基于Flexsim的集裝箱碼頭物流作業系統建模與仿真

侯東亮

摘 要：為提高某港口集裝箱碼頭物流作業系統中關鍵設備的運作效率，建立了基于Flexsim的物流作業系統仿真模型。通過模型仿真給出了一定條件下岸橋、場橋和集卡之間的關系。結果表明，該仿真方法可用于集裝箱碼頭物流系統中存在的瓶頸設備進行分析和優化，具有較高的應用價值。

關鍵詞：集裝箱碼頭；物流系統；Flexsim；系統仿真

中圖分類號：U169.6 文獻標識碼：A

Abstract： In this paper， a simulation model of the logistics system based on Flexsim was built in order to improve the operational efficiency of the logistics system of the container ports， though which we identified the relationship among quay cranes， yard cranes and container trucks. The result shows that this simulation method can be used to identify bottlenecks in the container terminal logistics system. It will be has a higher application value.

Key words： container terminal； logistics system； Flexsim； system simulation

0 引 言

集裝箱碼頭作業系統是一個復雜的離散事件系統，因其作業過程中受內外不確定因素的影響，整個物流系統具有一定的隨機性和離散性。為了提高整個系統的作業效率，資源優化與配置顯得尤為重要。資源優化配置的方法很多，主要體現為運籌學方法、啟發式方法和仿真模擬方法[1-2]。由于系統的離散型和隨機性，資源的優化與配置往往很難用精確的數學模型來表達，比較適用于仿真方法來進行描述和優化[3-4]。在眾多的仿真建模方法中，Flexsim作為新一代離散事件系統仿真的有效工具，不僅建模過程快捷，而且還提供了豐富的對象（如運輸機、堆垛機等）和3D模型導入功能。3D模型可形象、逼真地表現出整個物流系統，為系統的規劃設計或資源配置優化提供了有效的可視化手段。

本文針對某港口集裝箱碼頭物流系統運作現狀，在此基礎上，利用Flexsim仿真軟件建立集裝箱碼頭物流系統仿真模型，通過仿真找出系統中存在的瓶頸環節，試圖為企業相關人員在資源優化配置方面提供決策支持。

1 某港口集裝箱碼頭物流系統作業流程

本文所建立的仿真模型只考慮堆場作業、水平運輸以及船舶裝卸三個子系統，如圖1所示。由于將集裝箱進出港的作業并入水平運輸系統，故暫不考慮大門檢疫系統中的作業流程。圖1中，①代表船舶裝卸系統，②代表水平運輸系統，③代表堆場作業系統。具體作業流程如下：

（1）對于進口集裝箱，船舶到港后進入泊位停靠，集卡到達岸橋后，岸橋提取集裝箱放于集卡，集卡按照一定的路徑駛入堆場，場橋將集裝箱卸下并堆垛于指定的垛位上。

（2）對于出口集裝箱，則物流流程恰好與進口集裝箱相反。

2 基于Flexsim的某港口集裝箱碼頭物流系統建模

2.1 模型假設

為便于系統建模與分析，做如下假設：

（1）集裝箱船舶到港，集卡的到達、裝卸、離開，可以看作是一個單隊列多服務臺的排隊系統[5]，采用先到先服務的排隊規則。

（2）集裝箱船舶在泊位作業時間服從二階愛爾朗分布、岸橋裝卸、場橋裝卸以及集卡等待所用時間符合離散均勻分布[6-7]。

（3）集裝箱統一定義為20ft標準箱，不考慮特種箱的裝卸。

（4）集卡在場內行走的路徑固定。

2.2 建立仿真模型

根據以上分析，本文所建立的某港口集裝箱碼頭物流系統仿真模型及運行圖，如圖2所示。

該模型包括堆場裝卸模塊、水平運輸模塊（集卡的運輸）和船舶裝卸模塊三部分。其中堆場裝卸模塊的裝卸設備為場橋，其數量為2臺，主要負責3個箱區的進出口集裝箱的裝卸；水平運輸模塊的運輸設備為集卡，其數量為8輛，其中4輛集卡負責運輸進口集裝箱到堆場相應箱區的貝位內，另外4輛集卡負責運輸出口集裝箱到船舶所在的泊位處；船舶裝卸模塊的裝卸設備為岸橋，其數量為2臺，主要將進口集裝箱從船舶上相應的箱位上卸下并裝載到集卡上、將出口集裝箱從集卡上提取并卸載到船舶上相應的箱位上。

3 仿真實驗過程及結果分析

3.1 仿真實驗

針對某港集裝箱碼頭的實際作業環境，本次實驗共設置泊位數2個、岸橋2臺、場橋2臺、集卡8輛，仿真時間設置為

4 800min。

仿真中用到的隨機事件的分布函數見表1所示。

3.2 仿真結果輸出與分析

本次實驗仿真運行80小時（仿真時間），得到了如下兩點結論：

（1）表2所示為多次仿真后，集裝箱碼頭物流系統各裝卸、運輸設備停留時間、吞吐量及作業效率統計情況。從表2中數據可以看出，場橋2的吞吐量和利用率很低，是整個集裝箱碼頭物流系統的瓶頸環節，需要對其進行優化配置。各集卡的平均等待時間約為4分鐘，最大等待時間約為17分鐘（集卡7的停留時間：1 042.82s），最小等待時間約為2分鐘，這主要是由裝卸設備（岸橋、場橋）的利用率比較低造成的，與該碼頭當前實際生產數據基本吻合。

（2）多次仿真的船舶出口集裝箱數量平均為489TEU，進口集裝箱數量平均為201TEU，船舶在港平均停留時間為5.7小時，最大停留時間為10.2小時。仿真結果與該碼頭船舶實際作業時間大致相符，說明仿真方法具有一定的可參考性。

4 結束語

本文根據某港口集裝箱碼頭物流系統的實際作業現狀，通過合理的簡化建立了基于Flexsim仿真模型，根據實際情況選擇仿真中隨機事件的概率分布函數并設置了相關的參數。實驗結果表明，場橋的作業效率較低，是整個物流系統的瓶頸環節，這與該碼頭實際作業情況基本相符，證實了基于Flexsim仿真建模方法在集裝箱碼頭物流系統中應用的可行性。進一步研究將針對物流系統中的瓶頸，運用優化方法進行場橋的合理配置，使岸橋、場橋和集卡三者有機地協調，最大限度地提高集裝箱碼頭物流系統的整體效率。

參考文獻：

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