集装箱港口物流系统仿真和优化研究综述

为了节省费用和快速有效地满足集装箱运输的需求,缩短船舶在港停泊时间,高效利用人力、泊位、堆场和装卸设备等资源,近年来,仿真技术和优化技术越来越多地被集装箱码头的设计者和管理者用来解决集装箱港口物流系统决策问题.归纳了在国内外集装箱港口物流系统研究中采用的仿真技术和优化技术,分析了它们在集装箱港口规划设计和运营管理决策中的研究现状和存在问题,展望了集装箱港口物流系统仿真技术和优化技术研究的发展趋势并具体地指出了一些需要进一步研究的课题.     

基于WRT方法的港口危化品物流风险评估研究

针对港口危化品物流风险管理中风险因素众多和交互影响的复杂性,构建港口危化品物流的WRT风险评估模型.首先基于物理-事理-人理WSR理论构建港口危化品物流风险评估指标框架,其次通过风险过滤和排序RFRM理论对风险因素进行双重过滤,保留关键风险因素.然后基于TSS情景构建理论从物理、事理和人理三个层面构建港口危化品物流的多维风险情景,通过深入剖析各风险情景下风险因素之间的耦合关系,刻画港口危化品物流中的不同风险状态与风险源最后,基于熵权法和贝叶斯理论对我国7个重要港口进行多维情景风险评估,结果表明天津港和南京港整体风险较大,多数情况下二维情景风险大于三维情景风险,同时从多维风险情景下对物理、事理、人理的耦合风险进行分析,展示了各港口的薄弱环节,最后为港口危化品物流风险管理提出建议.     

基于轴-辐运输系统的区域港口群二级物流运输网络优化

为了对区域港口群二级物流运输网络进行优化,结合基于轴-辐结构的区域港口近洋运输系统和各个经济腹地与港口之间的集疏运系统, 建立区域港口群二级物流运输系统的非线性优化模型, 该模型在实现总运输成本最小的前提下, 对如下三方面共同实现优化: 各个港口所服务的经济腹地范围以及经济腹地与港口之间的运输能力、各出发港口与目的港口之间经由枢纽港中转的货运量和相应的运输能力、各出发港口与目的港口之间的直达运输量和相应的运输能力.最后通过具体算例对该模型进行了应用分析, 并得出, 由于所建立的非线性模型可以转化为相应的线性规划模型进行求解, 因此该模型具有实用性和可操作性.     

启发式仿真优化方法在设备配置中的应用研究

仿真优化方法研究的是基于仿真的目标优化问题，基于模型仿真给出的输出量通过优化算法得到最佳的优化结果。由于实际物流系统的复杂性及其本身的随机性，重要物资设备的合理化配置问题需要使用仿真优化方法来解决。港口拖轮是港口物流系统中重要的设备，对拖轮总体配置进行优化研究，提出拖轮数量及马力配置的合理方案，以适应港口的发展，具有重要的现实意义。利用仿真优化方法的原理，开发了一套港口拖轮配置启发式仿真优化系统，能得出理论上最佳的拖轮配置方案，辅助管理者做出科学的决策。     

低碳港口物流质押贷款组合优化决策模型

在港口低碳转型大趋势下,港口物流金融存货类质押贷款业务在实践中高速发展,如何在港口物流存货类质押贷款理论决策中融入低碳港口约束因素、从而间接推动港口转型升级显得十分迫切. 本研究深入探讨低碳转型下的港口质押贷款理论,在提出质押贷款期权原理、低碳控制原理、质押风险控制原理和信用风险控制原理的基础上,借助看跌期权反映港口质押贷款组合收益,构建港口和客户碳排结构约束,界定单笔港口货类质押贷款的VaR质押率和港口货类质押贷款组合平均信用风险控制条件,建立了低碳转型下的港口物流质押贷款组合优化决策理论模型,解决了现有研究聚焦单笔港口货类质押贷款理论而忽视组合质押贷款同类风险的集聚以及低碳转型约束等弊端.     

基于系统动力学机制的组合港发展研究

为提升港口的国际竞争力,现代港口在竞争与合作中,建立港口物流供应链的战略合作伙伴关系,形成组合港。剖析组合港的概念及内涵,应用系统动力学理论及仿真方法,分析组合港发展的因果关系、运输需求、能力供给与经济发展的基本反馈关系等,建立组合港发展的系统动力学仿真模型。苏州组合港的实证分析表明,该方法为港口发展决策提供理论依据和指导。     

船公司合作下基于多港口物流总成本最优的空箱调运

在港口空箱需求和空箱供给均为随机条件下,考虑多个港口内不同船公司之间的合作,引入港口空箱配对转运思想,以多阶段期望总成本最小为条件,建立多个港口之间的空箱调运优化模型。最后,通过具体算例验证港口配对分解空箱调运模型的有效性,比较船公司合作与船公司不合作条件下的港口配对分解空箱调运的效果,分析空箱租赁成本、空箱调运成本、空箱需求波动以及空箱供给波动等对空箱调运物流总成本的影响。得出:港口配对分解空箱调运模型在处理多阶段多港口空箱调运问题具有一定优势;船公司之间的合作可以有效降低空箱调运物流总成本。     

港口竞争力与腹地经济协同机制面板数据分析

本文在港口竞争力评价模型中同时引入港口硬件竞争力和软件竞争力指标,进一步完善了港口综合竞争力评价指标体系.在此基础上,结合面板数据模型分析国内9大港口综合竞争力与其腹地发展的协同机制,基本克服了现有港城研究中普遍存在的单角度、单维度和单主体问题.研究表明:港口综合竞争力存在惯性,较弱港口实现超越较难,但可通过充分结合腹地供需结构和贸易特色提升软实力来以长补短.腹地经济结构以及贸易和物流发展水平对港口综合竞争力具有显著正向影响,港口综合竞争力提升又会改善腹地经济结构,而腹地区域产出水平并不是港口综合竞争力的主要影响因素.研究揭示港口综合竞争力提升应从以基建为核心的要素驱动转变为结合创新和服务驱动,通过整合港口与腹地资源来优化港口竞争力结构,做到港口-腹地相互促进,共同发展.     

基于系统动力学的港口经济可持续发展

在分析港口经济本质的基础上,回顾了系统动力学在港口相关方面的研究成果,分析了港口经济可持续发展的动态机制,并建立了港口经济可持续发展的系统动力学模型.最后分析了模拟结果.     

复杂物流系统仿真及其研究现状

复杂物流系统是一个由若干个制造商、若干个批发商和若干个零售商组成的网状物流链。本文给出了复杂物流系统的结构，分析了复杂物流系统仿真的研究现状，并提出了CLSim的总体结构，同时指出了复杂物流系统仿真研究的三个问题：（1）复杂物流系统中的不确定性建模，（2）复杂物流系统仿真模型设计与实现，包括仿真策略选择、仿真模型构造及仿真程序设计与实现三个方面，（3）复杂物流系统控制。     

集装箱码头装卸工艺设计仿真通用平台的构建

采用离散事件仿真技术,通过对集装箱码头装卸工艺内在规律的分析,构建了基于通用性的集装箱码头装卸工艺优化设计的仿真平台。在分析目前集装箱码头仿真技术发展及存在问题的基础上,归纳出集装箱码头装卸工艺的方案集合,以及作业方式和流程。给出了集装箱码头装卸工艺方案优化设计仿真通用平台系统的功能,构造了仿真模型的逻辑结构,介绍了集装箱码头装卸作业活动数据采集和统计方法,提出了基于仿真的集装箱码头装卸工艺方案评价指标体系。     

基于单船装卸运输模型的集卡配置仿真研究

分析了集卡配置对集装箱码头的装卸作业的影响,使用Witness仿真软件以国内某大型集装箱码头为案例,建立了基于码头前沿至堆场的整体道路网络的单船装卸运输仿真模型。通过仿真模型的运行,分析集卡配置数量和车速对整船装卸时间的影响,研究发现集卡的数量应根据装卸的不同时段进行动态调配,集卡的车速提高不一定可加快整船的装卸效率。本模型为建立基于多船装卸运输模型的码头仿真预测系统提供了参考。     

基于鲁棒反应式策略的泊位和岸桥联合调度

集装箱码头作为一个复杂的物流节点, 会受到多种不确定性因素的影响. 针对这种情况, 为保证码头作业计划能够平滑执行、提高系统的鲁棒性, 提出了一种基于鲁棒反应式策略的泊位和岸桥联合调度方法, 重点研究当不确定性因素发生时, 如何通过泊位和岸桥联合实时调度提高系统的鲁棒性. 泊位和岸桥联合实时调度策略分成两部分考虑: 即泊位实时调度和岸桥实时调度; 前者采用了ASAP (as soon as possible)的调整策略; 后者采用MAS (multi-agent system)技术, 充分利用码头的岸桥资源, 设计出了一种基于CNP (contract-network-protocol)协商机制的岸桥实时调度模型. 仿真实验表明在执行阶段采用这种泊位和岸桥联合实时调度策略相比仅采用泊位实时调度策略, 可以更有效地降低不确定因素所带来的影响, 进一步提高系统的鲁棒性.     

集装箱码头装卸系统集成调度的建模与优化

为提高集装箱码头作业效率,在码头集装箱卡车作业能力充足的条件下,对集装箱码头作业装卸系统集成调度问题进行了研究.针对集装箱码头装卸作业的特点,提出了装卸作业的预定义顺序约束、作业次序依赖的设备调整时间及岸桥碰撞干涉约束等,并在此基础上建立了整数规划模型.针对这一模型设计了两阶段启发式算法对问题进行求解.通过在数值实验中将结果与低界相比较,证明该算法效果良好.特别对于规模较大的问题,算法也可以进行有效的求解.     

Regional container port competition in a dual gateway-port system

Many ocean transportation hub systems consist of two container ports that share the container handling business in the area. The container flow passing through a port is the main measurement of the port’s competitiveness. In this paper we adopt a Hotelling model to study the container port competition in a so-called “dual gateway-port system”. The system contains two ports and two terminals, one belonging to each port. The two governments in which the two ports are located compete on cargo fees and the two terminals determine service price and service quality. We study two models with different levels of competition between the terminals. In the first model, the two terminals are owned by two different operators and in the second model, the two terminals are centralized under one operator. The second model exists in practice but is not well studied in the literature. We derive the cargo fee, terminal service price, and service quality equilibria for these two models. We investigate the competition outcome sensitivity with a numerical study. The numerical results reveal that governments prefer terminals to compete with each other. If the terminals do not have competitive advantages in their service quality, then terminal centralization brings more profits to the terminal operator than the competition case.     

集装箱港口装卸中的龙门吊数量配置

龙门吊是集装箱港口装卸过程中的重要机械,其配置情况关系到整个港口的作业效率.讨论集装箱港口装卸过程中的龙门吊数量配置问题,建立龙门吊的数量配置网络流模型.给出模型的最小流算法,并采用数学方法证明算法的正确性和有效性,最后通过一个算例说明模型和算法应用方法.     

基于Agent的集卡调度建模与仿真研究

日益大型化的集装箱船舶对集装箱码头的生产调度提出了较以往更加严格的要求.集装箱码头中的集卡调度是否合理对于提高整个码头的装卸效率具有重要意义.利用agent和哈佛体系结构对集卡动态调度进行建模,以AnyLogic仿真平台为实现工具,基于数据库中实际的生产数据,融合黑板系统和消息通讯形成多agent之间的协同机制,引入操作系统中的资源分配算法调度集卡.最后仿真了具体的港口生产实例,其结果优于以往文献的仿真结果,充分验证了上述建模仿真思想的可行性和可信性.     

海铁联运中心站堆场箱位指派优化

海铁联运中心站堆场的箱位指派策略直接影响着中心站堆场的作业效率.本文研究中心站装卸作业过程中的箱位指派问题,以堆场压箱量最小为目标,建立动态箱位指派模型,优化集装箱在堆场的位置.基于指派问题自身的特点设计了启发式算法进行优化,将优化指派策略与堆场现有的最矮指派策略进行比较,通过对不同情况的算例进行求解,表明优化指派策略优于最矮指派策略.验证了模型的可行性和算法的有效性,并分析了作业箱规模、贝位大小、班列和集卡到达频率这三个影响因子对优化效果的影响,为中心站堆场提供决策支持.     

集装箱码头集卡配置优化的闭合排队网络模型

以集装箱码头同贝同步装卸作业为研究对象,以提高码头作业效率、提升服务能力为目标,研究码头内部集卡数量配置优化问题.将码头作业系统视为服务网络,构建码头同贝同步装卸作业的闭合排队网络模型,刻画集卡在各个环节的作业过程,分析不同设备配置下码头作业系统服务能力,揭示制约码头整体作业效率关键环节.以码头作业成本最小为目标,考虑集卡在各个环节的排队等待时间及设备利用率,建立了基于同贝同步装卸作业的集卡数量优化模型,并设计算法对模型进行求解.本研究从服务网络角度揭示了码头作业效率与岸桥、集卡、场桥配置的关系,为码头设备调度与服务流程设计提供了依据.     

自动化码头运输设备充电策略优化的仿真研究

随着自动化集装箱码头成为当今码头的发展趋势,AGV(automated guided vehicle) 作为自动化码头中使用最为广泛的水平运输工具,合理制定其充电策略至关重要。针对当前自动化集装箱码头中AGV充电策略的不足,提出一种以离线充电为主在线充电为辅的充电策略,并且针对在线充电站点位置选择问题提出一种利用热区图选择有效在线充电站点的快捷方法。在使用该种充电策略情况下,通过大量仿真实验得出在码头工作任务量不变的前提下可减少AGV数量配置的结果,说明自动化集装箱码头水平搬运效率得到提高,证明该充电策略具有有效性。