Heararchical modeling and analysis of conteiner terminal operations

Abstract

ÖZETÜlkeler arası ticari engellerin ortadan kalkmasından sonra geçtiğimiz on yıldauluslararası ticaretin hacmi önemli ölçüde büyüdü. Uluslararası ticaretteki bu ciddibüyüme küresel lojistik ağının önemli bir kısmını teşkil eden deniz taşımacılığınınönemini arttırdı. Deniz taşımacılığında konteynır ve konteynır gemilerinin kullanımı dapaketleme, esneklik ve güvenilirlik gibi sağladığı birçok avantaj nedeniyle seksenliyıllarda arttı.Konteynırla üretilen işlere paralel olarak gemi kapasiteleri, filo büyüklükleri veterminal sayısı da ciddi biçimde arttı. Rekabet nedeniyle gemi operatörleri ve terminalyönetenleri üzerinde oluşan büyük baskı onları operasyonel verimlilikle ilgili konularaodaklanmaya zorladı. Böylece liman konteynır terminallerindeki operasyonel verimlilikmalların hızlı aktarımını sağlamak için terminal yönetenlerinin temel endişeleri halinialdı.Bu tezde konteynır terminal operasyonlarıyla ilgili bir dizi karar problemineodaklandık. Bu problemler birbirleriyle hiyerarşisel olarak ilişkili olduklarından ardışıkolarak modelledik ve analiz ettik.İlk olarak, devreden zaman ufkunda depolama alanı ataması problemini bir topluplanlama problemi olarak ele aldık. Bu model minimum maliyet akış ağı yapısıtaşıdığından doğrusal programlama yoluyla polinom zamanda çözüm yöntemlerimevcuttur. Tüm konteynır terminal operasyonları için ana performans kriteri gemidolaşım süreleri olmasına rağmen depolama alanı ataması problemi için vekil amaçfonksiyonu konteynırlar tarafından planlama zamanı boyunca terminalde gezilenmesafeler toplamı olarak belirlendi.Depolama alanı ataması modellerinin çıktısı yöntemimizin yer eşleştirme olarakadlandırılan bir sonraki adımı için girdi olarak kullandı. Yer eşleştirme problemiylegemi dolaşım sürelerini açığa çıkaran araçlar tarafından gezilen toplam mesafe enküçüklenirken araçların rotaları belirlendi. En iyilenmiş depo alanı atama çıktılarıylabulunan rotalar rassal atama çıktılarıyla bulunanlardan daha iyi sonuçlar verdi. Dahasonra farklı karmaşıklık düzeyleri için araç çizelgeleme problemi tartışıldı. Makineçizelgeleme literatüründeki benzer problemlere önerilen çözüm yöntemleri sunuldu.Son olarak, öncelik kısıtlarıyla eşzamanlı araç sevk etme problemi incelendi.Problemi doğrusal olmayan karışık tamsayılı programlama modeli halinde modelledikve makul zamanlarda iyi sonuçlar veren bir tekrarlanan sezgisel yöntem önerdik. Ayrıcabu sezgisel için en kötü durum performans analizini de sunduk.

ABSTRACTAfter the breakdown of trade barriers among countries, the volume ofinternational trade has grown significantly in the last decade. This explosive growth ininternational trade has increased the importance of marine transportation whichconstitutes the major part of the global logistics network. The utilization of containersand container ships in marine transportation has also increased after the eighties due tovarious advantages such as packaging, flexibility, and reliability.Parallel to the container throughput, the capacities of ships and sizes of fleets aswell as the number of terminals have been increased considerably. Substantial pressureof competition on ship operators and terminal managers has forced them to consider theissues regarding operational efficiency more deeply. Thus, the operational efficiency atport container terminals has become the major concern of terminal managers to satisfythe rapid transshipment of goods.In this thesis, we focus on a set of decision problems regarding container terminaloperations. Since these problems are interrelated hierarchically, we attempt to modeland analyze them consecutively.First, we consider the storage space allocation problem over a rolling horizon asan aggregate planning model. Since the model has the minimum cost flow networkstructure there exist polynomial time solution procedures via linear programmingmodels. Although ship turnaround time is the principal performance criteria for wholecontainer terminal operations, the total distances traveled by containers in the terminalthroughout the planning horizon is determined as the surrogate objective function forthe allocation model.The output of the storage space allocation problem is used as the input for the nextstep of our methodology, namely the location matching model. With the locationmatching model, the routes of vehicles for each time period have been identified whileminimizing the total distance traveled by the vehicles, which reveals the ship turnaroundtimes. The routes that are found subject to the output of storage space allocation modelsare better than those of random allocation in terms of total distances traveled. Next, thevehicle scheduling problem is discussed for different levels of complexity. The solutionprocedures proposed for similar problems in the machine scheduling literature areprovided.Finally, we discuss the problem of simultaneous vehicle dispatching withprecedence constraints. We have modeled the problem as a nonlinear mixed integerprogramming model and proposed an iterative solution procedure to obtain reasonablesolutions in considerable times. Moreover, we have presented the worst-caseperformance analysis for this heuristic.