个水平，管理派遣企业可以根据所在港口集装箱数量、货物种类等，多方面考虑相应的连续重量水平。图3托架理想布局3.2.4混合序列嵌套算法(HHSA)符号定义：Wmin，Wmax容器重量范围Wc容器c的重量Lc货柜c重量层次l重量层次lSl重量级为l的最佳容器位置集合(xl，yl)集合Sl位置的几何中心(xc，yc)容器c的最佳存储位置(xcs，ycs)容器c不属于集合Sl，是可用的存储位置通过以下表达式，您可以根据给定容器c的重量计算重量层LC:一般规则从左上延伸到重箱子堆叠位置，右下延伸到灯箱堆叠位置。根据问题属性，您可以获得用于解决问题的优化解决方案。此范例稍微适用。5.结论集装箱码头堆场装载位置分配问题直接关系到生产运营效率，集装箱进入的随机性给解决问题带来了困难。本文将问题转换为两个阶段。第一步主要是解决出口不同地区集装箱堆