集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬向宇，周　強(qiáng)，萬(wàn)　穎

（武漢理工大學(xué)　物流工程學(xué)院，湖北　武漢　430063）

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集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬向宇，周強(qiáng)，萬(wàn)穎

（武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院，湖北武漢430063）

為設(shè)計(jì)一套具有通用性的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)，利用Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)碼頭元素組成、關(guān)聯(lián)關(guān)系、工藝流程和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行深入分析；以集卡為顧客，建立了面向集疏運(yùn)卡車(chē)的開(kāi)環(huán)和面向裝卸船卡車(chē)的閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)一步構(gòu)建了碼頭物流系統(tǒng)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型；采用E-R圖的形式展現(xiàn)服務(wù)中心和其他實(shí)體間的聯(lián)系，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真理論，設(shè)計(jì)仿真模塊庫(kù)；最后用工程實(shí)例驗(yàn)證了模塊庫(kù)的便捷性和正確性。

集裝箱碼頭；物流系統(tǒng)；Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)；仿真模塊庫(kù)

1　引言

集裝箱碼頭作為世界貨運(yùn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，如何合理地設(shè)計(jì)碼頭裝卸工藝［1］和平面布置［2］方案一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。作為典型的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，集裝箱碼頭包含了許多難以運(yùn)用數(shù)學(xué)方法描述的作業(yè)環(huán)節(jié)，利用離散事件仿真研究碼頭物流系統(tǒng)顯得更加可行［3］。

傳統(tǒng)方式搭建碼頭模型要經(jīng)過(guò)工藝方案分析、仿真元素建立等步驟。隨著船舶大型化的趨勢(shì)，碼頭也朝著大型化發(fā)展，這不僅增加了碼頭的復(fù)雜度，也提高了模型的搭建難度，降低了技術(shù)人員的工作效率。因此，設(shè)計(jì)一套可適用于不同碼頭模型搭建的模塊庫(kù)具有重要意義。

本文提出的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)是基于被廣泛采用的工藝方案開(kāi)發(fā)的，適合于絕大多數(shù)碼頭仿真模型的搭建。

2　集裝箱碼頭物流網(wǎng)絡(luò)研究和仿真應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1碼頭物流網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

排隊(duì)論在集裝箱碼頭中多應(yīng)用于作業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化和設(shè)備配置。文獻(xiàn)［4］構(gòu)建了碼頭排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置模型，對(duì)是否有集裝箱進(jìn)場(chǎng)分別進(jìn)行研究，尋找橋吊、集卡和龍門(mén)吊最佳配比，項(xiàng)目對(duì)上海外高橋集裝箱碼頭設(shè)備配置作出指導(dǎo)。文獻(xiàn)［5］構(gòu)建了泊位系統(tǒng)排隊(duì)論模型，利用Arena對(duì)其進(jìn)行仿真，該系統(tǒng)主要解決泊位與岸橋的數(shù)量配置問(wèn)題。在碼頭排隊(duì)模型方面，M/M/N排隊(duì)系統(tǒng)和Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多，也有學(xué)者用M/G/N模型研究閘口。

2.2仿真技術(shù)在碼頭中的應(yīng)用現(xiàn)狀

仿真技術(shù)主要用于研究碼頭工藝方案。鹿特丹港的仿真系統(tǒng)被用來(lái)研究減少船舶周轉(zhuǎn)時(shí)間的方法［6］。文獻(xiàn)［7］根據(jù)實(shí)際資料和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了仿真模型分析天津港集裝箱碼頭的系統(tǒng)瓶頸，為碼頭改擴(kuò)建提供建議。文獻(xiàn)［8］利用Witness建立了仿真系統(tǒng)，研究了提高大窯灣集裝箱碼頭裝卸效率的方法。文獻(xiàn)［9］建立了上海洋山港仿真模型，研究了碼頭最優(yōu)箱區(qū)布置形式。

2.3存在的問(wèn)題

（1）排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的研究不夠細(xì)致，如碼頭吞吐量、堆場(chǎng)翻箱等問(wèn)題研究不多，且系統(tǒng)指標(biāo)直接通過(guò)理論計(jì)算得到。

（2）仿真模型開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)且往往只針對(duì)特定對(duì)象，個(gè)性較強(qiáng)。對(duì)象改變時(shí)必須重新搭建模型，需求響應(yīng)慢。

（3）集裝箱碼頭作業(yè)流程復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員專(zhuān)業(yè)背景要求高。

2.4研究?jī)?nèi)容

利用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)碼頭物流系統(tǒng)進(jìn)行描述，分析其組成元素及關(guān)聯(lián)關(guān)系。運(yùn)用仿真技術(shù)將組成元素抽象成模塊，將元素間關(guān)系抽象為模塊間邏輯，進(jìn)而開(kāi)發(fā)一套具有通用性的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)。

3　集裝箱碼頭Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型

集卡按生產(chǎn)任務(wù)在碼頭各功能區(qū)間的流動(dòng)過(guò)程即碼頭內(nèi)部物流網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作過(guò)程，排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)作為研究隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)的工具能對(duì)其進(jìn)行較好的描述。由于我國(guó)集裝箱碼頭多采用岸橋—集卡—場(chǎng)橋的傳統(tǒng)工藝，碼頭的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)具有一定共性。

3.1碼頭排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)中心

碼頭排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)包括閘口、堆場(chǎng)和泊位三個(gè)服務(wù)中心，不同服務(wù)中心間通過(guò)集卡的流動(dòng)相互聯(lián)系。集卡分為滿載、空載兩類(lèi)，它們?cè)诙褕?chǎng)接受的服務(wù)不同，在閘口進(jìn)入的服務(wù)臺(tái)也有區(qū)別。

（1）閘口服務(wù)中心：M/M/C/S的排隊(duì)系統(tǒng)，顧客是外集卡，閘口通道為服務(wù)臺(tái)，其中有的服務(wù)臺(tái)只接受空車(chē)，另外的服務(wù)臺(tái)可服務(wù)兩類(lèi)顧客。集卡按FCFS原則接受服務(wù)，服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立且為閘口放行車(chē)輛的時(shí)間。根據(jù)通道方向，將閘口分為進(jìn)、出閘口服務(wù)中心兩類(lèi)。

（2）堆場(chǎng)服務(wù)中心：M/M/C/S的排隊(duì)系統(tǒng)，顧客是集卡，堆場(chǎng)內(nèi)各箱區(qū)的裝卸設(shè)備為服務(wù)臺(tái)。集卡按FCFS原則接受服務(wù)，服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立且為設(shè)備完成一次裝、卸車(chē)的時(shí)間。

（3）泊位服務(wù)中心：M/M/C/S或M/M/1/S的排隊(duì)系統(tǒng)，顧客是內(nèi)集卡，岸橋?yàn)榉?wù)臺(tái)。內(nèi)集卡按FCFS原則接受服務(wù)，服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立且為岸橋完成一次裝、卸車(chē)的時(shí)間。

從服務(wù)的對(duì)象集卡來(lái)看，碼頭排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)分為集疏運(yùn)開(kāi)環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)和裝卸船閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)。

3.2集疏運(yùn)開(kāi)環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)

該系統(tǒng)是由進(jìn)閘口、堆場(chǎng)以及出閘口三個(gè)服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立的多服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)串聯(lián)組成的多級(jí)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1　包含三個(gè)服務(wù)中心的集疏運(yùn)Jackson開(kāi)環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)

集運(yùn)時(shí)，外集卡裝載出口箱經(jīng)進(jìn)閘口服務(wù)臺(tái)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后，在箱區(qū)接受卸車(chē)服務(wù)，再經(jīng)出閘口服務(wù)臺(tái)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。疏運(yùn)與之類(lèi)似，不同的是進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的是空載外集卡，在箱區(qū)接受裝車(chē)服務(wù)，最終滿載離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。

綜上，外集卡進(jìn)行集疏運(yùn)的過(guò)程可近似看成具有三個(gè)服務(wù)中心的Jackson開(kāi)環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)。

設(shè)外集卡以l的Possion流進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)串聯(lián)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)特性知到達(dá)堆場(chǎng)和出閘口服務(wù)中心的集卡到達(dá)時(shí)間間隔均為1 l［10］。為完成集運(yùn)（或疏運(yùn)）活動(dòng)，共需N到K輛外集卡，可得A的概率分布函數(shù)見(jiàn)式1。

設(shè)進(jìn)閘口有c1個(gè)并聯(lián)服務(wù)臺(tái)，n1為平均服務(wù)速率，則顧客服務(wù)率m1=1 n1；堆場(chǎng)有c2個(gè)服務(wù)臺(tái)，服務(wù)時(shí)間服從均值為E（x）的指數(shù)分布，E（x）可由式（2）確定，式中Q2為設(shè)備平均裝卸能力，w為集卡平均載箱量，設(shè)備平均服務(wù)率m2=1 E（x）；出閘口有c3個(gè)并聯(lián)服務(wù)臺(tái)，n3為平均服務(wù)速率，則顧客服務(wù)率m3=1 n3。

3.3裝卸船閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)

該系統(tǒng)是由泊位和堆場(chǎng)兩個(gè)服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立的多（或單）服務(wù)臺(tái)排隊(duì)系統(tǒng)串聯(lián)組成的多級(jí)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

圖2　包含兩個(gè)服務(wù)中心的裝卸船Jackson閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)

卸船時(shí)，內(nèi)集卡駛離停車(chē)場(chǎng)在岸橋接受裝車(chē)服務(wù)后，在箱區(qū)接受卸車(chē)服務(wù)，再駛回前沿重復(fù)上述過(guò)程直至卸船完成。作為卸船的逆過(guò)程，裝船時(shí)內(nèi)集卡在箱區(qū)裝車(chē)后，到達(dá)前沿卸車(chē)。整個(gè)過(guò)程內(nèi)集卡只在兩個(gè)服務(wù)中心間移動(dòng)不離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。

綜上，內(nèi)集卡進(jìn)行裝卸船的過(guò)程可近似看成具有兩個(gè)服務(wù)中心的Jackson閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)。

參考上節(jié)堆場(chǎng)服務(wù)中心設(shè)備平均服務(wù)率的計(jì)算方法，可確定泊位服務(wù)中心的設(shè)備平均服務(wù)率等參數(shù)，此處不再贅述。

3.4碼頭物流系統(tǒng)Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型

將堆場(chǎng)服務(wù)中心分為進(jìn)、出口箱堆場(chǎng)服務(wù)中心，結(jié)合前兩節(jié)可構(gòu)建碼頭Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型。圖3中指向服務(wù)中心的多向箭頭表示集卡需要排隊(duì)進(jìn)入?？?表示集運(yùn)與裝船活動(dòng)通過(guò)出口箱堆場(chǎng)相聯(lián)系。

圖3　碼頭物流系統(tǒng)的Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型

復(fù)合模型實(shí)際上是三個(gè)在時(shí)間上有先后順序，空間上存在聯(lián)系的開(kāi)、閉環(huán)多級(jí)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的混合排隊(duì)系統(tǒng)。

Jackson排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的特性表征有以下兩點(diǎn)約定：（1）服務(wù)中心內(nèi)部的服務(wù)臺(tái)互相平行；（2）每個(gè)服務(wù)中心緩沖區(qū)容量為無(wú)窮大［11］。但實(shí)際上，閘口的服務(wù)臺(tái)地位不平等；由于設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)等原因，堆場(chǎng)的服務(wù)臺(tái)數(shù)量可能會(huì)變化，上述原因?qū)е铝伺抨?duì)網(wǎng)絡(luò)不能完全體現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)特性，可利用仿真技術(shù)對(duì)其進(jìn)行研究。

基于碼頭排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的共性和仿真模型的個(gè)性，為基于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)的設(shè)計(jì)提供了一條現(xiàn)實(shí)有效的思路。

4　集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)

4.1集裝箱碼頭物流系統(tǒng)概念模型

集卡的流轉(zhuǎn)體現(xiàn)了服務(wù)中心的聯(lián)系、接受的服務(wù)體現(xiàn)了服務(wù)中心的功能和屬性、進(jìn)行的活動(dòng)代表任務(wù)類(lèi)型。采用E-R圖［12］的建模思想，將三個(gè)服務(wù)中心分別抽象成閘口、箱區(qū)以及泊位實(shí)體，將道路抽象成堆場(chǎng)路段和內(nèi)集卡停車(chē)場(chǎng)實(shí)體，進(jìn)而構(gòu)建碼頭物流系統(tǒng)概念模型，如圖4所示。外集卡“進(jìn)場(chǎng)”指的是進(jìn)入閘口，駛向堆場(chǎng)；內(nèi)集卡“出場(chǎng)”指的是離開(kāi)堆場(chǎng)，駛向泊位。

圖4　集裝箱碼頭集疏運(yùn)與裝卸船系統(tǒng)復(fù)合概念模型

集疏運(yùn)系統(tǒng)概念模型的首尾端均為閘口實(shí)體，表示兩者為顧客會(huì)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)；裝卸船系統(tǒng)概念模型是圍繞內(nèi)集卡停車(chē)場(chǎng)和泊位實(shí)體組成的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，是顧客始終在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的閉環(huán)系統(tǒng)。

從離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真的角度出發(fā)，根據(jù)實(shí)體功能和屬性將其抽象成仿真模塊，并添加為實(shí)現(xiàn)集卡按任務(wù)流動(dòng)所需的輔助模塊。各模塊按實(shí)體的相互關(guān)系完成實(shí)體流和信息流的交互，共同組成碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)。

4.2碼頭物流系統(tǒng)模塊劃分及功能說(shuō)明

碼頭物流系統(tǒng)模塊可分為計(jì)劃類(lèi)、流程類(lèi)和功能類(lèi)三類(lèi)。計(jì)劃類(lèi)包括船舶計(jì)劃模塊以及堆場(chǎng)計(jì)劃模塊；流程類(lèi)包括集運(yùn)流程模塊、泊位作業(yè)流程模塊以及疏運(yùn)流程模塊；功能類(lèi)包括箱區(qū)模塊、設(shè)備管理模塊、閘口模塊和路段模塊。模塊功能說(shuō)明如下：

（1）船舶計(jì)劃模塊：負(fù)責(zé)船舶計(jì)劃的產(chǎn)生、分解和調(diào)度。參考碼頭作業(yè)流程等信息，從船舶計(jì)劃中分解出泊位作業(yè)計(jì)劃、疏運(yùn)計(jì)劃等子計(jì)劃，并根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)適時(shí)執(zhí)行，完成計(jì)劃調(diào)度。

（2）堆場(chǎng)計(jì)劃模塊：根據(jù)堆場(chǎng)實(shí)際堆存和船舶計(jì)劃附帶的進(jìn)、出口箱信息，為集裝箱安排箱位。若堆場(chǎng)空間不足，模塊把計(jì)劃暫時(shí)送入緩存區(qū)。

（3）集運(yùn)流程模塊：參考集運(yùn)計(jì)劃的出口箱數(shù)量信息和堆場(chǎng)計(jì)劃模塊分配的出口箱位置信息，利用模塊內(nèi)置的外集卡實(shí)體完成集運(yùn)活動(dòng)。根據(jù)堆場(chǎng)堆存狀態(tài)，向泊位作業(yè)流程模塊傳遞箱位信息。

（4）泊位作業(yè)流程模塊：根據(jù)泊位占用情況控制船舶靠港或等待。根據(jù)泊位作業(yè)計(jì)劃的進(jìn)口箱數(shù)量信息、堆場(chǎng)計(jì)劃模塊分配的進(jìn)口箱位置信息以及集運(yùn)模塊傳遞的箱位信息，模塊順序地完成卸船和裝船活動(dòng)。根據(jù)進(jìn)口箱堆場(chǎng)堆存狀態(tài)，向疏運(yùn)流程模塊傳遞進(jìn)口箱位置信息。

（5）疏運(yùn)流程模塊：在客戶申請(qǐng)?zhí)嵯浜螽a(chǎn)生疏運(yùn)計(jì)劃，參考泊位作業(yè)流程模塊傳遞的進(jìn)口箱位置信息，利用模塊內(nèi)置的外集卡實(shí)體完成疏運(yùn)活動(dòng)。

（6）設(shè)備管理模塊：根據(jù)箱區(qū)種類(lèi)、裝卸的位置、設(shè)備數(shù)量和裝卸順序，為集卡安排合適的裝卸設(shè)備。當(dāng)設(shè)備數(shù)量不足時(shí)，可控制設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)。

（7）閘口模塊：由若干條道路組成的外集卡進(jìn)出碼頭的通道，集卡按最小排隊(duì)原則進(jìn)入。模塊按均勻分布設(shè)置滯留時(shí)間，模擬閘口服務(wù)耗時(shí)。

（8）路網(wǎng)模塊：由多種類(lèi)型路段模塊組成的承載集卡的道路。

（9）箱區(qū)模塊：由若干垛位組成的裝卸、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)集裝箱的區(qū)域。其堆存狀態(tài)被堆場(chǎng)計(jì)劃模塊記錄，為碼頭生產(chǎn)組織和計(jì)劃執(zhí)行提供依據(jù)。

（10）公共模塊：存放多個(gè)模塊共有的變量和實(shí)體。

（11）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊：記錄各個(gè)模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

4.3模塊關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）模塊結(jié)構(gòu)。模塊內(nèi)部邏輯確定后將其封裝，設(shè)計(jì)輸入、輸出接口負(fù)責(zé)與外界交互。使用者可通過(guò)輸入接口改變模塊內(nèi)部參數(shù)，提高模塊適用性。輸出接口與其他模塊的輸入接口連接，負(fù)責(zé)信息傳遞，如圖5所示。

圖5　模塊結(jié)構(gòu)

模塊邏輯主體負(fù)責(zé)實(shí)體流和信息流的邏輯流轉(zhuǎn)、分配、再處理等過(guò)程，與輸出接口模塊相連接，將運(yùn)輸工具或計(jì)劃輸入至特定接口。

（2）模塊連接。由概念模型知模塊的連接方式已基本確定，如閘口模塊必與路段模塊連接，故輸出接口已寫(xiě)入模塊連接語(yǔ)句。但由于模型中同類(lèi)型的模塊可能不止一個(gè)，故對(duì)連接的具體模塊需進(jìn)一步確定。

在輸入接口中設(shè)計(jì)模塊編號(hào)參數(shù)，同種類(lèi)型的模塊編號(hào)不同。使用者通過(guò)輸入接口寫(xiě)入模塊自身的編號(hào)和與之連接的模塊編號(hào)以完成模塊連接，如圖6所示。

圖6　模塊編號(hào)與連接方式

（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。由于模塊數(shù)量和統(tǒng)計(jì)指標(biāo)不確定，在模塊的輸出接口專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了常用統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸通道，對(duì)統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行參數(shù)輸入后，由其內(nèi)置程序?qū)?shù)據(jù)整理并逐條輸出成TXT格式的文件。如泊位作業(yè)流程模塊設(shè)計(jì)了泊位利用率指標(biāo)，根據(jù)泊位數(shù)量改變統(tǒng)計(jì)模塊內(nèi)部對(duì)應(yīng)的參數(shù)，模型運(yùn)行后可從TXT文件查看各個(gè)泊位的利用情況。

圖7　數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4.4模塊使用說(shuō)明

利用模塊搭建模型應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：

（1）分析碼頭布局圖，確定閘口模塊、各類(lèi)箱區(qū)模塊和泊位作業(yè)流程模塊的數(shù)量。它們分別與碼頭大門(mén)，進(jìn)、出口箱箱區(qū)和泊位數(shù)量相等。

（2）確定集疏運(yùn)和裝卸船集卡的行駛路線，選擇合適的路段模塊。

（3）定義剩余模塊。

（4）參考相關(guān)資料進(jìn)行參數(shù)輸入。一部分參數(shù)如碼頭各部分尺寸、路網(wǎng)限制車(chē)速可從相關(guān)設(shè)計(jì)資料中獲得。另一部分參數(shù)如船舶到港時(shí)間需要從碼頭以往的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中采集。

（5）模型可行性檢驗(yàn)。主要指的是模塊連接的正確性檢驗(yàn)以及仿真程序微調(diào)。

5　工程應(yīng)用實(shí)例

以H港集裝箱碼頭工程為例，利用模塊庫(kù)搭建其仿真模型。碼頭擁有兩個(gè)泊位，均可容納三臺(tái)岸橋同時(shí)作業(yè)。岸線總長(zhǎng)約678m，縱深約775m。重箱堆場(chǎng)裝卸工藝采用岸邊集裝箱起重機(jī)—集裝箱卡車(chē)—輪胎龍門(mén)起重機(jī)，空箱堆場(chǎng)采用空箱堆高機(jī)進(jìn)行堆碼作業(yè)。輪胎式起重機(jī)16臺(tái)，空箱堆高機(jī)5臺(tái)。選取2個(gè)泊位作業(yè)流程模塊、8條出口箱箱區(qū)模塊和11條進(jìn)口箱箱區(qū)模塊；根據(jù)堆場(chǎng)和干道布局特點(diǎn)選擇路段模塊；定義剩余模塊并完成參數(shù)輸入后即完成了模型的快速搭建。以H港為例，模塊化仿真模型如圖8所示。

圖8　H港模塊化仿真模型

在既定數(shù)據(jù)的工況下將仿真模型運(yùn)行518 400min，即1年的時(shí)間，根據(jù)TXT文件整理的部分統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

除表中的指標(biāo)外，路段車(chē)流量、設(shè)備利用率、外卡在閘口滯留時(shí)間等參數(shù)也可統(tǒng)計(jì)。改變碼頭工況，如改變船舶到達(dá)時(shí)間規(guī)律、設(shè)備效率的參數(shù)后6結(jié)論

重新進(jìn)行仿真試驗(yàn)，從TXT文件中挑選相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，可識(shí)別該碼頭的系統(tǒng)瓶頸。當(dāng)對(duì)象改變時(shí)，只需改變模塊的數(shù)量和輸入?yún)?shù)即可快速完成新的模型搭建。

基于Jackson排隊(duì)理論，本文建立了面向集疏運(yùn)卡車(chē)的開(kāi)環(huán)和面向裝卸船卡車(chē)的閉環(huán)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)一步構(gòu)建了碼頭物流系統(tǒng)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)復(fù)合模型。通過(guò)對(duì)復(fù)合模型的分析，確定了碼頭的關(guān)鍵實(shí)體及其相互關(guān)系，結(jié)合離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模與仿真理論，設(shè)計(jì)了碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊庫(kù)。針對(duì)實(shí)際對(duì)象的模型搭建證明了模塊庫(kù)的便捷性和正確性，但隨著集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，碼頭裝卸工藝也更加復(fù)雜，模塊庫(kù)需要細(xì)化并加入具有新功能的模塊以滿足需求。

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Design and Application of Simulation Module Library in Container Terminal Logistics Systems

Ma Xiangyu，Zhou Qiang，Wan Ying
（School of Logistics Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan 430063， China）

In this paper， in order to design a set of universal- purpose simulation module library for the container terminal logistics systems， we used the Jackson queuing network to analyze in- depth the composition， association， technical process and dynamiccharacteristics of the terminal elements； then with the container truck as the customer， we established the corresponding closed-loop queuingnetwork model and further established the terminal logistics system composite queuing network model； next we represented the connectionbetween the service center and other entities in the form of an E-R chart and on such basis， designed the simulation module library； and at theend， we demonstrated the ease and correctness of the library through an engineering case.

container terminal； logistics system； Jackson queuing network； simulation module library

U695.22

A

1005-152X（2016）08-0074-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.08.020

2016-07-02

馬向宇（1991-），男，安徽蚌埠人，武漢理工大學(xué)在讀碩士研究生，研究方向：港口物流系統(tǒng)建模與分析。