防城港散貨碼頭智能化物流運作系統(tǒng)設(shè)計

曾勝傳 防城港中一重工有限公司

國內(nèi)各港口的競爭日趨激烈，運輸裝備造成的能源浪費問題也凸顯。為了提升自身的競爭力，需要將重點放在如何實現(xiàn)散貨碼頭管理智能化上，需要改善運作過程中設(shè)施設(shè)備管理。二十世紀(jì)后期，各種信息技術(shù)取得的進步巨大，世界范圍內(nèi)的散貨運輸有了較大的發(fā)展，有力地推動了社會的發(fā)展。隨著散貨運輸作業(yè)在線監(jiān)測系統(tǒng)、能耗統(tǒng)計信息化系統(tǒng)等港口智能化建設(shè)及交流變頻裝置的推廣使用，主要發(fā)達(dá)國家和地區(qū)都致力于智能港口裝備的發(fā)展。建設(shè)一些自動化程度非常高的大型專業(yè)化碼頭。影響船舶裝卸和庫存效率的因素有很多，裝卸和庫存就是其中的影響因素，裝卸和庫存不僅能影響效率還會對在港停留時間的長短產(chǎn)生影響。不同的貨物對于裝卸和庫存所需要的條件也是不同的，這也就需要設(shè)定不同的堆場管理系統(tǒng)。如果想要提高物流系統(tǒng)的效率，通過模擬子系統(tǒng)的高效率可以很容易的實現(xiàn)這一預(yù)設(shè)，因為通過這個模擬可以有效的提高總系統(tǒng)的效率。再結(jié)合物流智能管理系統(tǒng)可以充分的對預(yù)測和分析系統(tǒng)的散貨碼頭智能管理系統(tǒng)的各個運行過程，提升系統(tǒng)效率的發(fā)揮，為物流運作各個環(huán)節(jié)提供依據(jù)。設(shè)計高效率的機械化裝卸工藝系統(tǒng)，實現(xiàn)信息化管理，提高堆場空間利用率，解決散貨碼頭生產(chǎn)能力不足的問題，提升管理效率。

1.防城港散貨碼頭智能化物流運作系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 物流運作系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備設(shè)計

通過皮帶輸送機以及可以調(diào)整方向的轉(zhuǎn)接塔可以構(gòu)成堆場與泊位之間的水平運輸系統(tǒng)。部分堆場需要采用裝載車輛進行水平運輸。在防城港各散貨碼頭裝卸設(shè)施設(shè)備的設(shè)計上，可以設(shè)置為浮式泵船式的碼頭結(jié)構(gòu)，使用鏈斗卸船機、螺旋卸車機或者雙浮吊進行裝卸貨物，利用皮帶機可以達(dá)成上坡的目的，可以利用斗輪堆取料機或者雙翼堆料機在后方堆場中運輸貨物。

1.2 物流運作系統(tǒng)設(shè)施優(yōu)化

散貨碼頭卸船系統(tǒng)由卸船機系統(tǒng)、堆場作業(yè)系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)或者裝駁船系統(tǒng)配套組成的，所以要進行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

圖1 散貨卸船工藝示意圖

卸船機系統(tǒng)主要有起重機抓斗系統(tǒng)和連續(xù)卸船機系統(tǒng)兩類，前者卸船后可直接進入堆場，同時可完成裝車作業(yè)，除此之外也可以與連續(xù)不斷輸送機配套組成起重、輸送系統(tǒng)。完成這一水平運輸需要通過皮帶機和轉(zhuǎn)接塔來完成，皮帶機和轉(zhuǎn)接塔可以完成碼頭前沿與堆場以及堆場與火車之間的水平運輸。而皮帶機與轉(zhuǎn)接塔的位置需要根據(jù)具體的碼頭作業(yè)來進行布置。

2.防城港散貨碼頭智能化物流運作系統(tǒng)軟件設(shè)計

在對各系統(tǒng)進行分析以后可知，基本上所有的應(yīng)用軟件的開發(fā)都是以各種數(shù)據(jù)為中心的，而由這些數(shù)據(jù)所研發(fā)的系統(tǒng)的核心就是對于這些數(shù)據(jù)的管理以及規(guī)劃。終端系統(tǒng)各子系統(tǒng)的能力是否匹配以及各機器的使用效率是決定終端系統(tǒng)吞吐量的決定性因素。所以說如果想要解決各種系統(tǒng)的需求需要建立完善的系統(tǒng)信息模型。我們所運用的這個軟件可以模擬貨物在港內(nèi)運輸?shù)娜^程。這樣即便是碼頭內(nèi)部的子系統(tǒng)再多也可以通過港口作業(yè)系統(tǒng)來實現(xiàn)各種港口資源的調(diào)動。這樣可以保證港口的各項工作正常運行。所以對其進行的智能化系統(tǒng)設(shè)計如圖2所示。

圖2 防城港散貨碼頭物流系統(tǒng)層次模型

2.1 設(shè)計散貨碼頭智能化物流運作系統(tǒng)模型

從全局的角度來看，散貨碼頭其實是一個非常復(fù)雜的排隊服務(wù)系統(tǒng)，對系統(tǒng)經(jīng)常變化的參數(shù)進行設(shè)定和修改，采用定值隨機管理，將船舶生成器、火車生成器都添加到該系統(tǒng)中。再以此基礎(chǔ)對各個單位下達(dá)皮帶傳輸計劃和裝車作業(yè)計劃，對各種選擇方案或?qū)嶋H系統(tǒng)進行實驗，以某種方式與系統(tǒng)交互，加大關(guān)鍵設(shè)備的安全系數(shù)，提高設(shè)計的競爭力。首先是輸入過程，即到港船舶。船舶可能是一個一個地到港，若隊伍較長，船舶一般選擇離去或直接選擇其他港口卸貨。到港的船舶之間是相互獨立的，一般取決于碼頭內(nèi)的貨物存儲情況。所以根據(jù)船舶到港的特點，可以得出，在t的這段時間內(nèi)，正好有n艘船到達(dá)防城港港口，可以計算出其概率函數(shù)為：

公式中，λ——單位時間內(nèi)平均到港船舶數(shù)。

若有兩艘船相接到達(dá)港口，其時間的間隔為t，其按照一定的均值進行分布，可以得知其分布密度函數(shù)為：

服務(wù)機構(gòu)由碼頭泊位和裝卸設(shè)備組成，碼頭泊位數(shù)和各泊位的裝卸能力決定了碼頭的服務(wù)能力，服務(wù)時間具有隨機性，一般服從負(fù)指數(shù)分布。分布函數(shù)是：

為平均服務(wù)率，即服務(wù)機構(gòu)單位時間內(nèi)能夠服務(wù)的船的數(shù)量。

可設(shè)置船舶等待的極限時間，船舶等待時間超過這一時間時，船舶離港轉(zhuǎn)向其他港口卸貨，否則船舶進入等待隊列等待進港。一般船舶到港的碼頭系統(tǒng)會處于以下狀態(tài)：碼頭泊位為空，直接進港卸貨；泊位有船在卸貨，需要等待；泊位為空，但是簡倉剩余容量小于船舶裝載量，需要等待；泊位空閑，且筒倉剩余容量大于船舶裝載量，但正在進行裝車或裝船作業(yè)，需要等待；泊位為空，但系統(tǒng)內(nèi)部正在進行倒倉作業(yè)，需要等待。當(dāng)出現(xiàn)需要等待的狀況時，系統(tǒng)就會開始計算并判斷船舶需要等待的時間是否大于先前設(shè)置的極限等待時間，若大于，該船就從船舶等待列表中除去，否則進入等待列表。

2.2 散貨碼頭裝車排隊模型

與船舶到港等待一樣，車輛在裝車之前也會出現(xiàn)等待現(xiàn)象，裝車系統(tǒng)也符合排隊論模型。在這個模型中可以將即將裝車的散糧看作是我們這個系統(tǒng)中的顧客，接下來我們設(shè)定這個系統(tǒng)中的顧客源是取之不盡的?；疖嚨竭_(dá)時間的間隔設(shè)為t，可以得知其密度函數(shù)為：

公式中，為系數(shù)。

在裝車時采取等待制，且隊長無限，但具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，對于一些特殊情況采取優(yōu)先服務(wù)原則。與船舶到港等待一樣，車輛在裝車之前也會出現(xiàn)等待現(xiàn)象。鐵路以及相關(guān)的機械設(shè)備都空閑，可以裝車。鐵路被占用，需要等待。鐵路空閑，系統(tǒng)內(nèi)部正在進行倒倉作業(yè)，需要等待。當(dāng)船舶到達(dá)時，會先進行暫時的堆存，然后進行貨物的裝車。會產(chǎn)生貨物排隊等待出港，貨主可以按照自身利益或需要來確定裝車運輸時間，這時卸船子系統(tǒng)之間就會存在相互影響的狀況有很多，不同的碼頭其狀況也不同，一是筒倉容量的限制，當(dāng)筒倉利用率過高或周轉(zhuǎn)次數(shù)較少時，系統(tǒng)之間的相關(guān)性就會非常明顯；二是系統(tǒng)工藝的限制，當(dāng)兩個系統(tǒng)在作業(yè)時共用的機械設(shè)備太多時，系統(tǒng)之間就會出現(xiàn)明顯的干擾現(xiàn)象。

3.仿真實驗

3.1 仿真實驗運行流程

通過在研究過程中不斷地對仿真模型提出一些合理的設(shè)想，再對這些設(shè)想進行具體的實踐。另外再統(tǒng)計最終仿真模型的運行結(jié)果，并對此結(jié)果進行詳細(xì)的分析，爭取找到最符合實際情況的堆場分配方案。在貨物卸船后，首先將貨物放入堆場，在這個過程中先不考慮包括天氣、突發(fā)事件等這些因素，再根據(jù)進口型散貨碼頭特點，來設(shè)定此模型中流程的運行規(guī)則。當(dāng)貨船在泊位?？繒r，根據(jù)船的重量來選擇適合貨船?？康牟次唬源藶榛A(chǔ)再進行卸船。根據(jù)堆場的堆存規(guī)則來找到空閑的空間，如果確保有空閑的空間，則讓貨物進場，如果沒有則反之。這樣可以避免時間的浪費，提高效率。最后以這個模型為基礎(chǔ)來確定火車的進港規(guī)則。以防城港的歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，設(shè)定相應(yīng)的仿真參數(shù)。在船舶裝貨量上，可以設(shè)定為4萬噸、7萬噸、11萬噸。堆存期20天，仿真時間為半年。主要設(shè)備和設(shè)施參數(shù)如表1所示。

表1 主要設(shè)備和設(shè)施參數(shù)

3.3 仿真實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)模型中設(shè)定的初始條件和運行規(guī)則，運行仿真模型，得出仿真結(jié)果如表2所示。

表2 仿真實驗結(jié)果

3.4 仿真測試結(jié)果

我們可以從這個實驗結(jié)果中得到這樣一個結(jié)論，通過此仿真模型基本上可以滿足港口的進出貨物的需求，基本上不會出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象?，F(xiàn)在所采用的分配方案與以往的分配方案相比，堆取料機的利用率要更高更均衡，并且新方案的優(yōu)化程度也更加的高效合理。

4.結(jié)束語

本章主要依據(jù)散貨碼頭實際運作特點，深入地分析了散糧碼頭物流系統(tǒng)的工藝流程、散貨筒倉機械化系統(tǒng)以及排隊論的理論和方法，該系統(tǒng)在實際運用過程中，由于碼頭是一個整體系統(tǒng)，不能只對單一模擬子系統(tǒng)進行研究，其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有其自身的特殊性。能提高貨物堆存的合理性和堆場利用率?？紤]裝卸機械和輸送機械，對其裝卸設(shè)備和場景模塊進行了幾何建模，并建立碼頭結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模擬模型。通過該模型對整個流程中資源的流動和占用進行實時監(jiān)控。基于仿真模型對實際案例中的不同資源配置效率進行比較，能夠?qū)崟r地呈現(xiàn)調(diào)整前后作業(yè)系統(tǒng)排隊隊長、系統(tǒng)作業(yè)的時間的影響。最后可知前者適用于對堆場利用率較高貨種較少情況，后者適用于堆場空間利用率較低的情況。