物流系統(tǒng)仿真技術在集裝箱碼頭管理中的應用實踐

章冬巖

摘要：系統(tǒng)仿真是為研究對象建立模型，并在模型上對系統(tǒng)進行實驗研究的方法。物流系統(tǒng)仿真技術作為一種實用的決策工具，廣泛應用于運輸調度、碼頭運營、庫存管理、集配規(guī)劃設計，在集裝箱碼頭運營管理和方案調整優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用。

1系統(tǒng)仿真技術的價值和特點

1.1系統(tǒng)仿真技術的實用價值

系統(tǒng)仿真技術是利用模型對系統(tǒng)進行測試，借助經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析測試結果并做出決策的綜合性實驗學科。[1]系統(tǒng)仿真一般是在技術條件有限的情況下或從人身和設備安全的角度對模型進行研究的方法，可以獲得與實際系統(tǒng)研究相同或相似的結果。系統(tǒng)仿真技術因其成本低、效率高、測試結果準確等優(yōu)點，被廣泛應用于管理和決策領域。通過模擬和分析實際問題，可以有效地幫助企業(yè)縮小投資規(guī)模，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化安全庫存，提高資金利用率。

1.2系統(tǒng)仿真技術的特點

系統(tǒng)仿真技術可以為決策者提供關鍵見解和創(chuàng)新思路，具有學科廣泛、綜合性強、應用領域廣、可重復測試、不受自然環(huán)境限制等優(yōu)點，可以服務于特定的生產(chǎn)活動;同時，生產(chǎn)活動的改進結果可以對系統(tǒng)仿真技術做出反應，促進該技術的不斷成熟和進步。

2物流系統(tǒng)仿真的目標、方法和步驟

2.1物流系統(tǒng)模擬目標

物流系統(tǒng)仿真廣泛應用于倉儲系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、配送系統(tǒng)、供應鏈系統(tǒng)和港口物流領域。[2]物流系統(tǒng)仿真的目標是利用仿真技術輔助規(guī)劃設計、運營管理、綜合指標的評估驗證、各種方案的比較，最終達到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

2.2物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方法

物流系統(tǒng)是指由包裝設備、物料、運輸工具、人員、裝卸機械、倉儲設施、通訊聯(lián)系等組成的具有特定功能的有機整體。[3]物流系統(tǒng)具有復雜性、隨機性、動態(tài)性和非線性的特點，系統(tǒng)的真實性能可以從模擬運行的統(tǒng)計結果中推導出來。物流系統(tǒng)仿真可以解決復雜的系統(tǒng)問題，避免許多不確定因素，最終通過各種數(shù)據(jù)和表格分析實現(xiàn)物流系統(tǒng)優(yōu)化。在實踐中，軟件仿真結果只能直觀地描述問題，只有將仿真技術與優(yōu)化算法相結合，才能實現(xiàn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化目標。

2.3物流系統(tǒng)離散事件模擬的基本步驟

物流系統(tǒng)仿真是典型的離散事件系統(tǒng)仿真，其核心是時鐘推進和事件調度機制。模擬的基本步驟如下：首先確定模擬目標，明確需要解決的問題;第二步，進行系統(tǒng)調研，繪制整體流程，總結建模參數(shù)，為數(shù)據(jù)模型的建立做準備;第三步是建立數(shù)據(jù)模型，構建流程圖，包括臨時實體到達模型、永久實體服務模型和排隊模型。第四步，根據(jù)模型的特點，確定仿真算法，選擇事件調度法等工作方法;第五步是建立仿真模型，實現(xiàn)系統(tǒng)模型的數(shù)字化和數(shù)字化，在此期間可以添加一些組件，以滿足計算機的運行特性;第六步，進行模型驗證，確認建立的模型是否可以準確描述為可執(zhí)行效果;七、運行仿真模型，其核心是確定仿真的終止時間，并以此為前提檢測階段效應;第八步是分析仿真結果，通過增加仿真次數(shù)獲得最終滿意的結果。第九步是輸出仿真結果，可以分為實時在線輸出和仿真結束時輸出，可以以表格、直方圖、餅狀圖、圖形等形式輸出數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件。

3物流系統(tǒng)仿真技術在集裝箱碼頭管理中的應用

物流系統(tǒng)是一個多因素、多目標的復雜運作系統(tǒng)，其整體優(yōu)化是一個綜合、復雜的工程。近年來，在現(xiàn)代物流研究領域，如運輸網(wǎng)絡布局、物流園區(qū)規(guī)劃、供應鏈管理控制等。通過計算機仿真技術為物流決策管理服務的效果顯著。[4]碼頭集裝箱物流系統(tǒng)涉及到很多復雜的因素，如集裝箱裝卸和堆放、裝卸機械操作、堆場位置配置等。利用系統(tǒng)仿真技術分析各種運輸管理指標，可以為集裝箱碼頭調整生產(chǎn)組織、優(yōu)化作業(yè)流程提供決策輔助。

3.1碼頭集裝箱物流系統(tǒng)的構成

碼頭集裝箱物流系統(tǒng)設施包括泊位、岸線、前沿、堆場、集裝箱貨運站倉庫、中央控制室、道口、集裝箱修理車間和岸橋，門座起重機、前部起重機、叉車、牽引車、跨運車等。物理成分復雜，相互關聯(lián)，相互聯(lián)系，難以高效協(xié)作。集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的生產(chǎn)運作具有連續(xù)性強、組織協(xié)調困難、運作時空不平衡等特點。因此，該系統(tǒng)旨在縮短集裝箱在碼頭的停留時間，保持生產(chǎn)的連續(xù)性，最大限度地保證各生產(chǎn)組織的內部和外部部門之間的多環(huán)節(jié)、多作業(yè)、高度協(xié)調，最終達到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。從作業(yè)流程來看，碼頭集裝箱物流系統(tǒng)由一個一般的海陸系統(tǒng)和四個與岸線垂直分布的子系統(tǒng)組成，其中四個子系統(tǒng)分為前裝卸系統(tǒng)、水平運輸系統(tǒng)、堆場裝卸系統(tǒng)和道口檢查系統(tǒng)。

3.2碼頭集裝箱物流系統(tǒng)仿真模型的設計與應用

建立完整的系統(tǒng)設計、運行和檢查方法，系統(tǒng)地布局模型設計和設備建模，在建模的基礎上進行仿真操作，并分析輸出結果，可以對碼頭集裝箱物流系統(tǒng)進行多方面的優(yōu)化。

（1）模型設計和運行按照以下原則設置：箱區(qū)區(qū)入站卸貨區(qū)、集裝箱分類區(qū)、堆場作業(yè)區(qū)、卡車出港區(qū)、裝卸區(qū)等。該過程以箱區(qū)地區(qū)的進港卸貨為起點，由發(fā)電機按一定比例模擬集裝箱的到達，由船舶發(fā)電機模擬待卸船舶，再結合進港船舶合成器，模擬待卸船舶，然后由發(fā)射機模擬集裝箱運輸和待卸船舶。在集裝箱分類區(qū)，分選機模擬卸船后，通過排隊器對集裝箱進行分類，最后由自己的輸送機轉運車將集裝箱轉運到相關地點;在堆場的作業(yè)區(qū)，通過轉運車將集裝箱運輸?shù)骄彺鎱^(qū)，然后通過提升設備將集裝箱放置到預定的集裝箱位置;在貨柜車出發(fā)區(qū)，根據(jù)集裝箱位置使用起重設備將集裝箱吊起，提升到貨柜車上離開碼頭。

（2）仿真數(shù)據(jù)處理與分析將運輸車的仿真結果輸出為運輸車的運行狀態(tài)直方圖，可以幫助碼頭了解運輸車的利用率，以便相關部門調整運輸車的配置;調度員的模擬結果輸出為泊位實際使用狀況的餅圖，可以幫助碼頭獲得各時段的泊位利用率，以便有關部門調整船舶裝卸方案，提高泊位利用率;堆場的模擬結果以數(shù)據(jù)表的形式輸出，可以直觀地顯示堆場各種箱的存量隨時間變化的過程，并可以輔助碼頭判斷堆場容量和箱區(qū)分配的合理性，以便調度部門調整箱區(qū)分配。

4結束語

隨著集裝箱碼頭生產(chǎn)規(guī)模的擴大和業(yè)務量的增加，碼頭生產(chǎn)過程中的信息量急劇增加，生產(chǎn)組織趨于復雜，僅靠人力和經(jīng)驗難以實現(xiàn)港口生產(chǎn)調度決策。在此背景下，利用物流系統(tǒng)仿真技術輔助港口生產(chǎn)調度變得越來越重要。

參考文獻

[1] 邱小平. 物流系統(tǒng)仿真[M]. 北京：中國財富出版社，2012.

[2] 陳香蓮. 基于物流系統(tǒng)仿真的集裝箱港口數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化研究與實踐[J]. 物流工程與管理，2017，39（11）：67-68.

[3] 李永先，胡祥培，熊英. 物流系統(tǒng)仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學報，2007，19（7）：1411-1416.

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