[논문 리뷰] Managing Relocation and Delay in Container Terminals with Flexible Service Policies

Setareh Borjian, Vahideh Manshadi외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 03. 05.

Maritime Ports and Logistics참고 문헌 14인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 재정렬 횟수와 외부 트럭 대기 시간을 최소화하기 위해 서비스 시간 창과 유연한 회수 정책을 통합한 시간 기반 정수 프로그래밍 모델을 제안한다. 제한된 범위 내에서 순서를 뒤바꿔 회수할 수 있도록 허용함으로써, 재정렬 횟수를 늘리거나 서비스 형평성을 해치지 않으면서 지연을 줄일 수 있으며, 항만 운영자에게 고객 중심의 최적화 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

We introduce a new model and mathematical formulation for planning crane moves in the storage yard of container terminals. Our objective is to develop a tool that captures customer centric elements, especially service time, and helps operators to manage costly relocation moves. Our model incorporates several practical details and provides port operators with expanded capabilities including planning repositioning moves in off-peak hours, controlling wait times of each customer as well as total service time, optimizing the number of relocations and wait time jointly, and optimizing simultaneously the container stacking and retrieval process. We also study a class of flexible service policies which allow for out-of-order retrieval. We show that under such flexible policies, we can decrease the number of relocations and retrieval delays without creating inequities.

연구 동기 및 목표

• 컨테이너 터미널 야드 운영에서 서비스 시간 창과 고객 중심 성과 지표를 통합한 수학적 모델을 개발하는 것.
• 미래의 회수 지연을 줄이기 위해 비피크 시간대에 컨테이너를 사전에 재배치할 수 있도록 하는 것.
• 순서를 뒤바꿔 회수할 수 있는 민감한 서비스 정책이 재정렬 빈도와 대기 시간에 미치는 영향을 연구하는 것.
• 서비스 시간 제약 조건을 고려하면서 컨테이너 스태킹, 회수 및 크레인 스케줄링을 공동 최적화하는 것.
• 민감한 회수 정책이 재정렬 횟수를 늘리거나 서비스 형평성을 해치지 않으면서 지연을 줄일 수 있는지 평가하는 것.

제안 방법

• 각 컨테이너 스태킹, 회수, 재정렬 동작에 특정 시간대를 할당하는 시간색인 정수 프로그래밍 모델을 수립한다.
• 외부 트럭의 예상 도착 및 출발 시간을 바탕으로 각 컨테이너에 대한 서비스 시간 창을 도입한다.
• 각 회수 및 스태킹 작업이 지정된 시간 창 내에서 완료되도록 제약 조건을 통합한다.
• 최대 m개의 컨테이너까지 순서를 뒤바꿔 회수할 수 있는 민감한 서비스 정책을 제안하며, 시스템 성능에 대한 영향은 제어한다.
• 재정렬 횟수와 총 서비스 시간을 공동 최적화하기 위해 혼합정수프로그래밍 수식을 사용한다.
• 다양한 베이 크기와 유연성 수준에서 계산 실험을 실시하여 다양한 정책 하에서의 성능을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간 기반 최적화 모델은 컨테이너 재정렬 비용을 줄일 수 있을 뿐 아니라 컨테이너 터미널에서 외부 트럭의 대기 시간을 관리할 수 있는가?
• RQ2 순서를 뒤바꿔 회수할 수 있도록 허용할 경우 재정렬 횟수와 평균 회수 지연 시간은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 비피크 시간대의 사전 재배치가 재정렬 빈도를 늘리지 않으면서 서비스 지연을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ4 민감한 회수 정책은 외부 트럭 간 서비스 형평성에 영향을 미치는가?
• RQ5 재정렬과 서비스 시간 창을 공동 최적화하면 종합적인 야드 운영 효율성이 향상되는가?

주요 결과

• 각 트럭이 순서를 뒤바꿔 회수되거나, 순서를 뒤바꿔 서비스를 받지 않는 경우가 전체 시간의 40% 이상이므로, 민감한 정책 하에서 서비스 분배가 균형을 이루고 있음을 시사한다.
• 순서를 뒤바꿔 서비스를 받는 트럭의 빈도와 순서를 뒤바꿔 회수되는 트럭의 빈도가 거의 동일하여, 서비스 제공의 형평성이 확보되어 있음을 나타낸다.
• 순서를 뒤바꿔 회수하는 정책을 사용할 경우 트럭당 평균 회수 지연 시간이 감소하여, 시간에 민감한 서비스 향상이 입증되었다.
• 민감한 정책 하에서는 재정렬 횟수가 감소하거나 그대로 유지되며, 시험된 시나리오에서 증가한 경우는 관찰되지 않았다.
• 모델은 트럭이 도착했을 때 지연을 줄이기 위해 비피크 시간대에 컨테이너를 사전에 재배치할 수 있도록 한다.
• 제안된 민감한 서비스 정책은 재정렬 비용을 늘리지 않으면서도 상당한 지연 감소 효과를 낼 수 있으며, 서비스 시간 창을 위반하지도 않는다.