考虑空箱调拨的班轮运输网络设计

1、l/o/g/o考虑空箱调拨的班轮运输网络设计考虑空箱调拨的班轮运输网络设计作者：孟强作者：孟强指导老师：钟铭指导老师：钟铭第五小组第五小组liner shipping service network design with empty container 小组分工小组分工任务任务成员成员第一章：前言第一章：前言滕川川滕川川第二章：参数和假设第二章：参数和假设吴暖、张艺吴暖、张艺第三章：数学模型第三章：数学模型张国平、林哲豪张国平、林哲豪第四章：算例第四章：算例邢玉伟、刘同超邢玉伟、刘同超第五章：结论第五章：结论滕禹滕禹摘要摘要考虑空箱调拨的轴辐式-多港挂靠混合模式下的班轮运输网络设计研究问题研

2、究问题模型：混合整模型：混合整数线性规划数线性规划求解技术：求解技术：cplex1 引言引言 轴辐式轴辐式-多港挂靠混多港挂靠混合模式合模式集装箱转运成本和集装箱转运成本和装卸时间不能够被装卸时间不能够被忽略。忽略。集装箱可以在包括集装箱可以在包括喂给港在内的任何喂给港在内的任何两个港口之间实现两个港口之间实现直达运输直达运输。两个独特的性质两个独特的性质港口间货流的不港口间货流的不均衡均衡产生的原因产生的原因空箱调拨空箱调拨问题决策问题决策总运营成本最小为目标，航线选择总运营成本最小为目标，航线选择船舶配置，重箱空箱的舱位分配船舶配置，重箱空箱的舱位分配1.1 文献综述文献综述两种主要关于船

3、两种主要关于船舶运输网络设计舶运输网络设计问题的研究问题的研究2.班轮运输网班轮运输网络设计络设计1.不定期船舶运不定期船舶运输网络设计输网络设计解决船舶路径解决船舶路径和和船队配置问题船队配置问题不定期船运输网络设计不定期船运输网络设计考虑轴辐式运营考虑轴辐式运营不考虑轴辐式运营不考虑轴辐式运营班轮运输网络设计班轮运输网络设计传统轴辐式班轮运输网络设计传统轴辐式班轮运输网络设计人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容fagerholt（1999）提出提出 “设置分区设置分区” 模型，枚举所有可能的运模型，枚举所有可能的运输线路并尽可能的把单一运输线路联合成多运输线路并尽可能的把单一运输线路联

4、合成多运输线路输线路fagerholt（2004）fagerholt扩展该模型，用来解决异构船队问扩展该模型，用来解决异构船队问题，针对每一种类型的船舶在给定成本结构、题，针对每一种类型的船舶在给定成本结构、容量和航速的情况下进行研究容量和航速的情况下进行研究sambracos等人（等人（2004）假设一个均匀船队在航运支线上，从一个端港假设一个均匀船队在航运支线上，从一个端港到其他到其他12个港口调运集装箱，以最小的运营个港口调运集装箱，以最小的运营成本（包括燃油消耗和港口费用）成本（包括燃油消耗和港口费用）karlaftis等人（等人（2009）karlaftis等人推广，考虑集装箱的提取

5、、交付等人推广，考虑集装箱的提取、交付和时间期限，并把该问题归为考虑集装箱提取、和时间期限，并把该问题归为考虑集装箱提取、交付和时间窗的车辆路径问题交付和时间窗的车辆路径问题不考虑轴辐式运营的班轮运输网络设计不考虑轴辐式运营的班轮运输网络设计人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容rana and vickson （1988） 针对一个单一航线，开创性地建立了一个混合针对一个单一航线，开创性地建立了一个混合整数线性规划模型整数线性规划模型rana and vickson （1991） 扩展上述模型研究多航线问题，使用拉格朗日扩展上述模型研究多航线问题，使用拉格朗日松弛法求解松弛法求解shint

6、ani 等人（等人（2007）放松港口挂靠次序预定并且考虑空箱调拨，设放松港口挂靠次序预定并且考虑空箱调拨，设计单一运输路线，使用遗传算法求解计单一运输路线，使用遗传算法求解agarwal and ergun （2008）提出基于多种商品的时空网络模型，该模型覆提出基于多种商品的时空网络模型，该模型覆盖了多种船型的船队、周班服务频率和货物转盖了多种船型的船队、周班服务频率和货物转运。为了简化在港口的转运成本在网络设计阶运。为了简化在港口的转运成本在网络设计阶段并没有考虑，且船舶在港口的滞留时间为常段并没有考虑，且船舶在港口的滞留时间为常量量轴辐式和多港挂靠式成本效益对比轴辐式和多港挂靠式成本效

7、益对比人物（时间）人物（时间）研究内容研究内容hsu and hsieh （2007）两目标优化模型两目标优化模型运输成本和库存成运输成本和库存成本最小，决定通过枢纽港转运或直接本最小，决定通过枢纽港转运或直接到卸货港。该模型涵盖船舶配置（船到卸货港。该模型涵盖船舶配置（船舶大小、船舶类型组合和服务频率）舶大小、船舶类型组合和服务频率）imai 等人（等人（2006）通过博弈论模型研究百万集装箱船舶通过博弈论模型研究百万集装箱船舶的经济可行性的经济可行性imai 等人（等人（2009）基于上述模型，考虑空箱调拨，比较基于上述模型，考虑空箱调拨，比较传统轴辐式网络和多港挂靠式网络拓传统轴辐式网络

8、和多港挂靠式网络拓扑结构的效率扑结构的效率1.2 贡献贡献现有文献没有考虑轴辐式现有文献没有考虑轴辐式-多港挂靠运营模式，多港挂靠运营模式，也很少关注空箱调拨问题。本文研究的也很少关注空箱调拨问题。本文研究的考考虑空箱调拨的轴辐式虑空箱调拨的轴辐式-多港挂靠混合模式的班轮多港挂靠混合模式的班轮运输网络设计是一个新的研究问题。运输网络设计是一个新的研究问题。应对建模困难，本文引入一个叫做应对建模困难，本文引入一个叫做“分段分段（segment）”的新概念的新概念考虑了轴辐式考虑了轴辐式-多港挂靠混合模式，空箱调拨，班轮运输服多港挂靠混合模式，空箱调拨，班轮运输服务频率，装卸时间和转运成本等实际问

9、题务频率，装卸时间和转运成本等实际问题通过轴辐式通过轴辐式-多港挂靠混合多港挂靠混合模式来比较单纯轴辐式网模式来比较单纯轴辐式网络和多港挂靠式网络的成络和多港挂靠式网络的成本效益本效益将空箱调拨由运作层问题将空箱调拨由运作层问题上升为战术层问上升为战术层问 题题贡献贡献1贡献贡献31.2 贡献贡献贡献贡献2 参数和假设参数和假设枢纽港枢纽港:喂给港喂给港:rrniniimod)1(1),(航段航段（leg）), 1(,rniriripp)(),(54sgphkprr121rrnrrppppri表达式为了表达式为了记录一条航记录一条航线的两个连线的两个连续的港口续的港口i,i=1,nr1,i=n

10、r+1=枢纽港枢纽港2 参数和假设参数和假设分段（分段（segment）ss例如：例如：i=1,航段航段01klri), 1(,r,rniririrpplkslk的航段包含了航线且其它其它2.1 重箱运载计划（重箱运载计划（lcsp）枢纽港枢纽港2.2 空箱调拨空箱调拨富余富余短缺短缺平衡平衡5000teu5000teu4000teu空箱运输比重箱的运载空箱运输比重箱的运载计划设计更加困难计划设计更加困难2.3可行的船舶配置方案可行的船舶配置方案(sdp)searv航次总时间航次总时间 海上航行时间海上航行时间 在港时间在港时间sdp固定时间（备用时间）固定时间（备用时间）可变时间可变时间在港

11、的装卸时间在港的装卸时间大船比小船的效率要高2.3可行的船舶配置方案可行的船舶配置方案(sdp)168/2maxvpvfixrvrvricapl168minfixrvrvlv型船舶的容量型船舶的容量装卸效率装卸效率不小于它的不小于它的最小整数最小整数minrvlmaxrvl, 1,maxminminrvrvrvrvlllmrvmtime(r40)模型的计算性能模型的计算性能cpu计算时间一般随着船型数和o-d对数量增长而增长结论：这结论：这24个问题实例所需的平均个问题实例所需的平均cpu计算时间是计算时间是6min，这个被提出的模型可以应用于解决实际问题这个被提出的模型可以应用于解决实际问题

12、管理启示管理启示1.在相同备选航线和船型的条件下，总的运营成本是随着od港口对数量的增加而增加的2.对于相同的集装箱运输需求，总的运营成本随着船型数和备选航线数的增加而减少结论：我们可以通过设计更多的备选航线来减少运营成本，结论：我们可以通过设计更多的备选航线来减少运营成本，但是纳入更多的备选航线是要耗费更长的计算时间的。班但是纳入更多的备选航线是要耗费更长的计算时间的。班轮公司必须在方案质量和计算时间之间找到平衡点。轮公司必须在方案质量和计算时间之间找到平衡点。运输量分析运输量分析24个实例中个实例中运输的集装箱总量中平均有运输的集装箱总量中平均有32.4%为空箱。为空箱。在港装船的集装箱平

13、均有在港装船的集装箱平均有25.6%是空箱。是空箱。4.3与纯轴辐式和纯多港挂靠式的比较与纯轴辐式和纯多港挂靠式的比较4.4 考虑到空箱调拨的影响考虑到空箱调拨的影响5 结论结论text in heretext in here1.提出的模型可以通过提出的模型可以通过cplex有效求解。有效求解。2.综合考虑轴辐式和多港挂靠混合模式以及综合考虑轴辐式和多港挂靠混合模式以及空箱调拨之后可以更大地降低成本。空箱调拨之后可以更大地降低成本。结论结论轴辐式和多轴辐式和多港挂靠混合港挂靠混合模式模式提出了一个混提出了一个混合整数线性规合整数线性规划模型划模型全球班轮航全球班轮航运公司实际运公司实际的数据的数据cplex进进行求解行求解定义了重箱的定义了重箱的分段式路径流分段式路径流量和空箱的航量和空箱的航段流量段流量未