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(武漢理工大學(xué) 物流工程學(xué)院,武漢 430063)
隨著現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展,港口內(nèi)部物流效率的高低不僅影響到了港口本身的競(jìng)爭(zhēng)力,還影響到以港口為基本結(jié)點(diǎn)的整個(gè)運(yùn)輸鏈的效率。提高集裝箱碼頭物流運(yùn)作效率的途徑之一就是購(gòu)置或更新各種裝卸設(shè)備。但是,由于集裝箱碼頭的裝卸設(shè)備都比較昂貴,所以一般不能通過無限制購(gòu)進(jìn)設(shè)備來滿足箱量需求和提高碼頭服務(wù)水平。因而許多集裝箱碼頭為提高管理水平和物流效率,采取的重要措施就是對(duì)現(xiàn)有資源(泊位、橋吊、龍門吊、集卡等)合理配置來提高碼頭的裝卸效率[1]。
萬州港地處長(zhǎng)江中上游結(jié)合部,三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶,素有“川東門戶”之稱,三峽庫(kù)區(qū)形成后,萬州港作為庫(kù)區(qū)最大的樞紐港口,在長(zhǎng)江干線上起著承東啟西的作用。據(jù)預(yù)測(cè)江南集裝箱碼頭吞吐量2010、2015、2020年分別為21萬、32萬、43萬TEU,而現(xiàn)有的集裝箱碼頭設(shè)備配置已經(jīng)不能滿足裝卸作業(yè)量逐年增加的要求。考慮在不增加設(shè)備配置的基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建一個(gè)包括泊位、橋吊、龍門吊和集卡的閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型較為全面地描述集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng),運(yùn)用Matlab仿真技術(shù)模擬計(jì)算碼頭裝卸系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo),以達(dá)到碼頭設(shè)備配置效率最優(yōu)的目的,最大限度地滿足裝卸作業(yè)量的增加。
在集裝箱碼頭設(shè)備配置的閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型中,橋吊、龍門吊和集卡的行走時(shí)間不能采用一般的分布進(jìn)行很好的擬合,而閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)乘積形式的求解,一般都要求各節(jié)點(diǎn)的服務(wù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布。因此,采用估算均值法計(jì)算閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo),并通過性能指標(biāo)優(yōu)化集裝箱碼頭設(shè)備配置。
1) 顧客是集卡。為了描述集卡的水平運(yùn)輸時(shí)間,虛設(shè)一個(gè)路徑節(jié)點(diǎn),并假設(shè)路徑節(jié)點(diǎn)的服務(wù)臺(tái)數(shù)為無窮,其服務(wù)時(shí)間均值是集卡的水平運(yùn)輸時(shí)間均值[2];
2) 網(wǎng)絡(luò)共三個(gè)節(jié)點(diǎn),橋吊節(jié)點(diǎn)、路徑節(jié)點(diǎn)和龍門吊節(jié)點(diǎn);
3) 集卡在閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中的路徑鏈為:橋吊節(jié)點(diǎn)服務(wù)結(jié)束后,集卡以轉(zhuǎn)移概率1進(jìn)入路徑節(jié)點(diǎn);龍門吊節(jié)點(diǎn)服務(wù)結(jié)束后,集卡以轉(zhuǎn)移概率1進(jìn)入路徑節(jié)點(diǎn);路徑節(jié)點(diǎn)服務(wù)結(jié)束后,轉(zhuǎn)移到橋吊節(jié)點(diǎn)的集卡是載有出口集裝箱的集卡,其轉(zhuǎn)移概率為r21,轉(zhuǎn)移到龍門吊節(jié)點(diǎn)的集卡是載有進(jìn)口箱的集卡,其轉(zhuǎn)移概率為r23;
4) 閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中既沒有進(jìn)場(chǎng)外卡到達(dá),也沒有內(nèi)卡離開系統(tǒng)。
1) 網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到穩(wěn)態(tài);
2) 各節(jié)點(diǎn)服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立,但服務(wù)時(shí)間分布不限;
3) 顧客轉(zhuǎn)移概率獨(dú)立。
在介紹模型輸入?yún)?shù)之前,首先說明模型所用符號(hào)含義:
Si網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的平均服務(wù)時(shí)間,i= 1,2,3,分別代表橋吊、路徑、龍門吊。
σi各節(jié)點(diǎn)服務(wù)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差;
Ci各節(jié)點(diǎn)的服務(wù)臺(tái)數(shù);
ri集裝箱從節(jié)點(diǎn)i轉(zhuǎn)移到節(jié)點(diǎn)j的概率,有:
(1)
Ai節(jié)點(diǎn)i的總到達(dá)率
(2)
不同橋吊、龍門吊和集卡的配比得到的橋吊、龍門吊的利用率和集卡等待時(shí)間各不相同。由于橋吊是集裝箱碼頭設(shè)備中最昂貴的裝卸機(jī)械,因此,碼頭的管理者更為關(guān)心的是橋吊的利用率指標(biāo)。所以,在集裝箱碼頭設(shè)備配置優(yōu)化時(shí),首先要滿足橋吊合理的利用率。采用估算均值法分別計(jì)算不同橋吊、集卡、龍門吊配比下的系統(tǒng)性能指標(biāo),滿足橋吊利用率的最小龍門吊和集卡配比即為集裝箱碼頭的最優(yōu)設(shè)備配比[3]。最優(yōu)設(shè)備配比的計(jì)算流程如下:
1) 賦初值C1=1,C3=1;
2) 根據(jù)式(2)計(jì)算閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)相對(duì)達(dá)率;
3) 令H為集卡臺(tái)數(shù),采用估算均值分析法計(jì)算h從1~H的閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能指標(biāo);
4) 在C1和C3的變化范圍內(nèi),依次改變。C1和C3的值,計(jì)算不同橋吊、集卡和龍門吊比例下系統(tǒng)性能指標(biāo);
5) 根據(jù)橋吊節(jié)點(diǎn)、龍門吊節(jié)點(diǎn)利用率,按照集裝箱碼頭設(shè)備配置優(yōu)化目標(biāo),求解最優(yōu)的橋吊、集卡和龍門吊配比。
萬州港江南集裝箱碼頭主要技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 萬州港江南集裝箱碼頭主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)江南集裝箱碼頭主要技術(shù)參數(shù)可以得到閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中橋吊、集卡和龍門吊節(jié)點(diǎn)的平均服務(wù)率為:
(μ1μ2μ3)=(0.244 5 0.693 9 0.343 3)
各節(jié)點(diǎn)服務(wù)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差為
(σ1σ2σ3)=(101.430 0 25.882 0 93.004 0)
顧客轉(zhuǎn)移概率為:r21=0.54,r23=0.46
橋吊臺(tái)數(shù)為1;集卡的變化范圍為1~6;龍門吊的變化范圍為1~4。
將上述已知條件輸入到以MTALab軟件編程建立的閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)集裝箱碼頭設(shè)備優(yōu)化仿真模型中,結(jié)果見表2。
表2 橋吊、龍門吊計(jì)算仿真結(jié)果
續(xù)表2
從表2可以看出,橋吊利用率大于0.900 0的最小橋吊、集卡和龍門吊配置是(1,3,1),在橋吊為1臺(tái),集卡為3臺(tái),龍門吊為1臺(tái)的情況下,橋吊和龍門吊節(jié)點(diǎn)的利用率分別為0.941 7和0.572 1。由此可以得出在此閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,1個(gè)橋吊配置3臺(tái)集卡,1臺(tái)龍門吊可以使系統(tǒng)中某一個(gè)橋吊的利用率達(dá)到設(shè)計(jì)要求,并且使得設(shè)備配置最優(yōu),以節(jié)約裝卸設(shè)備配置費(fèi)用。
裝卸設(shè)備的優(yōu)化配置是集裝箱碼頭作業(yè)的核心內(nèi)容之一,是影響碼頭作業(yè)效率的關(guān)鍵因素[4]。通過對(duì)萬州港江南集裝箱碼頭的設(shè)備配置進(jìn)行分析,經(jīng)過合理的簡(jiǎn)化建立了閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型,從系統(tǒng)的角度研究了集裝箱碼頭裝卸設(shè)備的優(yōu)化配置問題,并運(yùn)用MATLab仿真技術(shù),計(jì)算得出了橋吊、龍門吊、集卡的合理配比結(jié)果,達(dá)到了最大限度的利用現(xiàn)有資源的目的。本文研究成果在萬州港江南集裝箱碼頭取得良好的實(shí)際效果,具有一定的推廣價(jià)值。
[1] 張新艷,張 煜,王少梅,等.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的港口集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)仿真建模技術(shù)[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程版,2001,25(4):470-473.
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