考虑空箱调拨的班轮运输网络设计.ppt
考虑空箱调拨的班轮运输网络设计作者：孟强,指导老师：钟铭,第五小组,Liner shipping service network design with empty container repositioning,小组分工,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,模型：混合整数线性规划,求解技术：CPLEX,1 引言,两个独特的性质,港口间货流的不均衡,产生的原因,空箱调拨,问题决策,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,1.1 文献综述,传统轴辐式班轮运输网络设计,不考虑轴辐式运营的班轮运输网络设计,轴辐式和多港挂靠式成本效益对比,1.2 贡献,现有文献没有考虑轴辐式-多港挂靠运营模式，也很少关注空箱调拨问题。本文研究的考虑空箱调拨的轴辐式-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。,应对建模困难，本文引入一个叫做“分段（segment）”的新概念,考虑了轴辐式-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题,通过轴辐式-多港挂靠混合模式来比较单纯轴辐式网络和多港挂靠式网络的成本效益,将空箱调拨由运作层问题上升为战术层问 题,贡献1,贡献3,1.2 贡献,贡献2,2 参数和假设,枢纽港:,喂给港:,航段（leg）,1,2,3,4,5,/6,I表达式为了记录一条航线的两个连续的港口,i,i=1,Nr,1,i=Nr+1,=,枢纽港,2 参数和假设,分段（segment）S,例如：,同一条航线,1,3,2,i=1,航段,其它,2.1 重箱运载计划（LCSP）,枢纽港,2.2 空箱调拨,富余,短缺,平衡,5000TEU,5000TEU,4000TEU,空箱运输比重箱的运载计划设计更加困难,2.3可行的船舶配置方案(SDP),固定时间（备用时间）,可变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(SDP),V型船舶的容量,装卸效率,不小于它的最小整数,式中参数30%和40%反应了总泊位占用时间百分比的两种极端情况,2.3可行的船舶配置方案(SDP),固定成本：燃油消耗的成本，运河费，和在港口停靠固定成本,可变成本：泊位占用的花费综合（与占用时间和）,3 数学模型,问题描述：,3 数学模型,固定营运成本(美元/周)，主要包括燃油消耗的成本，运河费和在港口停靠固定成本，设为固定常数,总运营成本函数：,3 数学模型,在航线 r上配备v型m组，每组中船舶数量,p,q,2000TEU往返航程14天发班频率为一周一班,吃水限制，只能停靠1000TEU，那么该航线仍需要配置2组船，每组2艘1000TEU的船。此时n=2（r=1，v=1000TEU）,航线需要配置2组，每组1艘2000TEU的船。此时n=1（r=1，v=2000TEU）,总运营成本函数：,3 数学模型,总运营成本函数：,v型船在港口k重箱的装船费率(美元/TEU),v型船在港口l重的卸船费率(美元/TEU),航线r中 分段(segment)上在港口k装船港口l卸船的每周重箱运输量(TEUs/周),3 数学模型,v型船在港口pri空箱的装卸船费率(美元/TEU),总运营成本函数：,在航线r上的第i个停靠港pri的每周空箱装船数量(TEUs/周),在航线r上的第i个停靠港pri的每周空箱卸船数量(TEUs/周),3 数学模型,固定成本,重箱运输量的可变成本,空箱调拨的可变成本,总运营成本函数,目标函数,3 数学模型,约束条件,每一OD对港口之间所有分段式路径上的集装箱运输量之和等于该港口对之间集装箱需求量，即供需平衡,每周从p港到q港的分段式路径h上的重箱运输量(TEUs/周),每周从p港到q港重箱运输需求量(TEUs/周),3 数学模型,经过某一分段的所有路径上的重箱运输量等于该分段上的总的重箱运输量,航线r中 分段(segment)上在港口k装船港口l卸船的每周重箱运输量(TEUs/周),每周从p港到q港的分段式路径h上的重箱运输量(TEUs/周),枢纽港,3 数学模型,确保满足所有的空箱调拨任务,在航线r上的第i个停靠港pri的每周空箱装船数量(TEUs/周),在航线r上的第i个停靠港pri的每周空箱卸船数量(TEUs/周),3 数学模型,空箱流量守恒。,i+1,i+2,i,航线r的 航段(leg)上的每周空箱调拨量(TEUs/周),3 数学模型,所有船舶配置方案中每条航段上的船舶能力限制约束,每个船舶配置方案不得超出最大泊位占用时间,3 数学模型,在船舶配置方案中每一个港口要至少被一艘船舶挂靠，因为任何一个港口要么是出发港要么是目的港或转运港。,在空箱不足和中控箱平衡的港口没有空箱装船,在空箱剩余和中空箱平衡的港口没有空箱卸船,3 数学模型,使用由46个港口组成的亚-欧-大洋洲运输网络来生成24个实例，这24个实例是由三个维度组合生成：备选航线集合R、船型集合S和港口之间重箱运输需求集合D,4 算例,4.1 实例测试,两种航线备选集合,船型的三个层次,4.1 实例测试,四种运输需求集合,4.1 实例测试,4.2 结果分析,NO.SDP由R和S决定，随着其数量增加而增加,4.2 结果分析,NO.LCSP与R和D集合相联系,模型的计算性能,Time(R60)Time(R40),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24个问题实例所需的平均CPU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,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，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。,运输量分析,24个实例中运输的集装箱总量中平均有32.4%为空箱。在港装船的集装箱平均有25.6%是空箱。,4.3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,5 结论,Text in here,Text in here,1.提出的模型可以通过CPLEX有效求解。2.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。,结论,轴辐式和多港挂靠混合模式,提出了一个混合整数线性规划模型,全球班轮航运公司实际的数据,CPLEX进行求解,定义了重箱的分段式路径流量和空箱的航段流量,未来的研究方向,在没有预先确定备选航线集合的前提下设计班轮运输网络。为此，可以应用一些元启发式算法，因为这属于NP难问题。,将包含枢纽港选址和喂给港分配问题的轴辐式和多港挂靠混合模式网络设计作为重点,Thank You!,
