基于Flexsim的集裝箱碼頭物流作業(yè)系統(tǒng)建模與仿真

侯東亮

摘 要：為提高某港口集裝箱碼頭物流作業(yè)系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)作效率，建立了基于Flexsim的物流作業(yè)系統(tǒng)仿真模型。通過模型仿真給出了一定條件下岸橋、場橋和集卡之間的關(guān)系。結(jié)果表明，該仿真方法可用于集裝箱碼頭物流系統(tǒng)中存在的瓶頸設(shè)備進(jìn)行分析和優(yōu)化，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：集裝箱碼頭；物流系統(tǒng)；Flexsim；系統(tǒng)仿真

中圖分類號：U169.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： In this paper， a simulation model of the logistics system based on Flexsim was built in order to improve the operational efficiency of the logistics system of the container ports， though which we identified the relationship among quay cranes， yard cranes and container trucks. The result shows that this simulation method can be used to identify bottlenecks in the container terminal logistics system. It will be has a higher application value.

Key words： container terminal； logistics system； Flexsim； system simulation

0 引 言

集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)，因其作業(yè)過程中受內(nèi)外不確定因素的影響，整個(gè)物流系統(tǒng)具有一定的隨機(jī)性和離散性。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的作業(yè)效率，資源優(yōu)化與配置顯得尤為重要。資源優(yōu)化配置的方法很多，主要體現(xiàn)為運(yùn)籌學(xué)方法、啟發(fā)式方法和仿真模擬方法[1-2]。由于系統(tǒng)的離散型和隨機(jī)性，資源的優(yōu)化與配置往往很難用精確的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)，比較適用于仿真方法來進(jìn)行描述和優(yōu)化[3-4]。在眾多的仿真建模方法中，F(xiàn)lexsim作為新一代離散事件系統(tǒng)仿真的有效工具，不僅建模過程快捷，而且還提供了豐富的對象（如運(yùn)輸機(jī)、堆垛機(jī)等）和3D模型導(dǎo)入功能。3D模型可形象、逼真地表現(xiàn)出整個(gè)物流系統(tǒng)，為系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)或資源配置優(yōu)化提供了有效的可視化手段。

本文針對某港口集裝箱碼頭物流系統(tǒng)運(yùn)作現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，利用Flexsim仿真軟件建立集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模型，通過仿真找出系統(tǒng)中存在的瓶頸環(huán)節(jié)，試圖為企業(yè)相關(guān)人員在資源優(yōu)化配置方面提供決策支持。

1 某港口集裝箱碼頭物流系統(tǒng)作業(yè)流程

本文所建立的仿真模型只考慮堆場作業(yè)、水平運(yùn)輸以及船舶裝卸三個(gè)子系統(tǒng)，如圖1所示。由于將集裝箱進(jìn)出港的作業(yè)并入水平運(yùn)輸系統(tǒng)，故暫不考慮大門檢疫系統(tǒng)中的作業(yè)流程。圖1中，①代表船舶裝卸系統(tǒng)，②代表水平運(yùn)輸系統(tǒng)，③代表堆場作業(yè)系統(tǒng)。具體作業(yè)流程如下：

（1）對于進(jìn)口集裝箱，船舶到港后進(jìn)入泊位停靠，集卡到達(dá)岸橋后，岸橋提取集裝箱放于集卡，集卡按照一定的路徑駛?cè)攵褕?，場橋?qū)⒓b箱卸下并堆垛于指定的垛位上。

（2）對于出口集裝箱，則物流流程恰好與進(jìn)口集裝箱相反。

2 基于Flexsim的某港口集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模

2.1 模型假設(shè)

為便于系統(tǒng)建模與分析，做如下假設(shè)：

（1）集裝箱船舶到港，集卡的到達(dá)、裝卸、離開，可以看作是一個(gè)單隊(duì)列多服務(wù)臺的排隊(duì)系統(tǒng)[5]，采用先到先服務(wù)的排隊(duì)規(guī)則。

（2）集裝箱船舶在泊位作業(yè)時(shí)間服從二階愛爾朗分布、岸橋裝卸、場橋裝卸以及集卡等待所用時(shí)間符合離散均勻分布[6-7]。

（3）集裝箱統(tǒng)一定義為20ft標(biāo)準(zhǔn)箱，不考慮特種箱的裝卸。

（4）集卡在場內(nèi)行走的路徑固定。

2.2 建立仿真模型

根據(jù)以上分析，本文所建立的某港口集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模型及運(yùn)行圖，如圖2所示。

該模型包括堆場裝卸模塊、水平運(yùn)輸模塊（集卡的運(yùn)輸）和船舶裝卸模塊三部分。其中堆場裝卸模塊的裝卸設(shè)備為場橋，其數(shù)量為2臺，主要負(fù)責(zé)3個(gè)箱區(qū)的進(jìn)出口集裝箱的裝卸；水平運(yùn)輸模塊的運(yùn)輸設(shè)備為集卡，其數(shù)量為8輛，其中4輛集卡負(fù)責(zé)運(yùn)輸進(jìn)口集裝箱到堆場相應(yīng)箱區(qū)的貝位內(nèi)，另外4輛集卡負(fù)責(zé)運(yùn)輸出口集裝箱到船舶所在的泊位處；船舶裝卸模塊的裝卸設(shè)備為岸橋，其數(shù)量為2臺，主要將進(jìn)口集裝箱從船舶上相應(yīng)的箱位上卸下并裝載到集卡上、將出口集裝箱從集卡上提取并卸載到船舶上相應(yīng)的箱位上。

3 仿真實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析

3.1 仿真實(shí)驗(yàn)

針對某港集裝箱碼頭的實(shí)際作業(yè)環(huán)境，本次實(shí)驗(yàn)共設(shè)置泊位數(shù)2個(gè)、岸橋2臺、場橋2臺、集卡8輛，仿真時(shí)間設(shè)置為

4 800min。

仿真中用到的隨機(jī)事件的分布函數(shù)見表1所示。

3.2 仿真結(jié)果輸出與分析

本次實(shí)驗(yàn)仿真運(yùn)行80小時(shí)（仿真時(shí)間），得到了如下兩點(diǎn)結(jié)論：

（1）表2所示為多次仿真后，集裝箱碼頭物流系統(tǒng)各裝卸、運(yùn)輸設(shè)備停留時(shí)間、吞吐量及作業(yè)效率統(tǒng)計(jì)情況。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，場橋2的吞吐量和利用率很低，是整個(gè)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)，需要對其進(jìn)行優(yōu)化配置。各集卡的平均等待時(shí)間約為4分鐘，最大等待時(shí)間約為17分鐘（集卡7的停留時(shí)間：1 042.82s），最小等待時(shí)間約為2分鐘，這主要是由裝卸設(shè)備（岸橋、場橋）的利用率比較低造成的，與該碼頭當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合。

（2）多次仿真的船舶出口集裝箱數(shù)量平均為489TEU，進(jìn)口集裝箱數(shù)量平均為201TEU，船舶在港平均停留時(shí)間為5.7小時(shí)，最大停留時(shí)間為10.2小時(shí)。仿真結(jié)果與該碼頭船舶實(shí)際作業(yè)時(shí)間大致相符，說明仿真方法具有一定的可參考性。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)某港口集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的實(shí)際作業(yè)現(xiàn)狀，通過合理的簡化建立了基于Flexsim仿真模型，根據(jù)實(shí)際情況選擇仿真中隨機(jī)事件的概率分布函數(shù)并設(shè)置了相關(guān)的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，場橋的作業(yè)效率較低，是整個(gè)物流系統(tǒng)的瓶頸環(huán)節(jié)，這與該碼頭實(shí)際作業(yè)情況基本相符，證實(shí)了基于Flexsim仿真建模方法在集裝箱碼頭物流系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。進(jìn)一步研究將針對物流系統(tǒng)中的瓶頸，運(yùn)用優(yōu)化方法進(jìn)行場橋的合理配置，使岸橋、場橋和集卡三者有機(jī)地協(xié)調(diào)，最大限度地提高集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的整體效率。

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