港口集装箱物流系统建模与仿真技术研究-教学平台课件.ppt

1、系统建模与仿真技术在港口物流系统中的应用v 1.1.港口物流系统暨装卸工艺系统概述港口物流系统暨装卸工艺系统概述v 2.2.系统仿真技术简介系统仿真技术简介v 3.3.集装箱码头物流系统的仿真建模技术集装箱码头物流系统的仿真建模技术 v 4.4.干散货码头物流系统的仿真建模技术干散货码头物流系统的仿真建模技术v 5.5.杂货码头物流系统的仿真建模技术杂货码头物流系统的仿真建模技术v 6.6.基于元胞自动机的临港物流企业群发展研究基于元胞自动机的临港物流企业群发展研究v 7.7.系统仿真技术在港口规划设计中的应用案例系统仿真技术在港口规划设计中的应用案例v 8.8.虚拟现实技术在港口职业及安全培

2、训中的应用虚拟现实技术在港口职业及安全培训中的应用 1.1.港口物流系统暨装卸工艺系统概述港口物流系统暨装卸工艺系统概述港口物流系统类别：港口物流系统类别：前方生产码头前方生产码头:集装箱码头集装箱码头、干散货专业码头、件、干散货专业码头、件杂货码头、散杂货码头、油品码头、杂货码头、散杂货码头、油品码头、后方物流企业后方物流企业:运输运输、船代、货代、储运、包装、船代、货代、储运、包装、拆装箱、拆装箱、后方临港的加工企业生产制造物流后方临港的加工企业生产制造物流1.1 1.1 集装箱码头物流系统硬件与软件集装箱码头物流系统硬件与软件 主要设施设备主要设施设备:泊位泊位、堆场、机械设备、水平运输

3、、堆场、机械设备、水平运输车辆、闸口、控制塔、路网结构、车辆、闸口、控制塔、路网结构、岸边集装箱起重机、岸边集装箱起重机、集装箱拖挂车、堆场轮胎龙门起重机集装箱拖挂车、堆场轮胎龙门起重机、轨道龙门起重机、轨道龙门起重机 港口装卸的生产管理系统港口装卸的生产管理系统:各类作业计划、调各类作业计划、调度安排等度安排等,以船舶计划的执行为核心以船舶计划的执行为核心!集装箱码头常见的装卸工艺系统集装箱码头常见的装卸工艺系统:1)1)岸桥岸桥-集装箱卡车集装箱卡车-轮胎龙门起重机轮胎龙门起重机2)2)岸桥岸桥-集装箱卡车集装箱卡车-轨道龙门起重机轨道龙门起重机3)3)岸桥岸桥-集装箱卡车集装箱卡车-空箱

4、堆高机空箱堆高机(空箱堆场空箱堆场)4)4)岸桥岸桥-集装箱卡车集装箱卡车-正面吊正面吊(特种箱堆场特种箱堆场)5)5)岸桥岸桥-跨运车跨运车6)6)岸桥岸桥-拖挂车与底盘车拖挂车与底盘车7)AGV7)AGV小车式全自动集装箱码头小车式全自动集装箱码头8)8)生产线式全自动集装箱码头生产线式全自动集装箱码头集装箱码头的基本组成集装箱码头的基本组成1.2 1.2 散货码头物流系统散货码头物流系统的的硬件与软件硬件与软件v主要设施主要设施:铁路、泊位、翻车机房、散货堆场铁路、泊位、翻车机房、散货堆场和转接塔、装车机房以及其他辅助设施等和转接塔、装车机房以及其他辅助设施等.v主要机械设备主要机械设备

5、:堆料机、取料机、堆取料机、堆料机、取料机、堆取料机、翻车机、皮带输送机、装船机、装车机、卸车翻车机、皮带输送机、装船机、装车机、卸车机、抓斗卸船机等机、抓斗卸船机等.v码头装卸生产管理系统码头装卸生产管理系统:各类作业计划、调度各类作业计划、调度安排安排,以船舶计划的执行为核心以船舶计划的执行为核心!v散货散货码头主要工艺流程码头主要工艺流程:1)1)散货码头的卸车进场作业流程散货码头的卸车进场作业流程2)2)散货码头的卸车装船作业流程散货码头的卸车装船作业流程3)3)散货码头的卸船进场作业流程散货码头的卸船进场作业流程4)4)散货码头的卸船装车作业流程散货码头的卸船装车作业流程5)5)散货

6、码头的卸船装船作业流程散货码头的卸船装船作业流程6)6)散货码头的出场装船作业流程散货码头的出场装船作业流程7)7)散货码头的出场装车作业流程散货码头的出场装车作业流程散货散货(煤炭煤炭)出口码头的基本组成出口码头的基本组成散货(煤炭)码头的翻车机散货(煤炭)码头的堆取料机散货(煤炭)码头的装船机1 13 3 杂货码头物流系统杂货码头物流系统的硬件与软件的硬件与软件 v 主要设施主要设施:铁路、泊位、仓库、堆场、大门铁路、泊位、仓库、堆场、大门v 机械设备机械设备:门座起重机、拖车、平板车、叉车、门座起重机、拖车、平板车、叉车、轮胎起重机、汽车起重机轮胎起重机、汽车起重机v 港口物流的生产管理

7、港口物流的生产管理:各类作业计划、调度安排各类作业计划、调度安排,以船舶计划的执行为核心以船舶计划的执行为核心!v港口装卸生产的环境影响港口装卸生产的环境影响:天气、潮汛与航道等天气、潮汛与航道等v影响港口装卸生产的不确定因素影响港口装卸生产的不确定因素:船舶到港时间、船舶到港时间、装卸作业的时间、车辆到港时间、货物堆存时装卸作业的时间、车辆到港时间、货物堆存时间、间、(装卸作业的时间又由多个环节组成装卸作业的时间又由多个环节组成)v港口装卸生产可以不断调节、不断适应新的要求港口装卸生产可以不断调节、不断适应新的要求v港口装卸生产有许多人为的因素或管理规则港口装卸生产有许多人为的因素或管理规则

8、v港口是一个工程系统港口是一个工程系统,是一个复杂的工程大系统是一个复杂的工程大系统 (随机因素多、关联复杂、非线性、环境影响大、随机因素多、关联复杂、非线性、环境影响大、)1 14 4 复杂的港口物流系统复杂的港口物流系统 v以系统的思想观察港口物流系统以系统的思想观察港口物流系统v以系统的方法分析港口物流系统以系统的方法分析港口物流系统v港口物流系统的港口物流系统的多输入与多输出多输入与多输出:船舶、车辆、船舶、车辆、各类货物各类货物v港口物流系统的环境港口物流系统的环境v港口物流系统的港口物流系统的动力源动力源:船舶船舶(计划计划)的驱动的驱动v港口物流系统的有港口物流系统的有自适应性自

9、适应性,可以不断演化可以不断演化v系统的方法分析解决港口的问题系统的方法分析解决港口的问题v系统分析方法系统分析方法:数学规划法、统筹法、系统优化法、数学规划法、统筹法、系统优化法、系统仿真技术等系统仿真技术等 v复杂工程系统分析的最有效方法复杂工程系统分析的最有效方法:系统建模与仿真系统建模与仿真技术技术2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础2.1 2.1 系统、模型与仿真系统、模型与仿真2.2 2.2 系统仿真的类型系统仿真的类型2.3 2.3 仿真模型建模的一般步骤仿真模型建模的一般步骤2.4 2.4 物流系统仿真软件物流系统仿真软件2.5 2.5 离散事件系统仿真的几个基本概念离散事件

10、系统仿真的几个基本概念2.6 2.6 离散事件系统仿真的关键随机事件离散事件系统仿真的关键随机事件2.7 2.7 离散事件系统仿真的统计参数离散事件系统仿真的统计参数2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础2.1 2.1 系统、模型与仿真系统、模型与仿真 系统是研究的对象，模型是系统的抽象，系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目的。的。系统三个要素系统三个要素:实体、属性、活动。实体、属性、活动。系统仿真的三个基本活动：系统建模、仿系统仿真的三个基本活动：系统建模、仿真建模和仿真试验。真建模和仿真试验。2 2系统仿真技

11、术基础系统仿真技术基础 系统仿真的三个基本活动系统仿真的三个基本活动2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 2.2 2.2 系统仿真的类型系统仿真的类型 根据系统模型的特性分根据系统模型的特性分:(1)(1)连续系统仿真连续系统仿真 连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统。连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统。一般用常微分方程或偏微分方程描述。一般用常微分方程或偏微分方程描述。机械系统的动力学、运动学问题。机械系统的动力学、运动学问题。控制系统的信号传递、变化、系统组成等控制系统的信号传递、变化、系统组成等问题。问题。2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (2)(2)离散事件系统仿真离

12、散事件系统仿真 离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。基于系统的模型，可分析系统的生离散变化的系统。基于系统的模型，可分析系统的行为性能及其与系统结构和参数的关系，研究系统的行为性能及其与系统结构和参数的关系，研究系统的控制和优化。控制和优化。港口装卸工艺系统是离散事件系统。港口装卸工艺系统是离散事件系统。制造企业的车间、生产线等是离散事件系统。制造企业的车间、生产线等是离散事件系统。物流企业的配送中心、仓库是离散事件系统。物流企业的配送中心、仓库是离散事件系统。基础理论：不确定性数学理论、系统逻辑框图等。基础理论：不确定性数

13、学理论、系统逻辑框图等。2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (3)(3)虚拟现实虚拟现实 虚拟现实（虚拟现实（virtual virtual reality,VRreality,VR）是一种可以创）是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟环境是由计算建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟环境是由计算机和电子技术生成的。通过视、听、触觉等作用于用机和电子技术生成的。通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境的感觉。户，使之产生身临其境的感觉。集装箱起重机安全操作训练仿真器集装箱起重机安全操作训练仿真器 桥式抓斗卸船机安全操作训练仿真器桥式抓斗卸船机安全操作训练仿真器 门座起重机安全操作

14、训练仿真器门座起重机安全操作训练仿真器 集装箱卡车安全操作训练仿真器集装箱卡车安全操作训练仿真器2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础2.3 2.3 仿真模型建模的一般步骤仿真模型建模的一般步骤v第一步要针对实际系统，明确建模目的，做好第一步要针对实际系统，明确建模目的，做好问题抽象和简化，建立系统概念模型。问题抽象和简化，建立系统概念模型。v第二步建立仿真模型。第二步建立仿真模型。v第三步模型调试与检验。第三步模型调试与检验。v第四步模型试验，这是实实在在的仿真活动。第四步模型试验，这是实实在在的仿真活动。v第五步仿真输出数据分析。第五步仿真输出数据分析。实际的仿真时，上述步骤往往需要多次反

15、实际的仿真时，上述步骤往往需要多次反复。复。2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础2.4 2.4 物流系统仿真软件物流系统仿真软件v Witness、Arena、AutoMod、Extend、Flexsim、eM-Plant2.5 2.5 离散事件系统仿真的几个基本概念离散事件系统仿真的几个基本概念 实体、属性、状态、事件、实体、属性、状态、事件、活动、进程、队列、仿真钟活动、进程、队列、仿真钟 2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (1)(1)实体实体 系统的组成成分，即系统的构成，描述系统的三个系统的组成成分，即系统的构成，描述系统的三个基本要素之一。基本要素之一。永久实体永久实体:永久

16、驻留在系统中的实体永久驻留在系统中的实体 临时实体临时实体:按一定规律不断地到达按一定规律不断地到达(产生产生)，在永久实，在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态过程。态过程。码头的设备、设施是码头物流系统的永久实体；码头的设备、设施是码头物流系统的永久实体；到港的船舶、火车、集疏运卡车、货物是码头物流到港的船舶、火车、集疏运卡车、货物是码头物流系统的临时实体；系统的临时实体；2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (2)(2)属性属性 属性是实体特征的描述变量。属性是实体特征的描述变量。比如：尺寸是集装箱的属性；起重量、工作

17、速度是比如：尺寸是集装箱的属性；起重量、工作速度是起重机的属性；停靠船舶的最大吨位是泊位的属性；起重机的属性；停靠船舶的最大吨位是泊位的属性；(3)(3)事件事件 事件就是引起系统状态发生变化的行为。事件是离事件就是引起系统状态发生变化的行为。事件是离散事件系统的最重要概念之一。事件的发生是在离散的散事件系统的最重要概念之一。事件的发生是在离散的时间点上。时间点上。船舶靠泊是一个事件，离开也是一个事件；集疏运船舶靠泊是一个事件，离开也是一个事件；集疏运车辆到达码头是一个事件，离开也是一个事件；车辆到达码头是一个事件，离开也是一个事件；港口物流系统是由事件来驱动的港口物流系统是由事件来驱动的!2

18、 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (4)(4)状态状态 在任意时刻，系统中实体、属性、活动的信息总和。在任意时刻，系统中实体、属性、活动的信息总和。比如：码头泊位上有正在进行装船的比如：码头泊位上有正在进行装船的2 2万吨级的船舶，万吨级的船舶，这就是该泊位的状态。这就是该泊位的状态。(5)(5)活动活动 活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。程，它标志着系统状态的转移。船舶到港（事件）船舶到港（事件）排队（活动）排队（活动）船舶靠泊船舶靠泊（事件）（事件）装卸货物（活动）装卸货物（活动）船舶离泊。船舶离泊。送货

19、车辆到达目的地（事件）送货车辆到达目的地（事件）等待（活动）等待（活动）起重机卸货（活动）起重机卸货（活动）车辆离开车辆离开2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 (6)(6)进程进程 进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，一个进程进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，一个进程描叙了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。描叙了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。(7)(7)队列队列 处于等待状态的实体序列称为队列。处于等待状态的实体序列称为队列。(8)(8)仿真钟仿真钟 用于表示仿真时间的变化。用于表示仿真时间的变化。超实时仿真：港口装卸系统超实时仿真：港口装卸系统

20、实时仿真：起重机模拟训练实时仿真：起重机模拟训练 亚实时仿真：病毒繁殖、爆炸过程亚实时仿真：病毒繁殖、爆炸过程 2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 事件活动进程三者之间的关系图事件活动进程三者之间的关系图 2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 2.6 2.6 离散事件系统仿真的关键随机事件离散事件系统仿真的关键随机事件 (1)(1)实体（顾客）到达模式实体（顾客）到达模式 实体到达模式一般用到达时间间隔来描述。随机性到实体到达模式一般用到达时间间隔来描述。随机性到达过程一般是泊松过程达过程一般是泊松过程,即到达时间间隔服从负指数分即到达时间间隔服从负指数分布。布。顾客是广义的，船舶、车辆

21、都是顾客；顾客是广义的，船舶、车辆都是顾客；(2)(2)顾客服务模式顾客服务模式 为顾客服务的时间采用服务时间的概率分布来描述。为顾客服务的时间采用服务时间的概率分布来描述。2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 2.7 2.7 离散事件系统仿真的常用统计参数离散事件系统仿真的常用统计参数 (1)(1)顾客平均等待时间顾客平均等待时间 (2)(2)顾客平均滞留时间顾客平均滞留时间 (3)(3)顾客平均排队长度顾客平均排队长度 (4)(4)系统中顾客平均数系统中顾客平均数 (5)(5)服务台的利用率服务台的利用率2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础 港口航道系统仿真模型港口航道系统仿真模型 有

22、一海港有一海港,船舶到达后船舶到达后,经过锚地、航道、内港池经过锚地、航道、内港池,然后然后靠泊靠泊,完成装卸任务完成装卸任务.航道需要等待潮水达到一定水位才能通航航道需要等待潮水达到一定水位才能通航,船舶可在船舶可在锚地及内港池等待锚地及内港池等待,内港池等待船舶数量有限制内港池等待船舶数量有限制.船舶按一定的随机分布的时间规律到达港口船舶按一定的随机分布的时间规律到达港口.分析的问题：分析的问题：(1)(1)不同装卸设备配置下不同装卸设备配置下,评价船舶服务质量评价船舶服务质量;(2)(2)内港池大小对船舶服务质量的影响内港池大小对船舶服务质量的影响.2 2系统仿真技术基础系统仿真技术基础

23、解决方法解决方法:根据资料和分析目的建立仿真模型根据资料和分析目的建立仿真模型.航道平面布置图、通航能力（时间、单向或双向）；航道平面布置图、通航能力（时间、单向或双向）；内港池能停泊的最多船舶数量；内港池能停泊的最多船舶数量；锚地能停泊的最多船舶数量；锚地能停泊的最多船舶数量；码头平面布置图；码头平面布置图；码头装卸设备的数量、技术参数、装卸船舶的作业能力；码头装卸设备的数量、技术参数、装卸船舶的作业能力；根据系统工作流程编写仿真程序模块。根据系统工作流程编写仿真程序模块。witnesswitness仿真软件平台上完成模型。仿真软件平台上完成模型。统计参数：船舶等待时间、泊位利用率统计参数：

24、船舶等待时间、泊位利用率港口物流系统仿真模型的主要用途港口物流系统仿真模型的主要用途:v（1 1）分析比较码头规划设计平面布局的多种方案，推）分析比较码头规划设计平面布局的多种方案，推荐较优的选择；荐较优的选择；v（2 2）分析比较规划设计中的码头装卸工艺方案，推荐）分析比较规划设计中的码头装卸工艺方案，推荐较优的选择；较优的选择；v（3 3）分析码头交通流，识别交通瓶颈；）分析码头交通流，识别交通瓶颈；v（4 4）建立码头集装箱吞吐量的增长与码头设备配置的）建立码头集装箱吞吐量的增长与码头设备配置的动态关系；动态关系；v（5 5）分析在一定的基础设施和机械配置下，码头可达）分析在一定的基础设

25、施和机械配置下，码头可达到的极限吞吐量；到的极限吞吐量；v（6 6）分析装卸设备的调度策略对码头生产的影响，寻）分析装卸设备的调度策略对码头生产的影响，寻求最优调度策略；求最优调度策略；v（7 7）预演码头生产作业计划，优化作业安排；）预演码头生产作业计划，优化作业安排；v（8 8）回放码头已完成的装卸生产过程，分析存在的问）回放码头已完成的装卸生产过程，分析存在的问题；题；v（9 9）分析堆场管理策略，研究不同策略对码头装卸效）分析堆场管理策略，研究不同策略对码头装卸效率的影响；率的影响；v（1010）分析码头货物堆存期的不确定性对码头通过能）分析码头货物堆存期的不确定性对码头通过能力的影响

26、；力的影响；3.3.集装箱码头物流系统的仿真建模集装箱码头物流系统的仿真建模3.1 3.1 集装箱码头物流系统的基本组成与复合模型集装箱码头物流系统的基本组成与复合模型 根据物流功能，分为如下子系统：泊位系统、装根据物流功能，分为如下子系统：泊位系统、装船系统、卸船系统、集箱系统、疏箱系统、道路交船系统、卸船系统、集箱系统、疏箱系统、道路交通系统、堆场系统、闸口系统、装卸作业调度控制通系统、堆场系统、闸口系统、装卸作业调度控制系统。系统。系统输入与输出边界：海域边界、陆域边界、信系统输入与输出边界：海域边界、陆域边界、信息边界。信息边界是指码头通过息边界。信息边界是指码头通过InternetI

27、nternet、传真或传真或EDIEDI专线与外界联系，输入船舶计划。专线与外界联系，输入船舶计划。系统的动态实体：各类作业计划、船舶、车辆、系统的动态实体：各类作业计划、船舶、车辆、装卸设备、集装箱等。装卸设备、集装箱等。建立复合模型的基本步骤：建立复合模型的基本步骤：建立整个码头系统装卸流程模型；建立整个码头系统装卸流程模型；建立码头系统道路交通模型；建立码头系统道路交通模型；建立计算机仿真模型。建立计算机仿真模型。3.2 3.2 集装箱码头物流系统的流程模型集装箱码头物流系统的流程模型 内容包括内容包括:层次模型、对象模型、动态模型和变迁层次模型、对象模型、动态模型和变迁事件表。事件表。

28、佩特里网佩特里网(Petri Net)Petri Net)，简称简称PNPN，是一种以图形形式是一种以图形形式研究系统组织结构和动态特性的理论，它的主要特性包研究系统组织结构和动态特性的理论，它的主要特性包括：并行、异步、不确定性和分布描述能力和分析能力。括：并行、异步、不确定性和分布描述能力和分析能力。它是建立码头物流流程概念模型的较好方法。它是建立码头物流流程概念模型的较好方法。集装箱码头物流系统层次模型集装箱码头物流系统层次模型 集装箱码头物流系统层对象模型集装箱码头物流系统层对象模型集装箱码头装卸系统层动态流程模型集装箱码头装卸系统层动态流程模型库所的定义：库所的定义：P P表示系统的

29、库所。如：表示系统的库所。如：P0P0：集装箱船舶到港停泊；：集装箱船舶到港停泊；P1P1：计算机系统空闲；：计算机系统空闲；P2P2：计算机系统工作；：计算机系统工作；P3P3：集：集箱系统空闲；箱系统空闲；P13 P13：进口箱位空闲。位置：进口箱位空闲。位置P13P13内的内的托肯数表示进口堆场内的空闲箱位数；托肯数表示进口堆场内的空闲箱位数；P14P14：进口箱位：进口箱位占用；占用；P15P15：集装箱船舶离泊；：集装箱船舶离泊；P16P16：船舶计划到达等。：船舶计划到达等。变迁的定义变迁的定义：表示事件的变迁。如：表示事件的变迁。如：T0T0：船舶计划进入计算机。：船舶计划进入计

30、算机。信息含有：到船日期、进出口箱量、种类、船图等；信息含有：到船日期、进出口箱量、种类、船图等；T1T1：计算机发出集箱指令，出口区划出堆箱区域，进：计算机发出集箱指令，出口区划出堆箱区域，进口区划出堆箱区域，集箱作业开始；口区划出堆箱区域，集箱作业开始；T2T2：集箱作业结：集箱作业结束，出口区堆箱区占用，返回计算机指令；束，出口区堆箱区占用，返回计算机指令；T8 T8：提箱申请提交计算机中心；提箱申请提交计算机中心；T9T9：提箱工作开始；：提箱工作开始；T10T10：提箱结束提箱结束(一个完整的船舶服务结束）。一个完整的船舶服务结束）。3.3 3.3 集装箱码头物流系统的道路交通模型集

31、装箱码头物流系统的道路交通模型v码头是一个执行装卸生产任务的场所，码头码头是一个执行装卸生产任务的场所，码头车辆是根据作业计划的要求，按一定的路径车辆是根据作业计划的要求，按一定的路径行驶，到达装卸点完成装卸任务。行驶，到达装卸点完成装卸任务。v码头的道路交通模型以码头装卸生产物流过码头的道路交通模型以码头装卸生产物流过程为目的来建立。程为目的来建立。v码头的道路交通模型码头的道路交通模型 路段、交叉路口、车辆模型、状况评价参路段、交叉路口、车辆模型、状况评价参数数 （1 1）路段：）路段：集装箱码头堆场一般被划分成多个长方形场地，集装箱码头堆场一般被划分成多个长方形场地，装卸车道与主干道形成

32、交叉，把干道分成许多路段，装卸车道与主干道形成交叉，把干道分成许多路段，形成路网。形成路网。集装箱码头交通路网模型以路段为单元建立。集装箱码头交通路网模型以路段为单元建立。路段由长度、最高限速、输出路径、装卸点等属性路段由长度、最高限速、输出路径、装卸点等属性参量描述。参量描述。路段分为一般行驶路段和装卸路段；路段分为一般行驶路段和装卸路段；比如：岸桥、场桥下面的车道就是装卸路段；比如：岸桥、场桥下面的车道就是装卸路段；（2 2）交叉路口：）交叉路口：码头的交通路口模型是车辆安全行驶模码头的交通路口模型是车辆安全行驶模型，即模型不考虑车辆碰撞问题，先到先行，型，即模型不考虑车辆碰撞问题，先到先

33、行，互相避让。互相避让。在模型中，把交叉路口的中间路段定为在模型中，把交叉路口的中间路段定为冲突区，在行车方向出现冲突时，后到路口冲突区，在行车方向出现冲突时，后到路口的车流需要等待先进入冲突区的车辆完全通的车流需要等待先进入冲突区的车辆完全通过后才能通过。过后才能通过。（3 3）车辆模型：）车辆模型：车辆模型以车辆起、制动时间、空载行车辆模型以车辆起、制动时间、空载行驶速度、满载行驶速度等属性参量描述。它驶速度、满载行驶速度等属性参量描述。它根据自己装卸任务的目的在码头路网上行驶。根据自己装卸任务的目的在码头路网上行驶。车辆主要分为完成装卸船任务的码头内部车车辆主要分为完成装卸船任务的码头内

34、部车辆和进行集疏运集装箱的外部车辆。辆和进行集疏运集装箱的外部车辆。（4 4）码头道路交通状况评价参数：）码头道路交通状况评价参数：主要截面的流量、车辆速度、密集度、主要截面的流量、车辆速度、密集度、车辆在堆场滞留时间、车辆在码头前沿滞留车辆在堆场滞留时间、车辆在码头前沿滞留时间等。时间等。集装箱码头道路交通模型路段划分集装箱码头道路交通模型路段划分集装箱码头物流系统仿真模块的基本组成集装箱码头物流系统仿真模块的基本组成 （1 1）码头布置模块）码头布置模块（2 2）船舶产生模块）船舶产生模块（3 3）集装箱产生模块）集装箱产生模块（4 4）交通布置及管理模块）交通布置及管理模块（5 5）码头

35、前沿装卸模块）码头前沿装卸模块（6 6）堆场作业模块）堆场作业模块（7 7）进出口大门模块）进出口大门模块（8 8）集疏运模块）集疏运模块（9 9）码头作业计划制定模块）码头作业计划制定模块（1010）性能参数统计模块）性能参数统计模块（1111）初始场景产生模块）初始场景产生模块4.4.干散货码头物流系统的仿真建模干散货码头物流系统的仿真建模4 41 1 干散货码头物流系统逻辑模型干散货码头物流系统逻辑模型 描述干散货物流流程的逻辑模型描述干散货物流流程的逻辑模型 (1)(1)干散货码头工艺系统的层次模型干散货码头工艺系统的层次模型 (2)(2)干散货码头工艺系统的对象模型干散货码头工艺系统

36、的对象模型 (3)(3)干散货码头工艺系统的动态模型干散货码头工艺系统的动态模型 干散货码头工艺系统的层次模型干散货码头工艺系统的层次模型散货码头物流系统计算机控制系统卸车系统 进场系统 堆场系统出场系统装船系统泊位系统翻车机集港皮带机火车集港皮带机散货堆场装卸设备出场皮带机 装船机装船皮带机 泊位锚地出入港航道卸料机转接塔转接塔干散货码头工艺系统的对象模型干散货码头工艺系统的对象模型 散货码头物流系统计算机控制系统卸车系统进场系统堆场系统出场系统装船系统泊位系统L11P12工作L12P1等待P7空闲P2工作P16空闲L13P8空闲P3工作L14P9空闲P4占用L15P11空闲P5工作L16P

37、10空闲P6工作L17P13空闲P14占用P15等待L1 干散货煤炭码头工艺系统的动态模型干散货煤炭码头工艺系统的动态模型 库所的定义：库所的定义：P1P1进港火车等待进港火车等待;P2;P2卸车系统工作卸车系统工作;P3;P3进场系统进场系统工作工作;P4;P4堆场占用堆场占用;P5;P5出场系统工作出场系统工作;P6;P6装船系统工装船系统工作作;P7;P7卸车系统空闲卸车系统空闲;P8;P8进场系统空闲进场系统空闲;P9;P9堆场空闲堆场空闲;P10P10装船系统空闲装船系统空闲;P11;P11出场系统空闲出场系统空闲;P12;P12信息控制系信息控制系统统;P13;P13泊位占用泊位占

38、用;P14;P14泊位空闲泊位空闲;P15;P15船舶在锚地等待船舶在锚地等待;P16P16卸车作业线空闲卸车作业线空闲 变迁的定义：变迁的定义：T1T1火车到达火车到达;T2;T2卸车开始卸车开始;T3;T3进场开始进场开始;T4;T4进场进场结束结束;T5;T5出场开始出场开始;T6;T6出场结束出场结束;T7;T7装船结束装船结束;T8;T8直直装流程开始装流程开始;T9;T9船舶靠泊船舶靠泊;T10;T10船舶到达船舶到达4.4.干散货码头物流系统的仿真建模干散货码头物流系统的仿真建模4 42 2 干散货码头堆场模型干散货码头堆场模型 货物堆放分客户、分品种货物堆放分客户、分品种 垛位

39、的大小是动态变化的垛位的大小是动态变化的 网格化的堆场描述方法：网格化的堆场描述方法：就是将码头堆场细分为连续的、容量相就是将码头堆场细分为连续的、容量相同的小矩形网格。同的小矩形网格。4.4.干散货码头物流系统的仿真建模干散货码头物流系统的仿真建模32干散货出口码头物流系统仿真模型 4 43 3 仿真模型的主要模块仿真模型的主要模块:流程管理模块、堆场调度作业模块、设备控流程管理模块、堆场调度作业模块、设备控制管理模块、货种管理模块、集港平台模块、装制管理模块、货种管理模块、集港平台模块、装船平台模块、参数统计模块船平台模块、参数统计模块 5.5.杂货码头物流系统的仿真建模杂货码头物流系统的

40、仿真建模 杂货码头是港口最复杂、不确定性因杂货码头是港口最复杂、不确定性因素最多的一个物流系统。素最多的一个物流系统。过去，国内外还没有工程技术人员对过去，国内外还没有工程技术人员对它进行完整的系统建模与仿真分析的研究，它进行完整的系统建模与仿真分析的研究，建模难度大。建模难度大。5.5.杂货码头物流系统的仿真建模杂货码头物流系统的仿真建模 因此，针对杂货码头货种多及装卸过程的复杂因此，针对杂货码头货种多及装卸过程的复杂性，从杂货装卸运输的特性入手，依据货物的种类，性，从杂货装卸运输的特性入手，依据货物的种类，对杂货的重量、体积进行装卸特性的分类统计，获对杂货的重量、体积进行装卸特性的分类统计

41、，获得不同货物的装卸运输特性，基于获得的不同杂货得不同货物的装卸运输特性，基于获得的不同杂货装卸特性的分布变量，建立杂货码头物流系统仿真装卸特性的分布变量，建立杂货码头物流系统仿真模型。模型。针对某一个货种，建立仿真模型。比如：钢铁针对某一个货种，建立仿真模型。比如：钢铁5.5.杂货码头物流系统的仿真建模杂货码头物流系统的仿真建模(1)(1)杂货码头物流杂货码头物流(装卸装卸)系统逻辑模型系统逻辑模型(2)(2)杂货码头工艺系统的层次模型杂货码头工艺系统的层次模型(3)(3)杂货码头工艺系统的对象模型杂货码头工艺系统的对象模型(4)(4)杂货码头工艺系统的动态模型杂货码头工艺系统的动态模型 6

42、.6.基于元胞自动机的临港物流企业群发展研究基于元胞自动机的临港物流企业群发展研究 我国大型港口的临港区域，一般都存在着我国大型港口的临港区域，一般都存在着成百上千家不同类型的物流企业，承担着不同成百上千家不同类型的物流企业，承担着不同货类的物流业务，形成了庞大的物流企业群，货类的物流业务，形成了庞大的物流企业群，构成了以个体物流企业为单元的群体类型的复构成了以个体物流企业为单元的群体类型的复杂系统。杂系统。港口环境和腹地经济发展与物流企业的生存港口环境和腹地经济发展与物流企业的生存有没有关系？港口环境对临港企业的发展有没有制有没有关系？港口环境对临港企业的发展有没有制约？临港物流企业群内部是

43、如何实现自组织发展的？约？临港物流企业群内部是如何实现自组织发展的？它们经历了哪些发展模式？它们经历了哪些发展模式？临港物流园区的规划、管理缺少系统地理论临港物流园区的规划、管理缺少系统地理论依据。依据。研究临港物流企业群系统的演化发展有重要研究临港物流企业群系统的演化发展有重要意义。意义。元胞自动机（元胞自动机（Cellular AutomataCellular Automata，简，简称称CACA），是一种时间离散、空间离散，具），是一种时间离散、空间离散，具有时空特征的网格动力学模型，它的优点有时空特征的网格动力学模型，它的优点在于能够描写具有局域相互作用的多体系在于能够描写具有局域相互

44、作用的多体系统所表现的集体行为及其时间演化，是研统所表现的集体行为及其时间演化，是研究自组织化复杂系统的有效工具。究自组织化复杂系统的有效工具。元胞自动机1元胞自动机2元胞自动机37.7.系统仿真技术在港口规划设计中的应用案例系统仿真技术在港口规划设计中的应用案例 基于基于witnesswitness的仿真模型的仿真模型7.witness7.witness仿真模型在港口规划设计中的应用案例仿真模型在港口规划设计中的应用案例v（1 1）上海外高桥五期集装箱码头上海外高桥五期集装箱码头v（2 2）上海振华港机公司新型岸边集装箱起重机上海振华港机公司新型岸边集装箱起重机v（3 3）上海外高桥集装箱有

45、限公司空箱自动化堆场上海外高桥集装箱有限公司空箱自动化堆场v（4 4）深圳大铲湾集装箱码头深圳大铲湾集装箱码头v（5 5）大连大窑湾三期集装箱码头大连大窑湾三期集装箱码头v（6 6）天津港北港池集装箱码头一期天津港北港池集装箱码头一期v（7 7）天津港北港池集装箱码头三期天津港北港池集装箱码头三期v（8 8）日照港集装箱码头日照港集装箱码头v（9 9）宁波金塘大浦口集装箱码头工程）宁波金塘大浦口集装箱码头工程 v（1010）神华天津煤炭码头二期工程封闭式堆场）神华天津煤炭码头二期工程封闭式堆场v（1111）天津港北港池集装箱码头四期）天津港北港池集装箱码头四期 v（1 12 2）东莞虎门港沙田

46、港区二期工程仿真分析东莞虎门港沙田港区二期工程仿真分析 v（1313）上海罗泾港区物流系统仿真优化分析上海罗泾港区物流系统仿真优化分析v（1414）重庆港主城港区寸滩作业区三期工程仿真分析）重庆港主城港区寸滩作业区三期工程仿真分析v（1515）秦皇岛港煤炭物流大系统仿真分析秦皇岛港煤炭物流大系统仿真分析v（1616）秦皇岛港杂货码头物流系统仿真分析）秦皇岛港杂货码头物流系统仿真分析v (17)(17)四川万洲集装箱码头模型四川万洲集装箱码头模型v (18)(18)武汉硚口区商贸物流规划仿真分析武汉硚口区商贸物流规划仿真分析v (19)(19)常州豪爵摩托车总装线仿真分析常州豪爵摩托车总装线仿真

47、分析v (20)(20)神龙汽车油漆生产线仿真分析型神龙汽车油漆生产线仿真分析型v (21)(21)天津港矿石码头平面布局与装卸工艺研究天津港矿石码头平面布局与装卸工艺研究v (22)(22)池洲江口港区与物流园区功能布局研究池洲江口港区与物流园区功能布局研究v (23)(23)连云港区中云台一期工程连云港区中云台一期工程系统仿真技术系统仿真技术v (24)(24)嘉兴煤炭中转码头物流系统仿真分析嘉兴煤炭中转码头物流系统仿真分析上海外高桥五期集装箱码头是上海市重点工程项目上海外高桥五期集装箱码头是上海市重点工程项目v 岸线长度岸线长度11101110米米v 码头纵深码头纵深10001000多米

48、多米v 设计年吞吐量设计年吞吐量260260万万TEUTEUv 三个干线大船泊位三个干线大船泊位v 二个长江驳船泊位二个长江驳船泊位 建立仿真模型是为了对码头布局进行合理规划，建立仿真模型是为了对码头布局进行合理规划，特别是对栈桥式码头前沿宽度进行优化选择。特别是对栈桥式码头前沿宽度进行优化选择。v 普通岸边集装箱起重机普通岸边集装箱起重机v 双小车岸边集装箱起重机双小车岸边集装箱起重机v 双双4040尺岸边集装箱起重机尺岸边集装箱起重机v 双小车双双小车双4040尺岸边集装箱起重机尺岸边集装箱起重机 这四种集装箱起重机是上海振华港口机械有限公这四种集装箱起重机是上海振华港口机械有限公司的新机

49、型司的新机型.模型可计算分析四种岸桥的作业效率模型可计算分析四种岸桥的作业效率 模型还可分析双小车岸边集装箱起重机前后小车模型还可分析双小车岸边集装箱起重机前后小车的作业优化匹配以及作业路的设备匹配。的作业优化匹配以及作业路的设备匹配。上海振华港口机械有限公司新型岸边集装箱起重机上海振华港口机械有限公司新型岸边集装箱起重机v 上海外高桥集装箱有限公司空箱自动化堆场是上海振上海外高桥集装箱有限公司空箱自动化堆场是上海振华港口机械有限公司和上海外高桥集装箱有限公司合华港口机械有限公司和上海外高桥集装箱有限公司合作的高科技工程项目，属国内首创。作的高科技工程项目，属国内首创。v 建立该仿真模型是为了

50、分析自动化堆场的物流操作过建立该仿真模型是为了分析自动化堆场的物流操作过程，分析其瓶颈，提出改进策略。程，分析其瓶颈，提出改进策略。上海外高桥集装箱有限公司空箱自动化堆场上海外高桥集装箱有限公司空箱自动化堆场 深圳大铲湾集装箱码头深圳大铲湾集装箱码头v 深圳大铲湾集装箱码头是深圳市重点工程项目深圳大铲湾集装箱码头是深圳市重点工程项目v 正面岸线长度正面岸线长度18301830米米v 码头纵深码头纵深600600多米多米v 一种方案最大年吞吐量一种方案最大年吞吐量420420万万TEUTEU，正面岸线五个泊位正面岸线五个泊位v 另一个方案最大年吞吐量另一个方案最大年吞吐量500500万万TEUT