[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出了一种基于时间的整数规划模型，用于集装箱码头堆场作业，整合了服务时间窗和灵活的取箱策略，以最小化重新定位次数和外部卡车等待时间。通过在受控范围内允许非顺序取箱，该模型在不增加重新定位次数或造成服务不公的情况下减少了延迟，为港口运营商提供了一套以客户为中心的优化框架。

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.

研究动机与目标

• 开发一种数学模型，将服务时间窗和以客户为中心的绩效指标整合到集装箱码头堆场作业中。
• 在非高峰时段实现集装箱的主动再定位，以减少未来的取箱延迟。
• 研究允许非顺序集装箱取箱的灵活服务策略对重新定位频率和等待时间的影响。
• 在尊重服务时间约束的前提下，联合优化集装箱堆存、取箱和岸桥调度。
• 评估灵活取箱策略是否能在不增加重新定位次数或引入服务不公的情况下减少延迟。

提出的方法

• 构建一种时间索引整数规划模型，为集装箱堆存、取箱和重新定位操作分配特定时间槽。
• 根据外部卡车预计到达和离开时间，为每个集装箱引入服务时间窗。
• 引入约束条件，确保每次取箱和堆存任务均在指定时间窗内完成。
• 提出一种灵活服务策略，允许最多 m 个集装箱非顺序取箱，且对系统性能的影响可控。
• 采用混合整数规划公式，联合优化重新定位次数和总服务时间。
• 通过在不同贝位规模和灵活性水平下进行计算实验，评估不同策略下的性能表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于时间的优化模型是否能在管理外部卡车等待时间的同时降低集装箱重新定位成本？
• RQ2 允许非顺序取箱对重新定位次数和平均取箱延迟有何影响？
• RQ3 非高峰时段的主动再定位在多大程度上可减少服务延迟，同时不增加重新定位频率？
• RQ4 灵活取箱策略是否会导致外部卡车之间的服务不公？
• RQ5 联合优化重新定位与服务时间窗能否提升整体堆场作业效率？

主要发现

• 超过40%的时间内，每辆卡车既未经历非顺序取箱，也未被非顺序服务，表明在灵活策略下服务分配保持均衡。
• 被非顺序服务的卡车频率与经历非顺序取箱的频率几乎相等，表明服务交付具有公平性。
• 采用非顺序取箱策略后，每辆卡车的平均取箱延迟降低，证明了服务及时性的提升。
• 在灵活策略下，重新定位次数要么减少，要么保持不变，在测试场景中未观察到增加。
• 该模型可实现在非高峰时段的主动集装箱再定位，有助于在卡车到达时减少延迟。
• 所提出的灵活服务策略可在不增加重新定位成本或违反服务时间窗的前提下，实现显著的延迟减少。