[論文レビュー] Managing Relocation and Delay in Container Terminals with Flexible Service Policies

Setareh Borjian, Vahideh Manshadi+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 5, 2015

Maritime Ports and Logistics参考文献 14被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、コンテナターミナルのヤード運用に対して、サービス時間窓と柔軟なリトリーブポリシーを統合した時間ベースの整数プログラミングモデルを提案する。順不同でのリトリーブを制御された範囲で許容することで、再配置回数を増加させず、かつサービスの不平等を生じさせることなく遅延を低減する。これにより、港湾事業者に顧客中心の最適化フレームワークを提供する。

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.

研究の動機と目的

• コンテナターミナルのヤード運用において、サービス時間窓と顧客中心のパフォーマンス指標を統合した数学的モデルの構築を目的とする。
• ピーク時以外の時間帯におけるコンテナの事前再配置を可能にし、将来的なリトリーブ遅延を低減することを目的とする。
• 順不同でのコンテナリトリーブを許容する柔軟なサービスポリシーが、再配置頻度と待機時間に与える影響を調査することを目的とする。
• サービス時間制約を尊重しつつ、コンテナ積み下ろし、リトリーブ、クレーンスケジューリングを共同最適化することを目的とする。
• 柔軟なリトリーブポリシーが、再配置回数の増加やサービスの不平等を引き起こさずに遅延を低減できるかどうかを評価することを目的とする。

提案手法

• コンテナの積み下ろし、リトリーブ、再配置の各動きに特定の時間スロットを割り当てる時間インデックス整数プログラミングモデルを定式化する。
• 外部トラックの到着・出庫予測時刻に基づき、各コンテナに対してサービス時間窓を導入する。
• 各リトリーブおよび積み下ろしタスクが指定された時間窓内に完了するように制約を組み込む。
• 最大m個のコンテナまで順不同でリトリーブを許容する柔軟なサービスポリシーを提案し、システムパフォーマンスへの影響を制御する。
• 再配置回数と総サービス時間の両方を同時に最適化するため、混合整数プログラミング定式化を用いる。
• さまざまなベイサイズと柔軟性レベルを想定した計算実験を通じて、異なるポリシー下でのパフォーマンスを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間ベースの最適化モデルは、コンテナターミナルにおける再配置コストを低減するとともに、外部トラックの待機時間を管理できるか？
• RQ2 順不同リトリーブを許容することで、再配置回数と平均リトリーブ遅延はどのように変化するか？
• RQ3 ピーク時以外の時間帯における事前再配置は、再配置頻度を増加させずにどの程度サービス遅延を低減できるか？
• RQ4 柔軟なリトリーブポリシーは、外部トラック間でサービスの不平等を生じさせるか？
• RQ5 再配置とサービス時間窓の共同最適化は、全体のヤード運用効率を向上させられるか？

主な発見

• 40％以上の時間において、各トラックは順不同リトリーブを経験せず、かつ順不同でサービスを受けないため、柔軟なポリシー下でもサービスの分配がバランスしていることが示された。
• 順不同でサービスを受けたトラックの頻度と、順不同でリトリーブされたトラックの頻度はほぼ同一であり、サービス提供の公平性が裏付けられた。
• 順不同リトリーブポリシーを用いることで、トラック1台あたりの平均リトリーブ遅延が短縮された。これは、タイムリーなサービス提供が向上したことを示している。
• 柔軟なポリシー下では再配置回数が減少または一定に保たれ、テストされたシナリオでは増加が観察されなかった。
• 本モデルは、ピーク時以外の時間帯におけるコンテナの事前再配置を可能にし、トラックの到着時に遅延を低減するのに寄与した。
• 提案された柔軟なサービスポリシーにより、再配置コストの増加やサービス時間窓の超過を伴わずに、顕著な遅延低減が達成された。