基于witness煤炭碼頭的物流系統(tǒng)仿真及評(píng)價(jià)

摘要：本文主要研究以煤炭為主要貨物的碼頭物流系統(tǒng)，綜合考慮物流系統(tǒng)各個(gè)影響因素以及子系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，通過仿真輸出設(shè)備利用率、船舶等待時(shí)間以及吞吐量等數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)并提出優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：煤炭碼頭物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化

1 概述

隨著現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展，港口的功能也在不斷拓展。由于我國(guó)煤炭資源分布的不均衡，結(jié)合現(xiàn)有的交通條件，煤炭港口的數(shù)量和規(guī)模都在不斷擴(kuò)大[1]。提高煤炭等大宗散貨港口的工作效率，成為港口物流的重要工作。在國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)與物流實(shí)踐中，研究人員逐漸傾向于用仿真來作為評(píng)價(jià)工具，在一定數(shù)據(jù)資料的支撐下，應(yīng)用仿真工具就可以看到貼近實(shí)際的仿真結(jié)果，并且能夠?qū)崟r(shí)的修改模型和參數(shù)。最后得到一個(gè)相對(duì)較優(yōu)的方案，減少方案誤差帶來的不必要的損失。本文利用witness軟件對(duì)煤炭港口的運(yùn)作流程進(jìn)行仿真。

2 仿真目的和內(nèi)容

煤炭碼頭的裝卸吞吐效率跟許多因素有關(guān)，包括裝卸工藝、機(jī)械能力、堆場(chǎng)的大小、貨物的周轉(zhuǎn)率、設(shè)備的故障率、船舶的大小、船舶的數(shù)量及到港間隔時(shí)間等等?？梢?，煤炭碼頭的物流受到眾多因素的制約，隨著影響因素的變化，碼頭的實(shí)際通過能力也會(huì)隨之變化[2]。

witness仿真軟件，應(yīng)用現(xiàn)在系統(tǒng)建模和仿真分析的方法，周全考慮各個(gè)因素造成的影響，在不同條件下對(duì)龍口港物流系統(tǒng)做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，幫助人們更好的提高煤炭碼頭的吞吐量，找到進(jìn)一步提高碼頭裝卸效率的正確途徑，解決煤炭碼頭的各種問題。

3 隨機(jī)變量分析

3.1 主要離散型元素

煤炭港口物流仿真系統(tǒng)是一個(gè)離散時(shí)間的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其離散型元素包括零部件或?qū)嶓w（Part or Entity）、機(jī)器（Machine）、傳送鏈（Conveyor）、緩沖區(qū)或倉(cāng)庫(kù)（Buffer）、車輛（Vehicle）、軌道（Track）、路徑（Path）、模塊（Module），在軟件中根據(jù)不同元素進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。

3.2 船舶靠港間隔時(shí)間規(guī)律分析[3]

因?yàn)槭艿侥承┎淮_定因素的影響，船舶的到港時(shí)間間隔是一個(gè)隨機(jī)變量。該變量是仿真建模的重要數(shù)據(jù)，為了更加精確體現(xiàn)船舶到港的時(shí)間間隔，通過對(duì)過去大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以看出：90%以上的船只都是煤炭貨船，到港時(shí)間間隔平均為5.2小時(shí)。即平均每天有4~5艘煤炭貨船靠港卸貨，總體服從負(fù)指數(shù)分布NEGEXP（312，1）。

3.3 船舶到港后停泊時(shí)間的規(guī)律分析

船舶靠港之后，開始裝卸操作，同時(shí)進(jìn)行船舶的補(bǔ)給，這些工作完成后，船舶方可離港，這段時(shí)間就是船舶的停泊時(shí)間。根據(jù)以往的樣本數(shù)據(jù)，船舶的停泊時(shí)間均值為31.23小時(shí)。

3.4 火車的到達(dá)時(shí)間以及裝載量的變量分析

火車作為堆場(chǎng)中煤炭的輸入源或輸出源，在整個(gè)系統(tǒng)中有著重要作用。由于火車受天氣等狀況的影響較小，所以相對(duì)規(guī)律性較強(qiáng)。根據(jù)以往數(shù)據(jù)分析，火車平均1.5小時(shí)到達(dá)一趟，總體服從正態(tài)分布LOGNORMAL（90，1，1），平均裝載量為5375噸。

3.5 船舶的裝載量分析

船舶的裝載量也屬于隨機(jī)變量，根據(jù)以往的數(shù)據(jù)來看龍口港主要的裝載量類型為：1萬(wàn)噸、2萬(wàn)噸和3萬(wàn)噸。

3.6 機(jī)器的維修時(shí)間變量分析

每種機(jī)器的工作原理和性質(zhì)不同，因此它們有不同的維修時(shí)間的分布。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，堆料機(jī)的維修時(shí)間服從正態(tài)分布[4]LOGNORML（29，2，2），出現(xiàn)故障的概率服從負(fù)指數(shù)分布NEGEXP（120，1）。對(duì)應(yīng)的取料機(jī)的維修時(shí)間為L(zhǎng)OGNORML（35，2，2），出現(xiàn)故障的概率也服從負(fù)指數(shù)分布NEGEXP（200，1）。

4 煤炭碼頭的仿真模型設(shè)計(jì)

4.1 仿真模型的建立以及工作流程[5]

根據(jù)碼頭的實(shí)際情況，應(yīng)用witness仿真軟件建立煤炭港口物流系統(tǒng)的具體仿真模型。仿真的目的是模擬實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)作情況，通過可視化以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，直觀的看到煤炭碼頭的制約瓶頸，各個(gè)設(shè)備的使用情況，從而合理調(diào)度設(shè)備和工人，進(jìn)一步優(yōu)化物流系統(tǒng)的工作效率。

根據(jù)散伙碼頭的實(shí)際布局，煤炭港口仿真模型的主要模塊設(shè)有列車模塊，堆場(chǎng)模塊，泊位模塊，堆料機(jī)模塊，取料機(jī)模塊。仿真的邏輯流程圖如圖2所示：

由圖可以看出，第一步是火車或輪船進(jìn)港，準(zhǔn)備卸船或者裝車。第二步是在堆場(chǎng)符合條件的情況下利用翻斗機(jī)裝載機(jī)等設(shè)備裝卸煤炭等散貨。第三步是將這些煤炭用堆料機(jī)堆在堆場(chǎng)內(nèi)。等到下個(gè)輪船或者火車到港時(shí)，再次循環(huán)次過程。

4.2 仿真實(shí)驗(yàn)的輸入及輸出

煤炭碼頭中堆場(chǎng)的平均堆存期為15天，船舶到港時(shí)間間隔分別取100、150、200、250、300、350分鐘，船的類型以及火車和船的裝載量都設(shè)為隨機(jī)變量，仿真時(shí)間為一年。

在系統(tǒng)仿真過程中，需要輸出的數(shù)據(jù)為該系統(tǒng)全年的吞吐量、泊位的利用率、堆場(chǎng)的日均占用率、設(shè)備利用率、船舶火車等待時(shí)間。根據(jù)仿真輸出的數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)物流系統(tǒng)的最大通過能力，并找到制約通過能力的瓶頸，使系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。

4.3 仿真輸出的數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)

按照不同的船舶到港時(shí)間間隔分別進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)，并利用witness軟件中的統(tǒng)計(jì)模塊，統(tǒng)計(jì)堆料機(jī)和取料機(jī)利用率、船舶和火車的等待時(shí)間、堆場(chǎng)占用率、堆場(chǎng)庫(kù)存、全年吞吐量等輸出結(jié)果。如表1所示：

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)龍口港煤炭碼頭的物流能力進(jìn)行評(píng)價(jià)：

①?gòu)膱D表中可以清晰看到，隨著船舶到港時(shí)間間隔由350到100縮短，全年的吞吐量保持上升，最多可以達(dá)到5637萬(wàn)噸。

②在仿真數(shù)據(jù)的圖表中看到，在船舶到港時(shí)間間隔為250~300時(shí)，船舶的等待時(shí)間基本控制在300分鐘以內(nèi)。當(dāng)時(shí)間間隔低于200時(shí)，會(huì)大大增加船舶的等待時(shí)間。從吞吐量看出，年吞吐量超過5000萬(wàn)噸時(shí)，船舶的等待時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。

③仿真試驗(yàn)中，堆場(chǎng)的利用率在54%~89%之間，隨著船舶到港時(shí)間間隔的縮短而顯著增大。說明，堆場(chǎng)面積將成為阻礙煤炭港口物流系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，亟待解決。

④從仿真實(shí)驗(yàn)的設(shè)備利用率數(shù)據(jù)看出，設(shè)備利用率基本在30%~70%，所以，能夠滿足港口未來發(fā)展的需要。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)煤炭港口物流中的離散變量進(jìn)行分析，基于龍口港的現(xiàn)有布局、設(shè)備、運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用witness仿真軟件，對(duì)煤炭港口進(jìn)行了較為全面的仿真分析，并提出建設(shè)性的建議。實(shí)際的煤炭港口物流系統(tǒng)非常復(fù)雜，包含了很多如人為因素等不確定性因素影響煤炭港口物流的整體效率。本文加入了很多不確定性因素，保證了仿真實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可信度，為人們?nèi)蘸蟮臎Q策提供了幫助。

參考文獻(xiàn):

[1]汪平，汪弘.煤倉(cāng)在港口的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn).2008，1:42-43.

[2]陳加元，劉翠蓮.港口通過能力的若干理論及模擬模型研究[J].大連海運(yùn)學(xué)院學(xué)報(bào).1992.18(1):1-9

[3]陳娟.基于witness的煤炭碼頭物流能力仿真評(píng)價(jià)方法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)(碩士論文)，2009.

[4]孫麗麗，阿克遜.優(yōu)化堆場(chǎng)管理，突破生產(chǎn)瓶頸.港口科技，2006:35-36.

[5]李云軍，周強(qiáng)，王榮明.出口型煤炭碼頭封閉式堆場(chǎng)通過能力研究[J].水運(yùn)工程.2008，2(412):66-69.