基于分配方案的集装箱港口泊位和堆场协同优化研究

About 80% of the global trade is transported by ocean, and container ports are at the central position. With the growth of world economy, China’s annual container throughput increases nearly 10%. How to improve the port overall productivity, in the existing port scale, is an important logistics management problem in China..To improve port productivity, this project intends to study the integrated optimization of berth and yard resources. We will construct an overall optimization objective function, to coordinate the berth and yard scheduling decisions. The contribution includes: .(1) We will formulate a mathematical model to jointly optimize quay cranes, berth space and yard space decisions, from the viewpoint of container input, output and direct transport flows. Based on the structure of the model, we will design heuristic algorithm..(2) By set-partitioning reformulation, we will devise a branch-and-price algorithm to solve the problem exactly..(3) We will construct more compact integer programming formulations (by proposing yard crane assignment profile to further integrate yard crane decision, considering the minimization of total container storage times to minimize the yard storage requirement, and integrating the constraints related to regulation of yard transportation), and devise heuristic algorithms..At last, based on port applications, we will improve the model and evaluate the performance of algorithms by simulation. We expect to publish the research results on the international journals, develop software and apply patents for port management. The project aims at exploring new areas of management science and operational research, promoting the development of optimization algorithms, establishing port management system, and providing decision support for port management.

全球贸易量约80%经海洋运输，集装箱港口处于枢纽地位。随着世界贸易的发展，面对我国集装箱进出口量年增长近10%的现状，在现有港口规模下如何提高整体生产率是我国物流管理中亟待解决的问题。为提高港口生产率，本项目拟研究港口泊位和堆场资源集成优化问题。通过优化目标设置来协调各资源调度与分配决策。研究内容包括：（1）全面考虑集装箱输入、输出和转运流，建立岸桥、泊位空间和堆场空间集成优化数学模型，并开发基于最优化的启发式算法；（2）通过集合划分式等价建模，开发分支定价算法精确求解；（3）建立更加全面的整数规划模型（提出场桥分配方案概念以集成场桥资源，考虑堆场存储时间最小化子目标以减少堆场存储需求，考虑堆场运输车拥堵约束）并开发启发式算法。再通过港口实践和模拟仿真完善模型并测试改进算法。预期在国际主流期刊发表成果并形成港口调度软件和专利。本项目旨在拓展运筹研究领域、促进优化算法发展、辅助港口生产决策。

本项目研究按照拟定的研究计划执行，主要运用调度理论与整数规划方法对海运港口的集装箱调度管理问题展开了深入系统的研究，并取得了一系列的成果，主要开展的研究内容基于分配方案的集装箱港口泊位和堆场协同优化研究，重点分析了考虑多种资源的堆场的分配方案设计；考虑了带有集装箱翻箱的堆场调度问题；研究了考虑动态加工时间和多个堆场互相之间的影响的堆场调度问题。此外，对于其他紧密相关的研究领域如不同场景下的生产调度问题、供应链问题和机场跑道调度等做了一系列延伸研究。上述研究中的一部分成果是结合按企业实际情况提炼出的相应调度模型，提出有效策略的设计与分析结论，另一部分成果则是为相关领域实际问题提出有效解决方案。其中，对考虑人员技能匹配的生产调度问题的研究不仅在理论上解决其复杂性位置的开放问题，而且该成果提高了生产企业的人性化管理的要求。.在项目开展过程中，发表了标注项目基金号71571134的期刊论文48篇，国际期刊论文39篇，其中有30余篇是与调度领域前沿学者巴黎中央理工大学储诚斌教授深入合作发表的。在已发表的科技论文中，SCI检索期刊论文共39篇。此外，还发表了27篇EI检索的IEEE会议论文。圆满完成了项目拟定发表论文的指标，依托本项目所做出研究成果发表于：管理科学核心期刊《International Journal of Production Research》、《International Journal of Production Economics》、《Omega》、 《Computer and Operational Research》，运输领域核心期刊《Transportation Research Part B》、《Transportation Research Part E》等。