1、 集装箱码头物流系统仿真班 级 物流 0903 组 员 吴兵海 U200914565 刘红岩 U200914576 王枭煜 U200914570 物流自动化实验室- 1 -摘要集装箱码头物流系统是由港口设施、机械设备、人员等组成的具有装卸搬运及存储功能的系统。随着国际贸易和集装箱化的快速发展以及港口竞争的家加剧，港口经营和决策者面临着更多的机遇和挑战，为了使集装箱码头系统的规划设计具有前瞻性和提高系统的作业效率，我们对集装箱装卸设备对象库以及装箱搬运规则所涉及的关键技术进行了研究，并根据设计的码头设施配备情况和一些预测参数，通过模拟集装箱到港靠泊、装卸船、以及堆场中的装卸作业等方面的动态过程，
2、对港区道路交通流量、通过能力及年吞吐量等重要参数进行综合分析评定，从而对集装箱港口物流系统的运行状况做出定量定性的评价，且可以实现可视化效果，具有广泛的应用价值。AbstractContainer terminal logistics system consisted of port establishments, engineer equipment and person, with the functions of loading or unloading operation, transportation and storage. With the rapid development o
3、f global trade and the furious competition of ports, the operators and decision-making persons of ports were meeting more opportunities and challenges. In order to make the layout design of port and the operation of logistics system of container terminal effective, we studied the key technologies in
4、volved in the container loading and unloading equipment object library and packing handling rules, And based on the designed terminal facilities equipped conditions and some predictions parameters, Through the simulation to dynamic process of port container loading and unloading ships, and berthing,
5、 the handling stacking aspects, evaluated Road traffic flow to port throughput by ability and such important parameters comprehensively. Thus we quantitatively and qualitatively evaluate container port logistics system of the operation status. We also make visual effect, and it - 2 -has widely appli
6、cation value.目录1 系统分析 - 3 -1.1 系统设计背景 - 3 -1.2 系统仿真目标 - 4 -1.3 系统总体规划及结构图 - 5 -1.3.1 系统总体规划布局图 .- 5 -1.3.2 系统功能结构图 .- 6- 2 系统功能分析 - 6 -2.1 系统功能概述 - 6 -2.2 子系统功能概述 - 7 -2.2.1 子系统功能简介 .- 7 -2.2.2 各系统的设备构成 .- 8 -2.2.3 堆场区域容量设置 - 8-3 流程分析 - 9 -3.1 系统作业流程图 - 9 -3.2 作业流程分析 - 11 -3.3 子系统的作业流程 - 12 -4 系统设计
7、- 13 -4.1 设计方向和框架 - 13 -4.1.1 系统设计的主要步骤 .- 14 -4.1.2 系统框架 .- 15 -4.2 界面设计 - 16 -4.3 设计瓶颈 - 17 -4.3.1 堆场设计规则 .- 17 -4.3.2 随机事件分布模式及参数的选择 - 17-4.3.3 装卸搬运工艺 .- 18 -5 系统参数设置及仿真策略 - 18 -5.1 模块划分及基本单元 - 18 -5.2 各模块仿真实现策略 - 22 -5.2.1 出口货物进港模块 .- 22 -5.2.2 堆场作业和水平运输模块 .- 22 -5.2.2.1 利用任务序列实现集卡的装卸过程 - 23 -5.
8、2.2.2 车辆优化调度 - 24 -5.2.3 进出口船舶和集装箱装卸船模块 .- 24 -6. 仿真结果分析 - 25 -6.1 仿真结果统计 - 25 -6.2 仿真结果分析 - 28 -6.3 仿真优化 - 29 -7 总结与展望 - 30 -参考文献 .- 31 - 3 -1. 系统分析 1.1 系统设计背景近年来全球集装箱运输业的迅猛发展，给港口集装箱物流业带来了前所未有的机遇和挑战。随着集装箱运输的发展，集装箱港口也变得越来越重要。如今，港口码头建设继续向大型化、专业化方向发展。大型集装箱港口的自动化程度显著提高，采用自动导航集装箱运输车组成的无人驾驶集装箱港内运输系统，由中央计
9、算机系统控制和协调，使车辆定位精确度达到数厘米以内；岸边集装箱装卸桥最高台时效率达到 70 个自然箱以上。大型专业化的散货装卸设备在港口中得到了广泛应用。同时港口码头泊位持续增加。作为集装箱运输实现的主要载体的集装箱码头是一个整体系统，从泊位卸船到流出码头大门（或装船离开）这一流程中，各种操作均在集装箱码头上实现。集装箱码头的建设以及运营管理技术的好坏直接影响港口的服务水平和经济效益。据中国主管部们发表的预测，2010 年和 2020 年，中国沿海码头的集装箱吞吐量有可能达到 1.38 亿标箱和 2.61 标箱，将会出现对未来港口的需求预期远高于按目前建设进度所形成的通过能力的现象，如何合理利
10、用现有资源，寻找生产中存在的瓶颈，优化配置，发挥其做大效能是集装箱码头研究目标意义所在。 由于物流系统自身的不完善或运作的不合理性，一些物流系统设计上缺乏前瞻性和系统规划性，在物流资源的配置，物流网络的结构等方面，很难保证其可靠性，合理性，协调性和最优化。而港口物流运营过程（主要是运输过程和仓储过程）仍以经验管理为主，不合理现象随处可见。在实际系统中常常包含有较多随机因素。如物流系统中商务的到达，运输车辆的到达和运输事件等一般是随机的。对于这些复杂的随机系统很难找到相应的解析式来描述和求解，系统仿真技术成了解决这类问题的有效方式。运用计算机仿真的方法来对港口集装箱物流系统进行仿真，有如下一些优
11、点：(1) 模型比实体简洁得多。通过对集装箱港口物流系统进行合理的简化，用模型表达实际问题中的主要部分及因素，一方面可以减少系统分析的工作量，- 4 -另一方面可以减少因不必要的干扰引起的误差。(2) 模型比实体风险要小的多。通过模型进行模拟，得出比较客观的结果，能够更好地验证方案是不是满足需求，然后比较精确的结果进行改善，可以降低投资风险。鉴于此，我们针对集装箱港口物流系统，应用 Flexsim 仿真软件建立了仿真模型，并对仿真模型的数据结果进行了分析。1.2 系统仿真目标集装箱港口物流系统的仿真问题涉及到泊位、堆场、装卸线和大门通道这些设施的工作情况;港口装卸设备(岸桥，场桥和内卡等)的使
12、用情况;各个运输方式的顾客(水路，铁路和公路)在港内的服务情况等等。目前已有的集装箱港口物流系统的仿真研究，大都是对港口内局部问题的研究，缺乏对整个港口的仿真研究。本次系统仿真的目的在于利用计算机仿真工具 Flexsim，对集装箱港口物流系统进行三维实体模型设计，按照设计方案建立港口系统的空间布置，并配置相应的设备，设计作业流程，对集装箱装卸设备对象库以及装箱搬运规则所涉及的关键技术进行研究，并根据设计的码头设施配备情况和一些预测参数，通过模拟集装箱到港靠泊、装卸船、以及堆场中的装卸作业等方面的动态过程，对港区道路交通流量、通过能力及年吞吐量等重要参数进行综合分析评定，从而对集装箱港口物流系统
13、的运行状况做出定量定性的评价。在此基础上，可以进一步设定目标函数与决策变量，进一步优化系统方案。主要完成的目标：1）对现有的集装箱码头的布局设计，设施设备，作业流程等进行建模，达到初步的了解。2）对船舶靠岸后的集装箱的装卸过程，以及集装箱进出堆场的过程和码头大门货车进出等进行仿真，已达到分析相关数据的功能，并与现有数据进行比较，便于进一步优化物流配置。3）学会运用 Flexsim 仿真软件的面向对象技术，突出的 3D 显示效果，强- 5 -大的数据接口和数据交换能力，对现实的物流系统进行建模，对历史数据进行仿真，找出现实物流系统中的不合理环节或作业流程中的瓶颈问题，并通过合理的数据处理与优化策
14、略进行模拟，为管理者提供决策支持。集装箱港口物流系统的仿真主要为研究系统以下几个方面的性能参数：(1)集装箱叉车-主要研究集装箱叉车的利用率，并对集装箱叉车的利用率进行比较；(2)泊位利用率-船舶泊位的利用状态和岸桥的工作效率问题；(3)堆场-堆场的堆存量、出入堆场的情况以及集装箱在堆场的停留的状态、堆场利用率、堆场平均利用率；1.3 系统总体规划及结构图1.3.1 总体规划布局图集装箱港口的总体规划布局图如下所示：办公楼货场码头大门重箱堆场空箱堆场冷藏箱堆场重箱堆场空箱堆场重箱堆场空箱堆场冷藏箱堆场进口堆场出口堆场岸桥岸桥泊位泊位海洋从上面的布局图，可以看出，集装箱港口的规划布局主要还在于如
15、何布置堆场，如何设计水平运输路径，如何设计泊位的问题。考虑到集装箱的种类和进出口的区别，我们特意分区布局，见上图。- 6 -1.3.2 系统功能结构图一个港口集装箱物流系统由数个相互关联的物流系统组成，系统构成如图所示:集装箱码头物流系统水平运输系统船舶装卸系统堆场作业系统龙门吊装卸集装箱堆场布局进出口空箱堆场进出口冷藏箱堆场进出口重箱堆场堆场集装箱搬卸集卡运输船舶到（ 离 ）港岸桥装卸集装箱货物进出码头集装箱码头总体上来看可分为堆场作业系统，水平运输系统和船舶装卸系统，现实中还存在大门检疫系统，不过在我们这个系统中，我们忽略这一部分，而只是将货物进出港的这个动作并入水平运输系统，可以认为这样
16、是合理的。2. 系统功能分析 2.1 系统功能概述集装箱港口是专供集装箱船和集装箱专列装卸集装箱的作业场所，是在集装箱运输过程中水路、陆路和铁路运输的连接点，也是集装箱多式联运的枢纽。集装箱港口为了完成装卸、搬运、保管和拆装箱作业等任务，同时需要港口有必要的基础设施和装卸设备。整个系统的布局图和功能结构图前面已经给出，此系统主要完成的货物进港，集装箱分类，堆场作业运作，集装箱集卡外运，- 7 -装船离港或进港卸货等功能。2.2 子系统功能概述港口集装箱物流系统是一个有机的整体，可以分解为 3 子系统，分别为前沿装卸系统、水平运输系统、堆场装卸系统。这三个子系统之间相互关联，构成了集装箱港口码头
17、系统，共同为完成系统的总功能而服务。2.2.1 子系统功能简介1） 船舶装卸系统船舶装卸系统的设备主要包括装船、卸船码头；岸桥用于出港码头装船和进港码头卸船。同时在集卡运输时，还有一个集装箱分类装置，主要是将集装箱放入对应的堆场，便于管理和运输。船舶到港后，岸桥将集装箱从船舶上卸载，并在前沿码头通过集装箱分类装置对集装箱进行分类，然后放入各自对应的缓存区，等待集装箱卡车来提取运入堆场内。或者当有出港需求时，内部集卡将在对场内提取相应集装箱，并将集装箱运至出港缓存区，由岸桥装入相应船舶内。2）水平运输系统水平运输系统主要就是集卡和运输路径。其中包括用于出口集装箱运输的集卡和进口集装箱的集卡，两个
18、分配器负责各自的调度问题。集卡的主要任务就是运输集装箱。这其中包括把集装箱从货场运至相应的堆场，然后根据进出口需求，在龙门吊的协助下把集装箱运至前沿码头装船区或者装上集装箱直接离开码头。这其中涉及排队策略和任务序列问题，而这也正是水平运输系统能高效的关键技术所在，为此我们不仅要设计合理的运输路线还得设计智能的逻辑判断系统来执行。总之，水平运输系统是集装箱码头物流系统最核心的部分，它是堆场和前沿装卸码头的联系纽带，同样也是码头最主要的作业活动。3）堆场作业系统- 8 -堆场作业系统主要包括堆场和龙门吊，主要完成的是堆场内的集装箱布局（此系统不考虑）和负责从集卡上装卸集装箱，可谓是水平运输的驱动点
19、之一吧。此系统把堆场分为两大区，即进口箱堆场和出口箱堆场，每个堆场又分为 3个堆区，及重箱堆场，空箱堆场和冷藏箱堆场。每个堆场都有专门的龙门吊为其工作，完成主要的装卸活动。总之，堆场作业系统主要完成的就是集装箱的存放和龙门吊对集装箱的搬卸作业，以及集装箱堆场的管理工作等。2.2.2 各系统的设备构成设备子系统 设备名称 设备数量重箱空箱 堆场堆场作业系统冷藏箱 龙门吊重箱 暂存区空箱 集卡水平运输系统冷藏箱 运输路径重箱 集卡空箱 岸桥船舶装卸系统冷藏箱 船舶2.2.3 堆场区域容量设置重箱区：4 层，每层 20 个 容量：80空箱区：5 层，每层 20 个 容量：100- 9 -冷藏箱区：4
20、 层，每层 10 个 容量：403. 流程分析3.1 系统作业流程图集装箱码头，共同涉及的作业流程有：大门检疫至堆场作业流程，堆场作业流程，堆场至前沿码头作业流程，码头装卸船作业流程。其中研究的重点放在了堆场以及堆场至前沿码头作业的过程，用以了解码头集装箱吞吐量，堆场面积、容量，堆场利用率等性能指标。下图就是关于集装箱从堆场到装船离港的一个基本流程：- 10 -集装箱到达暂存区检查合格否 另外处理否重空箱检查重箱否空箱处理否是龙门吊是否空闲龙门吊取箱集卡是否空闲 等待集卡装箱道路是否可行 等待集卡驶向前沿码头岸桥是否空闲 等待卸箱装船是否还有箱子待装船舶离港是是否等待是否是否是否否是叉车手否空
21、闲等待运至空箱堆场否是- 11 -3.2 作业流程分析系统的总体流程一共有 5 个，分别为进港卸船、集装箱分类、堆场运作、货物集卡外运和装船出港。他们相互衔接、相互关联，最终完成港口集装箱物流系统的各项功能。1. 进港卸船系统中船舶类型一共包括三种,分别为只装不卸船,只卸不装船,又装又卸船,三种船舶按照一定比例到港。进口卸船作业流程是在集装箱船达到之前，从船公司或船代处取得船舶进港的相关信息，包括船舶积载图和船舶舱单等。根据这些信息编制卸船顺序单与卸船堆场计划。由调度根据船舶近期计划安排船舶靠泊，并依照卸船堆场计划安排卸船机械。当船舶到港后，组织卸船包括岸桥卸船和集卡托箱。卸载的集装箱置于集装
22、箱分类输送线上，等待分类。已卸载的船舶离开港口，如果同时有多艘船舶同时到港，则每个岸桥只同时服务于一艘船舶，船舶按先来先服务（FCFS）的原则卸载。2. 集装箱分类卸船的四类不同的集装箱通过集装箱分类运输线分别被送到四个相应的集装箱缓冲区等待该类集装箱搬运的叉车负责对其进行搬运。3. 堆场运作集装箱叉车将集装箱运至相应的堆场缓冲区，当堆场的缓冲区不为空时，堆场的集装箱起重机将按照就近的原则把缓冲区的集装箱有序的存入堆场；若为空，集装箱起重机不进行作业。如果有内部集卡或外部集卡根据需求到堆场提取货物，则集装箱起重机负责提取集装箱把它装载到集卡上。4. 货物集卡外运当外部集卡到达港口并按要求运出指
23、定集装箱时，接受入口大门服务后，外部集卡驶入堆场，集卡确认具体堆存区域，进入具体场地进行- 12 -验箱和收箱，使用堆场的装卸设备集装箱起重机进行装卸。集卡完成送箱后核对手续经由出口大门服务后离港由调出货物。5. 装船出港当港口有运出货物需求时，由内部集卡从堆场内部提取集装箱，然后运至出港码头的缓冲区，等到有空船舶时，由岸桥对船舶进行装载集装箱，此时岸桥仍然按照先来先到的原则服务，装载完成后，船舶驶出港口。3.3 子系统的作业流程集装箱进入堆场龙门吊是否空闲等待龙门吊提箱是否有空位合理摆放等待否否是是图 1 堆场作业流程- 13 -堆场取箱龙门吊是否空闲等待集卡是否空闲 等待取箱置于集卡道路是
24、否可行 排队等待运至码头装船堆场到达岸桥是否空闲 等待装船船是否装满离港否否否是是是否是是否图 2 水平运输作业图 3 集装箱装船作业4. 系统设计4.1 设计方向和框架集装箱码头物流系统仿真是为了模拟现行集装箱码头的业务流程，利用可视化的仿真软件将实际的系统模型化，利用各种常用的数据输出策略，来发现并分析集装箱码头运营过程中存在的不合理环节或瓶颈，以及由这些不合理环节造成的系统整体效率不高的问题，并采取相应的措施对系统进行优化和再造。我们设计的集装箱码头物流系统力求达到系统开发强调的标准化、可视化，- 14 -模块化设计，有明确的功能模块结构和技术支持模块结构及便于系统维护、修改和升级的目的
25、系统设计方向和框架如下所述4.1.1 系统设计的主要步骤 问题定义确定将要进行仿真的系统具体解决的问题。进行有关信息的收集，分析，明确码头集装箱系统的要求，将系统的要求准确、完整的描述下来。 可行性研究和需求分析确定仿真系统所要达到的目标以及是否能通过仿真实现。描述系统具体的功能，确定被模拟系统的边界及约束条件。 构建模型布局将仿真所需要的对象模型从对象库中拖拽带仿真视图窗口中的适当位置。 定义物流流程根据对象之间关系将有关联的对象按照仿真规则进行连接。 编辑对象参数具体到物流过程中为定义船舶到达的时间分布、 数量 ,叉车运输能力 ,集装箱存储、取出的策略等。 编译运行仿真通过 3D 的可视化
26、效果直观的了解仿真运行过程。 检验模型，判断模型的正确性收集数据和信息，还可以提供实际数据与模型的性能测度数据进行比较以判断模型的正确性，确认模型的功能是否同设想的系统功能相符合，模型是否同我们想构建的模型相吻合。 模型优化在模型正确的基础上，对系统某些对象运行的策略进行优化，使之效率- 15 -更高，更符合实际运行情况。例如，对龙门吊的工作策略运用任务序列重新编写代码。 分析仿真结果报表、图形、表格和置信区间点图将被用于输出结果分析。通过各种统计数据和图表以及标准统计报告和状态统计报告对系统各种实体得出所需数据，进行敏感性分析；整理、分析、评价仿真结果。4.1.2 系统框架整个集装箱港口码头
27、仿真系统主要被划分为 4 个模块，即为： 参数输入模块各个对象的参数设置。 岸桥模块包括船舶停泊位置、岸桥的操作、集集装箱分类缓存区等，完成集装箱到港和分类功能。 堆场模块叉车将集装箱运到对应堆场，由龙门吊存取集装箱。 结果输出模块由各种饼状图、直方图及导出的 excel 得到运行结果并进行分析。下面主要介绍构建模型布局:码头部分:船舶有导入的 3D 模型，集装箱有 Source 产生的不同颜色的方块表示；岸桥用变形的起重机代替；集装箱分类区抽象为集装箱缓存区（分类后缓存） ；船舶有三种作业类型（装、卸、装和卸） ；堆场部分：集卡负责到港集装箱到堆场的运输；- 16 -龙门吊负责集装箱的存取；
28、集卡负责集装箱外运；堆场基本堆存原则： 不同尺寸的集装箱、空箱与重箱分开堆放。 进口箱与出口箱分开堆放。 冷藏箱、特种箱堆放在相应专用箱区。具体配置见第五章。4.2 界面设计二维视图：3D 视图：- 17 -4.3 设计瓶颈4.3.1 堆场设计规则堆场管理是码头生产的一个重要环节，装卸速度的提高很大程度上取决于码头堆场箱区、箱位安排的合理性。合理安排箱区和箱位，不仅能减少翻箱率，减少岸桥等箱的时间，提高码头装卸速度，而且还能最大限度地提高码头堆场利用率、码头通过能力，降低码头生产成本。堆场堆垛的基本规则就是保证集装箱堆放安全，减少翻箱率。为合理模拟出集装箱码头的堆场存放方式，对存取箱作业实行“
29、先来先服务”的原则，并有基本堆存原则：1) 集装箱堆存区按不同类别分为重箱区，空箱区，冷冻箱，各类箱必放到指定的堆存区。 2) 堆场同时有堆存货物和取货的任务，当有取货需求时，应中断存货任务，优先处理取货作业。一个堆场能存放多层货物，存放的方式是从底向上的，先来的放在底层，后来的往高堆存4.3.2 随机事件分布模式及参数的选择根据集装箱班轮运输特点和船舶到港原始资料分析，集装箱船舶到港规律基本上符合泊松分布，即对于任意时间点 t0，在(t+ t)时间内到港船舶的概率与起始时刻 t 无关。在 t 时段内到达 n 艘船的概率为船舶到港的时间间隔T服从负指数分布，即：- 18 -为单位时间内到达船舶
30、的平均数。排队规则是单队列，先到先服务。码头对每艘船的服务时间是服务时间v的负指数分布，分布函数是： 表示单位时间内能被服务完的船舶，即平均服务率。4.3.3 装卸搬运工艺装卸装卸工艺，是指港口装卸和搬运货物的方法和程序，按一定的操作过程，根据港口的条件，针对不同的货物、运输工具和装卸设备，以合理和经济的原则来完成装卸和搬运任务。集装箱码头的装卸工艺有如下几种典型的方式：1)集卡。集卡用来承担码头前沿与堆场之间的水平运输，以及堆场的堆码和进出场集卡的装卸作业。2)龙门起重机系统。龙门起重机系统采用岸桥承担船舶的装卸作业，龙门吊承担堆场的装卸和堆码作业。3)集卡一龙门吊混合系统。集卡一龙门吊混合
31、系统中，集装箱的水平运输由集卡完成，取货装车则是由龙门吊完成。这二者之间的的结合通过编写任务序列来实现。5. 系统参数设置及仿真策略5.1 模块划分及基本单元货物进入码头模块：此模块包括事件的源点和终点，主要是完成产生出口集装箱和进口集装箱出站的工作。 （此系统只考虑整箱运输情况，略去了货运站）基本单元: - 19 -4 个发生器（source） ，2 个接收器（sink ） ，3 个合成器（ combiner） ，3 个分解器（separator),和若干个 3D 模型（大门，树木，办公楼，货场等） 。各基本单元的功能及设置：发生器 1（car）：用于产生需要运集装箱的车，参数：产生时间间隔
32、服从泊松分布，均值为 50. 临时实体流输出：按百分比输出，端口 1（coldbox ）：端口 2（emptybox）：端口 3（heavybox）为 15%，30%和 55%.其他 3 个发生器：用于产生 3 种不同类型的集装箱。参数设置：发生器 1（cold）：指定时间间隔 200发生器 2（empty）：指定时间间隔 150发生器 3（heavy）：指定时间间隔 1003 个合成器（combiner）：主要将集装箱和集卡打包，用于产生集装箱运货卡车。加工时间分别设置为 30,20,10。3 个分解器（separater ）：主要用于将集装箱和集卡分离，分离后的集卡随后离开码头。2 个接收
33、器（sink）：主要是用于回收卸箱后的集卡和运进口集装箱的集卡，为事件的终点。堆场作业和水平运输模块：此模块主要完成堆场的分类布局和进出口集装箱的堆存，是后面进行堆场利用率和机械利用率分析的关键。基本单元：6 个暂存区（queue） ， 6 个起重机（crane） ，3 个合成器（combiner ） ，1 个发生器（source） ，2 个分配器（distributor） ，4 辆集卡（car）各单元的基本功能及设置：暂存区 1-3 用于进口货物的堆存，暂存器 4-6 用于出口货物的堆存。各暂存区设置：暂存区 1：用于存放进口重箱，容量：80，每层 20 个，共 4 层；暂存区 2：用于存放
34、进口空箱，容量：100，每层 20 个，共 5 层；暂存区 3：用于存放进口重箱，容量：40，每层 10 个，共 4 层；暂存区 4-6 分别对应出口冷藏箱，空箱，重箱的堆存，设置同上。- 20 -6 个起重机：主要就是用于将集装箱从集卡上进行装卸，参数设置：起重机设置均为：容量 1，最大速度 2，最大加速度 1，最大减速度 1。3 个合成器：主要完成进口货物运出港口的功能。1 个发生器：用于产生把集装箱运出港口的集卡。参数设置：发生时间间隔服从泊松分布，均值为 200，临时实体流输出：按百分比输出，产生重箱集卡，空箱集卡和冷藏箱集卡的比例为 40%，30%，30%2 个分配器和 4 辆集卡：
35、主要完成集装箱的水平运输功能及集卡调度。其中carteam1 主要负责出口集卡调度，carteam2 主要负责进口集卡的调度，初始各分配 2 辆集卡，仿真时可根据情况适当增减已达最优。主要参数设计：集卡 1-4 参数均为：容量 1，加速 1，减速 1，最大速度 2，翻转阈值180，行进时转向，允许偏移。分配器 1-2 参数设置均为：船舶进出港和岸桥装卸货模块：此模块主要完成进出口船舶的产生和集装箱的装卸工作，是集装箱港口的主要工作之一。基本单元：4 个发生器（sink） ，2 个接收器（sink） ，2 个合成器（combiner） ，1 个分解器（separator） ，2 个岸桥（cran
36、e ）各单元的主要功能及设置：发生器 1（boat）：用于产生集装箱货船，为了预定船舶分布要求：10%只装货船舶，80%既装又卸货船舶，10%只卸货船舶的要求，参数设置如下：到达时间间隔：满足泊松分布，均值为 1000。临时实体流输出：按百分比输出，其中端口 1（进口船舶）90%，端口2（出口船舶）10%，其中进口船舶在卸货完成后，有 10%直接离港，90%转向出口泊位继续装货，于是近似完成上述要求。- 21 -发生器 2-4：用于产生 3 种集装箱，均为 0 时刻到达，指定时间 10.2 个接收器：分别用于接收只卸货的船舶离港和普通装货后离港的船舶。2 个合成器：主要完成产生装有集装箱的船舶
37、和模拟船舶装货。其中：合成器 1（boat_box1）:完成产生装有集装箱的船舶，参数设置：加工时间 10，合成模式：pack ，组成清单：合成器 2（boat_box2）：模拟船舶装货。参数设置：加工时间 10，合成模式 pack，组成清单：1 个分解器：用于将船货分离，并分配只卸货船和既装又卸货船的比例。参数设置：加工时间 10，模式：拆包。临时实体流输出：按百分比输出2 个岸桥：主要用于集装箱的装卸工作。参数设置均为：- 22 -5.2 各模块仿真实现策略5.2.1 出口货物进港模块其实这个模块主要是模拟集卡装着集装箱进入码头，并将集装箱卸载至堆场，然后空车离开港口的过程。在试验中我们为
38、了实现这个，采取的策略是：利用发生器产生集装箱和集卡，然后在合成器上打包，让集卡作为一个临时实体在系统中流动。为了使线路更加简单，我们是使三种集卡先公用一条线路，在运至堆场时再分流，这个过程中需要一个判断过程，即保证对应的集卡走向对应的堆场卸货。所以在分流节点我们设置：然后使空集卡沿指定路径离开码头。5.2.2 堆场作业和水平运输模块这个模块其实真正需要解决的是模拟龙门吊装卸集装箱的过程，以及如何通过仿真结果分析来进行优化调度的问题。5.2.2.1 利用任务序列实现集卡的装卸过程在集装箱码头的水平运输系统中，集卡行驶到相应的堆场区域处等待装箱，龙门吊检测到有集卡到达相应区域，则从原来的装载入堆
39、场过程中断，优先处理集卡的装货出区过程，待龙门吊将集装箱从相应堆场区卸下装到已等待的集- 23 -卡上；集卡按照预定路径行驶到前沿码头区等待装船，即完成一个出口作业。集装箱从堆场区到前沿码头，经过了龙门吊，集卡等设备的搬运，在 Flexsim中就需要协同任务序列来完成这个过程。这个过程中涉及了两个运动对象：龙门吊，集卡。设计思路是：将集装箱从堆场区卸载是由龙门吊完成，这样龙门吊便有了这样的任务序列：TravelLoadTravelUnload。而集装箱的运输由集卡来完成：TravelWaitTravelUnload。这里在龙门吊作业中，集卡处于等待状态，那么就需要中断龙门吊现有作业而优先处理集
40、卡的装载任务，即龙门吊和集卡之间是协同作业。Flexsim 中使用调度子任务的方法将龙门吊与集卡的任务序列插入到货架的运输工具规则设置中。下图表示了主任务序列与子任务序列之间的关系。图： 集卡龙门吊任务序列关系图基于这个基本任务系列图，我们可以实现这样一个过程：龙门吊等待，直到发现有集卡到达相应区域，然后从堆场将集装箱装载至集卡，此段时间集卡中断，直到装载完毕后按指定路径行驶至前沿码头，在此之前，岸桥一直等待，知道发现有集卡到达相应区域后，才开始进行装船工作，待岸桥卸载集装箱后，集卡立即处于自由状态，等待调度，开始新一轮搬运工作。具体 flexsim 代码见系统附件：集卡主任务序列 Trave
41、l Load Travel Unload龙门吊子任务序列 Travel Load Travel Unload- 24 -5.2.2.2 车辆优化调度在我们这个系统中，进出口的车辆是分开的。每个分配器拥有自由数量的车辆，而且负责进口/出口的运输工作。之所以这样做，是为了能通过仿真结果，分析堆场利用率，机械利用率等来设计最优的车辆数目，以使系统达到最优化。接下来就是运输路径的问题，以确保整个运行过程看起来井然有序，我们是事先确定好了集卡的行驶路径，具体的效果图见系统附件。集卡在行驶过程中达到效率最大化。5.2.3 进出口船舶和集装箱装卸船模块这个模块需要解决的是如何解决到港船舶的比例和如何实现岸桥
42、装卸船问题。首先我们应用如下策略实现：10%只装货船舶，80%既装又卸货船舶，10%只卸货船舶的要求。船舶发生器1 0 % 产生只装货船9 0 % 进口货船1 0 % 卸货后直接离港9 0 % 卸货后行至装货泊位1 0 % 只装货船舶8 0 % 既装又卸船舶其次我们实现岸桥装卸集装箱也是采用协同任务序列，方法在前面水平运输过程中均有体现。具体实现代码见系统附件：（分解器）其中代码中实现的主要思想是：岸桥等待，直到货船到达，然后进行卸载工作，此时等待的集卡行进至相应区域，直到岸桥将集装箱装载至车上后才按集装箱的类型按指定路径驶向相应堆场，完场一次工作。- 25 -6. 仿真结果分析 6.1 仿真
43、结果统计在此系统中，我们按照既定的参数，运行时间为 10800，得到了如下一些统计数据：出口车辆的状态统计：出口堆场状态表名称 平均堆存数 设计容量 利用率重箱 22.4 80 28%空箱 17.2 100 17.20%冷藏箱 10.5 40 26.20%进口堆场状态表名称 平均堆存数 设计容量 利用率重箱 13.2 80 16.50%空箱 5.4 100 5.40%冷藏箱 7.1 40 17.70%- 26 -进口车辆的统计情况：出口泊位岸桥状态统计：- 27 -进口泊位岸桥状态统计：出口堆场重箱龙门吊状态统计：进口堆场重箱龙门吊状态统计：- 28 -通过 Flexsim 的自带统计工具，我
44、们得到了总的关于所有暂存区和起重机的统计信息表：6.2 仿真结果分析从仿真的统计结果来看，并不是很理想，对于出口集装箱堆场，其平均利用率才达 23.8%，进口堆场的平均利用率才达 13.2%，低于现实中的平均水平，造成这样的原因可能是堆场布局和占地面积计算不合理，和实际的需求有一定的偏差，才造成不能充分利用堆场，这点算是此系统的一个缺陷吧。其次我们可以看出车辆的利用率还可以，不过龙门吊的利用效率很低，岸桥的利用率一般，现在让我们基于这个系统来分析一下造成这么一系列不合理的- 29 -原因：首先是在进行水平运输模拟是，采用协同序列的不合理性，因为协同序列必须当整个序列完成之后才能进行下一轮的工作
45、，这就势必导致龙门吊大部分时间处于空闲状态，出现“有货有车而不能运的现象！”显然这样是不合理的，这样造成的另一个弊端就是即使通过添加或减少车辆，也不能提高机械的作业效率，因为从设计的本质上就限制了龙门吊必然处于一个较低的利用水平上。其次就是岸桥的数目的不合理性。从系统中我们可以看出进出口各只有一个岸桥工作，这与现实中是不符的。由于岸桥的数目很少，这就必然导致集装箱的进港或出港不能达到一个合理的水平，而且这样还会导致堆场的利用率大大下降，也间接导致龙门吊大部分时间不能工作而处于空闲，显然这也是制约机械利用率一个很重要的原因。6.3 仿真优化我们考虑可能优化的解决办法（由于系统本身设计的缺陷，还有就是时间的原因，导致以下一些措施无法实现）1）修改一些相应的参数，比如车辆的行进速度，龙门吊和岸桥的装卸速度，可供调度的集卡的数量，以此来提高机器额利用率和堆场利用率。2）在进行水平运输模块模拟的过程中，在任务序列的基础上结合消息触发的相关机制，从而消除上述的不合理性，不过由于时间原因，此部分未能及时做，也是我们以后待修改的部分。3）重新设计岸桥的数目，以使整个集装箱进出港水平达到一个合理的水平范围内，不过这样不然导致水平运输系统中设计代码额复杂性，由于时间原因，在这一方面未能及时尝试，有待以后完成 。
