Title of article :
A Mathematical Model and Grouping Imperialist Competitive Algorithm for Integrated Quay Crane and Yard Truck Scheduling Problem with Non-crossing Constraint
Author/Authors :
Behjat, S Industrial & Systems Engineering Faculty - Tarbiat Modares University, Tehran, Iran , Nahavandi, N Industrial & Systems Engineering Faculty - Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
Abstract :
In this research, an integrated approach is presented to simultaneously solve quay crane scheduling and
yard truck scheduling problems. A mathematical model was proposed considering the main real-world
assumptions such as quay crane non-crossing, precedence constraints and variable berthing times for
vessels with the aim of minimizing vessels completion time. Based on the numerical results, this
proposed mathematical model has suitable efficiency for solving small instances. Two versions of
imperialist competitive algorithm (ICA) are presented to heuristically solve the problem. The grouping
version of algorithm (G-ICA) is used to solve the large-sized instances based on considering the
allocation of trucks as a grouping problem. Effectiveness of the proposed metaheuristics on small-sized
problems is compared with the optimal results of the mathematical model. In order to compare the
efficiency of the proposed algorithms for large-sized instances, several instances were generated and
solved, and the performance of algorithms has been compared with each other. Moreover, a simulated
annealing (SA) algorithm is developed to solve the problem and evaluate the performance of the
proposed ICA algorithms. Based on the experimental results, the G-ICA has a better performance
compared to the ICA and SA. Also an instance of a container terminal in Iran has been investigated
which shows that the proposed model and solution methods are applicable in real-world problems.
Farsi abstract :
در تحقيق پيش رو يك رويكرد يكپارچه به منظور حل همزمان زمان بندي جرثقيل هاي اسكله اي و كاميونهاي محوطه ارائه شده است. يك مدل رياضي با در نظر گرفتن فرضيات دنياي واقعي مانند عدم عبور جرثقيل هاي اسكل هاي از يكديگر، روابط پيش نيازي و چندين كشتي با زمان پهلوگيري مختلف با هدف كمينه كردن مجموع زمان تكميلي كارها ارائه شده است. براساس آزمايشات عددي، مدل پيشنهادي براي حل مسائل در ابعاد كوچك از كارايي مناسبي برخوردار است. با توجه به ماهيت
NP - hard مساله، الگوريتم رقابت استعماري (ICA) براي حل مساله به صورت فرا ابتكاري ارائه شده است. همچنين يك الگوريتم رقابت استعماري مبتني بر مفهوم گروه بندي ( G- ICA) نيز براي حل مساله توسعه داده شده است. عملكرد الگوريتم هاي پيشنهادي براي مسائل با ابعاد كوچك، با جوابهاي حاصل از مدل رياضي و براي مسائل با ابعاد بزرگ با يكديگر مقايسه شده است. همچنين يك الگوريتم شبيه سازي تبريد (SA) به منظور ارزيابي كيفيت جوابهاي الگوريتم هاي پيشنهادي توسعه داده شده است. براساس نتايج عددي و آزمايشات آماري الگوريتم رقابت استعماري مبتني بر مفهوم گروه بندي عملكرد بهتري نسبت به الگوريتم رقابت استعماري ساده و شبيه سازي تبريد دارد. علاوه بر اين يك مساله واقعي از يك بندر در ايران نيز مورد بررسي قرار گرفته كه نتايج حاصله نشان مي دهد، مدل و روش هاي حل پيشنهادي در اين تحقيق در مسائل دنياي واقعي قابل استفاده و پياده سازي مي باشند.
Keywords :
Yard Truck Scheduling , Quay Crane Scheduling , Non-crossing , Mathematical Model , Imperialist Competitive Algorithm , Grouping