بخشی از مقاله
کاربرد راهکارهاي لجستيکي و بهينه سازي در برنامه ريزي عمليات شناور و عمليات انبار پايانه هاي کانتينري دريايي
چکيده
عمليات تخليه و بارگيري شناورها و عمليات هندلينگ و نگهداري تعليقي کانتينرها در محوطه انبار، دو رکن اساسي از کليت عمليات بندري در پايانه هاي کانتينري دريايي را شکل ميدهند. اقتضائات برنامه ريزي در اين پايانه ها به قدري گسترده و پيچيده است که نمي توان انتظار داشت در يک رويکرد بهينه سازي، از سويي تمامي شاخص هاي ارزيابي عملکرد پايانه به حداکثر ميزان خود برسند و از سوي ديگر، همگي محدوديت هاي محيط واقعي به درستي لحاظ گردند. طرح مسائل بهينه سازي با توابع هدفي نظير حداقل کردن زمان بازگشت کشتي، حداکثر کردن نرخ بهره برداري تجهيزات و امکانات پايانه (براي مثال جرثقيل هاي دروازه اي، جرثقيل هاي موقعيت هاي چينش و فضاي انبارش )، حداقل کردن تعداد جابجاييهاي زائد و غير بهره ور کانتينرها در محوطه انبار و در اسکله ، و حداقل کردن ناسازگاري تجهيزات ساکن و متحرک، نمونه هايي از اين رويکردهاي متفاوت مي باشند. در لحاظ کردن محدوديت ها نيز تفاوت فراواني ميان انواع مدل هاي پيشنهادي به چشم مي خورد. در اين مقاله ما به مرور کلي مسائل عملکردي موجود در تصميم گيريهاي اجرايي پايانه هاي کانتينري دريايي، در دو فاز عمليات شناور و عمليات محوطه انبار مي پردازيم . رويکردهاي مختلف در طرح اين مسائل بررسي شده و فهرستي از آثار منتشر شده پيرامون اين مباحث ارائه ميگردد.
واژه هاي کليدي
پايانه کانتينري، تخصيص پهلوگاه ، انبارش ، لجستيک ، بهينه سازي.
١ مقدمه . نماي کلي
نياز به بهينه سازي با استفاده از روش هاي تحقيق در عمليات در امور پايانه کانتينري، در سال هاي اخير اهميت روز افزوني يافته است . اين امر ناشي از اين حقيقت است که لجستيک ، به ويژه در پايانه هاي بزرگ کانتينري، هم اکنون به درجه اي از پيچيدگي رسيده است که بهبود بيشتر آن مستلزم روش هاي علمي است . تقابل روش هاي هم زمان لجستيکي و بهينه سازي، ديگر به تنهايي توسط کارشناسان عملياتي قابل قضاوت نيست . اعمال روش هاي دقيق علمي براي پشتيباني از تصميمات ضروري است . راهکارهاي لجستيکي ١ مختلف ، قواعد تصميم گيري٢ و الگوريتم هاي بهينه سازي ميبايست پيش از پياده سازي بر روي سيستم هاي واقعي، با شبيه سازي مقايسه گردند.
خصوصيات عمليات پايانه کانتينري به گونه اي است که نيازمند تصميم گيري و بهينه سازي آن لاين (در زمان واقعي٣) است . اين حقيقت از اينجا ناشي ميشود که اغلب فرآيندهايي که در پايانه هاي کانتينري انجام مي شوند، براي يک بازه زماني بزرگ تر قابل پيش بيني نيستند – به طور کلي افق برنامه ريزي٤ براي بهينه سازي بسيار کوتاه است . اين نکته را بايد با چند مثال تبيين نمود: اگرچه داده هاي کانتينرهايي که توسط کشنده ها به پايانه تحويل داده ميشوند، ممکن است با ادي ٥ (EDI) پيش اطلاع رساني شوند، اما زمان دقيق رسيدن کانتينرها به پايانه شناخته شده نيست . هنگام رسيدن ميبايست کانتينرها از لحاظ آسيب ديدگي چک شوند، و داده هاي پيش اطلاع رساني شده نيز ممکن است اشتباه باشند؛ هر دو مسأله بر روي موقعيت چينش هدف تأثيرگذار هستند. نظر به اينکه کشنده ها بايد براي برداشتن کانتينر توسط استرادل کريرها يا جرثقيل ها به نقاط انتقال ٦ بروند، ترتيب کشنده ها در دروازه و نقاط انتقال ، لزوما يکسان نخواهد بود. بنابراين تنها آن بخش از کارهاي کانتينري را مي توان ترتيب دهي نمود که پيشتر، تجهيزات داخلي پايانه براي انجام آنها آزاد شده اند – که در حالت کلي تنها بخش کوچکي از کارها اين چنين هستند. از آنجا که روند رسيدن کشنده ها همواره ادامه خواهد داشت ، بازمحاسبه را بايد به صورت دوره اي در فواصل معين يا هنگام وقوع اتفاقات انجام داد. مشابه همين استدلال براي عمليات قطار نيز صادق است .
وضعيت مشابهي حين تخليه و بارگيري کشتيها وجود دارد.
اگرچه عموما داده هاي کانتينرها و موقعيت آنها در کشتي، پيشاپيش به دقت شناخته شده است و فرآيند پيش برنامه ريزي٧ امکان محاسبه توالي کارها را فراهم ميکند، اما باز هم اغلب به دليل اختلالات عملياتي نياز به تغيير وجود دارد. ازآنجا که شناورها ساکن نيستند و دائما نوسان دارند (به دلايلي نظير جذر و مد، شرايط آب و هوايي، و تعادل کشتي )، کانتينرهايي که در توالي بعدي قرار دارند در دسترس گسترش گر٨ جرثقيل نيستند. رانندگان جرثقيل تصميم خود را ميگيرند و ممکن است ترتيب پيش محاسبه شده ي تخليه و بارگيري را شخصا تغيير دهند.
با توجه به جميع اين مسائل ، در ادامه بر روي آن مواردي از فرآيندهاي برنامه ريزي پايانه هاي کانتينري دريايي، که به کمک روش هاي تحقيق در عمليات بهينه ميگردند، مروري کلي خواهيم داشت . تحقيقات صورت گرفته پيرامون عمليات جانب اسکله و عمليات انبارش و چينش کانتينرها در محوطه انبار، به صورت طبقه بندي شده تشريح و ارائه مي گردند.
٢ فرآيند برنامه ريزي کشتي
برنامه ريزي کشتي٩ شامل سه زيرفرآيند است : برنامه ريزي پهلوگاه ١٠، برنامه ريزي انباشت ١١ و تفکيک جرثقيل ١٢.
٢.١ تخصيص پهلوگاه
قبل از رسيدن يک کشتي، بايد پهلوگاهي را به آن کشتي تخصيص داد. برنامه ريزي زماني شناورهاي بزرگ خارجي، از حدود يک سال پيشتر شناخته شده است . آنها به وسيله ادي از خطوط کشتيراني به اپراتور پايانه انتقال مييابند. تخصيص پهلوگاه ١٣، به طور ايده آل پيش از رسيدن نخستين کانتينرهايي که به يک کشتي اختصاص مييابند، آغاز مي گردد – يعني تقريبا ٢ تا ٣ هفته پيش از رسيدن کشتي. در کنار داده هاي فني کشتي ها و جرثقيل هاي اسکله – هر جرثقيل اسکله اي نميتواند بر روي هر کشتياي کار کند – ساير معيارها مانند طول کشتي و طول بازوي متحرک جرثقيل ١٤ نيز بايد لحاظ گردند. بايد همه کشتيهايي که در طول دوره زماني مربوطه قصد لنگر انداختن دارند، در سيستم هاي تخصيص پهلوگاه بازتاب يابند.
اهداف متعددي براي بهينه سازي تخصيص پهلوگاه وجود دارد. از يک نقطه نظر کاربردي، مجموع کل فواصل ساحل تا محوطه انبار براي همه کانتينرهايي که تخليه و بارگيري ميشوند، بايد به حداقل برسد.
اين امر بايد با حداکثر بهره وري عمليات کشتي انطباق داده شود.
تخصيص اتوماتيک و بهينه ي پهلوگاه ، به ويژه در مورد تأخيرهاي کشتي اهميت دارد، زيرا در حالي که کانتينرها در آن زمان در محوطه انبار چينش يافته اند، بايد يک موقعيت پهلوگيري جديد به کشتي تخصيص يابد.
٢.٢ بررسي نوشتجات پيرامون تخصيص پهلوگاه
مسائل برنامه ريزي پهلوگاه را ميتوان برحسب اهداف و محدوديت هاي ويژه اي که بايد لحاظ گردد، به صورت مسائل مختلف بهينه سازي ترکيبي فرموله نمود. به عنوان مثال ميتوان به امکان مدل کردن برنامه ريزي پهلوگاه به کمک مسأله برنامه ريزي زماني پروژه داراي محدوديت منابع ١٥ اشاره کرد. محدوديت ها ممکن است به تجهيزات ويژه اي که براي عمليات مشخصي مورد نياز هستند، اشاره داشته باشد، در شرايط موجود براي مثال ميتوان به مورد آماده 16 نبودن تجهيزات ناشي از شرايط نگهداري يا مورد کشتي هاي رورو ، که در آنها تريلرهاي تراکتوري ١٧ نياز به رانندگي تا درون کشتي دارند، اشاره کرد (يک کشتي رورو کشتياي است که به روش مستقيم بارگيري ميشود، يعني وسايل نقليه ترابري ميتوانند از طريق يک سطح شيب دار در پاشنه کشتي وارد آن شوند). ارتباط برنامه ريزي پهلوگاه به مسائل تخصيص و به ويژه به مسأله نيمه - تخصيص درجه دوم ١٨ در [١] مورد تأکيد قرار گرفته است . با توجه به اتکاء متقابل گسترده ، برنامه ريزي پهلوگاه و محوطه انبار در موارد بسياري در يک مدل بهينه سازي مشترک مورد ملاحظه قرار گرفته اند
[٢، ٣، ٤].
لي و ديگران ١٩ [٥] مسأله کليتر «برنامه ريزي زماني با الگوي چندين وظيفه بر روي يک پردازنده »٢٠ با هدف به حداقل رساندن بازه بندي٢١ برنامه ريزي زماني را به بحث گذاشتند. در حالي که شناورها نماد وظايف هستند، يک پردازنده را ميتوان يک پهلوگاه تفسير نمود. آزمايشات محاسباتي، کارآمدي يک روش ابتکاري با نتايج نزديک به بهينه را نشان مي دهند.
ليم ٢٢ [٦] مسأله را به صورت شکل محدود شده اي از مسأله بسته بندي دو بعدي٢٣ بازفرموله کرد و يک نمايش تئوريک گراف ٢٤ را ارائه نمود. جهت بازفرموله کردن ، نشان داده شد که اين مسأله خاص برنامه ريزي پهلوگاه ، NP-Complete است . يک الگوريتم ابتکاري کارآمد براي حل مسأله – اعمال شده بر روي داده هاي آزمايشات پيشيني – پيشنهاد گرديد.
لگاتو و ماتزا٢٥ [٧] يک مدل شبکه صف بندي٢٦ و يک آزمايش شبيه سازي فرآيندهاي لجستيکي (رسيدن ، پهلوگيري و رهسپار شدن شناورها) در پايانه کانتينري را ارائه نمودند.
نيشيمورا و ديگران ٢٧ [٨] بر روي مسأله تخصيص ديناميکي پهلوگاه ٢٨ به کشتيها در سيستم عمومي پهلوگاه تمرکز کردند (نه تنها بر روي بنادر کانتينري؛ آنها به طور کلي بر روي اين نوع سيستم ها تأکيد داشتند، و بنابراين نتايج به دست آمده ممکن است براي اغلب بنادر عمده کانتينري در کشورهاي بزرگ مناسب نباشند).
فرآيندي ابتکاري و قابل انطباق با برنامه هاي کاربردي رايج ، بر مبناي الگوريتم ژنتيک ٢٩ (GA) توسعه يافت .
مشابه [٨]، آيمي و ديگران ٣٠ [٩] مطالعاتي پيرامون تخصيص پهلوگاه و بهينه سازي بهره برداري پهلوگاه با استفاده از فرآيندي ابتکاري، که بر مبناي فرمولاسيون برنامه ريزي مختلط – عدد صحيح ٣١ (MIP) در نسخه هاي استاتيکي و ديناميکي مسأله تخصيص و رهاسازي لاگرانژين ٣٢ آن قرار داشت ، انجام دادند. همين نويسندگان ، يک فرآيند ابتکاري بر مبناي GA را جهت حل مسأله غيرخطي تخصيص پهلوگاه براي شناورهاي با اولويت خدمت ٣٣ متفاوت توسعه دادند [١٠]. آيمي و ديگران [١١] تخصيص پهلوگاه را به مسائل برنامه ريزي زماني ماشين ها مرتبط کرده و يک مسأله بهينه سازي غيرخطي دوهدفه را که زمان انتظار کشتي و بهره برداري پايانه را در نظر ميگرفت ، مطرح نمودند.
بر مبناي [١٢]، کيم و مون ٣٤ [١٣] يک مدل MIP را جهت تعيين زمان هاي پهلوگيري و موقعيت هاي شناورها در بنادر کانتينري با پهلوگاه هاي به شکل خط مستقيم ، فرموله کردند. آنها يک الگوريتم سرد و گرم کردن شبيه سازي شده ٣٥ (SA) را توسعه داده و نتايج نزديک به بهينه اي را به دست آوردند.
گوان و چئونگ ٣٦ [١٤] يک روند درخت جستجو٣٧ و روش هاي ابتکاري ترکيبياي را براي مسائل با ابعاد بزرگ پيشنهاد داده تا مجموع کلي زمان جريان وزن داده شده را به حداقل برسانند. کارآيي روش با آزمايشات محاسباتي نشان داده شده است .
پارک و کيم [١٥] يک رويکرد تخصيص پهلوگاه را با ملاحظات ظرفيت جرثقيل هاي اسکله ترکيب نمودند.
مراجع ديگري پيرامون برنامه ريزي پهلوگاه ، براي مثال عبارتند از [16، 17، 18].
٢.٣ برنامه ريزي انباشت
برنامه ريزي انباشت ، هسته مرکزي برنامه ريزي کشتي است .
برنامه ريزي انباشت يک کشتي، فرآيندي دو مرحله اي است . گام نخست ، توسط خط کشتيراني اجرا مي گردد. طرح انباشت ٣٨ خط کشتيراني بايد براي تمامي بنادر مسير گردش شناور طراحي گردد.
موقعيت هايي براي همه کانتينرها و تمامي بنادر مسير گردش بايد در کشتي انتخاب شوند. برنامه ريزي انباشت يک خط کشتيراني اغلب با کانتينرهاي مشخص و داراي تعداد معلوم سر و کار ندارد، بلکه بر مبناي طبقه بندي کانتينرها کار ميکند. اين اقلام يا ويژگيها عبارت اند از: طول يا نوع يک کانتينر، بندر تخليه و وزن يا کلاس وزني کانتينرها. کانتينرهاي داراي اين ويژگيها، به موقعيت هاي مشخصي درون کشتي تخصيص مييابند. هدف بهينه سازي از ديدگاه خط کشتيراني، حداقل کردن شمار انتقال هاي غير مفيد و زائد در خلال عمليات بندري (انتقال هاي کشتي به کشتي يا کشتي به ساحل ) و حداکثر کردن بهره برداري کشتي است . اغلب محدوديت هايي که ميبايست ارضاء گردند، از تعادل ٣٩ کشتي ريشه مي گيرند.
طرح انباشت خط کشتيراني به وسيله ادي به اپراتورهاي پايانه فرستاده مي شود. دستورالعمل انباشت خط کشتيراني در سيستم پايانه ظبط و بايگاني گرديده و به عنوان يک دستورالعمل کاري يا طرح اوليه ٤٠ براي برنامه ريز کشتي پايانه به کار مي رود. دستورالعمل انباشت خط کشتيراني، با تخصيص کانتينرهايي از مجموعه هاي داراي ويژگيهاي مشخص به اسلات هاي٤١ کشتي توصيف مي شوند.
بر مبناي همين دستورالعمل ، برنامه ريز پايانه کانتينرهاي معين با شمار معلوم را به اسلات هاي مربوطه تخصيص ميدهد. مجموعه ويژگيهاي اسلات و کانتينر انتخاب شده در محوطه انبار بايد با يکديگر تطابق داده شوند. بنابراين ، سيستم هاي برنامه ريزي انباشت پايانه کانتينري، هم بخش هايي از کشتي که براي آنها برنامه ريزي ميشود و هم موقعيت محوطه انبار را نشان ميدهند. برخي سيستم ها امکان تخصيص اتوماتيک و بهينه سازي را فراهم مي آورند.
اهداف متفاوتي از بهينه سازي متصور است ، براي مثال ، حداکثر کردن بهره وري جرثقيل ، حداقل کردن هزينه ، يا به حداقل رساندن بازچينش هاي٤٢ محوطه انبار. از يک ديدگاه کاربردي، حداقل کردن بازچينش هاي محوطه انبار نقش مهمي بازي ميکند. بازچينش هنگامي رخ ميدهد که براي دسترسي يافتن به يک کانتينر، نخست بايد ساير کانتينرهايي که بر روي آن قرار دارند را برداشت . بازچينش کردن زمان گير است و موجب افزايش بيدليل زمان حمل و نقل بين موقعيت هاي چينش و ساحل ميگردد که بهره وري عمليات کشتي را خواهد کاست . از آنجا که طرح انباشت ، پيش از آغاز بارگيري کشتي 43 توليد گشته است ، اين نوع از بهينه سازي را بهينه سازي آف لاين (برون خط ) مينامند.
اگرچه برنامه ريزي انباشت در عمليات واقعي پايانه هم به صورت دستي و هم به صورت فرآيند بهينه سازي آف لاين وجود دارد، ساختار فرآيند بارگيري کشتي بهينه سازي آن لاين را ميطلبد. اين همه به اين دليل است که فرآيند بارگيري و حمل و نقل از موقعيت هاي چينش به ساحل ، پيچيده تر از آن چيزي است که تاکنون توصيف گشته است . جهت دستيابي به بهره وري بالا براي عمليات جرثقيل ها، بايد کانتينرها در زمان مقرر و نيز مطابق ترتيب بارگيري به اسکله برسند؛ به عبارت ديگر، ترتيب بارگيري و ترتيب حمل و نقل افقي بايد بر يکديگر منطبق بمانند. در غير اين صورت ، زمان هاي انتظار جرثقيل و . يا صف بندي وسايل نقليه ترابري رخ خواهد داد. هر دوي اين عوامل منجر به کاهش بهره وري جرثقيل و گسترش زمان پهلوگيري کشتي مي گردند. به عنوان يک عارضه ي معمول ، کانتينرها کمابيش در محوطه انبار پراکنده شده اند و داراي فواصل متفاوتي از جرثقيل هستند؛ کانتينرهاي خاص مانند کانتينرهاي داراي وزن بيش از حد نياز به تجهيزات ويژه اي دارند که بايد پيش از انتقال آنها نصب گردند، کانتينرهاي يخچالي بايد از مدار الکتريکي جدا گردند، و بازچينش هاي محوطه انبار همواره درصدي از انتقال ها را تشکيل خواهد داد. همه اين موارد، زمان حمل و نقل را افزايش ميدهند.
عملکرد سيستم هاي داراي راننده ، علاوه بر موارد مذکور، به مهارت راننده و تصميم گيري اينکه از کدام مسير حرکت کند، نيز بستگي دارد. همچنين اختلالات فني و عملياتي در کار جرثقيل نيز پيش ميآيند که اين هم تغيير ترتيب بارگيري را ايجاب خواهد نمود.
بنابراين ، حتي اگر تجهيزات اتوماتيک به کار گرفته شوند، باز هم زمان هاي حمل و نقل را نميتوان به دقت محاسبه نمود. همه دلايل مذکور روي هم رفته نشان ميدهند که طرح انباشتي که پيشاپيش آماده شده ، مي تواند زير-بهينه ٤٤ باشد. برنامه ريزي انباشت آن لاين راهي براي حذف کردن يا دست کم ، کاستن از اين مشکلات است . در برنامه ريزي انباشت آن لاين ، يک طرح انباشت که کانتينرهاي مشخصي را به موقعيت هاي کشتي تخصيص دهد، ديگر وجود نخواهد داشت . در عوض ، کانتينرها با توجه به ويژگيهايي که در دستورالعمل انباشت خط کشتيراني، به موقعيت هاي کشتي تخصيص يافته ، براي حمل و نقل انتخاب خواهند شد. کانتينرهاي داراي ويژگيهاي يکسان ، برابر در نظر گرفته مي شوند. ازين رو آنها تنها حسب زمان رسيدن شان به جرثقيل اسکله ، بارگيري مي گردند. بدين سان ، طرح انباشت ويژه اي که داده هاي کانتينر مشخصي را به موقعيت هاي معين کشتي آدرس دهي ميکند، هم زمان با فعاليت بارگيري، طراحي و توليد خواهد گشت . برنامه ريزي انباشت آن لاين ، هم اکنون در پايانه هاي کانتينري به کار نميرود اما يکي از نيازهاي آينده جهت ارتقاء عملکرد بارگيري کشتي است .
٢.٤ بررسي نوشتجات پيرامون برنامه ريزي انباشت
در عمل ، برنامه ريزي انباشت معمولا فرآيند بهينه سازي آف لاين يا دستي است که سيستم هاي پشتيباني تصميم مرتبط را به کار مي گيرد (براي مثال ، [١٩] را ببينيد). اغلب مقالات زير، کارهاي تحقيقي قابل اعمال جهت ارتقاء سيستم هاي موجود از طريق استفاده از روش هاي بهينه سازي مناسب را تشريح مي نمايند. فرض ميشود که داده هاي کانتينر موجود است ، به عبارت ديگر، ما مسأله کانتينرهاي بارگيري شونده را در نظر نخواهيم گرفت (براي مثال ،
[٢٠، ٢١، ٢٢، ٢٣] را ببينيد).
اسکالي و هوي ٤٥ [٢٤] آثار توزيع و تعداد انواع مختلف کانتينرها نسبت به يک انباشت کارآمد را در مطالعه اي تجربي بررسي نمودند.
عملکرد رويکردهاي مختلف چينش بر حسب بهره برداري حجمي٤٦، نسبت هندلينگ هاي غيرمفيد٤٧، نسبت کمبود٤٨، و نسبت عدم
قبول ٤٩ اندازه گيري شد. نتايج نشان دادند که تعداد انواع مختلف کانتينرها، بيشترين تأثير را بر روي اين مقادير ميگذارد. آثار رويکردهاي مختلف چينش و حداکثر ابعاد انبار نيز معنادار و مهم هستند.
آوريل و ديگران ٥٠ [٢٥، ٢٦] با هدف به حداقل رساني شمار انتقال هاي غير بهره ور٥١ (تخليه موقت و بارگيري مجدد کانتينرها، در بندري پيش از بنادر مقصد، جهت دسترسي به کانتينرهاي زيرين آنها که ميبايست تخليه گردند) بر روي برنامه ريزي انباشت متمرکز شدند. جنبه هاي ديگر مسأله مانند تعادل کشتي و ساير محدوديت هاي واقعيت موجود لحاظ نشدند. يک مدل برنامه ريزي خطي (LP) باينري٥٢ فرموله گرديد. به دليل اثبات NP-Hardness
مسأله ، يک روش به اصطلاح ابتکاري تعليقي ٥٣ - بر مبناي کارهاي قديميتر آوريل و پن ٥٤ [٢٧] – که حتي قادر به حل کردن نمونه هاي بزرگ مسأله نيز باشد، توسعه يافت . اين روش ابتکاري، اسلات هاي درون يک دهانه را بر حسب ترتيب بنادر در مسير شناور، تخصيص ديناميکي مي دهد.
ويلسون و روچ ٥٥ [٢٨، ٢٩] فرآيند انباشت کانتينر را، به سبب پيچيدگي طرح انباشت در برخي از بنادر، به دو زيرفرآيند و زيرمسأله مرتبط با آنها در سطوح برنامه ريزي استراتژيک و تاکتيکي تقسيم نمودند. آنها براي حل نخستين مسأله تخصيص کلي کانتينرها به بلوکي در يک شناور، از الگوريتم هاي شاخه و کرانه ٥٦ استفاده کردند.
در گام دوم ، يک طرح داراي جزئيات که موقعيت ها يا مکان هاي ويژه اي در يک بلوک را به کانتينرهاي مشخصي تخصيص ميدهد، از طريق يک الگوريتم جستجوي مبتني بر منع ٥٧ به دست ميآيد. نتايج خوبي (نه همواره بهينه ) در زمان معقولي حاصل ميگردد. همين اصول و قواعد توسط ويلسون و ديگران ٥٨ در [٣٠، ٣١] تشريح گشته اند. آنها يک سيستم کامپيوتري جهت توليد راه حل هايي براي مسأله (پيش )برنامه ريزي انباشت تجزيه شده ارائه نمودند که در يک مطالعه موردي تبيين شده است . نويسندگان يک رويکرد GA را براي توليد اتوماتيک وار طرح هاي انباشت استراتژيک معرفي کردند.
آزمايشات محاسباتي اوليه ، جواب هاي نيمه -بهينه مؤثري را نشان دادند.
حقاني و قيصر٥٩ [٣٢] يک مدل MIP براي توسعه طرح هاي بارگيري با هدف حداقل کردن زماني که يک شناور در بندر ميگذراند، و هزينه هندلينگ کانتينر که به شدت متأثر از شمار انتقال هاي بيحاصل اما ضروري ناشي از چيدمان نامطلوب کانتينرها است ، پيشنهاد کردند. برنامه ريزي زماني، پارامترهاي کشتي مانند مقاومت و تعادل ، و فاکتورهايي مثل گشتاور طولي٦٠، تريم ٦١ (کج شدن کشتي از سينه يا پاشنه )، و ارتفاع متاسنتريک ٦٢ منظور گرديدند. روندهاي حل مسأله و مثال هايي از آزمايشات محاسباتي ارائه شدند.
دابروسکي و ديگران ٦٣ [٣٣] از GA براي حل مسأله برنامه ريزي انباشت و حداقل کردن شمار جابجاييهاي کانتينرها استفاده کردند.
فضاي جستجو٦٤، به طرز معناداري با يک طرح کدگذاري ٦٥ متراکم و کارآمد کاهش يافت . معيارهاي تعادل کشتي با محدوديت هاي مناسب بازتاب يافتند. ران هاي شبيه سازي٦٦، کارآيي و انعطاف پذيري رويکرد مبتني بر GA را ثابت کردند.
شبيه سازي و بهينه سازي آن لاين در برنامه ريزي انباشت در [٣٤، ٣٥، ٣٦] ديده شده است . به ويژه در محيط هاي آن لاين ، مشابه همان مواجهاتي که در عمل رخ ميدهد، زمان هاي انتظار جرثقيل ها مانند تراکم وسايل نقليه زير جرثقيل ها بايست به حداقل برسد تا از کاهش بهره وري اجتناب گردد. وينتر٦٧ [٣٥] يک مدل برنامه ريزي زماني
«کاملا سر وقت »٦٨ يکپارچه و الگوريتم هايي براي برنامه ريزي ترکيبي انباشت و حمل و نقل معرفي نمود. در نخستين گام ، تفکيک جرثقيل ، به ترتيب بر مبناي طرح انباشت شرکت هاي کشتيراني، و يک ترتيب بارگيري حاصله از موقعيت هاي دهانه و انواع کانتينرها محاسبه مي گردد. سپس فرآيند کلي بارگيري، از طريق تخصيص انعطاف پذير کانتينرها به استرادل کريرها جهت برآورد کردن معيارهاي انباشت و حداقل کردن تعداد موارد تأخير در رسيدن به جرثقيل هاي اسکله ، بهينه سازي ميشود. بنابراين تخصيص ، به جاي آنکه بر مبناي شمار کانتينرها باشد، بر مبناي ويژگيهاي کانتينرها است . محدوديت هاي اولويت بندي و زمان هاي حمل و نقل وابسته به مسافت هاي متفاوت حمل (محوطه انبار – اسکله ) نيز لحاظ گرديدند.
مدل و الگوريتم ها با داده هاي واقعي تست شدند و مطلوبيت آنها براي برنامه ريزي در زمان واقعي با مشکلات خاص آن نظير تأخيرات کانتينرها يا اطلاعات ناقص مشخص گرديد. يک نسخه کوتاه تر در [٣٦] داده شده است .
گيمش و ژلينگهاوز٦٩ [٣٧] يک مدل MIP براي مسأله انباشت که بيشتر بر مبناي [٢٥، ٢٦] و [٢٩] قرار دارد، ارائه کردند. مدل پايه با محدوديت هاي اضافي گسترش يافته و روش هاي حل اصلاح گرديدند. نتايج ، بهبودهايي را در مقايسه با [٢٥] نشان ميدهند.
براي مراجع بيشتر پيرامون برنامه ريزي انباشت ، براي مثال ، [٣٨]
را ببينيد.
٢.٥ تفکيک جرثقيل
گام سوم برنامه ريزي کشتي عبارت است از تخصيص جرثقيل هاي اسکله به کشتيها و بخش هاي کشتي – تفکيک جرثقيل (برنامه ريزي زماني). حسب ابعاد کشتي، اغلب ٣ تا ٥ جرثقيل بر روي يک شناور خارجي کار مي کنند. کشتيهاي تغذيه کننده با ١ يا ٢ جرثقيل تأمين ميشوند. در عمل ، تخصيص جرثقيل به کشتي ميبايست نمايانگر چندين محدوديت باشد – به ويژه داده هاي فني جرثقيل ها و کشتيها و دسترسي٧٠ جرثقيل ها در يک پهلوگاه . از آنجا که پايانه ها همواره در طول تاريخ رشد داشته اند، عموما انواع مختلفي از جرثقيل ها در پايانه هاي واقعي وجود دارد. در حالت کلي شمار جرثقيل هاي عمل پذير٧١ بر روي يک پهلوگاه محدوديت دارد، زيرا هر جرثقيلي را نميتوان بر روي هر پهلوگاهي هدايت کرد.
تفکيک جرثقيل ، شمار متناسبي از جرثقيل ها را به يک کشتي و بخش هاي آن (دهانه ها) بر روي انبار داخلي و عرشه ، تخصيص ميدهد و تصميم ميگيرد که بر اساس کدام جدول برنامه ريزي زماني بايد بر روي دهانه ها فعاليت کرد. اين امر تنها مربوط به يک کشتي نيست ، بلکه چندين کشتي را شامل ميگردد – در پهلوگاه هاي مجاور و اصولا تمامي کشتيهاي لنگر انداخته در يک پايانه در يک دوره معين . هدف منحصر به فرد و يگانه اي براي بهينه سازي وجود ندارد. به حداقل رساني مجموع تأخيرات تمامي کشتي ها ميتواند يک هدف باشد، در حالي که به حداکثررساني عملکرد يک کشتي يا بهره برداري اقتصادي و موزون ٧٢ جرثقيل ها ميتوانند ساير اهداف باشند. در رويه معمول پايانه هاي واقعي، اين امر بستگي به وضعيت فعلي پايانه و آرمان هاي بلند مدت آن دارد. علاوه بر تفکيک جرثقيل ، تخصيص جرثقيل بر روي انتخاب مدي که چگونگي بارگيري يک کشتي و دهانه هاي آن کشتي را مشخص ميکند، تصميم مي گيرد. يک دهانه ميتواند هم به صورت افقي و هم به صورت عمودي بارگيري شود، و نيز بارگيري ميتواند از سمت اسکله يا از جانب آب شروع گردد، در نتيجه ٤ مد مختلف بارگيري خواهيم داشت . مدهاي اضافي ديگري نيز وجود دارند، اما اينها موارد اصلي هستند. طرح انباشت ، تفکيک جرثقيل ، و مد بارگيري روي هم رفته دستورالعمل کاري را به دست ميدهند که ترتيب بارگيري را براي هر کانتينر از يک دهانه ، معين ميکند. همان طور که پيشتر اشاره شد، ترتيب حمل و نقل زميني را بايد با اين ترتيب بارگيري منطبق نمود.
٢.٦ بررسي نوشتجات پيرامون تفکيک جرثقيل
داگانزو٧٣ [٣٩] يک MIP براي مسأله تخصيص استاتيکي جرثقيل ، بدون کشتي اضافه شونده اي که طي افق برنامه ريزي برسد، را ارائه نمود. اين مسأله براي نمونه هاي کوچک خود، با جواب قطعي و دقيق حل شد (يعني در مورد تعداد کم کشتي ها)، و يک فرآيند ابتکاري براي مسائل بزرگتر پيشنهاد گرديد. به علاوه ، مسأله ديناميکي نيز مورد ملاحظه قرار گرفت . در هر دو مدل فرض گرديد که طول پهلوگاه غير محدود باشد.
پترکوفسکي و داگانزو٧٤ [٤٠] بر روي يک روش شاخه و کرانه براي به حداقل رساندن هزينه هاي تأخير مطالعه نمودند. جواب هاي قطعي و دقيق براي مسائل تشريح شده در [٣٩] داده شدند تا فرآيند تخليه و بارگيري شديدا زمان بر و نتيجتا شديدا هزينه بر را تسريع نمايند.
گامباردلا و ديگران ٧٥ [٤١] جوابي براي مسائل سلسله مراتبي٧٦ تخصيص منابع – براي مثال تخصيص جرثقيل هاي اسکله جهت تخليه و بارگيري شناورها و جرثقيل هاي محوطه انبار جهت عمليات چينش – و برنامه ريزي زماني تجهيزات (يعني ليست هاي تخليه و بارگيري براي هر جرثقيل ) ارائه کردند. نتايج شبيه سازي کاهش ناسازگاري ٧٧ تجهيزات و زمان انتظار صف هاي کشنده ها را نشان دادند. (همچنين مقالات قديميتر مرتبط با موضوع از اعضاء همين گروه نويسندگان را ببينيد: [٢، ٤٢، ٤٣، ٤٤، ٤٥، ٤٦].)
همان طور که در بخش ٢.٤ اشاره شد، تفکيک جرثقيل به عنوان بخشي از مسأله برنامه ريزي يکپارچه حمل و نقل و انباشت در [٣٥، ٣٦] مطرح گرديده است .
