集装箱运输作为一种先进的、规范的运输方式，从其诞生至今对世界经济的发展做出了巨大的贡献。同样，经济的发展也极大的促进了集装箱运输尤其是海运集装箱运输产业的蓬勃发展。时至今日，全球航运市场已经趋于饱和，运力供过于求，竞争日趋激烈。各公司在利润收益不断下降的紧迫局面下，纷纷将首要目标转向了企业内部的成本管理之上。由于经济发展不平衡所导致的贸易流不平衡，使得集装箱空箱的供给与需求严重不均，因此带来了巨大数量的集装箱空箱分派与调运，其每年的空箱运量占据了全部集装箱运量的五分之一。而航运企业的各项运营成本之中，集装箱管理成本已经成为仅次于港口使用费的第二大成本，其中的一半以上即为与空箱分派密切相关的空箱调运成本和租箱成本。因此，有效的组织调配空箱的流动，提高集装箱空箱的分派效率对所有航运企业都至关重要。本文的主要研究内容即为海运集装箱空箱分派优化问题，以某船公司为主体研究对象，在对海运集装箱空箱分派系统的特点以及主要影响因素分析的基础之上构建优化模型，并通过对具体算例的数字仿真分析，给出了可供航运企业借鉴参考的海运集装箱空箱分派定量决策方法。首先，在说明集装箱空箱分派产生的主客观原因基础之上，对比内陆集装箱运输与海运集装箱运输的特点与差异，总结出海运集装箱空箱分派的特点，并结合实际提出了比较全面的改善海运集装箱空箱分派管理的建议与措施。其次，对海运集装箱空箱分派系统中的主要影响因素进行全面细致的分析说明，包括在数理模型的构建中必不可少以及会对模型构建产生重要影响的各方面因素，为模型的构建铺垫重要的背景基础。最后，在对海运集装箱空箱分派系统要素分析的基础之上，首先构建了两船、两港、一条直达航线的简单基本优化模型，并结合算例对海运集装箱空箱分派系统中的各种成本费率变化以及船舶承载能力变化对空箱分派中的调箱与租箱策略影响进行了详细的数字仿真分析；之后，在此基础之上通过对基本模型的扩展，构建了一个基于多港口、多船舶、多航线复杂运营网络下的扩展优化模型，最后结合实例对扩展模型进行了数字仿真分析。其中，在优化模型的构建过程中，充分考虑到了空箱分派系统中的随机性因素影响，包括空箱供给以及空箱需求的随机性分析，并采用机会约束规划来处理随机变量，最后结合整数规划对实例进行求解。同时，在对实际集装箱空箱运作管理内容的阐述基础之上，针对空箱供给、空箱需求与重箱运量之间的关系做出了细致的深入分析，将以往静态的船舶承载能力限制改进为更贴近实际的动态的随机的约束条件。而且，为了精确的表示复杂运营网络中集装箱的流向，引入了“挂靠系数”参数，其可以通过船舶、时刻、始发港、目的港四个参数来唯一确定具体的某次集装箱流动过程，极大的降低了模型构建与求解的难度。本文以更贴近实际为主要原则，在全面的对空箱分派系统进行分析的基础之上，对“从何地、何时调运多少空箱到何处，以及何处、何时租用多少空箱”的空箱分派经典优化问题进行了充分考虑随机性因素影响在内的定量计算结合定性分析的探讨，目标即为及时足量的满足客户用箱需求，并尽可能的使一定时间阶段内的空箱分派总成本最小。所作研究为航运企业提供了有益的理论指导和决策方法支持。