基于Visual Basic6.0的新型集裝箱裝卸系統(tǒng)模型仿真

摘 要：高架橋式新型集裝箱裝卸系統(tǒng)是一種單機實現(xiàn)多種裝卸過程的高效工藝。針對這種全新的裝卸系統(tǒng)，本文以進口箱的提箱出港過程為例在Visual Basic6.0開發(fā)環(huán)境下分別仿真模擬了高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)和傳統(tǒng)軌道龍門吊系統(tǒng)的提箱作業(yè)過程，以貨主總的等待時間為評價指標，得出二者的效率比，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行了深度分析。

關(guān)鍵詞：集裝箱；高架橋；裝卸系統(tǒng)；高效化；仿真

中圖分類號：F552；U652 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 10-0000-02

高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)雖然還處在概念階段，但是其研究仍具有突破性意義。它是一種突破傳統(tǒng)模式的新型裝卸系統(tǒng)，突破了傳統(tǒng)集裝箱碼頭普遍采用的多機種協(xié)同作業(yè)模式，采用全新的運營模式和運作理念，運用信息化的手段實現(xiàn)集裝箱碼頭操作的智能化與自動化，縮短船舶的停靠時間，提高集裝箱碼頭的作業(yè)效率。這種增效理念對以后的港口裝卸機械及工藝設(shè)計都有很大的借鑒意義

本文針對提箱出場這個特定的相對復(fù)雜的環(huán)節(jié)在Visual Basic6.0環(huán)境下進行計算機仿真模擬運行，以設(shè)定提箱量完成后總的貨主等待時間為評價標準來對高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)和傳統(tǒng)軌道龍門吊裝卸工藝進行比較，得出效率比。

為使仿真模型能夠更真實的反映兩套工藝系統(tǒng)的提箱子過程情況，仿真基礎(chǔ)模型全部采用設(shè)計和現(xiàn)實系統(tǒng)的性能參數(shù)、車輛到港規(guī)律、碼頭布局方案等參數(shù)。為了更好的進行比較，對除機械運行參數(shù)以外的數(shù)據(jù)都采取同一處理，使機械性能參數(shù)成為裝卸系統(tǒng)的唯一變量。

模型中車輛的到達時間間隔、目標箱的箱位和其上的堆碼層數(shù)都是離散事件。而由這些錯綜復(fù)雜且相互作用的離散事件構(gòu)成的離散事件系統(tǒng)或連續(xù)/離散混合系統(tǒng)的研究已經(jīng)逐漸成為仿真技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域[1]。但是由于其發(fā)展較晚，所以還是一個十分不成熟的技術(shù)分支，目前尚缺乏能為大家公認的、通用的數(shù)學(xué)模型。故在建模過程中對上述隨機事件都簡單化的采用隨機數(shù)發(fā)生器來定義描述。

一、提箱出場子系統(tǒng)的作業(yè)流程

軌道龍門吊系統(tǒng)在貨主集卡到達指定裝卸位后，龍門吊將目標箱上方的集裝箱吊起后小車橫移，將箱子放到翻箱專用的空置箱位上。如果目標箱上方有不止一個集裝箱則這一動作要重復(fù)進行，直至目標箱位于箱位的最上層。然后目標箱被吊起，小車橫移將箱子移動到集卡上方，對位后將箱子放置在集卡上。最后還要將翻箱位上的集裝箱重新依次移回到原箱位，大車才能移動進行下一個提箱作業(yè)。

二、模型參數(shù)設(shè)定

（一）碼頭基礎(chǔ)布局

新系統(tǒng)裝卸車位在堆場的最后方。進口箱區(qū)也在堆場后方，從裝卸車位到堆場海側(cè)共200米的區(qū)域內(nèi)。

新舊系統(tǒng)的進口箱區(qū)集裝箱堆碼高度都為4層。

碼頭閘口到研究軌道的裝卸車位和研究街裝卸位的距離為1分鐘車程。

（二）機械作業(yè)參數(shù)

模型中機械的運行參數(shù)如表1所示。

（三）其它條件設(shè)定

設(shè)定碼頭閘口通過能力足夠高，集卡隨到隨進。則高架橋系統(tǒng)的各軌道間作業(yè)基本沒有相關(guān)性。而軌道龍門吊系統(tǒng)的堆場在各箱區(qū)機械分配相對固定的條件下作業(yè)同樣沒有太大的相關(guān)性[2].故而分別取一條高架軌道和一街進行研究。每條高架軌道上運行五臺進行翻倒箱作業(yè)的大車并且其他作業(yè)過程與實驗過程無相互干擾。

貨主等待時間從集卡到達裝卸車位和進口箱區(qū)開始起算，到離開時截止。

研究區(qū)域內(nèi)新系統(tǒng)共有2排140個40ft箱位。舊系統(tǒng)有7列20排共140個40ft箱位。由于試驗區(qū)域內(nèi)箱子數(shù)量總共為560個，提箱數(shù)量太大則后期堆場所剩箱量不多時，箱位用隨機數(shù)模擬的可信度不高，所以實驗中提箱數(shù)量上限為400個。而如果實驗提箱量太少受隨即性影響又太大，故實驗中提箱數(shù)量下限為100個。

由于高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)提箱作業(yè)的特點，設(shè)定每次翻箱的上限為4，而龍門吊系統(tǒng)為3。

三、模型的建立

（一）提箱子系統(tǒng)的計算機仿真模型

軌道式龍門吊系統(tǒng)和高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)的計算機仿真模型的模型流程圖如圖1和圖2所示。計算機模擬操作界面如圖3所示。

（二）計算機仿真模擬結(jié)果

經(jīng)過計算機模擬，得出在不同的集卡到達時間間隔和不同提箱量條件下的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，如表2所示。由于仿真系統(tǒng)的隨機性很大，所以每個數(shù)據(jù)結(jié)果都是計算機仿真模擬十次后求出的平均值。

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計得出折線圖，見圖4。圖中清楚的顯示了不同集卡到達時間間隔條件下，貨主總等待時間比隨提箱量增多而增長的變化趨勢。在集卡到達時間間隔為0—10分鐘和0—15分鐘時，曲線的增長趨勢非常明顯，而其它三種時間間隔的曲線則非常平穩(wěn)。

（三）仿真模擬結(jié)果分析

根據(jù)實驗結(jié)果，在前后貨主集卡到達時間間隔在0—15分鐘內(nèi)時，可視為貨主密集到達。隨著提箱數(shù)量的增多兩種系統(tǒng)的貨主總等待時間比呈線性增長趨勢。由此可見高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)的貨主總等待時間呈線性增長而軌道式龍門吊系統(tǒng)的貨主總等待時間呈指數(shù)型增長。這是由于貨主集中到達時軌道龍門吊系統(tǒng)的提箱能力不足，導(dǎo)致大批集卡擁堵在港區(qū)，前面貨主的作業(yè)時間多次累加到后面等待的貨主等待時間中的結(jié)果。

而在貨主集卡到達時間間隔上限提高到20分鐘以后直至30分鐘，兩系統(tǒng)的貨主總等待時間比就趨于平穩(wěn)了，而且上限越高，時間比就越平穩(wěn)。這說明在這一時間區(qū)間內(nèi)隨機到達的集卡已經(jīng)不能算作集中到達了，兩種系統(tǒng)基本都能滿足作業(yè)需求，很少發(fā)生排隊等候現(xiàn)象。前面貨主的作業(yè)時間也就很少會被累加到后面等待作業(yè)的貨主身上。總等待時間基本就是每個貨主需要的作業(yè)時間的累計。所以總等待時間呈線性增長趨勢。

從表2中可以看到，軌道式龍門吊系統(tǒng)的貨主總等待時間最高時是高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)的42.2倍，最少時為1.59倍。在總等待時間的累計總量很大時，1.59倍的等待時間絕對差也會很大。顯而易見，高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)在提箱出場作業(yè)過程中比傳統(tǒng)龍門吊系統(tǒng)要優(yōu)越得多。客戶服務(wù)質(zhì)量得到極大的提升。

四、結(jié)束語

本文介紹了仿真模型建立和運行的過程，給出了仿真模擬實驗的結(jié)果并對結(jié)果進行了分析解釋。

對提箱子系統(tǒng)的仿真模擬中，由于條件所限，需要機械動作事件和時間節(jié)點相對應(yīng)，所以對高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)的運行過程進行了一定的程式化，作業(yè)過程并沒有實現(xiàn)完全的動態(tài)調(diào)整。這一調(diào)整對模擬結(jié)果有一定程度的負面影響。可見，實際中新系統(tǒng)的貨主等待時間要比模擬結(jié)果稍小一些，對比更明顯一些。

高架橋式集裝箱裝卸系統(tǒng)的運用將會極大程度的提高碼頭客戶服務(wù)質(zhì)量，減少車船服務(wù)等待時間，加快車、船、箱的周轉(zhuǎn)。它非常適用于集裝箱吞吐量大，水中轉(zhuǎn)箱比例高，班輪發(fā)班密度高，航線眾多而碼頭縱深又十分有限的現(xiàn)代化集裝箱碼頭泊位。尤其可以針對像洛杉磯到深圳這樣的“點對點”國際干線航線建設(shè)固定的專用泊位，進而可以推廣到整個集裝箱碼頭的應(yīng)用上。所以，可以斷定，在未來的集裝箱碼頭上一定會有高架橋式裝卸系統(tǒng)的用武之地。

參考文獻：

[1]武劍.集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真優(yōu)化研究[D].大連海事大學(xué)，2008.

[2]農(nóng)官彬.新型集裝箱港口物流系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與Flexsim仿真[D].山東科技大學(xué)，2011.

[作者簡介]楊新湦（1966-），男，陜西人，教授，碩士。