[论文解读] A Simulation Modeling Approach for Optimization of Storage Space Allocation in Container Terminal

Gamal Abd El-Nasser A. Said, El-Sayed M. El-Horbaty|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2015

Maritime Ports and Logistics参考文献 21被引用 9

一句话总结

本文提出一种基于事件离散的仿真模型，用于优化集装箱码头的堆场空间分配，整合了相互关联的码头作业流程。该模型在亚历山大港的应用中，将集装箱处理时间减少了54%，在实际运行条件下显著提升了效率。

ABSTRACT

Container handling problems at container terminals are NP-hard problems. This paper presents an approach using discrete-event simulation modeling to optimize solution for storage space allocation problem, taking into account all various interrelated container terminal handling activities. The proposed approach is applied on a real case study data of container terminal at Alexandria port. The computational results show the effectiveness of the proposed model for optimization of storage space allocation in container terminal where 54% reduction in containers handling time in port is achieved.

研究动机与目标

• 解决集装箱码头堆场空间分配问题的NP难性质。
• 将多种相互关联的集装箱码头作业流程（例如，岸桥调度、堆场起重机作业、卡车运输）整合到统一的优化框架中。
• 开发一种基于仿真的方法，以反映实际的运行动态，确保实际应用可行性。
• 利用亚历山大港集装箱码头的真实数据评估模型性能。
• 通过基于仿真的优化方法，展示集装箱处理效率的可测量提升。

提出的方法

• 开发基于事件离散的仿真（DES）模型，以表征集装箱码头作业的动态行为。
• 整合关键操作组件：船舶靠泊、岸桥作业、堆场起重机操作以及卡车运输。
• 将堆场空间分配建模为受集装箱类型、卸货/装货计划及未来船舶到港时间影响的决策变量。
• 使用亚历山大港的历史运营数据对仿真模型进行校准与验证。
• 在仿真中实现优化逻辑，以测试和比较不同的堆场分配策略。
• 通过关键指标（如集装箱处理时间、堆场拥堵程度）评估性能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何优化集装箱码头的堆场空间分配，以减少整体集装箱处理时间？
• RQ2 将多种相互关联的码头作业流程整合到仿真优化中，能在多大程度上提升结果的准确性与实用性？
• RQ3 通过基于仿真的堆场分配策略，可在实际集装箱码头作业中实现多大的性能提升？
• RQ4 与传统分配方法相比，所提出的仿真模型在减少处理时间方面表现如何？
• RQ5 该模型能否有效应对真实集装箱码头作业的复杂性与动态变化？

主要发现

• 与基线操作相比，所提出的仿真模型在亚历山大港实现了54%的集装箱处理时间减少。
• 在仿真中整合岸桥、堆场起重机和卡车作业，显著提升了优化结果的现实感与可靠性。
• 该模型在真实运营约束和数据条件下表现出强大的可扩展性与适应性。
• 最优的堆场分配决策显著减少了重新装卸作业与堆场拥堵，从而实现时间节约。
• 基于仿真的方法为码头运营商提供了可操作的洞察，有助于优化规划与资源配置。
• 结果证实了基于事件离散仿真作为解决集装箱码头复杂NP难堆场分配问题的有效工具。