1、基于 Plant Simulation 软件的码头堆场作业系统效率分析摘要：集装箱码头物流技术与装备的快速发展和革新以及多样化的码头设计需求，使得常规的计算方法和手段在多方案分析时难以支持决策者更精准的决策，探索更先进的码头物流系统分析方法，以补充和丰富码头规划设计内容，提高新一代集装箱码头的设计水平，已成为了未来规划及分析操作码头信息化设备设施的手段。 关键词：集装箱码头；仿真模拟；堆存策略；堆场 中图分类号： TH247 文献标识码： A 文章编号： 1 背景 随着国际贸易量的增加，集装箱码头公司在海运、陆运活动过程中正逐渐承担着越来越重要的作用。本论文通过研究和开发以堆场为研究对象的小型
2、仿真平台，利用系统仿真的方法，模拟江苏省某集装箱码头的堆垛现场，通过建立集装箱码头物流系统仿真试验平台，展示正在投入运营的集装箱码头及其装卸生产过程。 2 理论依据 集装箱码头物流系统的构建一般遵循一定的规则，例如堆存空间分布，堆存位置和路径选择的优先级别，堆存数量和最小单位的划分等。本研究以堆存角色划分和存取优先级为例，研究角色划分和存取优先级对于堆存效率的影响。 2.1 区域存储集装箱种类的分配策略 堆存策略总体上可分为以下 4 种，见图 1： A：以区为单元的分配策略，即不同的区专门进行进口、出口集装箱的分类堆垛 B：混合策略：即进口和出口集装箱没有分配堆垛的限制 C：以贝为单元的分配策
3、略：即不同的贝专门进行出口和进口集装箱的分类堆垛 D：以列为单元的分配策略：即不同的列专门进行出口和进口集装箱的分配堆垛 图 1 区域存储分配策略 2.2 区域存储优先级的分配策略 Different Priority：每个区对应不同的集装箱分配优先级，基本上，距离船舶越近的区域，优先级越高，依次递减。 Same Priority：每个区对应相同的集装箱分配优先级，存储空间的优先级与堆垛区域没有必然的优先级关系。 以上分类见图 2： 图 2 区域优先级分配策略 3 仿真研究 3.1 研究步骤 本文主要以仿真工具为平台，做以下 2 个方面研究： 1）集装箱码头虚拟现实仿真试验系统设计与开发。 2
4、）集装箱码头虚拟现实仿真试验系统的应用。 3.2 集装箱码头物流系统仿真实验 3.2.1 仿真输入参数 数据随机选择了集装箱码头 2011 年的集装箱到离港数据。 模型中，集装箱船舶到达和离开港口的总时间区间为 21 天。 船的数量：23 艘船（船舶到达港口具有贸易性因素的影响，因此随机选取的船舶数量和吞吐量无法代表所有年度的船舶到港情况） 外部公司的车辆（进港和离港车辆）根据到达船舶的集装箱数据生成。 4 个桥吊和 20 个内部驳运卡车，平均分配为每个桥吊分配 5 量驳运卡车。 每台桥吊的基本吊装时间参考了其制造厂商：ZPMC。 数据统计从模拟时间的第 8 天到第 19 天，共计 11 天。
5、 基本模型布局为水平式布局，将堆场区域分为 24 个区，以 3*4 布局方式为基础，即每个大的区域有 4 个小区，共分为 3 个区域。 每个区有上下两层车辆停止 IP 端，根据闸口位置，设置每个区域靠近闸口的区域为外部公司的车辆停靠 IP，远离闸口的区域为内部驳卡的停靠 IP 点。 每个区平均配 2 台龙门吊，两台龙门吊不可交叉。 布局见图 3： 图 3 基础的仿真模型逻辑环境 3.2.2 基础的存储规则 1)存储目的地：无限制 2)存储优先级： 无优先级 3)存储单元：以垛为基础单元 3.2.3 统计指标说明 堆场空间占用率：存储集装箱对于堆场实际空位的占用占堆场总空间的比率。 存储垛占用率
6、：存储集装箱对于垛的占用数占堆场总空垛数量的比率。 空间损失率：截止到统计时间末端，堆场中每个存储单元中预计占用但实际未占用的空间占所有剩余空间的比率。 预留垛比率：预留的待占用的垛占总共的垛的比率。 车辆系统时间：车辆从获得存储任务到实际完成堆垛的总时间，包括车辆行走时间，在堆场的等待时间，装卸货的时间的总合。 外部车系统时间：外部车进港时间和离港平均总时间。 内驳车系统时间：内驳车卸货和装货平均总时间。 运输距离：内部驳卡从码头起重机到达堆场存储区域的行驶距离。 4 仿真结果分析 基于以上主要的存储原则和基本策略，运行仿真模型，得到以下结论： 4.1 存储区域策略仿真分析 表 1 存储区域
7、策略比较 表 2 区域存储策略车辆比较 由上表可分析：没有固定存储区域要求的仿真模型，占用堆场空间的比率最高，总的垛存储占用率也最高，随机存储策略和以贝为存储单元的比率空间缺失率相对最高。因为随机存储策略对于可选空垛的范围相对最大，为整个堆场区域，所以会有更大的几率选择到空垛，同时，对于空垛的占用也会导致存储垛的占用率提高，而每个垛的空间平均实际使用率则因为空垛占用率的增加而降低，所以缺失率提高了。对于其余三种存储策略，由于大的原则强制分配了固定数量的总可用空间，因此部分集装箱被强制存储到相同区域下的不同的型号的垛中，从而减少了空间缺失率，提高了实际垛的占用率。以上三种堆垛策略下，翻箱的比率相
8、对会高于随机存储。 4.2 存储区域优先级仿真分析 表 3 存储优先级策略比较 表 4 存储优先级策略车辆比较 由上表可以分析得到：无优先级存储策略的存储垛的占用率，空间利用率和空间缺失率都相对较高，原因同样是由于同种型号的集装箱首选的存储范围是全部堆场区域，因此可以占用更多的空垛。但该种策略对于车辆实际移动的距离大大增加，平均的车辆运输距离为 421 米，远大于有优先级策略下的 281 米。 5 结论 从上面的研究可以看出，集装箱码头仿真技术越来越受到人们的重视，但由于集装箱物流系统和虚拟现实系统的双重复杂性，目前的研究还难以实现对超大型集装箱码头整体性的视景仿真。同时，基于虚拟现实的集装箱
9、码头设计方法和方案验证方法还不成熟，尚未形成体系。因此，在这些方面还需要做进一步的研究工作。例如集装箱码头仿真试验整体系统设计与开发。 本研究主要从方法和案例两个方面进行了阐述。从方法角度分析了集装箱码头仿真试验流程和基于虚拟现实仿真的集装箱码头物流系统理论。从案例角度，具体以单泊位集装箱码头的平面布局、装卸工艺为试验对象，并进行试验分析，从而凸显集装箱虚拟现实试验系统在码头仿真评价中的积极作用。 致谢：本研究得到了北京迪基透科技有限公司物流部门的支持，借助其提供的 plant-simulation 仿真平台，本研究取得了有参考性的实验结果，在此特表谢意。 参考文献： 【1】包起帆,金茂海. 双 40 英尺集装箱桥吊应用实践与探索 J . 集装箱化,2008,19 【2】程奂?,杨润党,范秀敏. 装配工位仿真中虚拟工具的研究与应用 J . 中国机械工程, 2007 , 18 (19) :2329O2333.
