التكديس العمودي للحاويات في المحطات باستخدام تجميع C-المعتم

لماذا تكتسب طرق تكديس الحاويات ذكاءً أهمية

سنويًا، يتحرك ما يقرب من مليار صندوق معدني موحد — حاويات شحن — عبر الموانئ حول العالم. إن تحميل وتفريغ هذه الصناديق من السفن بسرعة أمر ضروري للحفاظ على سير البضائع وخفض التكاليف. ومع ذلك، هناك مشكلة بسيطة إلى حد ما تُبطئ العملية: عندما تكون الحاوية المطلوبة مدفونة تحت حاويات أخرى غير مناسبة، تضطر الرافعات إلى إعادة ترتيب الكومة، ما يهدِر الوقت والوقود. تستعرض هذه الورقة نهجًا جديدًا معتمدًا على البيانات لتكديس الحاويات حسب الوزن يقلل من إعادة الترتيب المكلفة، مما يجعل الموانئ أسرع وأكثر موثوقية دون الحاجة إلى مزيد من المساحة أو المعدات.

المشكلة الخفية للأكوام المبعثرة

تبدو ساحات الحاويات مرتبة من بعيد، لكن تسلسل تحميل وتفريغ الحاويات غير مؤكد إلى حد كبير. تصل الحاويات المتجهة إلى السفينة إلى المحطة قبل وصول السفينة، ويتأثر ترتيب تحميلها النهائي بقواعد توازن السفينة وخطط التخزين المتغيرة. عادةً توضع الحاويات الأثقل في قاع السفينة، والأخف أعلى. ومع ذلك، عندما تصل الحاويات، غالبًا لا يعرف العاملون ما إذا كانت الحاوية المعينة ستُعتبر «ثقيلة» أو «خفيفة» بالنسبة للحمولة النهائية. تحاول الاستراتيجيات التقليدية إعطاء أولوية للحاويات الثقيلة أو تعيين فئات وزن ثابتة، لكن هذا قد ينعكس سلبًا: قد تُصنّف الحاوية كثقيلة في يوم وتعتبر متوسطة في يوم آخر، مما يفرض إعادة ترتيب إضافية عند تحميل السفينة.

الأكوام العمودية ولماذا يهم توازن الوزن

تستخدم الموانئ طرقًا مختلفة لترتيب الحاويات: جنبًا إلى جنب في صفوف (أفقية)، أو مكدسة حسب النوع في أعمدة (عمودية)، أو مزيج من الطريقتين. تركز هذه الدراسة على التكديس العمودي، حيث توضع الحاويات ذات الخصائص المماثلة في كومة تشبه العمود. يجذب التكديس العمودي الانتباه لأنه يسهل الوصول إلى حاوية تقع ضمن نطاق الوزن المناسب تقريبًا دون إزعاج عدد كبير من الحاويات الأخرى. لكن في الواقع يتغير عدد الحاويات في كل نطاق وزني من رحلة إلى أخرى. إذا عُرفت مجموعات الوزن بقيم قطع صارمة — مثل كل 5 أطنان — فإن العديد من الحاويات القريبة من حدود المجموعة قد تُوضع في أكوام مختلفة رغم أنها متقاربة في الوزن. هذا يزيد التباين الوزني داخل الأكوام ويقلل الفائدة المتوقعة من التكديس العمودي.

ترك البيانات ترسم الحدود

يقترح المؤلفون استراتيجية جديدة تسمى التكديس التسلسلي العمودي المعتمد على التجميع المعتم C (FVSS). بدلًا من تحديد حدود مجموعات الوزن مسبقًا، ينظر الأسلوب إلى بيانات الوزن التاريخية للسفن على نفس المسار ويترك لخوارزمية التجميع المعتم أن تكتشف التجمعات الطبيعية. تعني كلمة «معتم» هنا أن وزن الحاوية قد ينتمي جزئيًا إلى عدة مجموعات، مما يعكس غياب حد فاصل واضح بين، على سبيل المثال، المتوسط والثقيل. تختار الخوارزمية عدد التجمعات الأنسب لبيانات كل سفينة في الماضي وتحدد مركزًا وزنيًا لكل تجمع. ثم تُقسَم الساحة مسبقًا إلى عدد من الأكوام يتناسب مع عدد الحاويات التي تنتمي عادةً إلى كل مجموعة وزنية، ويُعطى كل كومة وزن مرجعي بناءً على تلك المراكز.

قواعد بسيطة لقرارات في الوقت الحقيقي

بمجرد إعداد الساحة بهذه الطريقة، تتبع العمليات اليومية قاعدة بسيطة. عند وصول كل حاوية، يُحدد تقريبًا فئة وزنها باستخدام التجمعات المعتمة. إذا كانت هناك مساحة خالية في الأكوام المخصصة لتلك الفئة، تُوضع الحاوية هناك. إذا كانت تلك الأكوام ممتلئة أو كانت هناك عدة خيارات متاحة، يختار النظام الكومة التي يكون وزنها المرجعي الأقرب إلى وزن الحاوية الفعلي. مع مرور الوقت، يوجه هذا الأسلوب الحاويات ذات الأوزان المتشابهة نحو نفس الأكوام دون حاجة إلى تحسين معقَّد أو تدريب مستمر لتعلّم الآلة. اختبر المؤلفون هذا النهج على بيانات فعلية لمدة عشرة أشهر من محطة حاويات بوسان في كوريا، ومقارنته بعدة طرق معروفة أخرى، بما في ذلك التكديس العشوائي واستراتيجية هجينة أفقية–عمودية وتقنيات سابقة مبنية على نماذج خليط Gaussian والتعلّم عبر الإنترنت.

ماذا تعني النتائج للموانئ

المقياس الرئيسي في الدراسة هو مدى تباين أوزان الحاويات داخل كل كومة — فانتشار أقل يعني أنه من الأسهل العثور على الحاويات المناسبة عند تحميل السفينة مع عدد أقل من عمليات إعادة الترتيب. عبر عدة سفن وتكوينين للساحة (5 و10 أكوام)، خفَّضت استراتيجية FVSS تباين الوزن بدرجة أكبر بكثير من الأساليب المنافسة، مع تحسّنات تصل إلى 78% مقارنةً بالتكديس العشوائي ومكاسب كبيرة على طرق متقدمة أخرى. وبشكل حاسم، ظل الأداء قويًا حتى عندما عمد الباحثون إلى تشويه أوزان الحاويات عمدًا لمحاكاة الأخطاء والتغييرات في اللحظات الأخيرة. بالنسبة لمشغلي الموانئ، يعني ذلك أنه يمكنهم تحقيق عمليات رافعات أكثر سلاسة وتقليل زمن دوران السفن بالاعتماد على مجموعة قواعد مؤتمتة لكنها شفافة وسهلة التحديث مع إتمام رحلات جديدة، دون الاستثمار في بنية حاسوبية ثقيلة أو أنظمة تعلم معقّدة.

الاستشهاد: Lee, S., Lee, SH., Choi, S.C. et al. Fuzzy C-means clustering based vertical container stacking in container terminals. Sci Rep 16, 6891 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37994-x

الكلمات المفتاحية: محطات الحاويات, تكديس الساحات, التجميع المعتم, اللوجستيات البحرية, الكفاءة التشغيلية