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【发明授权】一种不定需求情形下的船舶调度方法_东南大学_201810294781.8 

申请/专利权人:东南大学

申请日:2018-03-30

公开(公告)日:2021-03-19

公开(公告)号:CN108629485B

主分类号:G06Q10/06(20120101)

分类号:G06Q10/06(20120101);G06Q10/08(20120101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.03.19#授权;2018.11.02#实质审查的生效;2018.10.09#公开

摘要:本发明公开了一种不定需求情形下的船舶调度方法,在计算出了收益最大的调度顺序之后,此调度顺序的基础上又计算了可使收益提高的船槽数量转换问题,再次在收益最高的船槽数量基础上重新求出最优调度方案,直到最优船槽数量与调度顺序两个目标在收益最大时完全吻合。本发明将不定需求考虑在内,求出结果可使得船公司以最稳定的姿态应对由于经济波动而引起的需求变化,在基于最优船舶调度顺序的基础上,解决了拥有两种船槽的班轮在调度过程中如何确定最优船槽数量的问题。

主权项:1.一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1:随机产生每周的货运需求,采用枚举法求解出利润最高的船舶调度顺序,所述枚举法具体流程如下:步骤0:设置参数W代表此算法的总模拟次数,且W要为V的整数倍数,其中V为船队中拥有的船只数量;步骤1:随机产生W周的供货需求,将船队中拥有的船只依次编号,为1,2,…,V,把船队中存在的所有s个调度方法,依次列出所有可能的船舶调度顺序并计算其在W周内的平均收益,记为利润P;步骤2:从s个调度方法中选出船公司利润P最高的调度顺序;S2:在所述步骤S1中求出的利润最高的船舶调度顺序基础上,从第1艘船开始,让干货槽数量依此增加1个,然后依次计算检验各船舶在干货槽数量增加后的利润P是否提高,若提高,则用增加后的干货槽数量更新船槽数量,在此过程中,如有一艘船的利润P没有提高,则不更新该船舶的船槽数量,并停止后续船舶的计算检验,直接进入步骤S3,否则直到所有船舶的船槽数量都检验完毕后进入步骤S3;所述利润P根据下式计算: 其中,gd为运输一个干货箱的运费,gr为运输一个冷藏箱的运费;cd,1为拒绝运输一个干货箱时船公司产生的损失,cr,1为拒绝运输一个冷藏箱时公司产生的损失;cr,2为冷藏箱在运输过程中产生的用电成本;cd,3为一个干货箱被延迟后在港口堆场一周的堆场费用,cr,3为一个冷藏箱被延迟运输后,在港口堆场一周产生的堆场费用,cr,4为冷藏箱在堆场时产生的用电成本;cd,5为由于一个干货箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失,cr,5为由于一个干冷藏箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失;为整个船队在每个周期内的每周平均被延迟的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均延迟的冷藏箱数量;为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的冷藏箱数量;S3:再次用枚举法计算船队在步骤S2得出的船槽数量基础上的最优调度顺序,若船舶调度顺序和船槽数量不再发生变化,则整个船槽数量转换流程结束;否则,保留已更新的船槽数量并返回步骤S2。

全文数据:一种不定需求情形下的船舶调度方法技术领域[0001]本发明属于交通运输工程中的货物运输,物流运输及航运船舶调度领域,具体涉及了一种基于不定需求的船舶调度方法。背景技术[0002]由于经济的调整,市场上各种促销活动的兴起,消费者对货物的需求量随着时间会出现较大的变化。绝大多数船公司在运输时都具有自已的船队,每支船队中包含了容量不同的船舶数量。当需求发生时,船公司需要根据需求大小排出合适的船舶对货物进行装箱运输。但是由于需求的不确定性,每周的货运量很可能是不同的且差异巨大。[0003]若某周由于“双11”、“双12”或“黑五”等全球性大型促销活动或进出口贸易规则的改变而使得消费者对货物的需求量在短时间内急剧增长,那么原有的船舶容量可能就无法满足现在需要装箱的货运量,若不能及时将所有货物运出,那货物就需要在堆场区进行堆场,堆场也会产生高昂的堆场费用,而且运输效率的延迟会导致公司的信用损失,对公司建立长期的客户关系不利;若由于税收政策的调整等因素,导致货物的需求量突然减小,若采用原有的船舶对其进行运输则可能会产生亏箱、亏舱的情况,无形中增大了公司运营的成本。再加上市场之间的竞争越演越烈,如何最佳调度自己的船队而使得公司的运营成本最低就有着至关重要的作用。[0004]且同一艘船上会有不同类型的船槽,它们对应的集装箱具有不同的优先权。优先权较低的集装箱可以装在优先权较高集装箱船槽上进行运输;反之优先权较高的集装箱不能装在优先权较低集装箱的船槽上进行运输,但船上对应船槽的数量往往是固定的。这就导致了当两种优先权不同的集装箱需求发生变动时,要怎么安排集装箱的装船数量效率更高的问题。再者,冷藏槽和干活槽之间最主要的区别是由于冷藏箱的供电需求,冷藏槽上有电源插座而干货槽上没有,但可以通过增加蓄电池的方法对干货槽进行改造。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种可以效节约决策时间、提高调度效率,在货物需求发生较大波动时合理安排两种优先权不一样集装箱的装载、延迟运输,并使得公司的收益最大的不定需求情形下的船舶调度方法。[0006]本发明的不定需求情形下的船舶调度方法,包括以下步骤:[0007]SI:随机产生每周的货运需求,采用枚举法求解出利润最高的船舶调度顺序;[0008]S2:根据步骤1中求出的利润最高的船舶调度顺序基础上,从第1艘船开始,让干货槽数量依此增加1个,然后依次计算检验各船舶在干货槽数量增加后的利润P是否提高,若提高,则用增加后的干货槽数量更新船槽数量,在此过程中,如有一艘船的利润P没有提高,则不更新该船舶的船槽数量,并停止后续船舶的计算检验,直接进入步骤S3,否则直到所有船舶的船槽数量都检验完毕后进入步骤S3;[0009]S3:再次用枚举法计算船队在步骤2得出的船槽数量基础上的最优调度顺序,若船舶调度顺序和船槽数量不再发生变化,则整个船槽数量转换流程结束;否则,保留已更新的船槽数量并返回步骤S2。[0010]进一步的,本发明方法中,所述步骤S2中的利润P根据下式计算:[0012]其中,gd为运输一个干货箱的运费,为运输一个冷藏箱的运费;Cd'1为拒绝运输一个干货箱时船公司产生的损失,f’1为拒绝运输一个冷藏箱时公司产生的损失;f’2为冷藏箱在运输过程中产生的用电成本;cd’3为一个干货箱被延迟后在港口堆场一周的堆场费用,f’3为一个冷藏箱被延迟运输后,在港口堆场一周产生的堆场费用。f’4为冷藏箱在堆场时产生的用电成本;cd’5为由于一个干货箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失,f’5为由于一个干冷藏箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失;为整个船队在每个周期内的每周平均被延迟的干货箱数量,:为整个船队在每个周期内每周平均延迟的冷藏箱数量;为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的冷藏箱数量。[0013]进一步的,本发明方法中,所述步骤S2中的整个船队在每个周期内每周平均延迟的干货箱数量、冷藏箱数量和被拒绝运输的干货箱数量、冷藏箱数量的计算方法如下:[0015]其中代表船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量;代表船V不能装载需要延迟到下周运输的冷藏箱数量;表示船V不能装载将拒绝运输的干货箱数量,^代表船V不能装载将拒绝运输的冷藏箱数量。[0016]进一步的,本发明方法中,所述步骤S2中的船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量、冷藏箱,以及船V不能装载将拒绝运输的干货箱、冷藏箱的具体数量分别按照以下4种不同的情形分别计算得到。[0017]1代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘运输的干货箱数量,代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘船上运输的冷藏箱数量;表本周产生的需要运输的干货箱,代表本周需要运输的冷藏箱数量;代表船V上干货槽的数量,代表船V上冷藏槽的数量;代表第v+1艘船上冷藏槽的数量;表示第V艘船上多余可供干货箱使用的冷藏槽的数量;代表第V+1艘船上干货槽的数量。[0021]进一步的,本发明方法中,所述步骤Sl中的枚举法具体流程如下:[0022]步骤0:设置参数W代表此算法的总模拟次数,且W要为V的整数倍数,其中V为船队中拥有的船只数量;[0023]步骤1:随机产生W周的供货需求,将船队中拥有的船只依次编号,为1,2,...,V,把船队中存在的所有s个调度方法,依次列出所有可能的船舶调度顺序并计算其在W周内的平均收益,记为P;[0024]步骤2:从s个调度方法中选出船公司利润P最高的调度顺序。[0025]市场需求的变化以及消费者需求变动的随机性导致了需求的不确定性。船队中可能拥有型号不同的船舶,当需求过大时,若调用容量较小的船运输,会导致有的集装箱不能装船导致堆场;当需求过小时,若调用大容量船舶运输则会导致资源浪费,增大公司成本。所以当需求变化时,如何调用容量不同的船舶对集装箱进行运输而使得公司的成本最小化就有着重要的作用。本发明解决了船公司在货物需求发生较大波动时,如何安排两种优先权不一样集装箱的装载、延迟运输以及拒绝运输数量的问题。除此之外,本发明基于最优船舶调度顺序的基础上,也解决了拥有两种船槽的班轮在调度过程中如何确定最优船槽数量的问题。[0026]有益效果:本发明方法与现有技术相比,具有以下优点:[0027]现有技术中,国内大多船公司关于船舶调度顺序的研究大多还是基于人工经验为主,根据船舶航期表与船舶容量等信息大致进行估计,由团队共同协商决定。当需求发生变动时,会根据现有需求通过增加蓄电池的方法临时改变船舶的冷藏槽数量。[0028]本发明在考虑船舶最优调度顺序的同时将最优船槽数量也考虑在内,解决了公司现有主要依据人工经验调整运输和配送方案的局限性,减少船公司的调度成本。提出了启发式迭代算法,可计算船舶在现有船槽数量基础上如何转换船槽数量能使得收益更大。[0029]本发明打破了船公司在制定分配方案时,不能将收益最大的调度顺序及可转换的船槽数量考虑在内的问题。本发明在计算出了收益最大的调度顺序之后,此调度顺序的基础上又计算了可使收益提高的船槽数量转换问题,再次在收益最高的船槽数量基础上重新求出最优调度方案,直到最优船槽数量与调度顺序两个目标在收益最大时完全吻合。将不定需求考虑在内,求出结果可使得船公司以最稳定的姿态应对由于经济波动而引起的需求变化,而不是单一的、盲目的凭经验选择调度顺序。[0030]本发明计算简单,求解速度快。比起人工团队在一起开会讨论,本发明能在较短时间(6艘船以内规模的船队都可Imin内输出结果)内输出最优结果。能帮助决策者有效节约决策时间、提高调度效率。附图说明[0031]图1是本发明调度说明不意图。[0032]图2是本发明的航线示意图。[0033]图3是本发明的船舶容量示意图。具体实施方式[0034]下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。[0035]在此采用达飞公司所经营的一条航线作为算例显示其结果。在此条航线上共有6个挂靠港,分别为天津港一青岛港一上海港一鲁珀特王子港-奥克兰港-长滩港-天津新港。此条航线共被6艘大小不一的船服务,频率为一周一次。基础数据如下表所示:[0036]表1成本参数的值[0037][0038]表2运费的值[0039][0040]该实施例主要包括以下步骤:[0041]步骤1:令干货箱每周的需求都在7801到9220中随机产生,冷藏箱的需求在0到800中随机产生。关于船舶上船槽数量的基础数据见附件。取W=996,用枚举法求出利润最高的船舶调度顺序,结果为第10个调度方式为最优调度,其调度顺序为1-6-3-2-4-5,每周的平均利润为P=5275207.8313。[0042]本发明的优选实施例中,枚举法具体流程如下:[0043]步骤0:设置参数W代表此算法的总模拟次数,且W要为V的整数倍数,其中V为船队中拥有的船只数量;[0044]步骤1:随机产生W周的供货需求,将船队中拥有的船只依次编号,为1,2,...,V,把船队中存在的所有s个调度方法,依次列出所有可能的船舶调度顺序并计算其在W周内的平均收益,记为P;[0045]步骤2:从s个调度方法中选出船公司利润P最高的调度顺序。[0046]步骤2,在上一步中求出的利润最高的船舶调度顺序基础上,从第1艘船开始,让干货槽数量依此增加1个,然后依次计算检验各船舶在干货槽数量增加后的利润P是否提高,若提高,则用增加后的干货槽数量更新船槽数量,在此过程中,如有一艘船的利润P没有提高,则不更新该船舶的船槽数量,并停止后续船舶的计算。由于船上的电力限制,本实施例假设每艘船上的冷藏槽数量最多不得多于1000个。检验求出最优船槽数量见表3。在此转换基础下,收益提升为P=5288145.9839。[0047]表3最优调度顺序基础下的最优船槽数量[0048][0049]其中利润P根据下式计算:[0051]其中,gd为运输一个干货箱的运费,g"为运输一个冷藏箱的运费;Cd'1为拒绝运输一个干货箱时船公司产生的损失,f’1为拒绝运输一个冷藏箱时公司产生的损失;f’2为冷藏箱在运输过程中产生的用电成本;cd’3为一个干货箱被延迟后在港口堆场一周的堆场费用,f’3为一个冷藏箱被延迟运输后,在港口堆场一周产生的堆场费用。f’4为冷藏箱在堆场时产生的用电成本;cd’5为由于一个干货箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失,为由于一个干冷藏箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失;为整个船队在每个周期内的每周平均被延迟的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均延迟的冷藏箱数量;为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的冷藏箱数量。[0052]本发明的优选实施例中,上述整个船队在每个周期内每周平均延迟的干货箱数量、冷藏箱数量和被拒绝运输的干货箱数量:、冷藏箱数量的计算方法如下:[0054]其中代表船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量r代表船V不能装载需要延迟到下周运输的冷藏箱数量;表示船V不能装载将拒绝运输的干货箱数量,代表船V不能装载将拒绝运输的冷藏箱数量。[0055]本发明的优选实施例中,上述船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量、冷藏箱,以及船V不能装载将拒绝运输的干货箱、冷藏箱的具体数量分别按照以下4种不同的情形分别计算得到:[0056]1代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘运输的干货箱数量,代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘船上运输的冷藏箱数量;表本周产生的需要运输的干货箱,代表本周需要运输的冷藏箱数量;代表船V上干货槽的数量,代表船V上冷藏槽的数量;代表第v+7艘船上冷藏槽的数量;表示第V艘船上多余可供干货箱使用的冷藏槽的数量;五+1代表第v+7艘船上干货槽的数量。[0060]步骤3:再次用枚举法计算船队在步骤2得出的船槽数量基础上的最优调度顺序,若船舶调度顺序和船槽数量不再发生变化,则整个船槽数量转换流程结束;否则,保留已更新的船槽数量并返回步骤2。经过此轮检验,最终最优调度顺序与最优船槽数量达到统一,调度顺序为1—3—6—2—4—5,利润再次提升,P=5290486.245.[0061]方案比较[0062]在未进行优化之前,船公司原本最初的调度顺序每周的平均利润P=5251493.8755〇[0063]经过步骤1的优化之后,求出的最优调度顺序与原顺序相比,调度顺序利润提高了0.45%〇[0064]经过步骤2的优化结果,相较于最初调度方案,收益提升了0.7%。[0065]经过步骤3的优化结果,与最初优化结果相比,收益提升了0.74%。[0066]说明对于某家船公司的单条航线上,此算法平均能为其提升收益0.74%,那么对于整个航运网络上,多家船公司多条船队运营的多条航线上,此算法能提升的利润值相当可观。

权利要求:1.一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:si:随机产生每周的货运需求,采用枚举法求解出利润最高的船舶调度顺序;S2:在所述步骤Sl中求出的利润最高的船舶调度顺序基础上,从第1艘船开始,让干货槽数量依此增加1个,然后依次计算检验各船舶在干货槽数量增加后的利润P是否提高,若提高,则用增加后的干货槽数量更新船槽数量,在此过程中,如有一艘船的利润P没有提高,则不更新该船舶的船槽数量,并停止后续船舶的计算检验,直接进入步骤S3,否则直到所有船舶的船槽数量都检验完毕后进入步骤S3;S3:再次用枚举法计算船队在步骤S2得出的船槽数量基础上的最优调度顺序,若船舶调度顺序和船槽数量不再发生变化,则整个船槽数量转换流程结束;否则,保留已更新的船槽数量并返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,所述步骤S2中,利润P根据下式计算:其中,gd为运输一个干货箱的运费,Slr为运输一个冷藏箱的运费;Cd'1为拒绝运输一个干货箱时船公司产生的损失,C1"1为拒绝运输一个冷藏箱时公司产生的损失;C1"2为冷藏箱在运输过程中产生的用电成本;cd’3为一个干货箱被延迟后在港口堆场一周的堆场费用,f’3为一个冷藏箱被延迟运输后,在港口堆场一周产生的堆场费用。C1"4为冷藏箱在堆场时产生的用电成本;cd’5为由于一个干货箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失,f’5为由于一个干冷藏箱被延迟运输,托运人的不满对公司造成的损失;为整个船队在每个周期内的每周平均被延迟的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均延迟的冷藏箱数量;为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的干货箱数量,为整个船队在每个周期内每周平均被拒绝运输的冷藏箱数量。3.根据权利要求2所述的一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,所述步骤S2中的整个船队在每个周期内每周平均延迟的干货箱数量、冷藏箱数量和被拒绝运输的干货箱数量、冷藏箱数量的计算方法如下:其中代表船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量;代表船V不能装载需要延迟到下周运输的冷藏箱数量;表示船V不能装载将拒绝运输的干货箱数量,代表船V不能装载将拒绝运输的冷藏箱数量。4.根据权利要求3所述的一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,所述船V不能装载需要延迟到下周运输的干货箱数量、冷藏箱,以及船V不能装载将拒绝运输的干货箱、冷藏箱的具体数量,分别按照以下4种不同的情形分别计算得到:1代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘运输的干货箱数量,代表第V-I艘船不能装载需要延迟到第V艘船上运输的冷藏箱数量;UdR表本周产生的需要运输的干货箱,代表本周需要运输的冷藏箱数量;代表船V上干货槽的数量,代表船V上冷藏槽的数量;3且代表第v+1艘船上冷藏槽的数量;若,其中,」表示第V艘船上多余可供干货箱使用的冷藏槽的数量;代表第v+1艘船上干货槽的数量。5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种不定需求情形下的船舶调度方法,其特征在于,所述步骤Sl中的枚举法具体流程如下:步骤O:设置参数W代表此算法的总模拟次数,且W要为V的整数倍数,其中V为船队中拥有的船只数量;步骤1:随机产生W周的供货需求,将船队中拥有的船只依次编号,为1,2,...,V,把船队中存在的所有s个调度方法,依次列出所有可能的船舶调度顺序并计算其在W周内的平均收益,记为P;步骤2:从S个调度方法中选出船公司利润P最高的调度顺序。

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