11章 港口集裝箱物流系統(tǒng)仿真

1第12章港口集裝箱物流系統(tǒng)仿真12.1港口集裝箱物流系統(tǒng)概述與仿真目的12.2港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程12.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真模型12.4仿真運行及數(shù)據(jù)分析12.1港口集裝箱物流系統(tǒng)概述與仿真目的12.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述12.1.2港口集裝箱物流系統(tǒng)仿真目的港口集裝箱物流系統(tǒng)研究的對象主要是集裝箱碼頭。集裝箱碼頭是指包括港池、錨地、進港航道、泊位等水域以及貨運站、堆場、碼頭前沿、辦公生活區(qū)域等陸域范圍的能夠容納完整的集裝箱裝卸操作過程的具有明確界限的場所。集裝箱碼頭是水陸聯(lián)運的樞紐站，是集裝箱貨物在轉換運輸方式時的緩沖地，也是貨物的交接點，因此，集裝箱碼頭在整個集裝箱運輸過程中占有重要地位。212.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱碼頭的基本組成主要分為碼頭設施和裝卸搬運設備集裝箱碼頭設施主要是提供集裝箱運輸、堆放及裝卸搬運的場所、通道和相關的基礎設施；集裝箱裝卸搬運設備是集裝箱碼頭作業(yè)的主要承載體，是集裝箱碼頭物流作業(yè)必不可少的重要工具與裝備3412.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱碼頭通常應具備的主要碼頭設施有：泊位、碼頭前沿、集裝箱堆場、貨運站、控制室、檢查口、維修車間等，它們的作用分別如下：泊位：是指在港內為了進行裝卸，給船舶停泊靠岸，并有一定長度岸壁的地方。船舶靠或離泊時，所需岸壁線的有效長度一般為船舶長度的1.2倍碼頭前沿：是指沿碼頭岸壁線，從碼頭岸壁到堆場這一部分的碼頭面積。考慮到岸橋軌距不同，集裝箱碼頭前沿寬度一般為30-60米512.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述堆場：是指集裝箱碼頭內，所有堆存集裝箱的場地。堆場分為前方堆場和后方堆場集裝箱貨運站：主要用于裝拆箱作業(yè)，一般建于碼頭后方、靠近碼頭外公路或鐵路的區(qū)域控制室：一般設置在辦公樓的高層，以便于看到整個碼頭上各作業(yè)現(xiàn)場檢查口：俗稱道口、閘口或檢查橋，是集裝箱碼頭的出入口集裝箱維修車間：一般設置在不影響集裝箱碼頭作業(yè)的后方612.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱碼頭通常應具備的裝卸搬運設備主要有：岸橋、場橋（分為輪胎式龍門起重機和軌道式龍門起重機）、跨運車、叉車、集裝箱拖掛車等。它們的作用分別如下：岸橋：稱橋吊、裝卸橋，是集裝箱碼頭用的最大型的、價值最昂貴的裝卸機械。它是碼頭裝卸設備的龍頭，負責裝卸集裝箱船舶集裝箱起重機：可分為輪胎式龍門起重機和軌道式龍門起重機集裝箱叉車：又稱鏟車，主要負責拆裝箱作業(yè)和空箱堆碼作業(yè)712.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱拖掛車：俗稱集卡，承擔從碼頭前沿至堆場、堆場內箱區(qū)間的水平運輸。集卡由拖頭和拖架（又稱拖車）兩部分組成，拖頭專職拖拉，拖架專職承載集裝箱集裝箱跨運車：可以承擔碼頭前沿與堆場之間的集裝箱水平運輸，以及堆場的堆碼和進出場集裝箱拖車的裝卸作業(yè)，但其堆高高度有限，運行速度也不快812.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述作為一個配套設施齊全的港口碼頭，主要建筑有碼頭、堆場、倉庫、商務區(qū)及其各類配套建筑設施?，F(xiàn)代港口進行布局時，要充分考慮港區(qū)作業(yè)的特點，盡可能使布局有利于工作的開展集裝箱重箱堆場可以布置港口最前方，即緊鄰碼頭的前方堆場處，空箱堆場則應布置在重箱堆場之后靠近修箱間的位置典型的集裝箱碼頭現(xiàn)場實景圖如圖12.1所示912.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述碼頭裝卸企業(yè)生產(chǎn)的特點：（1）生產(chǎn)的連續(xù)性（2）組織的協(xié)作性（3）生產(chǎn)任務的不平衡性典型的集裝箱碼頭現(xiàn)場實景圖如圖12.1所示1012.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述1112.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱碼頭的主要評價指標有：集裝箱吞吐量：它是指經(jīng)由水路運進、運出港區(qū)范圍，并經(jīng)裝卸的箱量，它是反映港口船舶裝卸任務量的指標。箱位比：它是指標準箱數(shù)與自然箱數(shù)的比值，可以粗略反映箱型結構變化情況。比值越大說明大箱的比重越大，反之則越小船舶停泊艘次數(shù)：它是指統(tǒng)計期內在港停泊船舶艘數(shù)的累計數(shù)船舶平均每次在港停時：它是指船舶從進港時起到離港時止，平均每艘船在港停泊時間數(shù)泊位利用率：它是指統(tǒng)計期泊位占用小時數(shù)占泊位日歷小時數(shù)的比重，反映泊位綜合利用程度1212.1.1

港口集裝箱物流系統(tǒng)概述集裝箱碼頭的主要評價指標有：堆場容量：它是指同一時間內最大安全堆存箱量。計算單位為TEU。平面箱位：它是指不考慮堆放層高的集裝箱箱位個數(shù)堆存箱數(shù)：是指統(tǒng)計期內進入堆場的集裝箱量的總和。它是反映堆存工作量的指標，但有一定的局限性平均堆存期：是指統(tǒng)計期每箱平均在堆場堆存的天數(shù)。它是反映箱在堆場內的滯留時間平均每天堆存箱數(shù)：指統(tǒng)計期平均每天堆存的箱數(shù)量堆場利用率：指統(tǒng)計期平均每天堆存箱數(shù)與堆場容量的比值。它是反映堆場容量利用程度的指標機械利用率：是指在裝卸機械日歷總時間中機械工作時間所占的比重，反映裝卸機械的利用程度1312.1.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)仿真目的集裝箱碼頭仿真的目的主要是在Flexsim的仿真軟件平臺上建立一個針對集裝箱碼頭的作業(yè)系統(tǒng)仿真平臺對集裝箱裝卸設備對象庫以及集裝箱搬運規(guī)則所涉及的關鍵技術進行研究根據(jù)設計的碼頭設施配備情況和一些預測參數(shù)，通過模擬集裝箱到港靠泊、裝卸船以及堆場中的裝卸作業(yè)等方面的動態(tài)過程，對港區(qū)設備配置、處理能力及年吞吐量等重要參數(shù)進行綜合分析評定利用設備對象庫快速地建立有針對性的系統(tǒng)模型，通過三維模型的動態(tài)顯示可以給建模者以啟發(fā)從而對實際的工作有更好的指導1412.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程12.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述12.2.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程12.2.3港口集裝箱物流系統(tǒng)的離散模型分析1512.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述一個港口集裝箱物流系統(tǒng)由數(shù)個相互關聯(lián)的物流系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)構成如圖12.2所示1612.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述它一般可以分解為四個系統(tǒng)前沿裝卸系統(tǒng)：岸橋將集裝箱從船舶上卸載，并在前沿碼頭對集裝箱進行分類，放入各自的緩存區(qū)，等待集裝箱叉車提取水平運輸系統(tǒng)：集裝箱叉車或集卡在碼頭前沿、堆場區(qū)之間進行集裝箱的運輸堆場裝卸系統(tǒng)：集裝箱的存放、集裝箱起重機對集裝箱的裝卸搬運作業(yè)以及集裝箱的管理等大門檢查系統(tǒng)：對于進出集裝箱碼頭的空車或滿車進行檢查1712.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述根據(jù)各個子系統(tǒng)的功能需求，設計港口集裝箱物流系統(tǒng)的總布局如圖12.3所示1812.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述四個子系統(tǒng)的設備分別有：前沿裝卸系統(tǒng)設備：裝船、卸船碼頭各一個，一座常規(guī)岸橋，一條集裝箱分類輸送線堆場裝卸系統(tǒng)設備：堆場，輪胎式龍門起重機水平運輸系統(tǒng)設備：五輛集裝箱叉車和若干輛集卡大門檢查系統(tǒng)主要設備有：大門設備，主要檢查集卡和集裝箱的信息1912.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程12.2.1港口集裝箱物流系統(tǒng)的描述12.2.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程12.2.3港口集裝箱物流系統(tǒng)的離散模型分析2012.2.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程港口集裝箱物流系統(tǒng)的總體流程如圖12.4所示2112.2.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的作業(yè)流程它由五個子流程組成，它們相互關聯(lián)，共同完成港口集裝箱物流系統(tǒng)的各項功能，這五個子流程分別是：進港卸船集裝箱分類堆場運作貨物集卡外運裝船出港22

12.2.3港口集裝箱物流系統(tǒng)的離散模型分析集裝箱碼頭物流系統(tǒng)工作環(huán)節(jié)多，其作業(yè)受到許多隨機因素的影響，它是一個典型的離散事件系統(tǒng)，由兩個典型的排隊系統(tǒng)組成一個是到港船舶的排隊系統(tǒng)另一個是堆場集卡的排隊系統(tǒng)2312.2.3港口集裝箱物流系統(tǒng)的離散模型分析集裝箱碼頭到港排隊系統(tǒng)中，系統(tǒng)服務的對象是到港船舶，系統(tǒng)的服務臺是碼頭泊位當船舶到達港口后，若有泊位空閑，則立即接受服務，否則在錨區(qū)停泊排隊等待當一個碼頭泊位的服務結束后，若隊列中有等待的船舶，按先到先服務的原則為其服務2412.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真模型12.3.1港口集裝箱物流系統(tǒng)布局模型設計12.3.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的設備建模12.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真2512.3.1港口集裝箱物流系統(tǒng)布局模型設計本仿真案例設計了一個由五部分區(qū)域組成的典型的集裝箱碼頭物流仿真系統(tǒng)，它的五個功能區(qū)域為：裝船進港區(qū)、分類碼頭區(qū)、堆場運作區(qū)、裝船出港區(qū)和貨物集卡外運區(qū)該集裝箱物流系統(tǒng)的全景布局圖如圖12.5所示2612.3.1港口集裝箱物流系統(tǒng)布局模型設計裝船進港：這是仿真的事件源和起點。用四個源對象按一定比例產(chǎn)生出集裝箱，模擬集裝箱到達；一個源對象產(chǎn)生出船舶，然后通過合成器對象關聯(lián)后模擬集裝箱裝船后進港分類碼頭：到港船舶卸船，通過分類碼頭把到港集裝箱分類，再由叉車運往相應堆場。在仿真中設置了四種不同類型的集裝箱：重箱、空箱、冷藏箱和特種箱，通過不同的顏色加以區(qū)分2712.3.1港口集裝箱物流系統(tǒng)布局模型設計堆場運作：在布局模型中設置有五個堆場，其中兩個重箱堆場，一個特種箱堆場，一個空箱堆場，一個冷藏箱堆場貨物集卡外運：堆場集裝箱起重機把集裝箱放在集卡上，集卡再把集裝箱外運出港口到吸收器對象裝船出港：先將集卡運來的集裝箱由合成器放在緩存區(qū)內，再由岸橋設備裝船后出港2812.3.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的設備建模設備建模：岸橋：本仿真中通過自定義Operator對象來重新建立岸橋的仿真模型集裝箱起重機：利用Flexsim自帶的起重機（crane）模型模擬集裝箱叉車：直接使用Flexsim模型庫中的叉車（transporter）2912.3.2

港口集裝箱物流系統(tǒng)的設備建模集卡：將托盤的外形換為集卡的形象，利用一個隱藏的合成器（Combiner）來實現(xiàn)集裝箱起重機將集裝箱吊放在集卡上的動作，便可以設計出一集卡其它設備對象船舶—發(fā)生器（source）生成的臨時對象，對其三維外形進行自定義和改造集裝箱—發(fā)生器（source）生成的臨時對象傳輸線—輸送線（conveyor）集裝箱緩存區(qū)—緩存區(qū)隊列（queue）堆場—貨架（rack）3012.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真在對港口集裝箱物流系統(tǒng)設備進行建模的基礎上，現(xiàn)在可以構造整體的仿真模型，仿真的全景圖如圖12.8所示3112.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真仿真系統(tǒng)的總體流程圖如圖12.9所示，它分為五個具體的區(qū)域：裝船進港區(qū)、分類碼頭區(qū)、堆場運作區(qū)、貨物集卡外運區(qū)和裝船出港區(qū)下面對這些區(qū)域的仿真模型及參數(shù)設置具體情況進行詳細闡述3212.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真1）裝船進港區(qū)：這是仿真的事件源和起點它由五個發(fā)生器（source）、一個合成器（combiner）、五條輸送線（conveyor）構成其中source_ship，生成船舶，其他source分別按設定的時間間隔生成四種類型的集裝箱，以不同的顏色區(qū)分其類型合成器combiner1把船舶和四種集裝箱進行綁定，四種集裝箱的數(shù)量分布服從一定的比例，用來模擬一條滿載的進港船舶四條輸送線conveyor1-4負責集裝箱的輸送，一條輸送線conveyor5用來運輸裝好集裝箱的船，模擬船進港的航行路線3312.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真主要對象的參數(shù)設置說明如表12.1所示3412.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真裝船進港區(qū)的仿真模型如圖12.10所示3512.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真2）分類碼頭區(qū)：該區(qū)域仿真布局用來模擬卸船及集裝箱分類該區(qū)主要由一個分離器（separator）、五條輸送線（conveyor）和四個隊列（queue）、一個吸收器（sink）構成分類器separator1模擬船舶的卸載過程，把船舶和集裝箱分離，sink1吸收卸載后的空船集裝箱進入輸送線，送到不同的隊列，等待搬運3612.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真主要對象的參數(shù)說明如表12.2所示3712.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真分類碼頭的仿真模型如圖12.11所示3812.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真

3）堆場運作區(qū)：該區(qū)模擬叉車把集裝箱運往堆場，及堆場內部的運作由五輛叉車（transporter），一個任務分配器（dispatchar），五個緩沖區(qū)（queue），五個貨架（rack），五個集裝箱起重機（crane）構成transporter1-2共同負責重箱的搬運，并由dispatchar1對其分配任務Transporter3-5，分別負責空箱，冷凍箱，危險箱的搬運Combiner2-6放在堆場出口負責集裝箱出堆場時與集卡的合成3912.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真主要對象的參數(shù)設置如表12.3所示4012.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真集裝箱堆場的仿真模型如圖12.12所示4112.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真4）貨物集卡外運區(qū)：該區(qū)模擬集卡把集裝箱外運的過程由一個生成器（source）、一個吸收器（sink）構成Source6生成集卡，此處的集卡既可以用作內部裝載至碼頭的集卡，又可用作外卡Sink2吸收滿載而出的集卡4212.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真參數(shù)設置如表12.4所示43表12.4貨物集卡外運仿真對象名稱說明參數(shù)設置Source6集卡生成器臨時實體類型：集卡到達時間：固定時間間隔150s；離開時間間隔服從參數(shù)為（1，5）的均勻分布12.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真貨物集卡外運區(qū)的仿真模型如圖12.13所示4412.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真5）裝船出港區(qū)：該區(qū)模擬集卡把集裝箱運往出港碼頭并裝船出港的過程一個分離器（separator）、一個緩存區(qū)（queue）、一座岸橋（operator）、一個生成器（source）、一個吸收器（sink）構成由貨物集卡外運區(qū)的集卡生成器source6生成的集卡分別負責把四類集裝箱運至出港碼頭，separator2負責卸載集卡上的集裝箱，放至出港碼頭的緩存區(qū)，source7生成進港欲裝載的船泊，sin3吸收裝載后的船泊4512.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真主要對象的參數(shù)設置如表12.5所示46表12.5裝船出港對象名稱說明參數(shù)設置Separator2出港卸載集卡分離器分離方式：解包（unpack）輸送端口：保持默認Queue10出港碼頭緩存區(qū)最大容量：1000Souce7欲裝船舶生成器臨時實體類型：船泊到達時間：固定時間間隔2000Operator166岸橋自定義對象12.3.3

港口集裝箱物流系統(tǒng)的仿真裝船出港區(qū)的仿真模型如圖12.14所示4712.4仿真運行及數(shù)據(jù)分析12.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理12.4.2仿真數(shù)據(jù)及結果分析4812.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理設置仿真時間為10000.00秒，編譯通過后直接運行仿真系統(tǒng)對上述的總體運行的數(shù)據(jù)進行進一步的分析處理，可以得到以下性能指標1）

集裝箱叉車4912.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理圖12.15顯示了五個集裝箱叉車的利用率的對比，從圖中可以看到Transport1，Transport2的利用率較高，而Transport3的利用率最低5012.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理2）泊位利用率本仿真中可以利用進港碼頭設置的分離器的工作狀態(tài)來模擬實際泊位的工作狀態(tài)。根據(jù)仿真統(tǒng)計，分離器的狀態(tài)圖如圖12.16，從圖中可以看出，泊位的利用率為14.4%5112.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理3）堆場堆場的仿真數(shù)據(jù)如表12.7所示5212.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理53表12.8整理出了一些有用的評價港口集裝箱物流系統(tǒng)的指標12.4.1仿真運行及數(shù)據(jù)處理圖12.17顯示了冷凍箱堆場的堆存量隨著時間的推移而變化的過程5412.4.3仿真數(shù)據(jù)及結果分析由以上各個集裝箱叉車的利用率對比圖12.15可以看出，集裝箱叉車運行的效率普遍不高，其中Transporter3也就是負責空箱搬運的叉車的利用率最低這時我們可以對原本的模