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原文传递集装箱码头堆场堆存与外集卡提箱联合优化研究

论文题名：	集装箱码头堆场堆存与外集卡提箱联合优化研究
关键词：	集装箱码头;存储选位;外集卡提箱;自动化码头
摘要：	集装箱码头堆场是集装箱货物装卸堆存的主要区域，对入场和出场的集装箱在码头的存储选位进行优化能够提高码头的运营效率。同时，外集卡公司承担着运送集装箱往返码头的任务，优化其提箱方法能够降低翻箱率。以往对二者的优化往往单独进行，但随着全球集装箱贸易的急剧增长，集装箱的堆存和提箱需求快速增加，给码头堆场和外集卡公司带来了复杂的运营挑战，需要进一步对码头的存储选位与外集卡提箱进行联合优化，这是码头和外集卡公司迫切需要解决的问题。另外，是否引进自动化码头以及如何协调自动化码头与外集卡公司的竞争与合作，则是集装箱供应链亟需解决的另外一个重要问题。　　本文以提高码头堆场运营效率、降低堆场翻箱率、优化集装箱供应链为目标，基于优化及博弈的方法，深入研究集装箱码头堆场的存储选位与提箱联合优化、自动化码头引入博弈以及自动化码头与外集卡提箱协同优化，建立数学模型，并针对模型设计不同算法进行求解。主要研究工作如下: 　　1、研究了集装箱码头的堆场箱位分配及集装箱提箱联合优化问题。考虑如何选择集装箱的存储位置，使堆场内的翻箱数最小，通过建立混合整数规划模型求解翻箱数最小时的堆场箱位分配。基于模型分析了最差情形及最好情形，同时提出模型的下界并建立一个启发式算法。通过数值分析表明，中小规模数据可以通过模型求解，对于大规模数据采用本文提出的启发式算法可以得到较好的结论。本部分研究表明，同时考虑集装箱的卸货序列和外集卡的提货序列时，堆场的翻箱数会明显降低。为集装箱码头堆场箱位分配及翻箱问题提供有力的理论支撑。　　2、研究了基于等待区的集装箱提箱翻箱优化问题。主要考虑外集卡到达闸口后，先进入码头堆场的等候区（或缓冲区），然后根据集装箱在堆场的位置，在外集卡可以接受的等待时间内提箱，使码头堆场翻箱数最低。提出了一种混合线性整数规划模型，基于模型分析了等待区域的位置数量与等待时间的关系。通过数值算例表明了模型的有效性。本部分研究表明，根据实际情况带有等待区域的集装箱提箱比普通的提箱能更好的提高码头堆场的效率。　　3、研究了自动化集装箱码头的引入决策。主要考虑了两个相互竞争的码头运营商是否需要引入自动化码头提高码头整体运营实力。首先研究两个码头运营商同时决定是否引入自动化码头的问题，如果引入，进一步研究从自动化码头收取的单位经营费用的问题，最后研究两个码头运营商和自动化码头如何同时决定它们利润最大化的产出水平。通过模型分析均衡结果并通过数值算例表明结果的有效性。本部分研究表明，同时引入或者一方引入自动化码头均为均衡结果。　　4、研究了自动化码头与外集卡公司的供应链模式。根据自动化码头的两种不同合作模式和外集卡公司的两种不同的市场地位，构成四种可能的合作方式，通过斯坦伯格博弈研究，得到纳什均衡解。通过数值分析表明了决策的有效性。本部分研究表明，自动化码头与外集卡公司整合运营是一种均衡，但并不是绝对的，还需要考虑外集卡公司提供的服务类型及网络外部性的影响程度。　　5、研究了自动化码头与外集卡预约系统协同优化。考虑了动态协同的卡车预约系统，提出了集中式卡车预约系统模型和分散式卡车预约系统模型，目的是对卡车到达闸口的时间进行调整，最大程度地减少码头的拥堵。通过数值分析，说明模型的有效性。本部分研究表明，动态的协同卡车预约系统能明显降低外集卡公司的等待和拥堵成本，从而减少码头的拥堵。　　本文重点讨论了集装箱码头堆场和外集卡提箱的联合优化问题，具体研究集装箱储存选位与提箱问题，基于等待区域的外集卡提箱问题，自动化码头与外集卡公司协同提箱优化问题。同时从供应链角度研究了自动化码头模式的引入决策和自动化码头与外集卡公司的供应链模式。　　本文的研究成果可以为相关的交通政府部门、港口集团等的科学决策提供理论依据，对于普通码头、自动化码头提箱优化具有指导意义。
作者：	郭丽彬
专业：	控制科学与工程
导师：	李健
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京化工大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文