集装箱码头的运输业务：文献概述，趋势，研究方向和分类方案
波多黎各大学 - Mayaguuml;ez，工业工程系，Call Box 9000，Mayaguuml;ez，Puerto Rico 00681-9000
荷兰格罗宁根大学经济与商业学院，邮政信箱800，9700 AV格罗宁根，荷兰
摘要
内部运输操作连接集装箱码头的海边，码头侧和陆侧过程。本文深入介绍了运输操作和使用的物料搬运设备，重点介绍了当前的行业趋势和发展，并提出了一个新的运输操作分类方案和截至2012年发布的科学期刊论文。本文还讨论和挑战当前运输业务的运作范例。最后，本文根据集装箱码头行业的当前趋势和发展确定了新的学术研究途径。
关键词：集装箱码头；文献概述；运输；物料搬运设备
1. 介绍
由于经济全球化，国际贸易继续急剧增长（UNCTAD, 2011).全球化不仅增加了当今供应链网络的复杂性，而且还增加了供应链网络不同节点的物流挑战。本文介绍了集装箱码头运输业务的最新趋势，发展和文献，这些已成为当今供应链中的重要节点。
集装箱贸易是增长最快的货运部门，1990年至2010年间年均增长8.2％（UNCTAD, 2011).2011年，世界集装箱港口吞吐量实际上比往年慢。然而，增加了5.9％，达到了有史以来的最高水平。2011年的吞吐量放缓可能归因于经济危机，北非和西亚的冲突局势以及日本和泰国的自然灾害（UNCTAD, 2012).
容器是标准尺寸的大型金属盒。两个主要容器尺寸是二十英尺当量单位（TEU）和四十英尺当量单位（ FEU）。这些容器的尺寸为20rsquo;* 8rsquo;*8.5rsquo;（6.1米*2.44米*2.59米）和 40rsquo;*8rsquo;*8.5rsquo;（12.2米*2.44米*2.59米），但容器的高度可以变化。因此，出于所有实际目的，两个TEU相当于一个FEU。容器的尺寸允许它们被装载到平台中以通过火车运输或放置在底盘上并通过卡车运输。
由于规模经济，集装箱船是海上集装箱的首选运输方式。自1955年以来，集装箱船的容量从几百个集装箱不断增加到数千个集装箱;今天最大的集装箱船能够同时运输超过14,500个标准箱。集装箱船通常在固定的海运路线下运营，包括不同国家的各种集装箱码头。在访问的每个集装箱码头，卸载进口集装箱（即那些运往该港口的集装箱），并装载出口集装箱（即离开该港口的集装箱）。表格1以TEU处理的方式呈现全球20个最繁忙的集装箱港口（2012年世界航运).我们注意到，2009年处理的总量比2008年减少了10.5％，2010年处理的总量比2009年增加了14.5％。集装箱码头不断挑战调整其吞吐量以满足需求。因此，在集装箱码头设计，物料搬运设备和新的方法中出现了许多机会运筹学应用。
集装箱码头可分为五个主要区域，即泊位，码头，运输区，（仓库）和（终端）闸门。泊位和码头区域被认为是海边，而院子和门区域被认为是陆地。运输区域（见图。1），这是本文的主要焦点，是在海边和陆地区域的交叉点。普遍的看法是，运输操作的设计应避免容器终端的瓶颈。这种精简很重要，因为海边和陆地作业直接依靠车辆来拾取和装载集装箱。
本文的目的是在检查文献的基础上，提出集装箱码头运输作业的分类方案。该文件还旨在根据当前运输业务的发展趋势和发展情况确定新的学术研究途径。根据拟议的方案对2012年或之前发表的文献进行分类。但是，只有2004年之后发表的论文才会作为部分后续行动进行详细讨论
Vis和De Koster（2003）其中讨论了2004年之前发表的论文Vis和De Koster（2003）到目前为止，已发布了另外两份关于集装箱码头运营的概述文件：Steenken，Voszlig;和Stahlbock（2004），和Stahlbock和Voszlig;（2008a）. Stahlbock和Voszlig;（2008b） 概述了与运输相关的集装箱码头的路线问题以及堆场过程。
本文的其余部分安排如下：部分2 提供运输操作和物料搬运设备的说明，并详细阐述了运输业务的行业趋势和发展。部分3 概述了截至2012年的运输业务研究成果4 介绍了我们的运输操作文献分类方案。在章节中5–9 我们提供了2004年至2012年间运输业务文献的深入概述，并按照所解决的问题进行了划分。在节中10 我们退后一步，从工业工程和卓越运营的角度重新考虑运输业务，以挑战当前运输业务的运营范例。最后，部分11 根据集装箱码头行业的当前趋势和发展，提出研究途径。
2. 运输业务：对发展的描述和分析
在本节中，我们首先描述与整个终端流程相关的运输过程和相关决策问题（如图2所示）图2）和特定类型的运输车辆。其次，我们展示行业趋势和发展。
2.1. 运输业务中的决策问题
卸货过程从将船舶分配到泊位开始。一旦船舶停泊，一个或多个码头起重机（即，大型的，通常是轨道安装的，半自动的，位于岸上的龙门起重机）在卸载计划之后卸载船舶。容器的卸载时间取决于其在容器中的位置并且通常显示出大的变化。码头起重机从船舶货舱或甲板上取出出口集装箱，并将其存放在码头区域或直接存放在（内部）运输车辆上，然后将集装箱从码头区域移至码头区域。一旦将集装箱装载到车辆上，就将其运输到储存场，在那里临时储存，直到它被运输到内陆（通过外部卡车或火车）或装载到另一个船上。进口容器在验证文书工作后通过终端门离开集装箱码头并进行检查（如果选择进行检查）。通常，船舶装载发生在所有进口集装箱卸载并遵循装载计划之后。我们区分了运输业务中的以下三个主要决策问题。（1）选择要使用的车辆类型，（2）确定所需车辆的数量，以及（3）车辆的路线和调度。鉴于转运车辆类型之间的差异，选择合适的转运车辆需要在投资和运营成本以及性能之间进行权衡。通常，为解决这三个问题而进行的建模假设取决于所用车辆的类型。因此，我们提供了最常见类型车辆的描述。有关我们所参考的各种运输车辆的详细概述布林克曼（2011年）.
运输车辆可分为自升式或非升降式（见图3).自升式车辆，例如跨运车和自动升降车（ALV）能够自动地将集装箱从地面抬起。非提升车辆，例如庭院卡车和自动引导车辆（AGV）需要外部材料处理设备来装载/卸载容器。跨骑运输船，描述于图3a，是能够将容器堆叠到几层高的自升式车辆。因此，一些终端使用跨运车作为转运和堆场车辆。由于跨运车需要在集装箱两侧进行间隙处理，因此需要特殊类型的堆场布局，如图所示图4a.跨骑运输船有时仅用作转运车辆，以保持由街区组织的传统布局，如图所示图4b.
与跨运车，AGV不同（见图3b）没有堆叠能力。AGV的主要特征是它们完全自动化并由中央计算机控制，该计算机决定每辆车的调度和移动。包括鹿特丹的欧洲联合航站楼（ECT），伦敦的Thamesport，汉堡的HHLA集装箱码头Altenwerder（CTA）在内的几个航站楼使用AGV（Yang, Choi, amp; Ha, 2004年).ALV和AGV之间的主要区别在于AGV无法自升式集装箱。拉瑙（2011）从运输区域的尺寸和布局的角度研究ALV和AGV之间的差异。庭院卡车（图3c）由于投资成本相对较低，容量较大，是大型集装箱码头中最常用的转运车辆。Yard卡车只是将容器放在底盘上。相反对于自动驾驶车辆，庭院卡车需要人类驾驶员;庭院搬运车与底盘的接合可以在没有人为干预的情况下完成，但是底盘的释放需要人为干预。
2.2. 当前的行业趋势
转移设备最重要的趋势是自动化和关注更环保的设备（例如，Rijsenbrij＆Wieschemann，2011年).自动转移车辆具有许多优点，包括更容易的通信和控制，以及预测和消除人为错误。另一方面，这些系统往往更昂贵，需要完善的软件基础设施，并且非常依赖于中央控制系统。然而，由于非自动化终端中的内部运输是效率最低且成本最高的过程之一，因此预计自动车辆在集装箱码头中的普及将继续存在（ Vis, 2006).使用GPS技术的新型智能自动导引车（AGV）正在进入市场。因此，必须设计新的交通管理政策以有效地控制这些类型的AGV。
大多数自动导引车（AGV）在由标记，电线，激光或计算机视觉引导的固定路径上行进。新一代“智能”AGV是自由行驶（即不遵循固定路径）并由GPS监控。这种新技术为AGV提供了更多的移动自由，但代价是更复杂的交通管理。AGV通常是通过将他们的旅行路径划分为区域来控制AGV必须在进入另一个区域之前请求许可，以避免潜在的冲突，拥塞和死锁。
通常使用两种策略来管理死锁：死锁预防和死锁解决。死锁预防策略通常限制对区域的访问以防止死锁。死锁解析不会提前尝试防止死锁，而是尽快检测并解决它们（莱曼， Grunow amp; Guuml;nther, 2006 年).死锁预防和解决方案通常一起使用。拥塞避免策略通常涉及仔细地将特定的码块分配给船只，以便在同一时期内不使用相邻的块。
集装箱码头也引入了新型自升式设备。自主跨运车（Auto-Strad）或自动穿梭运输车（例如，Pirhonen，2011年）是跨运车和ALV之间的混合体（达兰特-怀特, 帕格克, Rogers，Stevens和Nelmes，2007).自2005年起由卡尔玛开发并在澳大利亚布里斯班的帕特里克集装箱码头实施。这些车辆可用作自动跨运车或具有堆垛能力的AGV。
转移设备的最新趋势是双载技术，例如跨运车。双载技术允许车辆同时携带两个集装箱，减少了码头和码头之间所需的行程次数。然而，由于在yardside处的操作的复杂性增加（例如，可能访问多个块），预期的循环时间可能增加。此外，它可能需要更多的车辆，而不是单个负载跨运车的数量的一半。需要良好的控制策略来应对双负载技术带来的这些挑战。
在卸货和装载作业期间，缩进的泊位和双重骑行是从海边考虑的趋势（Carlo, Vis, amp; Roodbergen，2013年).这些趋势明显影响运输业务。
如果在码头同时处理进出口工作，车辆将被迫进行双循环。因此，空行程时间将显着减少。根据双循环政策，车辆不专用于特定船舶，以便将船舶之间的装载和卸载操作结合起来。与双负载功能类似，我们发现可能需要更长的周期时间来处理所有请求。在接下来的部分中，我们将讨论和分类文献，为每个上述决策问题提出解决方案方法，并将文献与本节中注意到的趋势进行比较。每个部分按分类方案中的顺序呈现不同的决策问题。
3. 研究成果概述
在包括Engineering Village，Google Scholar，Pro Quest，Web of Science以及该领域的几本着名手册在内的多个科学数据库中进行了广泛的搜索，产生了55篇科学期刊文章和6本书籍章节，发表于2004年至2012年，直接相关到集装箱码头运输业务（见图5).如上所述，我们将运输操作定义为船舶与船厂之间的所有活动。通过仔细检查所发现的论文的引用工作，对期刊论文的详尽搜索进行了补充。对于此期间之前的论文调查，请参阅读者Vis和De Koster（2003） 要么Steenken等人。（2004年）.用于我们搜索的关键字是容器，容器终端和端口，我们仅从中选择了与传输操作决策相关的文章。不包括不符合上述要求的其他参考工作。
图5表明在这一时期，每年在运输业务上发表的期刊论文数量没有太大变化正在考虑中（2004-2012）。表2 根据与每篇论文第一作者相关的大陆，分发55种出版物。表3根据出版物的数量（括号中显示）衡量第一作者所源自的国家的排名。总计有14个不同的国家被计算在内。如表2和表3显示，大多数论文起源于亚洲和欧洲。
共有132位作者参与了我们分析中考虑的论文。每份出版物的平均作者数等于3.04，标准差为1.19。一篇论文中作者的最大数量是7.只有四篇（7.3％）的论文是由一位作者撰写的。这些论文已在30种不同的期刊上发表。平均而言，每期刊发表 1.83 篇论文。关于集装箱码头物流的几个特殊问题出现在 OR Spectrum（3次）和交通研究E部分等期刊上。因此，这两个期刊包含了大部分在研究期间发布的集装箱物流的论文。事实上， OR Spectrum在此期间发表了16篇论文，交通研究E部分发表了5.所有其他期刊都包含三篇或更少的运输操作论文。
4. 运输业务的分类方案
在本节中，我们提出了一种新的分类方案，以便能够讨论集装箱码头运输业务的文献。拟议的运输业务分类方案见表4.分类方案包括30个可以取值为0或1的属性表4 分组来描述出版物中的决策和建模假设，以及帮助我们相互定位出版物。根据拟议的分类方案对56份关于运输业务的出版物进行了相应的分类，见表A.1在附录A..
我们只包含具有互斥值的属性，以允许我们明确地描述论文的地址和不解决的内容。我们可以通过添加新属性（例如单载荷或多载荷车辆）轻松更新该方案。在对方案进行编码时，我们可以选择使用垂直条分隔，即连音符Bierwirth和Meisel（2010），或使用表格。在本文中，我们选择了后一种选择来对论文进行分类。我们的分类方案中使用的属性和值在表4如下所述。
决策变量属性组指定考虑的决策问题。该组中的特定属性包括比较，数量，路线，调度，死锁和碰撞，以指定分别考虑的车辆类型，车辆数量，车辆路线或调度，死锁或碰撞方面作为决策变量。操作属性组指定文件是否考虑船舶装载（装载），卸载（卸载），车辆双重循环（双重）以及终端（国际）之间的运输操作。由于车辆分别等待堆场起重机或码头起重机，因此应区分船舶装载和卸载操作。double-cycling属性指定是否考虑双循环（参见章节）2.2），并且inter属性指定车辆是否也执行interterminal移动。
车辆能力属性组（参见章节2）指定所考虑的车辆是否能够自动升降（自升力）或不升降（非升力），以及是否具有堆叠能力（自动堆叠）。当车辆被归类为自动堆叠时，隐含的是系统也是自动升降的。
交互属性组指示论文是否考虑车辆之间的拥堵或碰撞。拥塞会增加完成工作所需的时间。碰撞阻碍了特定时期的交通甚至停工。属性“碰撞”。
表明作者考虑了例如AGV
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