Tài liệu Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LÊ ANH KHÔI Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP. Mã số:60.52.01.17 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . 07 . năm . 2018 . ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LÊ ANH KHÔI Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container Chuyên ngành : KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP. Mã số:1670710 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng . 07 . năm . 2018 . i CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : .................................................................. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. ........................................................... 2. ........................................................... 3. ........................................................... 4. ........................................................... 5. ........................................................... Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ ANH KHÔI ............................................ MSHV: 1670710 ............ Ngày, tháng, năm sinh: 07/03/1990 ......................................... Nơi sinh:TPHCM .......... Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP......................... Mã số : ......................... I. TÊN ĐỀ TÀI: Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container ........... ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Giới thiệu cảng container và hiện trạng của các cảng container ở Việt Nam. Đề xuất phương án để thực hiện việc xếp container ở bãi nhằm tối ưu hóa hoạt động ở bãi. Thuật toán reward based được đề xuất nhằm tối ưu hóa việc xếp container ở cảng. Tác giả thực hiện việc lập trình cho thuật toán bằng phần mềm Matlab và tiến hành kiểm chứng trên một mô hình khu vực nhỏ của bãi chứa container với một số đơn hàng nhằm kiểm tra sự tối ưu của thuật toán. ..................................... III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) 26/02/2018 ............. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) ................. V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): Tiến sĩ Phan Thị Mai Hà ........................................................................................................................................ Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên và chữ ký) Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV iii Lời cảm ơn Sau hai năm học cao học chuyên ngành kỹ thuật công nghiệp tại khoa cơ khí thuộc trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, tôi đã tích lũy được những kiến thức quý báu góp phần vào hành trang kiến thức của bản thân. Bằng sự biết ơn và kính trọng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô thuộc bộ môn kỹ thuật công nghiệp đã nhiệt tình giảng dạy và hỗ trợ tác giả trong quá trình học tập và làm luận văn. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và lời cảm ơn sâu sắc tới cô Phan Thị Mai Hà người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin trân trọng cảm ơn./. TpHCM, ngày……….tháng……..năm……. Lê Anh Khoi iv TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay tại Việt nam có khá nhiều cảng container khắp cả nước và tập trung ở thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM). Những thiết bị nâng chuyển tại các cảng chưa được tự động hóa nhiều nên chưa thể sử dụng hệ thống Terminal Operating System (TOS) trong quản lý vận hành một cách tối ưu hóa như các cảng trên thế giới. Việc lên kế hoạch và triển khai sắp xếp container ở bãi chứa được làm theo kinh nghiệm nên tốn nhiều thời gian và công sức. Vị trí khi xếp container vào bãi có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hiệu suất của cảng. Khi xếp container một cách ngẫu nhiên vào bãi dẫn đến việc cần phải đảo các container nhiều lần khi cần bốc dỡ và làm ảnh hưởng đến hiệu suất của cần cẩu cũng như làm tăng thời gian chờ của tàu và các xe tải từ đó làm tăng chi phí cho việc vận hành cảng. Việc áp dụng mô hình toán để đưa ra giải pháp sắp xếp container vào bãi một cách hiệu quả là rất cần thiết. Thuật toán reward based được đề xuất trong nghiên cứu này nhằm tối ưu hóa vị trí xếp các container từ tàu hoặc từ vùng nội địa vào bãi nhằm làm tăng hiệu suất của các thiết bị tại bãi chứa và. Thuật toán đã được lập trình bằng phần mềm Matlab trên một môt hình nhỏ của bãi container. Kết quả của thuật toán đã được so sánh với sắp xếp container một cách ngẫu nhiên như hiện nay. Kết quả cho thấy việc áp dụng thuật toán reward based đã cho kết quả tốt hơn so với việc sắp xếp container một cách ngẫu nhiên. Dựa vào kết quả này ta có thể tiến hành những nghiên cứu tiếp theo về việc sắp xếp container để tăng cường năng lực hiện hành của cảng. v ABSTRACT Currently in Vietnam there are many container terminals throughout the country and are concentrated in Ho Chi Minh city (HCMC). The lifting equipment at the container terminals have not been automated too much so we cannot use Terminal Operating System (TOS) in managing the operation of an optimized way as the other terminals in the world. The planning and implementation of stacking container in the yard is made according to experience should spend more time and effort. The location when stacking on the yard had a great influence on the entire performance of the terminal. When stacking at random on yard lead to the need to reshuffle the container several times when we want to pick up a container and affect the performance of the crane as well as increase the latency of the vessel and the truck from which increases cost for port operation. Applying of mathematical models to provide effective solutions for stacking container in yards is necessary. The reward based algorithm proposed in this study aims to optimize the stacking of containers from vessel or inland in order to reduce the number of inbound containers when we need to retrieve a known container for a port in HCMC. The algorithm was programed by Matlab. A small area of container yard was selected to check the effectiveness. After that, we compared the resutl with stacking randomly method. The results show that the effect performance of yard is better than we apply the reward based algorithm. Based on this result we can do more research about arranging container at yard to have a better performance for the yards. vi LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sĩ “Tối ưu hóa công việc xếp container tại bãi ở cảng container” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Những số liệu được sử dụng trong luận văn là trung thực được chỉ rõ nguồn trích dẫn. Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào từ trước đến nay. TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 06 năm 2018 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Lê Anh Khôi vii Mục Lục Nội dung................................................................................................................ Trang Trang bìa .............................................................................................................. i Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ...................................................................................... iii Lời cảm ơn ............................................................................................................ iv Tóm tắt luận văn .................................................................................................... v Lời cam đoan ........................................................................................................ vi Mục lục ................................................................................................................. viii Danh sách bảng biểu .............................................................................................. x Danh sách hình vẽ ................................................................................................. xi Danh sách các từ viết tắt ........................................................................................ xii Chương 1: Giới thiệu ..................................................................................................1 1.1.Xác định vấn đề ............................................................................................ 1 1.2.Mục tiêu ......................................................................................................... 1 1.3.Phương pháp ................................................................................................... 1 1.4.Giới hạn của luận văn ..................................................................................... 2 1.5.Cấu trức của luận văn ............................................................................ 2 Chương 2: Vấn đề tối ưu hóa ở cảng............................................................................3 2.1.Giới thiệu về cảng container và hoạt động bốc/dỡ ở bãi ..................................3 2.1.1. Cảng container .............................................................................. 3 2.1.1.1.Vai trò................................................................................ 3 2.1.1.2.Chức năng .......................................................................... 6 2.1.1.3.Hoạt động của cảng container ............................................ 7 2.1.2. Hoat động ở bãi ............................................................................. 11 2.1.2.1.Bố trí bãi container............................................................. 12 2.1.2.2.Các thiết bị sử dụng trong bãi container ...................... 12 2.1.2.3.Kế hoạch xếp hàng ............................................................. 13 2.2.Tình trạng ra quyết định tức thời ..................................................................... 14 2.3.Vấn đề xếp dỡ container cho bãi chứa hàng của RMG .................................... 16 2.4.Mô tả vấn đề ................................................................................................... 16 viii 2.5.Các nghiên cứu liên quan ................................................................................ 18 2.5.1. Wiese và cộng sự (2009) ............................................................ 18 2.5.2. Kim, Park & Ryu (2000) ............................................................... 18 2.5.3. Kim, Park & Ryu (2002) ....................................................... 21 2.5.4. Kim và Hong (2004) ...................................................................... 22 2.5.5. Ozcan & Elliyi (2017) ................................................................... 23 Chương 3: Phân tích hiện trạng tại bãi chứa ................................................................ 26 3.1. Phân tích hiện trạng ....................................................................................... 26 3.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 27 3.2.1 Mục tiêu nội dung ............................................................................. 27 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 28 3.2.3 Phân tích và diễn giải số liệu thu được. .............................................. 28 Chương 4: Kết quả thực hiện ........................................................................................29 4.1 Các bước thực hiện ......................................................................................... 29 4.1.1. Tình tự thưc thiện luận văn. .............................................................. 29 4.1.2. trình tự thực hiện thuật toán. 4.2. Giới thiệu thuật toán reward based ................................................................. 29 4.3. Kết quả thực hiện ........................................................................................... 32 4.3.1 Bài toán ví dụ ..................................................................................... 32 4.3.2 phân tích mô hình thử nghiệm ............................................................ 32 4.3.1.1 Crane_distance_score (i,j) ............................................................ 34 4.3.1.2 Crane_work load ......................................................................... 34 4.3.1.3 Neighborhood_stack_score .......................................................... 35 4.3.1.4 Stack_heigh_score ....................................................................... 35 4.3.3 Kết quả................................................................................................ 37 Chương 5: Kết luận & hướng nghiên cứu tiếp theo ....................................................44 5.1. Kết luận ......................................................................................................... 44 5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo ........................................................................... 44 Tài liệu tham khảo............................................................................................................ 45 Phụ lục ............................................................................................................................. 46 ix Danh sách bảng biểu Tên bảng................................................................................................................ Trang Bảng 2.1: Phân tích các loại cẩu bãi....................................................................... 13 Bảng 4.1: Xác định điểm cho thành phần Neighborhood_stack_score (i,j) ............. 31 Bảng 4.2: Điểm số Crane_distance_score ban đầu ................................................. 34 Bảng 4.3: Điểm số Crane_distance_score ban đầu: ................................................ 35 Bảng 4.4: Kết quả về tổng điểm của thuật toán ...................................................... 38 Bảng 4.5 Kết quả về khối lượng làm việc tối đa trên mỗi crane ............................. 39 Bảng 4.6: tỷ lệ % làm việc cao hơn của phương pháp xếp ngẫu nhiên so với việc áp dụng thuật toán. .............................................................................................................. 39 x Danh sách hình ảnh Hình ảnh ................................................................................................................ Trang Hình 2.1: Thông lượng các cảng Đông Nam Á và phát triển trong thập kỷ qua. ..... 5 Hình 2.2 Khu vực hoạt động của một cảng container biển và dòng chảy của vận tải. ......................................................................................................................... 6 Hình 2.3 Chuỗi vận chuyển và xử lý container....................................................... 6 Hình 2.4: Bays, row và tires................................................................................... 7 Hình 2.5: Quy trình vận chuyển và xử lý của một container ................................... 8 Hình 2.6: Thiết bị xử lý container. ......................................................................... 8 Hình 2.7: Các loại thiết bị xử lý khác nhau ............................................................ 9 Hình 2.8: Tàu neo đậu ở cảng. ............................................................................... 10 Hình 2.9: Luồng container trong một cảng container ............................................. 10 Hình 2.10: Sơ đồ cảng container ............................................................................ 12 Hình 2.11 Minh họa của một trạng thái đại diện .................................................... 20 Hình 2.12 Mô hình tối ưu hóa đa giai đoạn trong điều kiện không chắc chắn......... 20 Hình 2.13 . Chia nhánh sử dụng thuộc tính H1 ...................................................... 21 Hình 3.1. Thông lượng các cảng biển ở Việt Nam trong giai đoạn 2001-2015 ....... 27 Hình 4.1: Sơ đồ bãi container ban đầu ................................................................... 33 Hình 4.2 Kết quả thu được sau khi tính toán đơn hàng với 5 container .................. 36 Hình 4.3: Tổng điểm (trung bình 10 lần) của các đơn hàng với số container đến khác nhau .............................................................................................................. 36 Hình 4.4 Bảng so sánh khối lượng work load tối đa của các container ................... 41 Hình 4.5 Bảng so sánh về điểm số neighbour row-bay của các block ..................... 41 Hình 4.6: Điểm số so sánh về chiều cao của các stack ........................................... 42 Hình 4.7: Thời gian tính toán trung bình cho thuật toán ......................................... 43 xi Danh sách các từ viết tắt Từ viết tắt QC YC OR PRD MILP GA WS LS RTG SC RMG A-RMG TEU MTS AGV PM AS/RS Tên tiếng Anh Quay crane Yard crane Operation reasearch Pearl river delta Mixed linear programming Genetic algorithm Water side Land side Rubber-tired Gantry Straddle carrier Rail-mounted gantry Automated rail-mounted gantry Twenty-foot equivalent unit Multi-trailer systems Automatic guided vehicle Prime mover Automated Storage và Retrieval Systems xii Tên tiếng Việt Cần cẩu bờ Cần cẩu bãi Nghiên cứu hoạt động Đồng bằng châu giang Lập trình tuyến tính hỗn hợp Thuật toán di truyền Phía biển Phía bờ Xe có hướng dẫn tự động Đầu máy kéo Chương 1: Giới thiệu 1.1. Xác định vấn đề. Hiện nay tại Việt nam có khá nhiều cảng container khắp cả nước và tập trung ở thành phố Hồ Chí Minh (Tp HCM). Những thiết bị nâng chuyển tại các cảng chưa được tự động hóa nhiều nên chưa thể sử dụng hệ thống Terminal Operating System (TOS) trong quản lý vận hành một cách tối ưu hóa như các cảng trên thế giới. Chính vì vậy, việc nghiên cứu để đưa ra một thuật toán nhằm tối ưu hóa công việc xếp dỡ tại cảng container là một vấn đề cấp bách và cần thiết nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng cao của Việt Nam. Luận văn này được thực hiện nhằm đáp ứng nhu cầu đó. Hiện nay các tài liệu về cảng container và việc vận hành cảng container ở Việt Nam vẫn còn chưa nhiều tài liệu bằng tiếng Việt. Chính vì vậy, trong nội dung luận văn này tác giả cũng trình bày thêm về lý thuyết của cảng container, quy trình hoạt động, chức năng và vận hành của cảng từ các nguồn tài liệu nước ngoài nhằm cung cấp thêm nhiều kiến thức về lĩnh vực cảng container nhằm làm đa dạng hóa nguồn tài liệu bằng tiếng Việt cho người đọc. 1.2. Mục tiêu Luận văn này sẽ bao gồm hai phần chính: - Phần thứ nhất là trình bày các lý thuyết về cảng container: các đặc điểm của cảng container, quy trình hoạt động của các cảng container, các nhóm container ở cảng - Phần thứ hai sẽ đề xuất mô hình nhằm tối ưu hóa hoạt động ở bãi container bằng thuật toán reward based và sẽ lập trình thuật toán bằng phần mềm Matlab nhằm kiểm tra tính hiệu quả của thuật toán. 1.3. Phương pháp Sẽ tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan về cảng container, các lý thuyết về cảng container: vai trò, chức năng hoạt động ở cảng. Sau đó, sẽ tiếp tục tìm hiểu về các nghiên cứu về lĩnh vực hoạt động của cảng container nhằm tìm kiếm được mô hình tối ưu có thể áp dụng vào hoạt động thực tế của các cảng container ở Việt Nam. 1 1.4. Giới hạn của luận văn. Nội dung của luận văn sẽ tập trung vào việc nghiên cứu nhằm tìm ra thuật toán cho việc xếp container vào bãi một cách tối ưu nhất, có thể tối tận dụng được tối đa hiệu suất của các cần cẩu bãi. Sau khi đưa ra được mô hình toán sẽ tiến hành lập tình cho thuật toán bằng phần mềm Matlab, tiến hành khảo sát trên một mô hình nhỏ của bãi chứa container. Các container đến bãi chứa sẽ được phát một cách nhẫu nhiên nhằm tính toán các kết quả đạt được. Kết quả này sẽ được so sánh với khi thực hiện việc xếp các container ngẫu nhiên và đồng thời cũng nhằm kiểm chứng thời gian tính toán của thuật toán. 1.5. Cấu trúc của luận văn: Luận văn sẽ bao gồm 5 chương với cấu trúc của từng chương như sau: Chương 1: Giới thiệu về nội dung chính của luận văn: xác định vấn đề, nội dung thực hiện, mục tiêu của luận văn, phương pháp thực hiện. Chương 2: Chương 2 sẽ tập trung giới thiệu cơ sở lý thuyết của cảng container, đặc điểm của các cảng container và hoạt động ở bãi container. Vấn đề tối ưu hóa đối với bãi container và các nghiên cứu trên thế giới đã được thực hiện cũng sẽ được thảo luận đến. Chương 3: Tập trung vào việc phân tích hiện trạng của bãi chứa và cũng đồng thời nêu ra phương pháp thực hiện cho luận văn. Chương 4: Trình bày chi tiết hơn về thuật toán được lựa chọn để áp dụng trong luận văn, diễn giải thuật toán thực hiện và trình bày kết quả đat được. Chương 5: Chương 5 sẽ tổng hợp lại các nội dung đã đạt được và trình bày các phương hướng nghiên cưu tiếp theo trong tương lai. 2 Chương 2: Vấn đề tối ưu hóa ở cảng 2.1. 2.1.1. Giới thiệu về cảng container và hoạt động bốc/dỡ ở bãi Cảng container 2.1.1.1. Vai trò: Trong một thế giới toàn cầu hóa, các cảng tạo thành một phần không thể tách rời và quan trọng của mạng lưới thương mại quốc tế, vì chúng mang lại một sự dịch chuyển hàng hoá rất hiệu quả về chi phí giữa các thị trường, là những cơ sở hậu cần quốc tế quan trọng, những nút này cung cấp một liên kết quan trọng với các điểm sản xuất trong đất liền của một quốc gia hoặc địa lý không có lối vào và là những cửa ngõ vào các thị trường tiêu thụ ở nơi khác. Như vậy, tất cả sự chú ý của ngành công nghiệp vận tải và các ngành công nghiệp liên quan của nó đã được tập trung vào thông qua cảng và phát triển. Thật vậy, đã có nhiều sự chú trọng vào phát triển cảng vì các chính phủ nhận thấy rằng thương mại thông qua các cảng đóng góp một phần đáng kể GDP. Số lượng container vận chuyển đóng vai trò như một thành phần chủ đạo của đất nước sức khoẻ kinh tế và kết nối chuỗi cung ứng của khu vực. Một cảng container bao gồm một cảng container và bãi container. Từ quan điểm mạng, cảng container tạo thành nút của mạng và bãi là điểm lưu trữ. Theo Wikipedia (Wiki_Container terminal), một cảng container là cơ sở hậu cần quan trọng nơi vận chuyển hàng hoá hoặc chuyển tải giữa các phương tiện vận tải khác nhau, cho việc vận chuyển trở lại hoặc đến vùng nội địa của mình hoặc cho một cuộc hành trình biển. Việc chuyển tải này có thể là giữa các tàu container và các phương tiện giao thông đường bộ, ví dụ như tàu hỏa hoặc xe tải, trong trường hợp đó cảng được mô tả như là một bến container hàng hải. Ngoài ra, việc chuyển tải có thể là giữa các phương tiện giao thông đường bộ, thường là giữa tàu hỏa và xe tải, trong trường hợp đó cảng được mô tả như là một cảng container nội địa. Từ những khởi đầu khiêm tốn của nó vào những năm 1950, khu cảng container hàng hải đã đi một chặng đường dài. Các cảng container hàng hải bây giờ là một đặc trưng phổ biến ở nhiều quốc gia có bờ biển. Các chức năng vẫn như nhau, và trong các cảng container thường cung cấp các phương tiện lưu trữ cho cả container chứa đầy và rỗng. Container được lưu trữ trong thời gian tương đối ngắn hơn, để không phải trả chi phí lưu 3 bãi cao hơn mức độ cần thiết và các chi phí khác. Trong khi chờ đợi vận chuyển tiếp theo, ở một số cảng container, các container chứa đầy có thể phải được lưu trữ trong thời gian dài hơn để chờ lần sử dụng tiếp theo. Lý do hoạt động của việc này là như sau: tàu tiếp theo không sẵn sàng, container không được dọn sạch cho chuyến hàng tiếp theo hoặc người gửi hàng muốn tối ưu hóa thời gian tạm dừng tự do bởi người vận hành cảng. Trong các trường hợp như vậy, các container này thường được xếp chồng lên nhau để lưu trữ, trong một hình khối chữ nhật ba tầng, và các kết quả lưu trữ sau đó thường được biết đến như là container stack. Chỉ ở châu Á chúng ta thấy sự phổ biến của việc xếp chồng container ngày càng cao vượt quá giới hạn ba tầng. Lưu trữ container cao hơn sử dụng tốt hơn đáng kể đất tại bờ biển nhưng cũng phải đối mặt với sự cạnh tranh ngày càng tăng từ các nhà phát triển bất động sản đánh giá cao sự phát triển của biển. Do đó, cần phải liên tục tìm kiếm các giải pháp tối ưu để nâng cao hiệu quả của việc lưu trữ và sự di chuyển của các container. Trong những năm gần đây, các tiến bộ về phương pháp luận về hoạt động của cảng container đã được cải thiện đáng kể, đặc biệt là trong các lĩnh vực hoạt động của tàu container đặc biệt là trong các lĩnh vực như bến, xếp chồng, thu hồi container và xác định vị trí cho container. Những cải tiến trong năng suất đã được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp vận trù học (operation research - OR), công nghệ sử dụng nền tảng không dây, và thiết bị xử lý hiện đại. Các cảng châu Á xếp hạng cao trong số 20 cảng container hàng đầu thế giới. Khối lượng container đến và rời khỏi mỗi cảng này thường tăng lên trong thập kỷ qua. Với lưu lượng container ngày càng tăng do toàn cầu hóa nhanh hơn và nhu cầu về tốc độ nhanh hơn cho thị trường để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng ở châu Á, sẽ tiếp tục có nhu cầu nghiêm ngặt đối với việc nâng cao năng suất theo định hướng OR trong các ứng dụng có liên quan đến cảng. Các nhà khai thác cảng chỉ biết rằng họ phải có hiệu quả hơn trong hoạt động của mình để khuyến khích nhiều hãng tàu ghé cảng của họ và để giảm bớt thời gian dừng không cần thiết tại cảng vì lý do an ninh và hoạt động. Với địa lý độc đáo của châu Á và sự cạnh tranh khốc liệt của các cảng container (có thể đôi khi nằm gần nhau như Singapore và Tanjung Pelepas Malaysia), thách thức là làm thế nào để tối đa hóa thông lượng của các container đầy tải và không tải trọng đặc biệt là ở các thành phố khan hiếm đất đai như Singapore và Hong 4 Kong. Ở hai thành phố này, các container được xếp chồng lên nhau theo thứ tự thường là 3 hoặc 5 tầng. Tại Singapore, các container đầy có thể được xếp chồng lên nhau lên đến 9 tầng và do đó rõ ràng có nhu cầu về các kỹ thuật vận trù học sẽ được sử dụng trong việc nhập xuất container để xếp hoặc xếp lại container nhanh bên trong bãi. Các kỹ thuật này liên quan đến chính sách lưu trữ của container, thiết bị vận chuyển được sử dụng. Một tình huống tương tự tồn tại ở Đông Nam Á như thể hiện trong hình 2.1. Đối với các hoạt động vận trù học được tham khảo để sử dụng, có rất nhiều. Trong tài liệu, các kỹ thuật vận trù học khác nhau đã được áp dụng cho một khía cạnh của các vấn đề vận hành container. Các kỹ thuật phổ biến hơn bao gồm Lập trình tuyến tính hỗn hợp (MILP), tạo cột, Thuật toán di truyền (GA), tìm kiếm Tabu, mô phỏng, v.v .... HÌnh 2.1 Thông lượng các cảng Đông Nam Á và phát triển trong thập kỷ qua. Nguồn Maritime Insight (2014) 5 2.1.1.2. Chức năng Mặc dù các cảng container có sự khác nhau về kích thước, chức năng và cách bố trí hình học, chúng chủ yếu bao gồm các hệ thống con (xem Hình 2.2). Khu vực hoạt động hoặc bến tàu được trang bị cần cẩu cho việc xếp/dỡ của tàu. Container nhập khẩu cũng như xuất khẩu được chứa trong một bãi được chia thành nhiều blocks. Khu vực xếp đặc biệt được dành riêng cho container lạnh bởi vì cần nguồn điện cho việc làm lạnh, hoặc để chứa hàng hóa độc hại. Khu vực riêng biệt được sử dụng cho các container rỗng. Một số cảng sử dụng nhà kho để chứa và dỡ container hoặc để bổ sung dịch vụ hậu cần. Khu vực vận hành xe tải và tàu hỏa liên kết cảng với các hệ thống giao thông bên ngoài. Chuỗi hoạt động cho các container xuất khẩu có thể được mô tả như sau (xem Hình 2.3). Hình 2.2 Khu vực hoạt động của một cảng container biển và dòng chảy của vận tải. Nguồn Steenken et al. (2004), p. 6 Hình 2.3 Chuỗi vận chuyển và xử lý container. Nguồn Steenken Steenken et al. (2004), p. 13 6 Sau khi đến cảng bằng xe tải hoặc tàu hỏa, container được xác định và đăng ký với dữ liệu chính (ví dụ: nội dung, điểm đến, tàu ra nước ngoài, tuyến vận chuyển), được nâng lên bằng thiết bị vận chuyển nội bộ và phân phối cho một trong các block lưu trữ trong bãi. Vị trí lưu trữ tương ứng được cho bởi row, bay, and tier trong block (hình 2.4) và được chỉ định trong thời gian thực khi đến của container trong cảng. Để chứa một container tại bãi, cần cẩu cụ thể hoặc xe nâng được sử dụng. Cuối cùng, sau khi đến tàu được chỉ định, container được dỡ xuống từ bãi và vận chuyển đến bến nơi cần cẩu bờ chất container lên tàu ở một vị trí xếp chồng được xác định trước. Các hoạt động cần thiết để xử lý một container nhập khẩu được thực hiện theo thứ tự ngược lại. Hình 2.4: Bays, row và tires Nguồn Zhen et al., 2013, p 290 2.1.1.3. Hoạt động của cảng container: Ngày nay, kích thước container tiêu chuẩn thay đổi từ 20 ft (6.1 m) đến 53 ft (16.2 m). Để thể hiện dung lượng container, thuật ngữ 'đơn vị tương đương 20 foot' (TEU) được sử dụng. Điều này có nghĩa là ví dụ một container 40 ft với chiều dài 40 feet giống như hai TEU. Các containers được vận chuyển bằng các phương thức khác nhau như tàu, xe lửa và xe tải. Cảng container là mối liên kết giữa các phương thức khác nhau. Hình 2.5 cho thấy một cảng container đại diện. Container đến bằng tàu biển sâu, được dỡ xuống bằng cần cẩu bờ và được vận chuyển đến bãi chứa. Khi container sau đó được yêu cầu vận chuyển thêm vào nội địa, nó sẽ được vận chuyển từ kho lưu trữ tới cổng tàu hoả hoặc xe tải. Cũng có thể là các container không tải được vận chuyển trực tiếp đến một con tàu khác, bỏ qua bãi lưu trữ. 7