توصيفگر ها :
مسئله تخصيص محوطه ذخيرهسازي , مسئله تخصيص اسكله , مسئله استقرار جرثقيل محوطه , الگوريتم تجزيه بندرز , برش بندرز تركيبي
چكيده فارسي :
امروزه به دلايلي از جمله توليد غيرمتمركز و افزايش ارتباطات بين كشورهاي مختلف، حمل و نقل دريايي رشد روز افزوني داشته است. حمل ونقل كانتينري به دليل امكان جابهجايي حجم زيادي از كالاها با هزينهاي مناسب، سهم قابل توجهي از حمل و نقل دريايي را به خود اختصاص داده است. با گسترش حمل و نقل كانتينري، پايانههاي كانتينري به عنوان محلي براي جابهجايي كانتينرها بين خشكي و دريا نقش اساسي را در شبكه حمل و نقل جهاني ايفا ميكنند. پايانههاي كانتينري به بخش دريا و بخش خشكي تقسيم ميشوند. در بخش دريا كليه مسائل مرتبط با كشتيها از جمله مسئله تخصيص اسكله مورد بررسي قرار ميگيرد. در مسئله تخصيص اسكله، مكان پهلوگيري كشتيها در بندر با توجه به زمان ورود آنها به بنادر و ساير عوامل مؤثر، تعيين ميشود. از مسائل مطرح در بخش خشكي ميتوان به مسائل تخصيص محوطة ذخيرهسازي، استقرار و مسيريابي جرثقيلهاي محوطه اشاره كرد. در بيشتر پايانههاي كانتينري فضاي ذخيرهسازي كانتينرها و همچنين خطوط عبوري بين بلوكهاي محوطه از پيش مشخص است. افزايش حمل و نقل كانتينري در اين فضاي ثابت، موجب ايجاد ترافيك در پايانهها و كند شدن فرآيند بازيابي و بارگذاري كانتينرها در محوطه ميشود. از اصليترين مسائل مطرح در بخش خشكي پايانهها مسئله تخصيص محوطة ذخيرهسازي است، كه در اين مسئله مكان ذخيرهسازي كانتينرها در محوطة ذخيرهسازي با توجه به شرايط حاكم و زمان ورود آنها به محوطه تعيين ميشود. جرثقيل محوطه از جمله تجهيزاتي است كه بر فرآيند بازيابي و بارگذاري كانتينرها تأثير ميگذارد. يكي از مسائلي كه در ارتباط با جرثقيل محوطه مطرح ميشود، مسئله استقرار جرثقيل محوطه است. در مسئله استقرار جرثقيل محوطه به تعيين تعداد جرثقيلهاي فعال در هر بلوك و جابهجايي جرثقيلها بين بلوكهاي محوطه پرداخته ميشود. به منظور مديريت بهتر پايانهها و كاهش هزينهها نياز است كه مسائل اصلي مطرح در بخش دريا و خشكي به صورت يكپارچه مورد بررسي قرار گيرند. بررسي ادبيات موضوع نشان ميدهد علي رغم اهميت موضوع، مسائل تخصيص اسكله، تخصيص محوطة ذخيرهسازي و استقرار جرثقيل محوطه به صورت يكپارچه مورد بررسي قرار نگرفتهاند.
در اين پژوهش يك مدل يكپارچه برنامهريزي عدد صحيح مختلط به منظور بررسي مسائل تخصيص محوطة ذخيرهسازي، تخصيص اسكله و استقرار جرثقيل محوطه با در نظر گرفتن تراكم ترافيك در خطوط عبوري محوطه در افق برنامهريزي روزانه ارائه شدهاست. تابع هدف اين مدل رياضي شامل كاهش هزينههاي جابهجايي و عمليات جرثقيل محوطه، هزينة جابهجايي گروههاي كانتينري بين اسكله و محوطه و هزينة تأخير كشتيها است. در مدل پيشنهادي ساختار اسكله به صورت گسسته در نظر گرفته شده است. از آنجايي كه دو مسئله تخصيص محوطة ذخيرهسازي و استقرار جرثقيل محوطه به صورت يكپارچه و همچنين مسئله تخصيص اسكله از نظر پيچيدگي محاسباتي NP-hard هستند، تركيب اين مسائل از پيچيدگي حل مسئله نميكاهد. به منظور حل مسئله بيان شده، يك الگوريتم تجزيه بندرز شتابيافته ارائه شده است. براي تسريع الگوريتم تجزيه بندرز به كار گرفته شده، شتابدهندة برش بندرز تركيبي استفاده شده است. همچنين 8 نامعادله معتبر بر اساس مفاهيم و فرضيات مسئله به منظور تسريع حل الگوريتم تجزية بندرز در نظر گرفته شده است. براي اعتبار سنجي مدل پيشنهادي 32 نمونه بر اساس چارچوب توليد دادهها در ادبيات موضوع، توليد و نتايج حاصل از حل آنها ارائه شده است. با توجه به نتايج، مدل رياضي يكپارچه در حل نمونههاي با ابعاد كوچك و متوسط از عملكرد خوبي برخوردار است. الگوريتم تجزيه بندرز شتابيافته در نمونههاي با ابعاد كوچك و متوسط در ميانگين مدت زمان كمتري نسبت به مدل رياضي به جواب بهينه دست يافته است. همچنين با توجه به نتايج، اين الگوريتم در حل نمونهها در ابعاد بزرگ نيز از عملكرد مناسبي برخوردار است. براي بررسي تأثير يكپارچه در نظر گرفتن مسائل بيان شده، نمونههايي در اندازههاي مختلف طراحي و حل شده است. مطابق با نتايج بدست آمده، با يكپارچه در نظر گرفتن مسائل بيان شده، به طور ميانگين 15/11 درصد بهبود در هزينهها نسبت به حالت غيريكپارچه حاصل شده است.
چكيده انگليسي :
Today, maritime transportation has been grown due to decentralized production and increased communication between different countries. Container transportation has contributed a significant share of global transportation due to the possibility of moving a large volume of goods at a reasonable cost. With the expansion of container transportation, container terminals as a place to transport containers between land and sea play a pivotal role in the global transportation network. Container terminals are divided into seaside and landside. In most container terminals, the storage space of the containers and the crossing lines between the yard blocks is predetermined. Increasing container transportation in this fixed space will cause traffic at the terminals and slow down retrieving and loading containers in the yard. One of the main issues at the landside of terminals is the storage space assignment problem, in which the storage location of the containers at the storage area is determined according to the prevailing conditions and the time of their entry into the yard. The yard crane is one of the handling equipment that affects retrieving and loading the containers. One of the problems raised in connection with the yard crane is the yard crane deployment. In the yard crane deployment problem, the number of active yard cranes in each block and the movement of cranes between the blocks of the yard are determined. To better manage the terminals and reduce costs, the main problems at the seaside and the landside need to be addressed in an integrated manner. Literature review shows that despite the importance of the matter, the berth allocation problem, the storage space assignment problem, and the yard crane deployment problem have not been studied in an integrated manner.In this research, an integrated mixed integer programming model has been provided to investigate the storage space assignment problem, the berth allocation problem, and the yard crane deployment with the traffic congestion at the passing lines consideration on the daily planning horizon. The objective function of this mathematical model includes minimizing the yard crane movement cost, the yard crane operating cost, the cost related to the route length of the container transportation between the berth and the yard, and the penalty cost caused by delaying the vessels. In the proposed model, the discrete berth layout has been considered. The movement capacity is determined to prevent traffic congestion in the passing lines. Since the storage space assignment problem and the yard crane deployment problem in an integrated manner and also the berth allocation problem are NP-hard, the combination of these problems does not reduce the total complexity. To solve the stated problem, an accelerated Bendersʹ decomposition algorithm has been proposed. The combinatorial Benders’ cut is used to accelerate the Benders’ decomposition algorithm. Also, 8 valid inequalities based on the concepts and assumptions of the problem are considered to accelerate the Bendersʹ decomposition algorithm. To validate the proposed model, 32 instances are generated based on the data production framework in the literature, and their results are presented. According to the results, the integrated model has a good performance in solving small and medium scale instances. The accelerated Bendersʹ decomposition algorithm has achieved optimal solution in small and medium scale instances in the mean of less time compared to the integrated model. Also, according to the results, this algorithm has a good performance in solving instances on large scale. Different sizes of instances have been designed and solved to evaluate the effect of the integration of the problems. According to the results, an average 11.15 percent improvement in costs has been obtained from the integration of the problems related to the non-integration state.