1、港口物流系统港口物流系统分析与仿真介绍分析与仿真介绍 武汉理工大学物流工程学院港口机械系港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术我们为什么要仿真 仿真 又称模拟。未来的实现、可以观察系统未来的动态过程。目的：优化系统和更好的控制系统。系统资源、系统工作负载、系统性能参数三者之间达到最佳匹配 港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术系统仿真的类型（1）根据模型的种类分类：物理仿真、数学仿真和半实物仿真。（2）根据仿真计算机类型分类：模拟计算机仿真、数字计算机仿真和数字模拟混合仿真。（3）根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类：实时仿真、亚实时仿真、超实时仿真（4
2、）根据系统模型的特性分类：连续系统仿真、离散事件系统 港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术系统仿真的一般步骤（1）实际系统建模、确定模型的边界。（2）仿真建模、选择合适的算法。（3）程序设计，即将仿真模型用计算机能执行的程序来描述。（4）程序检验。（5）模型实验。（6）仿真输出分析。港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 成成 果果 仿真的作用与功能港口物流系统仿真的主要作用是用来评价规划建设中的或现在使用中的港口、码头在一定设备资源条件下的生产能力，交通状况，识别系统瓶颈，提出改进策略。该模型彩色动画显示，既可观察整个码头的生产动态，又可分析局部位置的作业流程。
3、港口物流系统是一个复杂的离散事件动态系统，几乎涉及到物流运输学科里各种复杂的问题。解决复杂物流系统问题的一个最有效的方法是系统仿真技术。港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 应应 用用具体应用如下：（1）分析比较设计规划中的码头建设方案，推荐较优的选择；（2）分析比较设计规划中的码头装卸工艺方案，推荐较优的选择；（3）分析码头交通流，识别交通瓶颈，评价港口、码头交通路网的合理性；（4）建立码头机械配置与码头吞吐量增长的动态关系；（5）分析在一定的机械配置下码头可达到的合理吞吐量、极限吞吐量；（6）分析装卸机械设备的调度策略对码头生产的影响，寻求最优的调度策略；（7）回放码头已完成的装
4、卸生产过程，分析存在的问题。（8）预演待执行的码头作业计划，分析可能出现的问题，优化作业安排。系系 统统 仿仿 真真 基基 础础 基本概念1实体临时实体:服务系统中的顾客。如，港口系统中的船舶，它按一定规律到达，经过装卸服务后离开系统。永久实体:服务系统中的服务员。港口系统中的装卸设备。2事件事件就是引起系统状态发生变化的行为。系统是由事件来驱动的，事件发生的时间是随机的。港口系统中，“船舶到达”为一类事件。系系 统统 仿仿 真真 基基 础础3活动活动是两个可以区分的事件之间的过程。两个相邻事件之间，系统状态不变。4进程进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，反映了它所包括的事件及活动间的相互
5、逻辑关系及时序关系。港口系统中，一条船舶到达港口、经过排队、接受装卸服务、直到装卸完毕后离去可称为个进程。系系 统统 仿仿 真真 基基 础础进程排队活动服务活动船舶到达事件装卸开始事件船舶离开事件系系 统统 仿仿 真真 基基 础础排队系统仿真排队系统的基本概念(1)实体（顾客）到达模式实体到达模式：到达时间间隔来描述。确定性到达、随机性到达。平稳泊松过程：在(t,t+s)内到达的实体数k的概率。(2)服务模式：服务台为顾客（船舶、车辆）服务的时间。确定性与随机性。(3)排队规则：FIFO先到先服务；LIFO后到先服务；优先级别服务；系系 统统 仿仿 真真 基基 础础排队系统中的上述4个特征，一
6、般用符GIGS来表示，其中；GI表示到达模式，若为平稳泊松过程，其到达时间间隔服从指数分布，用M表示(马尔柯夫过程)，若是确定性时间间隔，则用D表示。G表示服务时间的分布，分布函数的符号与GI相同。S表示单队多服务台的数目，且按FIFO规则服务。例如，一个具有指数分布的到达时间间隔，服务时间也服从指数分布，且按FIFO规则服务的单台单队排队系统可记为 MM1系系 统统 仿仿 真真 基基 础础排队系统常用的性能指标有以下4种：(1)稳态平均延误时间d（顾客在队列中平均等待时间）。(2)顾客通过系统的稳态平均滞留时间w（等于顾客在队列中的等待时间与该顾客接受服务的时间之和）。(3)稳态平均队长Q。
7、(4)系统中稳态平均顾客数L（等于在队列中的顾客数Q(t)与正在接受服务的顾客数S(t)之和）。对MM1排队系统，上述4项指标可解析计算得到。离散事件系统专用仿真语言离散事件系统专用仿真语言 SLAMSIMAN仿真语言 eM-Plant Witness：同类软件相比，它在欧洲及美国应用最广，占有率第一。WITNESS经常被用于解决诸如投资规划、物料输送策略、交通运输、自动化生产线、识别生产瓶颈、生产计划与调度、人力需求规划、成本估算等问题。港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术 的的 应应 用用空/重车车道出/入港航道泊位出/进场道口空/重车车道龙门吊外卡空/重车车道岸桥龙
8、门吊龙门吊岸桥出口堆场进口堆场 卸船系统集装箱码头物流系统计算机系统 泊位系统集箱系统提箱系统装船系统堆场系统图5.1 集装箱码头物流系统的层次模型出/进场道口空/重车车道龙门吊外卡内卡内卡港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术 的的 应应 用用集装箱港口装卸系统的仿真模块根据集装箱港口装卸系统的复合模型，在专用离散事件仿真语言的平台下，建立集装箱港口装卸系统的仿真程序模块。（1）码头布置模块：整个码头的组成成分，泊位、堆场、道路、进出口大门、停车场、拆装箱库及其它建筑设施的布局，含位置、方向、尺寸、数量的详细说明。（2）船舶产生模块：既能以一种统计分布模式产生船舶，也能以
9、文件（班轮形式）产生船舶。港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术 的的 应应 用用（3）集装箱产生模块：根据船型，以一定的统计规律产生不同尺寸、不同种类（普通箱、危险箱、冷藏箱）、不同客户的进口集装箱或出口集装箱。（4）交通布置及管理模块：说明车道数、停车标记、规定行车方向、最大行车速度，对港内集装箱拖车和外部集卡分别进行道路管理。（5）码头前沿装卸模块：根据船舶及装卸箱量大小，安排装卸作业计划，对装卸桥和内部集装箱拖车进行作业调度。（6）堆场作业模块：分类设定各箱区的大小、堆垛的层数。安排及实施堆场作业计划,对轮胎式起重机或轨道式起重机进行作业调度。根据起重机的性能参数，
10、设定其工作能力。港港 口口 物物 流流 系系 统统 仿仿 真真 技技 术术 的的 应应 用用（7）进出口大门模块：设定进出口大门车道数，完成单证验证、集装箱检查等功能。（8）送箱模块：制定的送箱作业计划，指令外部集卡将集装箱送到指定的箱区。（9）提箱模块：指令外部集卡到指定箱区提箱。（10）码头作业计划制定模块：（11）性能参数统计模块：统计吞吐量、起重设备利用率、泊位利用率、堆场利用率、船舶在港时间、船舶在港等待时间、单船作业能力、单机作业能力、外部集装箱卡车在港内停留时间、港口营运费用、进出闸口通过能力、内部集装箱卡车利用率等。上海外高桥五期集装箱码头仿真模型上海外高桥五期集装箱码头是上海
11、市重点工程项目，岸线长度1110米，码头纵深1000多米，设计年吞吐量260万TEU，三个干线大船泊位，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，特别是对码头前沿宽度进行优化选择。上海外高桥五期集装箱码头仿真模型上海外高桥五期集装箱码头仿真模型 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作的高科技工程项目。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。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仿真模型深圳
12、大铲湾集装箱码头是深圳市重点工程项目，正面岸线长度1830米，码头纵深600多米，一种方案最大年吞吐量420万TEU，正面岸线五个泊位；另一个方案最大年吞吐量500万TEU，除正面岸线五个泊位外，再在侧面增加二个泊位。建立仿真模型是为了对码头二个方案的交通路网进行仿真试验，并验证吞吐量的可达性深圳大铲湾集装箱码头仿真模型一（五泊位）深圳大铲湾集装箱码头仿真模型一（五泊位）深圳大铲湾集装箱码头仿真模型二（七泊位）深圳大铲湾集装箱码头仿真模型二（七泊位）大连大窑铲湾三期工程仿真模型大连大窑湾三期工程（集装箱码头）是大连市重点工程项目，岸线长度1810米，码头纵深近1000米，采用装卸工艺是岸边集装
13、箱起重机集装箱卡车轨道龙门起重机。堆场平面布局有两种方案，一种方案箱区垂直岸线布置，另一种是箱区平行岸线布置，年吞吐量达到400多万TEU，六个泊位；前一种方案箱区垂直岸线布置属国内首次，此方案又派生出四种箱区垂直布置方案。建立仿真模型是为了对这两种码头布局的各个方案的交通路网进行仿真试验分析，找出合理方案，并验证吞吐量的可达性。大连大窑铲湾三期集装箱码头仿真模型一（箱区垂直岸线）大连大窑铲湾三期集装箱码头仿真模型一（箱区垂直岸线）大连大窑铲湾三期集装箱码头仿真模型二（箱区平行岸线）大连大窑铲湾三期集装箱码头仿真模型二（箱区平行岸线）上海振华港口机械有限公司岸边集装箱起重机仿真模型 普通岸边集
14、装箱起重机、双小车岸边集装箱起重机、双40尺岸边集装箱起重机、双小车双40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司的新机型。此模型是为了研究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而建立的。上海振华港口机械有限公司双上海振华港口机械有限公司双20尺岸边集装箱起重机尺岸边集装箱起重机上海振华港口机械有限公司双上海振华港口机械有限公司双40尺岸边集装箱起重机尺岸边集装箱起重机 上海振华港口机械有限公司双小车岸边集装箱起重机上海振华港口机械有限公司双小车岸边集装箱起重机 上海振华港口机械有限公司双小车双上海振华港口机械有限公司双小车双40尺岸边集装箱起重机尺岸边集装箱起重机
