How to operate ship fleets under uncertainty

计算机科学 运筹学 盈利能力指数 随机规划 帕累托原理 整数规划 软件部署 数学优化 线性规划 车队管理 经济 工程类 数学 电信 财务 算法 操作系统
作者
Yiwei Wu,Shuaian Wang,Lu Zhen,Gilbert Laporte,Zheyi Tan,Kai Wang
出处
期刊:Production and Operations Management [Wiley]
卷期号:32 (10): 3043-3061 被引量:36
标识
DOI:10.1111/poms.14022
摘要

Ships operated by a liner company are scattered around the world to transport goods. A liner company needs to adjust its shipping network every few months by repositioning its ships to respond to uncertain container shipping demand. Few studies investigate a liner company's multiperiod heterogeneous fleet deployment problem under uncertainty, considering fleet repositioning, ship chartering, demand fulfillment, cargo allocation, and adaptive fleet sizes. To this end, this study formulates a mixed‐integer linear programming model that captures all of these elements. This study also designs a Benders‐based branch‐and‐cut algorithm for this non‐deterministic polynomial‐time (NP)‐hard problem. Two types of acceleration strategies, including approximate upper bound tightening inequalities and Pareto‐optimal cuts, are applied to improve the performance of the algorithm. Extensive numerical experiments show that the proposed algorithm significantly outperforms CPLEX and its Benders decomposition framework in solving the model. We conduct an intensive analysis and find that multistage stochastic programming can lead to better solutions than two‐stage stochastic programming. We also find that 10% of the benefit provided by the multistage model over the two‐stage model is due to better fleet deployment decisions and that 90% of the benefit is due to better demand fulfillment and allocation decisions. By exploring three practical questions regarding driver analysis of liner company profitability, benefits analysis of adaptive fleet sizes, and the influence of the COVID‐19 pandemic on liner shipping, we show how liner companies can benefit from managerial insights obtained in this study.
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