[论文解读] Simulation and optimization of container terminal operations: a case study

Gamal Abd El-Nasser A. Said, Abeer M. Mahmoud+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2014

Maritime Ports and Logistics参考文献 28被引用 3

一句话总结

本文提出了一种集成仿真与优化的模型，以减少港口集装箱船的停靠时间，采用离散事件仿真来模拟码头作业，并运用启发式优化方法改进资源分配。该方法应用于El-Dekheilla港，使船舶服务时间减少了51%，显著提升了集装箱码头作业的效率。

ABSTRACT

Container terminals are facing a set of interrelated problems. Container handling problems at container terminals are NP-hard problems. The docking time of container ships at the port must be optimized. In this paper we have built a simulation model that integrates all the activities of a container terminal. The proposed approach is applied on a real case study data of container terminal at El-Dekheilla port. The results show that the proposed approach reduced the ship turnaround time in port where 51% reduction in ship service time (loading/unloading) in port is achieved.

研究动机与目标

• 解决减少集装箱码头中集装箱船停靠时间的挑战，这是港口效率的关键因素。
• 通过集成仿真与优化技术，应对集装箱码头作业的NP难问题。
• 开发一个全面的仿真模型，以捕捉集装箱码头作业中的所有关键活动。
• 优化资源分配与作业顺序，以减少集装箱船舶的服务时间。
• 利用El-Dekheilla港的真实数据验证所提出的方法，该港口作为发展中国家港口的案例研究。

提出的方法

• 开发了离散事件仿真模型，以表示整个集装箱码头作业，包括岸桥、堆场卡车和堆场区域的活动。
• 整合了El-Dekheilla港的真实运营数据，以确保模型的保真度和实际相关性。
• 应用启发式优化算法，基于仿真输出结果改进岸桥和堆场卡车的调度。
• 利用仿真评估多种作业场景，并识别码头作业流程中的瓶颈。
• 优化资源的顺序与分配，以最小化船舶服务时间，同时遵守操作约束。
• 通过迭代仿真运行和关键指标（如船舶停靠时间）的性能评估，验证了模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 集成仿真-优化模型在多大程度上能够减少集装箱码头的船舶服务时间？
• RQ2 所提出的模型在处理集装箱码头作业的NP难复杂性方面有多高效？
• RQ3 优化的资源调度对集装箱船舶整体停靠时间有何影响？
• RQ4 仿真模型能否准确反映El-Dekheilla港的真实作业动态？
• RQ5 通过协调岸桥与堆场卡车的调度，可在操作效率方面实现哪些改进？

主要发现

• 所提出的仿真-优化框架在El-Dekheilla港实现了船舶服务时间（装卸时间）51%的减少。
• 集成模型成功捕捉了集装箱码头作业的复杂性，包括岸桥、堆场卡车和堆场区域之间的相互作用。
• 优化组件显著提高了资源利用率，并减少了关键设备的空闲时间。
• 仿真结果表明，协调调度可显著节省船舶作业时间。
• 案例研究证实了该模型在实际港口环境中的适用性和可扩展性。
• 本研究为其他希望借助仿真与优化手段减少停靠时间的集装箱码头提供了可复用的框架。