توصيفگر ها :
تخصيص اسكله , تخصيص جرثقيل ها , زمانبندي جرثقيل ها , زمانبندي جرثقيل ها , الگوريتم تجزيه بندرز شتاب يافته
چكيده فارسي :
حملونقل دريايي حدود 80% از حجم تجارت جهاني را به خود اختصاص داده است و بيش از 70% از ارزش تجارت جهاني از طريق دريا و بنادر سراسر جهان صورت ميگيرد. تجارت كشتيراني جهاني، نقش اصلي را در صنعت لجستيك ايفا ميكند بطوريكه كل حجم مبادلات دريايي در سال 2018 به 7/10 ميليارد تن رسيده است و انتظار ميرود تجارت دريايي بينالمللي با متوسط نرخ رشد سالانه 5/3 درصد، طي دوره 2019-2024 گسترش يابد. بنادر يك فاكتور كليدي در تجارت دريايي و بازار جهاني اقتصاد هستند و به عنوان نقاط مهم مبادلهاي، ساير بخشهاي شبكه حملونقل را به هم مرتبط ميسازند. از اين رو بهينه نمودن برنامهريزي فعاليتهاي بنادر ميتواند موجب تسهيل انتقال كالا در يك شبكه و كاهش تأخير در رساندن آن به مقصد شود. بيشتر كالاهاي توليدي توسط كانتينرهاي استانداردي حمل ميشوند كه جابجايي اين كانتينرها با تجهيزات خاص مستقر در بنادر سراسر جهان انجام ميشود. يكي از معيارهاي عملكردي مهم و اصلي در ارزيابي ترمينالهاي كانتينري، مدت زمان توقف كشتيها در بنادر است. با توجه به هزينه روزانه بسيار زياد ناشي از توقف و پهلوگيري كشتيها، شركتهاي اداره كننده بنادر ميكوشند تا با به حداقل رساندن اين زمان، ميزان هزينهها را تا حد امكان كاهش دهند. با توجه به اينكه اين امر مستلزم بهينه نمودن برنامهريزي و زمانبندي پهلوگيري كشتيها و خدمترساني به آنها با استفاده از جرثقيلهاي اسكله ميباشد، بنابراين برنامهريزي عمليات كرانهي دريا اهميت ويژهاي پيدا ميكند. بدين منظور در اين رساله براي نخستين بار رويكرد جديدي براي پهلوگيري كشتيها، به نام انقطاع در پهلوگيري كشتي، با هدف كاهش زمان پهلوگيري و به طبع آن كاهش هزينهها ارائه شده است. اين رويكرد ضمن افزايش انعطافپذيري مسائل اين حوزه، اين امكان را فراهم ميكند كه كشتيها بتوانند عمليات بارگيري و يا تخليه خود را در دفعات متعدد پهلوگيري انجام دهند. همچنين دو مسئله در حوزه برنامهريزي عمليات كرانه دريا مطرح شده است. براي مسئله اول يك مدل برنامهريزي عددصحيح يكپارچه تخصيص اسكله به كشتيها و تخصيص و زمانبندي جرثقيلها، در ترمينالهاي كانتينري پيوسته ارائه شده است كه در اين ترمينالها تخصيص اسكله به كشتيها وابسته به عمق آب و جزر و مد مي باشد. علاوه بر آن، در مدل پيشنهادي محدوديتهاي فاصلهي ايمني جرثقيلها و عدم عبور آنها از يكديگر در نظر گرفته شده است. به منظور حل مسائل نمونه در ابعاد بزرگ، الگوريتم فراابتكاري بهينهسازي ازدحام ذرات با توپولوژي تصادفي توسعه داده شده است. جهت بررسي عملكرد الگوريتم پيشنهادي، نتايج بدست آمده با نتايج حاصل از حل دقيق و الگوريتمهاي فراابتكاري شبيهسازي تبريد و ازدحام ذرات مقايسه شدهاند. در حل نمونهها در ابعاد بزرگ، ميانگين خطا از بهترين جواب براي الگوريتمهاي شبيهسازي تبريد، بهينه سازي ذرات و بهينه سازي ذرات با توپولوژي تصادفي به ترتيب %4/2، %3/1 و %3/0 ميباشد و اين نتايج، نشاندهندهي عملكرد بهتر الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات با توپولوژي تصادفي است. براي مسئله دوم براي اولين بار رويكرد انقطاع در پهلوگيري كشتي در عمليات لجستيك دريايي مطرح شده است. اين رويكرد جديد در قالب يك مدل برنامهريزي عددصحيح يكپارچه تخصيص اسكله به كشتيها و تخصيص و زمانبندي جرثقيلها، در ترمينالهاي كانتينري پيوسته ارائه شده است و براي حل مسائل نمونه مطرح شده براي مدل دوم، از الگوريتم تجزيه بندرز شتابيافته استفاده شده است. ميانگين خطا از بهترين جواب براي مسائل نمونه حل شده با دو حل كننده گوروبي و الگوريتم شتاب يافته تجزيه بندرز به ترتيب %22/12 و %25/3 ميباشد كه نشاندهنده عملكرد بهتر الگوريتم¬ پيشنهادي در حل مسائل در اندازه-هاي مختلف است.
چكيده انگليسي :
Accounting for about 80% of world trade by volume and over 70% of world trade by value, maritime transport plays a central role in international trade and logistics. Over 10.7 billion tons of goods were transported by sea in 2018 and global maritime trade is expected to grow at an average annual rate of 3.5% until 2024. Ports are key components of maritime trade and hence global economy, linking maritime trade routes to each other and other segments of transport systems. Thus, optimizing port operations can greatly facilitate the transfer of goods and reduce delays in delivery to destinations. Most manufactured goods are transported in standard containers, which can be easily loaded on and off vessels with special equipment. One of the most important performance criteria for container terminals is the time it takes for vessels to load/unload their cargo in these terminals. Given the magnitude of the cost imposed each day a vessel remains docked in a port, port authorities and shipping companies try to minimize this time. This can be done by optimizing the plan and schedule of seaside operations, i.e. how arriving vessels dock in the quay and how they are served by quay cranes. This research presents, for the first time, a berthing management approach called berthing preemption, which can reduce berthing, waiting, and idle times and their consequent costs. This approach increases the flexibility of seaside operations planning by allowing loading/unloading operations of a vessel to be conducted in multiple sessions separated by departure from and reentry to the quay. In this thesis, two problems in the field of seaside operations planning are proposed. The first problem was the development of an integrated model for berth allocation and quay crane assignment and scheduling in continuous container terminals where berthing possibility depends on water depth and tide conditions. This model was also equipped with several constraints that ensure quay cranes keep a safe distance from each other and do not cross over each other. A Random-Topology Particle Swarm Optimization algorithm (RTPSO) was also developed for solving the large instances of this problem. For performance evaluation, the results of the developed algorithm were compared with the results of the exact solution and Simulated Annealing (SA) and Particle Swarm Optimization (PSO) algorithms. In this evaluation, the best solutions of SA, PSO, and RTPSO for large-sized problem instances had on average 2.4%, 1.3%, and 0.3% deviation from the best possible solutions, which demonstrated the superior performance of RTPSO in solving this problem. The second problem was the introduction of the concept of berthing preemption to seaside operations planning, which was done by formulating this assumption into a mixed-integer model for integrated berth allocation and quay crane assignment and scheduling in continuous container terminals. An Accelerated Benders’ Decomposition Algorithm (ABDA) was also developed to solve the instances of this problem. In the performance evaluation, the best solutions of ABDA and Guroby solver for instances of this problem were found to have on average 3.25% and 12.22% deviation from the best possible solutions, which showed the better performance of the developed ABDA in solving problem instances of different sizes.