英语原文共 39 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
海港集装箱码头：新技术和新模式
荷兰鹿特丹3062 Erasmus大学鹿特丹管理学院技术与运营管理系；电子邮件：rkoster@rsm.nlb生产和定量方法区，印度管理学院Ahmedabad Vastrapur，Ahmedabad 380015，India。
摘 要：由于世界贸易的快速增长和集装箱货物流量的大幅增加，海运集装箱码头在全球供应链中发挥着至关重要的作用。集装箱码头应能够在最短的时间内以极具竞争力的价格处理大型船舶，具有较大的通话尺寸。作为回应，码头运营商，航运公司和港口当局正在投资新技术，以改善集装箱处理和运营效率。集装箱码头面临着极具挑战性的研究问题，受到学术界的广泛关注。本文的重点是突出集装箱码头的最新发展，可分为两个方面：（i）创新的集装箱码头技术和（ii）现有研究领域的新OR方向和模型。通过选择这一重点，我们补充了对集装箱码头运营的现有评论。
关键词：集装箱码头;文献评论;优化;启发式;模拟
介绍
自1956年4月推出集装箱以来，马尔科姆·麦克莱恩（Malcolm McLean）通过改装的油轮将8个35英尺集装箱从纽瓦克（Newark）搬到休斯敦，集装箱流量不断增加。据美国海关报告，2011年，约有1.08亿的发货物集装箱每年通过世界各地的海港运输，构成全球贸易最重要的组成部分。 1990年至2015年期间，国际运输的满载集装箱总数预计将从2,870万增加到1.776亿（联合国：亚太经社会，2007年）。一个简单的计算表明，地球上有足够的容器在赤道周围建造两个以上8英尺高的墙
集装箱化已成为多式联运货物运输的主要驱动力，其涉及以标准尺寸（20英尺当量单位（1 TEU），40英尺（2 TEU），45英尺（高立方体））的集装箱运输货物，在改变模式时，使用多种运输方式，例如船舶，卡车，火车或驳船，而不需要处理货物本身（Crainic和Kim，2007）。在集装箱中运输货物可以减少货物处理，从而提高安全性，减少损失和损失，并使货物运输更快（Agerschou，1983）。在洲际运输链中，集装箱码头特别重要，因为所有集装箱在其停运期间至少通过其中一个集装箱。集装箱码头是不同模态满足运输集装箱的节点。
由于研究中提供的机遇和挑战，集装箱码头越来越受到学术界的关注。在过去十年中已经发表了许多评论，重点是使用操作研究模型来处理容器（Vis Steenken 2004;Guuml;ntherMurtyStahlbock Gorman等）。在本文的同时，出现了三个专注于海边，运输和堆叠存储操作的评论（Carlo b）。然而，本文基于自2008年以来发布的最新文献，提供了集装箱码头运营的综合视图，包括闸门操作和与腹地的连接。我们特别关注新的技术发展和OR模型。本研究的范围仅限于集装箱码头的内部运营以及腹地运营。
集装箱码头运营
集装箱装卸设备包括码头起重机（QC），堆场起重机（YCs），自动导引车（AGV）和跨运车（SC）。这些系统如图1（a）所示，用于将集装箱从船舶转运到驳船，卡车和火车，反之亦然。其他更新的设备将在下一节介绍。集装箱可以直接从一种运输方式转运到另一种运输方式。或者，在将容器转移到另一种模式之前，容器可以在堆栈中存储一段时间。无论是否在终端使用的物料搬运设备都非常昂贵
b
C
图1：集装箱码头和货物装卸设备的俯视图：（a）质量控制; （b）YC; （c）AGV和YC（d）SC。
资料来源：欧洲集装箱码头（ECT）（2012年）。
图2：典型集装箱码头的集装箱装卸过程（改编自Meisel和Brinkmann，
自动化或有人值守。单个现代集装箱码头的投资可高达10亿欧元或更多，投资回收期在15至30之间。
海运集装箱码头分为几个区域，如海边，陆地，堆放和内部运输区域，以满足海边和陆地作业（见图2）。在自动化的集装箱码头，QC从停泊在海边码头的船上装卸集装箱。 QC接收或放下AGV上的集装箱，这些集装箱将集装箱从海边运输到YCs接管的堆放区域。最后，标准委员会在YCs和卡车之间或在YCs和陆地之间的火车之间运输集装箱。在更传统的集装箱码头中，SC也用于堆叠集装箱。
容器堆放在容器堆栈中。每个堆栈由多行，层和托架组成。集装箱抵达或离开码头在海边或陆地，并在这些堆栈中度过一段时间。输入/输出（I / O）点是位于每个堆栈端，单个YC用于堆叠和检索该堆栈中的容器。容器堆内容器的存放位置主要取决于船上的装载顺序。此顺序取决于集装箱的出发时间，目的港和重量。
显然，必须按照相应船舶离开的顺序从堆垛中取出集装箱。此外，必须以与目的地顺序相反的顺序将集装箱装载到船上。必须首先加载具有较晚目的地的容器。最后，必须根据容器装载容器。为了确保船舶稳定性，应在较轻的容器之前装载较重的容器。在装载船舶时需要考虑许多其他实际限制因素（即动态稳定性，容器尺寸，带有危险材料的容器，冷藏集装箱等）。然而，由于多个QC并行装载船舶，并且在装载集装箱时可以重新安排车辆，因此可以允许在堆场中从集装箱中取回集装箱以装载船舶时具有一些灵活性。此外，堆栈由于预编组而不断变化。
集装箱码头的最新趋势
一个大型码头每年处理数百万个集装箱（Drewry，2011）。鹿特丹港的集装箱码头2013年处理了超过1,160万TEU，而同年在上海的集装箱码头处理了超过3380万TEU（鹿特丹港务局，2014;上海国际港务集团，2014）。由于许多集装箱必须临时堆放，因此相关供应链活动需要更多土地。缺乏空间促使集装箱码头运营商建造更高的集装箱堆。此外，过去几十年来，船舶在港口的通话规模越来越大。与第一代船舶相比，最大的巴拿马型船舶可以运载大约18 000 TEU，而第一代船舶的容量约为400 TEU。造船厂正在计划更大尺寸的新船。大型船舶只能在具有足够吃水深度的港口停泊，在具有足够宽的龙门起重机的终端处，具有足够的终端材料处理系统，并且具有足够的腹地连接。这限制了呼叫端口的数量，并增加了每个访问终端的丢弃大小。因此，较大的船舶在港口停靠的时间比较小的船舶要多。例如，8000 TEU的船舶在港口的往返时间中占24％，而4000 TEU的巴拿马型船舶则为17％（Midoro 2005）。闲置的2000 TEU船每天需要2万至25,000美元（Agarwal and Ergun，2008）。集装箱码头经理不断寻找新的技术和方法，以便有效地处理所有到达和离开码头的集装箱。
近年来，一些国家的港口当局和公司已经开始整合供应链和运输活动，特别是通过将海运大门扩展到腹地（Iannone，2012; Veenstra等2012）。以前，集成的腹地终端被引入干港。多式联运腹地网络中的不同企业，如码头运营商，货运代理商，信息服务提供商，基础设施经理，托运人和收货人，都发挥了作用。所有这些企业都致力于提高整个供应链的绩效。例如，码头运营商越来越多地参与海运码头与内陆码头的联系。这使他们能够更好地与网络中的发货人和接收人联系。这种变化伴随着严峻但尚未开发的挑战，但也为人们提供了发展可持续和竞争优势的机会。从海港到远离腹地的货物的无缝流动可以防止运输带来的负面外部影响，例如海港的拥挤，或者由于过多的货运而在高速公路上。
在本文的后续部分中，我们将讨论使用运算研究工具研究这些主题的最新论文。此外，我们还尝试识别仍然纯净的新的重要主题，并为运营研究人员提供机会。我们从下一节的海边操作开始，然后分别在后面的两个部分讨论内部传输和堆栈操作。以前的研究一般将与集装箱码头运营相关的论文分为三类：海边，堆放区和陆地（最初由Steenken等人（2004）和Stahlbock和Voszlig;提出）。我们将这个框架扩展到海滨堆积区 - 陆地 - 腹地框架。由于缺乏空间，污染和漫长的等待时间，综合腹地码头已成为海运集装箱码头的重要组成部分。因此，对集装箱码头运营的调查应包括最近的腹地运营发展和文献。我们在Hinterland运营部门这样做。每个部分专门用于特定的集装箱码头工艺（海滨，运输，堆垛区域和腹地），由两个小节组成。我们首先讨论新技术，然后描述OR模型的新发展。最后我们得出结论。
岸边装卸作业
海上作业计划包括船舶靠泊作业（泊位规划和码头起重机调度），以及将集装箱装卸到船上。此外，船舶装卸集装箱的顺序优化的装载计划在海边作业中起着至关重要的作用。在本节中，我们将讨论QC中的技术进步，并回顾一些最近关于海上作业的工作。
新技术
最近，开发了新一代全自动（远程控制）QC。如图3（a）所示，这些QC配备有两个手推车，每个手推车能够同时处理两个甚至三个TEU。在某些设计中，QC在吊杆上配备了梭子以减少水平处理时间，或者可以使用可以旋转90度的手推车，如图3所示（d）在堆叠区域操作部分，我们讨论了其他设计。哪个QC分布在一个缩进的泊位上，或者QC在水面上漂浮以建造人工临时空间。
由于与传统的QC相比，新设计可以更灵活地使用，而现有的模型可能必须适应这些新的开发。例如，Xing分析了在配备串联升力QC的集装箱码头中调度AGV的问题，要求两个AGV同时准备好卸载集装箱。该问题由混合整数线性规划模型制定，并且使用分解方法来解决该问题。
图3：新一代QC：（a）双推车质量控制（资料来源：约旦，1997年）; （b）带双升降小车的质量控制（资料来源：约旦，2002年）; （c）具有三重升降小车的质量控制（来源：中国通信建设（d）QC，其中梭子在动臂上进行水平运输（来源：Giebel，（e）带有90度旋转手推车的QC（来源：约旦，
使用终端操作系统进行输入控制的新终端仿真系统允许干燥测试设备控制规则，远程码头起重机控制以及堆栈存储方法。例如，Boer开发了一种仿真工具 - 名为CONTROLS（代表CONtainer TeRminal优化物流模拟）。终端中的所有核心流程均由TOS（终端操作系统）支持，包括码头规划，船舶规划，船厂规划，设备控制和闸门管理。仿真允许用户试验真实的TOS，而不会有对实际操作产生负面影响的风险。
码头起重机和泊位运营计划
当船舶到达时，会做出若干战术和运营决策，例如分配停泊空间，停泊时间，以及分配QC以最小的终端成本和延迟装载和卸载集装箱。第一个问题通常被称为泊位分配问题（BAP）。由于空间限制，例如船舶停泊的要求草案，船舶尺寸，空间可用性以及靠泊位置与船舶集装箱堆放的堆栈之间的距离，对入境船舶的泊位的最佳分配是非常复杂的。由于时间限制（船舶的静态到动态到达），问题的复杂性进一步增加。第二个问题与向船舶分配QC有关。模拟挑战，例如解决QC之间的干扰（所有这些都在同一轨道上移动）和提高起重机生产率，从研究和实践的角度来看这个问题都很有趣。第三个问题是通过遵守任务优先约束来安排QC从船上卸载或装载集装箱。直到最近，研究界主要是孤立地解决这些问题。然而，由于决策之间的相互作用，已经开发了新算法和启发式方法来在集成框架内解决这些问题。
图4显示了一艘有四艘船的泊位计划。在这个图中，x和y轴分别表示船舶靠泊时间和船舶靠泊空间。在图中，QC被分配给每艘船。请注意，QC 2在其过程完成后从船舶1重新分配给第2船。
我们现在更详细地讨论这些问题，并回顾最近的OR建模贡献。有关泊位分配和质量控制调度问题的综合调查，包括2010年之前的论文，请参阅Bierwirth和Meisel
图4：（a）泊位分配问题和（b）QC分配问题（改编自Bierwirth）的图示
泊位分配问题（BAP）
为了最小化船舶等待和处理时间（港口停留时间）的总和，已经通过固定空间，时间和处理时间属性的选择来开发优化模型。空间属性表示码头区域是否被划分为离散或连续的泊位（Buhrkal 2011）。时间属性表示对船舶停泊时间或出发时间施加的限制。类似地，处理时间属性指示该时间是固定的还是取决于停泊位置，QC分配或QC调度。除了处理时间之外，Hansen还考虑到船舶的服务成本，根据它们所分配的泊位来解决动态BAP问题。具有固定和泊位位置依赖处理时间的连续动态BAP受到了研究人员的极大关注（Wang和Lim，2007）。还考虑了许多其他版本的BAP。 Hendriks研究了一个强大的BAP，其中循环呼叫船只有到达时间窗口，而不是特定的到达时间。它们最大限度地减少了不同情况下所需的最大QC容量。在后来的研究中，亨德里克斯研究了一个类似的问题，即周期性呼叫船只必须在同一个港口的不同终端进行处理。它们最小化终端间移动量，并平衡不同终端和时间段的QC工作量。徐研究BAP考虑水深和潮汐限制。他们以静态模式（所有船舶都可用）和动态模型（船舶随时间到达）对问题进行建模。他们开发有效的启发式方法来解决问题。如今，BAP模型也考虑了环境问题。杜开发了精心设计的泊位分配策略，同时最大限度地降低了油耗由船只。通过将原始MINLP模型重新构造为混合整数二阶锥规划（MISOCP）模型，克服了考虑燃料消耗引入的非线性难以处理性。
质量控制分配问题（QCAP）
在为船舶分配泊位空间之后，将QC分配给船舶，从而通过减少QC设置和QC行程时间来最大化起重机生产率。 QCAP和BAP这两个问题密切相关，因为一旦分配了QC，船舶处理时间就会受到影响。在实践中，QCAP使用经验法则解决，并且很少受到研究人员的关注（Bierwirth和Meisel，
Giallombardo提出了两种用于组合BAP和QCAP的公式：混合整数二次规划和线性化，简化为混合整数线性程序。为了解决这个问题，他们开发了一种结合了禁忌搜索方法和数学编程技术的启发式算法。韩考虑了类似的问题，但随机船的到货时间和处理时间。他们将问题表述为混合整数规划模型，并通过基于仿真的遗传算法求解。 Chang以滚动的方式研究这个问题。他们通过并行遗传算法结合启发式算法解决了这个
全文共52654字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[424]
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
