物流系統(tǒng)仿真技術(shù)在集裝箱碼頭管理中的應(yīng)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(shù)作為一種實用的決策工具，廣泛應(yīng)用于運輸調(diào)度、碼頭運營、庫存管理、集配規(guī)劃設(shè)計，在集裝箱碼頭運營管理和方案調(diào)整優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用。

1系統(tǒng)仿真技術(shù)的價值和特點

1.1系統(tǒng)仿真技術(shù)的實用價值

系統(tǒng)仿真技術(shù)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(jié)果并做出決策的綜合性實驗學(xué)科。[1]系統(tǒng)仿真一般是在技術(shù)條件有限的情況下或從人身和設(shè)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(jié)果。系統(tǒng)仿真技術(shù)因其成本低、效率高、測試結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于管理和決策領(lǐng)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(shù)的特點

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

2物流系統(tǒng)仿真的目標(biāo)、方法和步驟

2.1物流系統(tǒng)模擬目標(biāo)

物流系統(tǒng)仿真廣泛應(yīng)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(yīng)鏈系統(tǒng)和港口物流領(lǐng)域。[2]物流系統(tǒng)仿真的目標(biāo)是利用仿真技術(shù)輔助規(guī)劃設(shè)計、運營管理、綜合指標(biāo)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(shè)備、物料、運輸工具、人員、裝卸機械、倉儲設(shè)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(fù)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(jié)果中推導(dǎo)出來。物流系統(tǒng)仿真可以解決復(fù)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(jié)果只能直觀地描述問題，只有將仿真技術(shù)與優(yōu)化算法相結(jié)合，才能實現(xiàn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。

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(diào)度機制。模擬的基本步驟如下：首先確定模擬目標(biāo)，明確需要解決的問題;第二步，進行系統(tǒng)調(diào)研，繪制整體流程，總結(jié)建模參數(shù)，為數(shù)據(jù)模型的建立做準(zhǔn)備;第三步是建立數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建流程圖，包括臨時實體到達模型、永久實體服務(wù)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(diào)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(zhǔn)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(yīng);第八步是分析仿真結(jié)果，通過增加仿真次數(shù)獲得最終滿意的結(jié)果。第九步是輸出仿真結(jié)果，可以分為實時在線輸出和仿真結(jié)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(shù)在集裝箱碼頭管理中的應(yīng)用

物流系統(tǒng)是一個多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜運作系統(tǒng)，其整體優(yōu)化是一個綜合、復(fù)雜的工程。近年來，在現(xiàn)代物流研究領(lǐng)域，如運輸網(wǎng)絡(luò)布局、物流園區(qū)規(guī)劃、供應(yīng)鏈管理控制等。通過計算機仿真技術(shù)為物流決策管理服務(wù)的效果顯著。[4]碼頭集裝箱物流系統(tǒng)涉及到很多復(fù)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(shù)分析各種運輸管理指標(biāo)，可以為集裝箱碼頭調(diào)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(gòu)成

碼頭集裝箱物流系統(tǒng)設(shè)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(fù)雜，相互關(guān)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(diào)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(nèi)部和外部部門之間的多環(huán)節(jié)、多作業(yè)、高度協(xié)調(diào)，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(shè)計與應(yīng)用

建立完整的系統(tǒng)設(shè)計、運行和檢查方法，系統(tǒng)地布局模型設(shè)計和設(shè)備建模，在建模的基礎(chǔ)上進行仿真操作，并分析輸出結(jié)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(shè)計和運行按照以下原則設(shè)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(jié)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(zhuǎn)運車將集裝箱轉(zhuǎn)運到相關(guān)地點;在堆場的作業(yè)區(qū)，通過轉(zhuǎn)運車將集裝箱運輸?shù)骄彺鎱^(qū)，然后通過提升設(shè)備將集裝箱放置到預(yù)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(shè)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(jié)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(guān)部門調(diào)整運輸車的配置;調(diào)度員的模擬結(jié)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(guān)部門調(diào)整船舶裝卸方案，提高泊位利用率;堆場的模擬結(jié)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(diào)度部門調(diào)整箱區(qū)分配。

4結(jié)束語

隨著集裝箱碼頭生產(chǎn)規(guī)模的擴大和業(yè)務(wù)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(fù)雜，僅靠人力和經(jīng)驗難以實現(xiàn)港口生產(chǎn)調(diào)度決策。在此背景下，利用物流系統(tǒng)仿真技術(shù)輔助港口生產(chǎn)調(diào)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(xué)報，2007，19（7）：1411-1416.

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