基于Ａｒｅｎａ的散糧碼頭工藝系統(tǒng)仿真分析

李本軍　周全申　宋　丹

摘要:簡(jiǎn)要分析了散糧碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的組成,建立隨機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,并借助實(shí)例用物流仿真軟件Arena進(jìn)行隨機(jī)系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程仿真分析,確定合適的中轉(zhuǎn)倉(cāng)容量,給出船舶在港等待時(shí)間、泊位利用率,為我國(guó)小型港口設(shè)備擁有著評(píng)價(jià)管理模式提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)模型;中轉(zhuǎn)倉(cāng)容量;泊位利用率

中圖分類號(hào):U294文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

Abstract: A brief analysis of the bulk grain handling terminal process system, setting up mathematical models of stochastic systems, and through examples of using Arena simulation software logistics system operating the process of random simulation analysis to determine the appropriate temporary storage, given the ship waiting time in Hong Kong, berth utilization rate for China's small-scale port facilities have provided a basis for evaluation of management models.

Key words: mathematical model; temporary storage; berth utilization

0引言

港口營(yíng)運(yùn)管理人員,最關(guān)心的問(wèn)題是船舶的等待時(shí)間,壓港堵塞狀況、庫(kù)場(chǎng)容量是否合適、裝卸設(shè)備是否匹配等。要想弄清楚這些問(wèn)題,必須對(duì)各種因素進(jìn)行全面分析。本文主要借助于大型物流仿真軟件Arena對(duì)散糧碼頭隨機(jī)系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程仿真分析,確定合適的中轉(zhuǎn)倉(cāng)容量,并給出船舶在港等待時(shí)間、泊位利用率,為我國(guó)小型港口設(shè)備擁有著評(píng)價(jià)管理模式提供依據(jù)。

1Arena概述

Arena是美國(guó)Rockwell Software公司開(kāi)發(fā)的通用仿真軟件,具有功能強(qiáng)大、使用方便、界面直觀、動(dòng)畫顯示等優(yōu)點(diǎn)?？梢院苋菀椎亟⒅T如生產(chǎn)系統(tǒng)、服務(wù)系統(tǒng)等仿真模型;并可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定仿真參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬,從而對(duì)實(shí)際的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有效的事前分析認(rèn)證和事后分析改善,達(dá)到輔助決策、降低成本、提高效益的目的。其應(yīng)用范圍幾乎覆蓋可視化仿真的所有領(lǐng)域:

(1)國(guó)防軍事領(lǐng)域。新裝備研制過(guò)程仿真、作戰(zhàn)仿真等。

(2)生產(chǎn)制造領(lǐng)域。生產(chǎn)線布局、設(shè)施規(guī)劃、廠址選擇、瓶頸分析、資源分配等。

(3)社會(huì)服務(wù)領(lǐng)域。系統(tǒng)性能分析、業(yè)務(wù)流程分析、投資決策分析(決策方案比較)等。

(4)在物流生產(chǎn)領(lǐng)域,可以較好地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的工藝過(guò)程規(guī)劃、設(shè)備配置,生產(chǎn)管理中的生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理(如庫(kù)存規(guī)劃、庫(kù)存控制機(jī)制)等。

2小型散糧碼頭裝卸工藝系統(tǒng)分析

散糧碼頭裝卸工藝系統(tǒng)是一個(gè)隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1,它有三部分組成:

(1)船達(dá)到的規(guī)律,或者說(shuō)船達(dá)到是隨機(jī)的,它是按什么樣的概率分布到達(dá)的。

(2)服務(wù)時(shí)間,船舶靠碼頭,接收服務(wù),也就是裝卸。裝卸的時(shí)間有長(zhǎng)有短,這要隨著船舶的大小、物料的種類及裝卸機(jī)械的技術(shù)狀態(tài)等因素而定。因此也是隨機(jī)的,其服務(wù)時(shí)間的長(zhǎng)短是按什么樣的概率分布規(guī)律。

(3)排隊(duì)原則,是按什么樣的原則接受服務(wù)。

下面我們簡(jiǎn)單的討論一下這些問(wèn)題。

2.1散糧船到達(dá)分布模式

聯(lián)合國(guó)貿(mào)發(fā)會(huì)根據(jù)大量的調(diào)查資料確定港口的船舶到達(dá)近似服從泊松分布,相繼到達(dá)的兩艘船間隔時(shí)間t服從負(fù)指數(shù)分布,其概率密度函數(shù)為[1]:

fx=e(1)

β——均值;在本文中,β為全年散糧船平均達(dá)到時(shí)間間隔。

2.2船在泊位時(shí)間

船在泊位時(shí)間包括裝卸作業(yè)時(shí)間、靠離泊位時(shí)間等。對(duì)于小型散糧碼頭一般采用專用泊位。裝卸機(jī)械的生產(chǎn)率也基本穩(wěn)定,裝卸時(shí)間大致一樣。在這種情況下,裝卸時(shí)間是可以直接根據(jù)在泊船的大小計(jì)算出來(lái)[3]:

裝卸時(shí)間t=×(2)

總在泊位時(shí)間t=t+t+t+t(3)

式中t——裝卸船時(shí)間

t——機(jī)械故障修復(fù)時(shí)間

t——風(fēng)、雨、霧、浪不可作業(yè)時(shí)間

t——倉(cāng)庫(kù)已滿等待時(shí)間

2.3服務(wù)原則

就是按什么規(guī)則進(jìn)行服務(wù)。對(duì)于小型散糧碼頭一般采取“先到先服務(wù)”原則。

3實(shí)例分析

已知某港口有一個(gè)泊位的散糧專用碼頭,年周轉(zhuǎn)量為160萬(wàn)噸,散糧船型為1.5萬(wàn)噸,裝卸時(shí)間為18.75h;火車單次運(yùn)載量為0.24萬(wàn)噸,需要4個(gè)小時(shí)的作業(yè)時(shí)間,相鄰兩列火車發(fā)放時(shí)間間隔約為10.8h。為方便分析,若庫(kù)存小于火車運(yùn)載量時(shí),則下一列到達(dá)的火車將被取消?，F(xiàn)初步設(shè)計(jì)倉(cāng)容量為10萬(wàn)噸。試評(píng)估此倉(cāng)容大小是否合適,并計(jì)算船舶等待時(shí)間、泊位利用率等相關(guān)參數(shù)。

采用物流仿真軟件Arena建模如下:

3.1散糧船到達(dá)模塊

3.2火車到達(dá)模塊

3.3檢測(cè)目前倉(cāng)容是否小于火車運(yùn)載量

3.4檢測(cè)目前倉(cāng)容是否大于設(shè)計(jì)倉(cāng)容

3.5統(tǒng)計(jì)每天倉(cāng)容大小

3.6設(shè)定原散糧存儲(chǔ)量、搜集有關(guān)倉(cāng)容大小的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

4仿真結(jié)果分析

仿真100次結(jié)果如表1。

某次全年倉(cāng)容變化散點(diǎn)圖如圖2。

從表1可知,設(shè)計(jì)倉(cāng)容基本夠用。

現(xiàn)將裝卸設(shè)備生產(chǎn)率提高,即卸船時(shí)間變?yōu)?5h,仿真100次結(jié)果如表2。

從表2可以看到,卸船設(shè)備生產(chǎn)率提高,使得船只呆在港口的時(shí)間特別是等待時(shí)間縮短了,而設(shè)備空閑時(shí)間的百分比卻增加了。船主對(duì)此是滿意的,因?yàn)檫@提高了長(zhǎng)期行駛時(shí)每艘船運(yùn)送貨物的效率。這樣,入港貿(mào)易好像會(huì)增加,如果貿(mào)易量增加,年周轉(zhuǎn)量變?yōu)?20萬(wàn)噸,模擬100次結(jié)果如表3。從這個(gè)表可以看到,隨著貿(mào)易量的增加,船只又要在港口呆更長(zhǎng)的時(shí)間,但設(shè)備空閑時(shí)間少多了,而所需中轉(zhuǎn)倉(cāng)容量變化不大,于是隨著貿(mào)易量的增加船主受益,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)成本降低。

5結(jié)束語(yǔ)

(1)通過(guò)仿真,在數(shù)分鐘內(nèi)可以演示中轉(zhuǎn)庫(kù)一年的作業(yè)過(guò)程,從而能夠確定較為理想的倉(cāng)容,為中轉(zhuǎn)庫(kù)建設(shè)提供依據(jù)。

(2)通過(guò)仿真,在數(shù)分鐘內(nèi)可以評(píng)價(jià)碼頭設(shè)備擁有著的各種管理模式以確定為了改善服務(wù)是否值得增加費(fèi)用。

(3)本文的分析過(guò)程同樣適用于港口的集裝箱堆場(chǎng)、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等的物流建設(shè)規(guī)劃中。

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