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研究生:邱明琦
研究生(外文):Ming-Chi Chiu
論文名稱:定期貨櫃航線網路設計模式之研究
論文名稱(外文):A Multicommodity Network Design Model For The Containership Routing Problem
指導教授:陳春益陳春益引用關係
指導教授(外文):Chuen-Yih Chen
學位類別:博士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:交通管理學系碩博士班
學門:運輸服務學門
學類:運輸管理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:131
中文關鍵詞:貨櫃排程問題多元商品網路設計問題航線設計問題定期貨櫃航線
外文關鍵詞:liner servicecontainer routing problemcontainership routing problemmulticommodity network design problem
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定期貨櫃航運為現今海運市場之主流,為降低營運成本及提升效率,貨櫃航線設計問題遂成為航商需面對之重要課題。貨櫃航線之設計乃基於航運市場之考量,設計貨櫃船隊之繞行路線,然隨著貨櫃航線之聯營及網路化,使航線設計問題日趨複雜,實有賴一分析工具協助規劃設計。以往的相關研究少有針對定期航線之網路化進行探討者,亦未有文獻將航線聯營因素納入航線設計之決策當中。本論文考量航線設計之實務性因素如:往返繞行、航段容量限制等,以及航運發展之趨勢性因素如:航線聯營化、網路化等,據以構建一貨櫃航線網路設計模式。此外,因為海運貨櫃排程問題之問題性質,及模式之應用分析與航商之航線調整規劃決策有相當之關連性,因此,本論文同時對該問題之特性及模式之建立與應用加以探討。
本文乃利用網路流量之觀念來探討航線設計問題及海運貨櫃排程問題。經分析,航線網路設計問題必須同時考量多個不同的貨櫃起迄對,以及貨櫃船舶在航運網路上的流動,故本質上係屬一多元商品網路設計問題。而海運貨櫃排程問題則在固定的航線網路下,求解各貨櫃起迄對之流動與分佈方式。就問題特性而言,海運貨櫃排程問題係在已知的航線下求解各貨櫃起迄對在各航段上之流量;而定期航線網路設計問題則進一步將航線網路視為未知,同時求解船舶之繞行方式以及各貨櫃起迄對在各航段上之流量。
在模式之構建與測試上,本論文所構建之航線網路設計模式可同時考量主、接駁航線之設計、及航線聯營因素,經數個簡例測試,顯示模式之運算結果尚稱合理。此外,並以國內Y航商之美西定期航線作為實例研究之對象,將模式求解所設計之航線與實際Y航商之美西航線進行比較。而在海運貨櫃排程問題部分,論文中亦透過數個簡例及Y航商之實例資料加以分析驗證,其結果均屬合理。
本論文主要在對定期航商之航線設計問題,以及海運貨櫃排程問題進行探討,並考量海運發展趨勢,將網路化、航線聯營等因素納入模式之中,以建立一可考量各航線間互動性之模式。此一航線設計模式可同時求解多條航線(或航線網路)之設計,包括:主航線網路、主/接駁航線、主航線/聯營航線等不同型態之航線網路。除航線設計外,本模式並可進行聯營航線租用艙位數之分析,因此,應可作為航商營運上之決策分析工具,有利航商以更有效率、更精確之方式進行航線規劃及貨櫃排程相關課題之探討。
Containership liner service is the major way to transport containers by sea, nowadays. In order to offer better service and spend less cost, shipping carriers are facing the containership routing problem. This problem becomes more complicated because the shipping carriers not only design one containership line, but also plan bundle of lines that construct a liner service network. For instance, a major shipping carrier may have seven containership lines for the trans-pacific service. Furthermore, containership lines can be operated by shipping carriers themselves as well as with help of consortium, leasing or exchanging container slots from other carriers.

This study makes an attempt to develop an optimization model to assist shipping carriers to solve this containership routing problem. The optimization model is formulated as a multicommodity network design problem, which takes vessel flows, and container flows into account. That’s, if containership lines are designed, not only ships will periodically visit en route ports in their lines, but also containers can be unloaded or loaded in these ports and transported from their origins to their destinations. Furthermore, designed containership lines are divided into oceangoing ones and feeder ones. This optimization model is tested by some test cases. The results seem promising. Besides, a real case study is made by inputting the data and solving the containerships routing problem for one native shipping carrier.

The container routing problem is also discussed in this study because it is related to the containerships routing problem. The goal of container routing problem is to determine optimal paths for each set of containers with the same origin and destination (O-D), under the available capacities offered by containership routes and at the minimum overall costs. An optimization model is formulated and it is tested by some cases. Essentially, this model is a multicommodity network flow problem. Promising test results from this model are obtained, which have shown the model’s feasibility.

Both the models can be applied to strategic analysis for operational purpose of shipping carriers. It is hoped that these models can serve as a helpful tool for shipping carriers when solving their containerships routing network design problem and the container routing problem.
第一章 緒論
1-1研究動機 1
1-2研究目的 4
1-3問題剖析 4
1-3-1實務航線規劃流程 5
1-3-2定期貨櫃航線之營運型態 8
1-3-3貨櫃排程問題與航線設計問題之關連性 9
1-4研究範圍與限制 11
1-5研究內容 11
1-6研究方法 17
1-7研究步驟與流程 18

第二章 文獻回顧
2-1定期航線設計問題 21
2-1-1船舶排程部分 22
2-1-2航線發展部分 26
2-2海運貨櫃排程問題 29
2-3小結 31
第三章 海運貨櫃排程模式
3-1貨櫃排程問題概述 33
3-1-1海運貨櫃排程問題之定義 33
3-1-2貨櫃排程問題分析之重要性 35
3-2貨櫃排程問題之網路概念 39
3-2-1基本概念 39
3-2-2考量因素 40
3-2-3營運網路 42
3-3數學模式之構建 44
3-3-1基本假設 44
3-3-2數學模式 45
3-3-3模式特性分析 49
3-4簡例分析 50
3-4-1簡例說明 50
3-4-2簡例運算結果 51
3-5小結 55

第四章 定期貨櫃航線網路設計模式
4-1定期航線設計問題分析 58
4-1-1航線設計實務問題 59
4-1-2航線設計之策略運用 61
4-1-3航線設計之考量因素 62
4-1-4定期航線設計問題之本質 65
4-2概念性模式之建立 67
4-2-1航線設計問題之概念性模式 67
4-2-2基本網路 70
4-3數學模式之構建 72
4-3-1基本假設 73
4-3-2數學模式 74
4-3-3設計理念說明 83
4-4模式之應用與測試 85
4-4-1簡例概述 85
4-4-2參數設定 86
4-4-3測試結果分析 90
4-5小結 102

第五章 實例研究
5-1定期航線營運現況 104
5-1-1運輸服務供給 104
5-1-2貨櫃運輸需求 106
5-2實例分析 110
5-2-1貨櫃排程問題實例分析 110
5-2-2定期航線設計問題實例分析 115
5-3小結 119


第六章 結論與建議
6-1結論 120
6-2建議 123
6-3論文貢獻 125

參考文獻 128
附錄:附表1-10 132
參考文獻
1.吳俊霖,台灣路線貨運業車輛排程排班問題之研究,國立成功大學交通管理科學研究所碩
士論文,民國88年。
2.邱明琦、陳春益、林佐鼎,「海運貨櫃排程模式之研究」,運輸計劃季刊(已接受)。
3.陳春益,李啟安,「貨櫃航商收益管理之研究—以艙位分配為例」,中華民國運輸學會第
十六屆學術論文研討會論文集,頁851-860,民國90年。
4.陳春益、林正章、高玉明,「路線貨運業貨物排程模式之研究」,運輸計劃季刊,第26卷
第2期,頁327-352,民國86年。
5.陳春益、邱明琦,「貨櫃航線網路設計模式之研究」,運輸計劃季刊,第31卷第2期,頁
267-298,民國91年。
6.陳春益,張永昌,「航商選擇定期貨櫃航線泊靠港之探討」,國家科學委員會研究彙刊:
人文及社會科學,第7卷第3期,頁438-444,民國86年。
7.陳春益、蔡焦蘭,「國內貨物排程問題之探討」,運輸學刊,第10卷第2期,頁79-98,民
國86年。
8.許志成,定期貨櫃船舶排程計畫研究,中央大學土木工程研究所碩士論文,民國86年6
月。
9.許巧鶯,謝幼屏,「軸輻海運網路下直運與轉運路線之選擇研究」,中華民國運輸學會第
十六屆學術論文研討會論文集,頁861-870,民國90年。
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511-522,民國82年。
11.董孝行,「貨櫃船最適船型之研究」,運輸計劃季刊,第15卷第3期,頁435-459,民國
75年。
12.楊士毅,定期貨櫃航商聯營對選擇泊靠港之影響研究,成功大學交通管理科學研究所碩
士論文,民國88年6月。
13.盧華安,「定期航線靠港順序及船期安排之研究」,台灣海洋大學航海系,民國89年。
14.盧華安,徐育彰,「定期貨櫃航線選擇與船隊部屬之研究」,運輸計劃季刊,第30卷第3
期,頁577-602,民國90年。
15.謝尚行,張斐茹,「軸輻路網模式在定期貨櫃船定線之應用」,運輸計劃季刊,第30卷
第4期,頁871-890,民國90年。
16.謝尚行,游至誠,王賢崙,「允許集貨港與軸心港不直接相連之海運軸輻路網模式」,
中華民國運輸學會第十六屆學術論文研討會論文集,頁891-899,民國90年。
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26.O’Kelly, Morton E., Bryan, D. L., Skorin-Kapov, D., and Skorin-Kapov, J.,
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28.Rana, K. & Vickson, R. G., “A model and solution algorithm for optimal
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29.Robinson, R., ”Asian hub/feeder nets: the dynamics of restructing,”
Maritime Policy Management, Vol. 25, No. 1, pp.21-40, 1998.
30.Rana, K., Vickson, R. G., “Routing Container Ships Using Lagrangean
Relaxation and Decomposition,” Transportation Science, Vol. 25, No. 3,
pp.201-214, 1991.
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