岸灘無碼頭集裝化物資卸載仿真優(yōu)化研究

柴樹峰，陳錦耀，李玉蘭

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

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岸灘無碼頭集裝化物資卸載仿真優(yōu)化研究

柴樹峰，陳錦耀，李玉蘭

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

為構(gòu)建岸灘無碼頭裝卸載裝備力量，解決岸灘無碼頭集裝化物資的快速裝卸問題，結(jié)合某陸軍登島演習(xí)卸載作業(yè)案例，建立岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈，借助Flexsim仿真軟件對作業(yè)鏈進行研究。通過運行仿真模型得到仿真結(jié)果，找出該卸載作業(yè)存在的問題，并對作業(yè)方案進行優(yōu)化。

岸灘無碼頭；集裝化物資；卸載；仿真優(yōu)化

岸灘無碼頭集裝化物資卸載屬于渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載問題，是我軍未來戰(zhàn)爭后勤保障中的重要部分。集裝化物資卸載的效率和能力大小直接影響作戰(zhàn)進程，因此，對裝卸裝備的合理配置是實現(xiàn)高效裝卸保障能力的關(guān)鍵。隨著部隊作戰(zhàn)物資保障任務(wù)越來越重，大量物資需求和消耗多樣化，軍事行動受領(lǐng)任務(wù)突然，為確保戰(zhàn)場急需物資迅速、及時、準確到位，必須保證裝卸作業(yè)的快速性和可靠性，研究岸灘無碼頭集裝化物資卸載裝備配置具有重大的理論和指導(dǎo)意義。針對岸灘無碼頭集裝化物資卸載任務(wù)，軍隊后勤必須有成熟、快速的裝卸保障能力。

對于渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資的裝卸載問題，目前主要集中在探討理論、研究策略及改進管理的層面上[1-2]，還沒有應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)對渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載作業(yè)鏈進行建模仿真和根據(jù)仿真結(jié)果分析作業(yè)鏈系統(tǒng)的有效性、合理性方面的研究。對于編配岸灘無碼頭集裝化物資卸載裝備的問題，我軍現(xiàn)行方法主要依靠經(jīng)驗或者通過估算來確定，沒有充分考慮裝卸裝備的作業(yè)效率，以及不同裝備由于銜接或其他原因造成作業(yè)時出現(xiàn)的干涉現(xiàn)象。本文擬從作業(yè)鏈的角度出發(fā)，在岸灘無碼頭極其特殊環(huán)境條件下，考慮各種集裝化物資裝卸載裝備的綜合作業(yè)效能，進行卸載作業(yè)鏈的構(gòu)成要素及作業(yè)流程分析，在Flexsim仿真軟件下，建立岸灘無碼頭卸載作業(yè)鏈的裝備優(yōu)化配置評價模型。

1　評價方法的確定

岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈是由多種機械組成的作業(yè)鏈，其作業(yè)效能不是各機械作業(yè)效能的簡單疊加，而是由作業(yè)機械、作業(yè)對象、作業(yè)方法等要素構(gòu)成的作業(yè)鏈在規(guī)定條件下完成規(guī)定任務(wù)的效率和能力，主要體現(xiàn)在作業(yè)鏈資源消耗和作業(yè)時間的長短上，即作業(yè)鏈消耗的資源越少、作業(yè)時間越短，則作業(yè)鏈作業(yè)效能越高。

本文根據(jù)岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈的實際情況，借助Flexsim仿真軟件對岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈進行研究與優(yōu)化，其主要原因如下。

(1)在國內(nèi)外大多數(shù)關(guān)于作業(yè)鏈效能評價的文獻中，采用相關(guān)仿真軟件建立邏輯合理、易于理解的仿真模型，是比較常用也是被廣泛認可的評價方式[3-5]。結(jié)合作業(yè)鏈作業(yè)實際，分析作業(yè)機械能力，評價結(jié)果科學(xué)、準確，易于發(fā)現(xiàn)影響作業(yè)鏈作業(yè)效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于提高改善作業(yè)鏈的作業(yè)效能有很強的參考價值。

(2)Flexsim 是基于面向?qū)ο蟮姆抡孳浖?，用于動態(tài)離散事件和系統(tǒng)的可視化建模仿真及監(jiān)控。它集計算機三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域，可在計算機內(nèi)建立研究對象的系統(tǒng)三維模型，對模型進行系統(tǒng)分析和驗證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計或改造方案。

(3)Flexsim是離散事件系統(tǒng)仿真的有效工具。通過實體拖放、端口連接、參數(shù)與屬性設(shè)置來完成物流系統(tǒng)的仿真，其最大特點在于建模人員不需將大量精力和時間耗費在繁瑣的編程上，只要對現(xiàn)有實體進行合理的選用、布置、設(shè)置即可完成一般的仿真工作[6]。

對岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈進行評價時，可按照作業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)作業(yè)先后順序，建立作業(yè)鏈系統(tǒng)仿真模型，將作業(yè)鏈的各作業(yè)環(huán)節(jié)、各要素連接成一個有機整體。根據(jù)給定具體物資的卸載作業(yè)需求及卸載時間范圍，進一步優(yōu)化作業(yè)機械的編配。

2　岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈模型的建立

2.1任務(wù)案例

以某陸軍登島卸載作業(yè)為案例進行研究，卸載量為0.4萬t。集裝箱運輸船舶無法直接抵達岸邊，需要實施離岸過駁卸載。為了能夠順利完成此次應(yīng)急卸載保障任務(wù)，上級要求某保障旅實施卸載作業(yè)任務(wù)，在規(guī)定時限內(nèi)，從海上集裝箱運輸船上卸載集裝化物資并運送至岸灘灘頭區(qū)，卸載對象為某型號集裝箱(額定質(zhì)量5 t)。上級要求卸載作業(yè)階段必須要在t(t≤400 min)時間內(nèi)完成卸載作業(yè)。在執(zhí)行本次任務(wù)時，前期配備的主要裝備情況見表1。

表1　集裝化物資卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)裝備配置情況

2.2作業(yè)流程

岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的運行流程如下：對于無法直接抵達岸邊的集裝箱運輸船舶，需要采用海上機動卸載平臺與輔助起重船實施離岸過駁卸載保障，在海上完成集裝箱運輸船舶過駁，將集裝箱分別倒載到專用的棧橋渡船或氣墊駁運船上，棧橋渡船與氣墊駁運船將集裝箱運送到岸灘邊上，再通過岸灘裝卸裝備即全地形集裝箱正面吊、組合式岸邊起重機、大噸位全路面汽車起重機將集裝箱卸載到岸灘的灘頭區(qū)(灘頭集裝箱溢流區(qū))。

2.3仿真模型框架的建立

在Flexsim平臺上建立該卸載作業(yè)鏈仿真模型框架(如圖1所示)。

圖1　仿真模型框架

2.4作業(yè)規(guī)則的確定和數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的作業(yè)過程，可確定本作業(yè)鏈系統(tǒng)中各實體的作業(yè)規(guī)則。

(1)裝卸載服務(wù)臺為等待制服務(wù)臺，先到先服務(wù)，服務(wù)臺前有排隊隊列，服務(wù)時間獨立。

(2)裝卸裝備實體為集裝化物資實體提供裝卸載服務(wù)，服務(wù)時間為裝卸裝備的裝卸載作業(yè)時間，各裝卸裝備相互獨立。

(3)搬運船舶實體在裝載服務(wù)臺與裝卸裝備實體間運行，在前級服務(wù)臺裝載，重駛至后級裝卸裝備實體，卸載后空車返回前級服務(wù)臺等待裝載，每次作業(yè)均達到其額定裝載質(zhì)量。

(4)集裝化物資實體，由起點(源)依次經(jīng)過各服務(wù)臺、搬運船舶實體、裝卸載裝備實體，到達終點(匯)；當規(guī)定量物資全部到達時，作業(yè)結(jié)束。

依據(jù)任務(wù)案例的相關(guān)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻資料，由相應(yīng)的參數(shù)測算方法，可確定本模型各主要實體的輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)研究目的和系統(tǒng)特征的不同，系統(tǒng)仿真分為終止型仿真和非終止型仿真兩種類型。由集裝化物資裝卸搬運系統(tǒng)的研究目的及特征可知，該系統(tǒng)屬于終止型仿真，決定仿真結(jié)束的“固有事件”為岸灘裝卸裝備完成最后一箱集裝化物資的卸載作業(yè)。

3　運行仿真模型及優(yōu)化分析

3.1仿真結(jié)果分析

針對岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)系統(tǒng)，主要研究在緊急情況下，設(shè)計方案中的各種裝卸裝備所能發(fā)揮的最大作用，以及裝卸作業(yè)鏈能否在規(guī)定時間內(nèi)圓滿完成給定任務(wù)。建立仿真模型，檢查各項參數(shù)設(shè)置，編譯模型，確認模型準確無誤。運行仿真模型，可以得到模型運行狀況的匯總報告和狀態(tài)報告，選擇生成狀態(tài)報告，得到Excel報告表，由于本模型中數(shù)據(jù)較多，故在觀察和分析的基礎(chǔ)上選擇包含需要改進的部分數(shù)據(jù)進行分析(見表2—表4)。

表2　離岸過駁裝備狀態(tài)　%

表3　近岸倒運裝備狀態(tài)　%

表4　岸灘裝卸裝備狀態(tài)　%

仿真模型運行了22 785 s(約380 min)，在規(guī)定時間t內(nèi)(t≤400 min)完成了對800個集裝箱從集裝箱船到岸灘灘頭區(qū)的離岸過駁卸載任務(wù)。在仿真分析過程中，主要依據(jù)各類裝備的利用率指標并結(jié)合觀察模型運行情況來判斷。裝備利用率是指裝備工作時間占整體仿真時間的比例。通過仔細觀察仿真系統(tǒng)的運行可以看出，作業(yè)鏈的各個關(guān)鍵實體區(qū)域運行情況都較正常。

離岸過駁裝備(即輔助起重船與海上機動卸載平臺)的工作利用率雖然較低，但其數(shù)目不能再減少，因為在實際演習(xí)中，如果其中某個離岸過駁裝備出現(xiàn)故障，另外一個還能正常運作，就不會影響岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈的整體正常運行。并且，只有當岸灘裝卸裝備以及近岸倒運裝備的數(shù)目都同時增加時，才能提高輔助起重船與海上機動卸載平臺的工作利用率。

4艘氣墊駁運船與棧橋渡船相比較，其閑置比率都較高，為了縮小被敵方打擊的目標，可以考慮把氣墊駁運船的數(shù)目減少1艘。

岸灘裝卸裝備中的兩臺大噸位全路面汽車起重機、3臺全地形集裝箱正面吊的工作利用率都在80%以上；而組合式岸邊起重機的工作利用率為56.82%，利用率較低，所以此處可做優(yōu)化?？紤]到組合式岸邊起重機主要用于港口無起吊設(shè)備和戰(zhàn)時港口遭局部破壞、起吊設(shè)備被毀的情況，而岸灘本身就沒有港口較多的起吊設(shè)備，在實際情況中無法體現(xiàn)出已有港口碼頭的卸載快捷、方便和高效優(yōu)勢，并且，組合式岸邊起重機的組裝時間較長也會影響前期規(guī)劃布置岸灘。而大噸位全路面汽車起重機沒有上述問題，適應(yīng)情況良好，所以考慮把組合式岸邊起重機換成大噸位全路面汽車起重機。

通過對上述仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析，能方便地找出系統(tǒng)中哪些裝備利用率偏低等問題，可以從岸灘無碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈整體出發(fā)，優(yōu)化裝卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)。

3.2仿真優(yōu)化分析

(1)優(yōu)化方案一。本模型首先通過減少1艘氣墊駁運船以及把組合式岸邊起重機換成大噸位全路面汽車起重機來均衡各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率，從而提高卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的整體作業(yè)效率。調(diào)整模型，改進后運行模型，仿真模型運行22 783 s(約380 min)，任務(wù)完成時間沒有明顯變化。仿真結(jié)果是輔助起重船與海上機動卸載平臺的工作利用率沒有明顯變化，而3艘氣墊駁運船的工作利用率都明顯提高，岸灘裝卸裝備的工作利用率都在80%以上。優(yōu)化后的仿真模型雖然沒有縮短任務(wù)完成時間，但減少了近岸倒運裝備，均衡了各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率。

(2)優(yōu)化方案二。為縮短任務(wù)完成時間，考慮在方案一的基礎(chǔ)上再增加1艘棧橋渡船、1艘氣墊駁運船、1輛大噸位全路面汽車起重機、1輛全地形集裝箱正面吊。第二次調(diào)整模型后，仿真模型運行21 094.8 s(約352 min)，任務(wù)完成時間減少28 min。根據(jù)仿真結(jié)果，輔助起重船與海上機動卸載平臺的工作利用率均得到一定提高，4艘氣墊駁運船、4艘棧橋渡船的工作利用率都比較高，岸灘裝卸裝備的工作利用率雖然相比方案一下降了一些，但基本都在70%以上。優(yōu)化后的仿真模型明顯縮短了任務(wù)完成時間，提高了整體作業(yè)效率。

比較以上兩個優(yōu)化方案，方案一雖然沒有縮短任務(wù)完成時間，但減少了近岸倒運裝備，且該方案的實施過程比原始方案要便捷。方案二同時增加了近岸倒運裝備及岸灘裝卸裝備，使任務(wù)完成時間縮短約0.5 h。在實際情況下，就要比較哪個方案更貼合實際情況。如果都不影響進程，適合選擇方案一，動用的人力、裝卸裝備都比較少；如果為了縮短任務(wù)完成時間，在允許申請裝卸裝備數(shù)量的情況下，也可選擇方案二。

4　結(jié)　語

通過在仿真軟件環(huán)境下建立卸載作業(yè)鏈裝備優(yōu)化配置評價模型，對岸灘無碼頭集裝化物資卸載裝備配置進行優(yōu)化研究，可以為我軍構(gòu)建岸灘無碼頭集裝化物資卸載裝備力量時提供一種方法和思路，解決岸灘無碼頭集裝化物資的快速裝卸問題。

(1)本研究建立的卸載作業(yè)鏈裝備優(yōu)化配置仿真模型，物理意義明確、直觀，便于決策。

(2)該仿真模型不僅能測算給定卸載作業(yè)鏈的保障能力，而且能靈活地調(diào)整卸載作業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)和裝備編配方案，并對新方案進行評估，輔助決策者確定最優(yōu)方案。

(3)對于卸載作業(yè)鏈的分析與優(yōu)化，平時應(yīng)考慮作業(yè)費用的影響，戰(zhàn)時應(yīng)考慮系統(tǒng)抗毀傷及自救恢復(fù)能力的影響，這些問題可以在研究模型的進一步改進中加以考慮。

(4)結(jié)合實際情況，如果將有關(guān)裝卸載分析延伸，給出一些其他的必要約束，就可以確定該卸載作業(yè)鏈中裝備的最佳編配。

[1]胡俊華，石壽松.渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載探討[J].軍事經(jīng)濟研究,2003，24(1):65-67.

[2]吳剛.岸灘聯(lián)合后勤軍交運輸保障研究[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報,2014，16(7):9-12.

[3]張立峰，李文生，車文剛.基于FLexsim仿真的軍事配送策略[J].中國物流與采購，2008(19):70-71.

[4]馮云,翟躍文.軍事物流配送中心作業(yè)流程建模與仿真[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報，2010,26(6):61-65.

[5]Legato P，Mazza R M. Berth planning and resources optimization at a container terminal via discrete event simulation[J]. European journal of operational research, 2001, 133 (3): 537-547.

[6]張劍芳.軍用物資裝卸搬運系統(tǒng)設(shè)備配置分析[J].物流技術(shù),2001(1):10-11.

(編輯：史海英)

Simulation Optimization of Containerized Materials Unloading on Shore Without Terminal

CHAI Shufeng, CHEN Jinyao, LI Yulan

(Military Logistics Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To construct force of unloading equipment on shore without terminal and solve the problem of loading and unloading containerized materials on shore without terminal, the paper establishes unloading activity chain of containerized materials combining with the case of army landing exercise, and studies the activity chain with Flexsim simulation software. Through the simulation model it obtained the simulation result and found the problems in this unloading activity, and it also optimized the activity plan.

shore without terminal; containerized materials; unloading; simulation optimization

2015- 06-11；

2015- 07-12．

軍事交通學(xué)院科研基金項目(2014A16).

柴樹峰(1982—)，女，碩士，講師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.02.012

E232

A

1674-2192(2016)02- 0048- 05