散货码头装卸工艺系统的仿真分析

1、散货码头装卸工艺系统的仿真分析摘要：运用散货码头系统的仿真模型对矿石码头的几种装卸工艺流程进行了仿真分析，解析散货码头系统运营过程中船舶抵离泊位、车辆进出车站、货物装卸流程、机械设备调度、堆场堆放安排策略等问题，给出了评价指标，辅助散货码头经营管理人员对码头营运做出优化决策。关键词：散货码头；装卸工艺；仿真模型；评价指标0引言在大型港口散货码头的营运过程中，受到诸多不确定性因素的影响。比如：载货船舶抵港时间的随机性；泊位及航道的潮汐变化；码头作业现场的气候变化；船舶吨位、泊位、设备及人员的不确定性，等等。应用仿真软件模拟散货码头装卸工艺系统的整个流程便成为大型港口散货码头的必选优化方法。笔者基

2、于一般散货码头系统的仿真模型，着重对矿石码头的几种装卸工艺流程进行仿真分析，深入解析散货码头系统运营过程中船舶抵离泊位、车辆进出车站、货物装卸流程、机械设备调度、堆场堆放安排策略等问题，结合矿石码头的三种装卸工艺方案，对矿石码头的装卸工艺系统进行了分析并给出了评价指标，辅助散货码头经营管理人员对码头营运做出优化决策。1散货矿石码头装卸工艺系统的基本要素及分类散货矿石码头装卸工艺系统的基本要素散货矿石码头装卸工艺系统是码头按一定的操作过程，根据码头条件，针对不同的货物、运输工具和装卸设备，以合理和经济的原则来完成装卸和搬运任务。港口装卸作业是港口生产的主要内容。港口装卸工艺直接影响装卸效率、港口

3、通过能力、车船周转、货运质量、装卸成本、劳动条件等，而且是码头泊位数、库场面积、车辆装卸线长度等设计的依据。选定合理的装卸工艺，是港口工程的重要内容之一，同港口建设规模、总体布置、码头类型和经济效益都有密切关系。影响港口装卸工艺选定的主要因素有：货运量、货种、流向及其季节性变化；散货的块度、容重、堆积角（堆放时自然形成的边坡角度）、化学稳定性、粘滞性、吸潮性、脆性、毒性、腐蚀性和对装卸存放的特殊要求；船舶类型及其主要尺度、船舶的装卸条件如舱口数、舱口尺寸、间距、各舱载货量；货物的集疏运方法；到港列车类型、规格、载重量和每昼夜取送车次数；进出港汽车类型、规格、载重量；港口所在地区的自然条件如地形

4、、地势、水文、气象、潮汐特征和工程地质条件等。在考虑这些因素的基础上，研究采用能提高装卸效率、减轻劳动强度、满足生产需要的先进的港口装卸机械，并做到衔接配套。经过多方案比较，选取安全、优质、高效率、低成本的装卸工艺。大型港口散货矿石码头的工艺系统十分复杂，一般来说都有多种工艺路径，而对于不同的散货矿石码头而言，其工艺路径更是差别甚大。散货矿石码头的营运过程中，码头系统的整体运输能力是由码头系统的工艺决定的。以往人们不太重视研究散货矿石码头的工艺系统，致使建构的系统往往缺乏通用性。作者基于对各类散货矿石码头系统的工艺结构的分析，建构了码头结构的层次模型和动态模型。码头工艺其实是一个有起点、有终点

5、的有向运输网络体系。在一般情况下，普通的运输网络体系因其普遍性而难以查找并记录其流程路径，而港口散货矿石码头工艺网络系统则有其特殊性，其工艺流程往往在设计过程中就已经确定，具有确定的起始点与目的地，这就完全可以记录其所有流程路径。作者正是依据港口散货矿石码头系统运输起点与终点固定这一原理进行设计分析的。散货矿石码头工艺系统的分类目前散货矿石码头装卸工艺系统分为：陆运进港、水运出港的矿石出口装卸工艺和水运进港、陆运出港的矿石出口装卸工艺，如图1所示。图1散货矿石码头装卸工艺系统2散货矿石码头装卸工艺作业流程散货矿石码头的作业流程主要依据船舶、堆场和火车三者之间的组合关系及其码头的实际营运情况来加

6、以确定，在分析和研究各类散货码头工艺系统的基础上，可以得到散货矿石码头的5类主要生产作业流程：卸车进场、卸车进船、卸船进场、卸船进车和卸船进船。2.1散货矿石码头的卸车进场作业流程运输矿石的火车抵达港口矿石码头后，便将客户、矿石种类和堆存时间等信息发送到计算机中控系统；计算机中控系统收到信息后，根据矿石码头的营运情况，为待卸矿石分配合适的堆场位置并部署相应的工作流程线路。然后将作业指令发送给各工作单元和装卸设备，开始进行卸载矿石作业。完成卸载矿石作业后，火车离港,如图2所示。图2矿石码头的卸车进场作业流程散货矿石码头的卸车进船作业流程运输矿石的火车抵达港口矿石码头后，便将客户、矿石种类和等待装

7、船舶等信息发送到计算机中控系统；计算机中控系统收到信息后，根据矿石码头的营运情况，为待卸矿石分配合适的资源并部署相应的工作流程线路。然后将作业指令发送给各工作单元和装卸设备，开始进行卸载矿石进船作业。完成卸载矿石作业后，火车离港、船舶载货离港，如图3所示。图3矿石码头的卸车进船作业流程矿石码头的卸船进场作业流程运输矿石的船舶抵达港口矿石码头后，便将客户、矿石种类和堆存时间等信息发送到计算机中控系统；计算机中控系统收到信息后，根据矿石码头的营运情况，为待卸矿石分配合适的堆场位置并部署相应的工作流程线路。然后将作业指令发送给各工作单元和装卸设备，开始进行卸载矿石作业。完成卸载矿石作业后，船舶离港,

8、如图4所示。图4矿石码头的卸船进场作业流程矿石码头的卸船进车作业流程运输矿石的船舶抵达港口矿石码头后，便将客户、矿石种类和等待装载矿石火车等信息发送到计算机中控系统；计算机中控系统收到信息后，根据矿石码头的营运情况，为待卸矿石分配合适的资源并部署相应的工作流程线路。然后将作业指令发送给各工作单元和装卸设备，开始进行卸载矿石作业。完成卸载矿石作业后，船舶离港，火车载矿石离港,如图5所示。卸船子系统卸船子系统中的永久实体是矿石进口泊位、卸船机、堆场和矿石输送机械，临时实体是卸货船舶和矿石。船舶满载矿石抵达港口后，在锚泊地等待；当有空闲泊位时，船舶靠泊作业；然后为货物选择存放的堆场和装卸工艺路径，将

9、货物卸载并运进堆场，船舶卸货完毕后驶离港口。装船子系统装船子系统中的永久实体是专用矿石出口泊位、装船机、堆场和矿石输送机械，临时实体是装货船舶和矿石。矿石在产品矿石堆场中存放一段时间后，根据自身的流向，矿石要装船离开港口。一些小型客户的需求矿石，经筒仓混配后直接由皮带机送往泊位，装船离港。空载的矿石船到港后在锚泊地等待，当有空闲泊位时，船舶靠泊作业，然后为矿石选择存放的堆场和装卸工艺路径，将客户需求的矿石运出堆场装船，船舶装载矿石完毕后离开港口。卸车子系统卸车子系统中的永久实体是螺旋卸矿石坑房、堆场和矿石输送机械，临时实体是抵港卸载矿石的列车和矿石。满载矿石的列车到达港口后，在编组站等待，当有

10、空闲卸矿石坑时，用拖车将列车拉到卸矿石坑上，然后为矿石选择存放的堆场和装卸工艺路径，将矿石卸载运进堆场或者直接由皮带廊道送入混配筒仓，列车卸载矿石完毕后驶离港口。装车子系统装车子系统中的永久实体是装车方仓、堆场和矿石输送机械，临时实体是抵港装运矿石的列车和矿石。查找矿石堆场中是否堆存大型客户所需求的矿石品种，如果存在，便调度列车驶入港口，进入编组站等待，当有空闲装车方仓时，用拖车将列车拉到装车方仓，然后选择合适的装卸工艺路径，将矿石运出堆场装车。一些小型客户所需要的矿石，通过筒仓混配后直接由皮带机送往装车方仓装车，列车装运矿石完毕后驶离港口。子系统之间相干性的分析上述四个子系统，它们之间虽然是

11、各自独立的，但又是相互关联和相互影响的，后者主要表现在子系统之间公用的码头设施或码头设备上。导致子系统之间相干现象主要是由两个原因造成的：其一是受到堆场容量的限制。一旦堆场存储矿石货物过多、堆放时间过长，子系统之间便会出现明显的相干现象。这种情况会造成堆场没有足够的空间容纳船舶或列车上的矿石货物而加重船舶或列车的排队现象；其二是受到系统装卸工艺的限制。一旦工艺设计中子系统之间的公用设备过多，子系统之间便会出现明显的相干现象。这种情况会造成由于子系统之间存在公用设备而使同一时间只能有一个子系统工作占用该公用设备，其它相干的子系统处于等待状态。4散货矿石码头装卸工艺系统评价指标评估散货矿石码头的装卸工艺系统，需要分析在不同工况下的码头吞吐量、码头装卸工艺系统的结构参数组成、物流系统装卸生产性能指标三者之间的关系。码头装卸工艺系统的结构参数主要包括：码头平面布置、堆场大小、装卸运输设备技术参数、工艺线路等，它们都由码头规划设计初步确定，然后根据仿真试验进行调整优化。散货矿石码头的装卸工艺系统评价指标如下：（1）各环节的设施或设备的利用率。包括岸边卸船机年利用率、堆场平均日占用率、堆场日平均占用率、堆取料机的年利用率、装车机的年利用率等。（2）船舶的平均等待时间、船舶平均在港时间、火车平均装车时间、火车平均在港时间等。（3）码头年吞吐量。如某环节的利用率太高，则意味着该环节是码头物流系