11章 港口集装箱物流系统仿真

1第12章港口集装箱物流系统仿真12.1港口集装箱物流系统概述与仿真目的12.2港口集装箱物流系统的作业流程12.3

港口集装箱物流系统的仿真模型12.4仿真运行及数据分析12.1港口集装箱物流系统概述与仿真目的12.1.1

港口集装箱物流系统概述12.1.2港口集装箱物流系统仿真目的港口集装箱物流系统研究的对象主要是集装箱码头。集装箱码头是指包括港池、锚地、进港航道、泊位等水域以及货运站、堆场、码头前沿、办公生活区域等陆域范围的能够容纳完整的集装箱装卸操作过程的具有明确界限的场所。集装箱码头是水陆联运的枢纽站，是集装箱货物在转换运输方式时的缓冲地，也是货物的交接点，因此，集装箱码头在整个集装箱运输过程中占有重要地位。212.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱码头的基本组成主要分为码头设施和装卸搬运设备集装箱码头设施主要是提供集装箱运输、堆放及装卸搬运的场所、通道和相关的基础设施；集装箱装卸搬运设备是集装箱码头作业的主要承载体，是集装箱码头物流作业必不可少的重要工具与装备3412.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱码头通常应具备的主要码头设施有：泊位、码头前沿、集装箱堆场、货运站、控制室、检查口、维修车间等，它们的作用分别如下：泊位：是指在港内为了进行装卸，给船舶停泊靠岸，并有一定长度岸壁的地方。船舶靠或离泊时，所需岸壁线的有效长度一般为船舶长度的1.2倍码头前沿：是指沿码头岸壁线，从码头岸壁到堆场这一部分的码头面积。考虑到岸桥轨距不同，集装箱码头前沿宽度一般为30-60米512.1.1

港口集装箱物流系统概述堆场：是指集装箱码头内，所有堆存集装箱的场地。堆场分为前方堆场和后方堆场集装箱货运站：主要用于装拆箱作业，一般建于码头后方、靠近码头外公路或铁路的区域控制室：一般设置在办公楼的高层，以便于看到整个码头上各作业现场检查口：俗称道口、闸口或检查桥，是集装箱码头的出入口集装箱维修车间：一般设置在不影响集装箱码头作业的后方612.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱码头通常应具备的装卸搬运设备主要有：岸桥、场桥（分为轮胎式龙门起重机和轨道式龙门起重机）、跨运车、叉车、集装箱拖挂车等。它们的作用分别如下：岸桥：称桥吊、装卸桥，是集装箱码头用的最大型的、价值最昂贵的装卸机械。它是码头装卸设备的龙头，负责装卸集装箱船舶集装箱起重机：可分为轮胎式龙门起重机和轨道式龙门起重机集装箱叉车：又称铲车，主要负责拆装箱作业和空箱堆码作业712.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱拖挂车：俗称集卡，承担从码头前沿至堆场、堆场内箱区间的水平运输。集卡由拖头和拖架（又称拖车）两部分组成，拖头专职拖拉，拖架专职承载集装箱集装箱跨运车：可以承担码头前沿与堆场之间的集装箱水平运输，以及堆场的堆码和进出场集装箱拖车的装卸作业，但其堆高高度有限，运行速度也不快812.1.1

港口集装箱物流系统概述作为一个配套设施齐全的港口码头，主要建筑有码头、堆场、仓库、商务区及其各类配套建筑设施。现代港口进行布局时，要充分考虑港区作业的特点，尽可能使布局有利于工作的开展集装箱重箱堆场可以布置港口最前方，即紧邻码头的前方堆场处，空箱堆场则应布置在重箱堆场之后靠近修箱间的位置典型的集装箱码头现场实景图如图12.1所示912.1.1

港口集装箱物流系统概述码头装卸企业生产的特点：（1）生产的连续性（2）组织的协作性（3）生产任务的不平衡性典型的集装箱码头现场实景图如图12.1所示1012.1.1

港口集装箱物流系统概述1112.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱码头的主要评价指标有：集装箱吞吐量：它是指经由水路运进、运出港区范围，并经装卸的箱量，它是反映港口船舶装卸任务量的指标。箱位比：它是指标准箱数与自然箱数的比值，可以粗略反映箱型结构变化情况。比值越大说明大箱的比重越大，反之则越小船舶停泊艘次数：它是指统计期内在港停泊船舶艘数的累计数船舶平均每次在港停时：它是指船舶从进港时起到离港时止，平均每艘船在港停泊时间数泊位利用率：它是指统计期泊位占用小时数占泊位日历小时数的比重，反映泊位综合利用程度1212.1.1

港口集装箱物流系统概述集装箱码头的主要评价指标有：堆场容量：它是指同一时间内最大安全堆存箱量。计算单位为TEU。平面箱位：它是指不考虑堆放层高的集装箱箱位个数堆存箱数：是指统计期内进入堆场的集装箱量的总和。它是反映堆存工作量的指标，但有一定的局限性平均堆存期：是指统计期每箱平均在堆场堆存的天数。它是反映箱在堆场内的滞留时间平均每天堆存箱数：指统计期平均每天堆存的箱数量堆场利用率：指统计期平均每天堆存箱数与堆场容量的比值。它是反映堆场容量利用程度的指标机械利用率：是指在装卸机械日历总时间中机械工作时间所占的比重，反映装卸机械的利用程度1312.1.2

港口集装箱物流系统仿真目的集装箱码头仿真的目的主要是在Flexsim的仿真软件平台上建立一个针对集装箱码头的作业系统仿真平台对集装箱装卸设备对象库以及集装箱搬运规则所涉及的关键技术进行研究根据设计的码头设施配备情况和一些预测参数，通过模拟集装箱到港靠泊、装卸船以及堆场中的装卸作业等方面的动态过程，对港区设备配置、处理能力及年吞吐量等重要参数进行综合分析评定利用设备对象库快速地建立有针对性的系统模型，通过三维模型的动态显示可以给建模者以启发从而对实际的工作有更好的指导1412.2

港口集装箱物流系统的作业流程12.2.1港口集装箱物流系统的描述12.2.2

港口集装箱物流系统的作业流程12.2.3港口集装箱物流系统的离散模型分析1512.2.1港口集装箱物流系统的描述一个港口集装箱物流系统由数个相互关联的物流系统组成，其系统构成如图12.2所示1612.2.1港口集装箱物流系统的描述它一般可以分解为四个系统前沿装卸系统：岸桥将集装箱从船舶上卸载，并在前沿码头对集装箱进行分类，放入各自的缓存区，等待集装箱叉车提取水平运输系统：集装箱叉车或集卡在码头前沿、堆场区之间进行集装箱的运输堆场装卸系统：集装箱的存放、集装箱起重机对集装箱的装卸搬运作业以及集装箱的管理等大门检查系统：对于进出集装箱码头的空车或满车进行检查1712.2.1港口集装箱物流系统的描述根据各个子系统的功能需求，设计港口集装箱物流系统的总布局如图12.3所示1812.2.1港口集装箱物流系统的描述四个子系统的设备分别有：前沿装卸系统设备：装船、卸船码头各一个，一座常规岸桥，一条集装箱分类输送线堆场装卸系统设备：堆场，轮胎式龙门起重机水平运输系统设备：五辆集装箱叉车和若干辆集卡大门检查系统主要设备有：大门设备，主要检查集卡和集装箱的信息1912.2

港口集装箱物流系统的作业流程12.2.1港口集装箱物流系统的描述12.2.2

港口集装箱物流系统的作业流程12.2.3港口集装箱物流系统的离散模型分析2012.2.2

港口集装箱物流系统的作业流程港口集装箱物流系统的总体流程如图12.4所示2112.2.2

港口集装箱物流系统的作业流程它由五个子流程组成，它们相互关联，共同完成港口集装箱物流系统的各项功能，这五个子流程分别是：进港卸船集装箱分类堆场运作货物集卡外运装船出港22

12.2.3港口集装箱物流系统的离散模型分析集装箱码头物流系统工作环节多，其作业受到许多随机因素的影响，它是一个典型的离散事件系统，由两个典型的排队系统组成一个是到港船舶的排队系统另一个是堆场集卡的排队系统2312.2.3港口集装箱物流系统的离散模型分析集装箱码头到港排队系统中，系统服务的对象是到港船舶，系统的服务台是码头泊位当船舶到达港口后，若有泊位空闲，则立即接受服务，否则在锚区停泊排队等待当一个码头泊位的服务结束后，若队列中有等待的船舶，按先到先服务的原则为其服务2412.3

港口集装箱物流系统的仿真模型12.3.1港口集装箱物流系统布局模型设计12.3.2

港口集装箱物流系统的设备建模12.3.3

港口集装箱物流系统的仿真2512.3.1港口集装箱物流系统布局模型设计本仿真案例设计了一个由五部分区域组成的典型的集装箱码头物流仿真系统，它的五个功能区域为：装船进港区、分类码头区、堆场运作区、装船出港区和货物集卡外运区该集装箱物流系统的全景布局图如图12.5所示2612.3.1港口集装箱物流系统布局模型设计装船进港：这是仿真的事件源和起点。用四个源对象按一定比例产生出集装箱，模拟集装箱到达；一个源对象产生出船舶，然后通过合成器对象关联后模拟集装箱装船后进港分类码头：到港船舶卸船，通过分类码头把到港集装箱分类，再由叉车运往相应堆场。在仿真中设置了四种不同类型的集装箱：重箱、空箱、冷藏箱和特种箱，通过不同的颜色加以区分2712.3.1港口集装箱物流系统布局模型设计堆场运作：在布局模型中设置有五个堆场，其中两个重箱堆场，一个特种箱堆场，一个空箱堆场，一个冷藏箱堆场货物集卡外运：堆场集装箱起重机把集装箱放在集卡上，集卡再把集装箱外运出港口到吸收器对象装船出港：先将集卡运来的集装箱由合成器放在缓存区内，再由岸桥设备装船后出港2812.3.2

港口集装箱物流系统的设备建模设备建模：岸桥：本仿真中通过自定义Operator对象来重新建立岸桥的仿真模型集装箱起重机：利用Flexsim自带的起重机（crane）模型模拟集装箱叉车：直接使用Flexsim模型库中的叉车（transporter）2912.3.2

港口集装箱物流系统的设备建模集卡：将托盘的外形换为集卡的形象，利用一个隐藏的合成器（Combiner）来实现集装箱起重机将集装箱吊放在集卡上的动作，便可以设计出一集卡其它设备对象船舶—发生器（source）生成的临时对象，对其三维外形进行自定义和改造集装箱—发生器（source）生成的临时对象传输线—输送线（conveyor）集装箱缓存区—缓存区队列（queue）堆场—货架（rack）3012.3.3

港口集装箱物流系统的仿真在对港口集装箱物流系统设备进行建模的基础上，现在可以构造整体的仿真模型，仿真的全景图如图12.8所示3112.3.3

港口集装箱物流系统的仿真仿真系统的总体流程图如图12.9所示，它分为五个具体的区域：装船进港区、分类码头区、堆场运作区、货物集卡外运区和装船出港区下面对这些区域的仿真模型及参数设置具体情况进行详细阐述3212.3.3

港口集装箱物流系统的仿真1）装船进港区：这是仿真的事件源和起点它由五个发生器（source）、一个合成器（combiner）、五条输送线（conveyor）构成其中source_ship，生成船舶，其他source分别按设定的时间间隔生成四种类型的集装箱，以不同的颜色区分其类型合成器combiner1把船舶和四种集装箱进行绑定，四种集装箱的数量分布服从一定的比例，用来模拟一条满载的进港船舶四条输送线conveyor1-4负责集装箱的输送，一条输送线conveyor5用来运输装好集装箱的船，模拟船进港的航行路线3312.3.3

港口集装箱物流系统的仿真主要对象的参数设置说明如表12.1所示3412.3.3

港口集装箱物流系统的仿真装船进港区的仿真模型如图12.10所示3512.3.3

港口集装箱物流系统的仿真2）分类码头区：该区域仿真布局用来模拟卸船及集装箱分类该区主要由一个分离器（separator）、五条输送线（conveyor）和四个队列（queue）、一个吸收器（sink）构成分类器separator1模拟船舶的卸载过程，把船舶和集装箱分离，sink1吸收卸载后的空船集装箱进入输送线，送到不同的队列，等待搬运3612.3.3

港口集装箱物流系统的仿真主要对象的参数说明如表12.2所示3712.3.3

港口集装箱物流系统的仿真分类码头的仿真模型如图12.11所示3812.3.3

港口集装箱物流系统的仿真

3）堆场运作区：该区模拟叉车把集装箱运往堆场，及堆场内部的运作由五辆叉车（transporter），一个任务分配器（dispatchar），五个缓冲区（queue），五个货架（rack），五个集装箱起重机（crane）构成transporter1-2共同负责重箱的搬运，并由dispatchar1对其分配任务Transporter3-5，分别负责空箱，冷冻箱，危险箱的搬运Combiner2-6放在堆场出口负责集装箱出堆场时与集卡的合成3912.3.3

港口集装箱物流系统的仿真主要对象的参数设置如表12.3所示4012.3.3

港口集装箱物流系统的仿真集装箱堆场的仿真模型如图12.12所示4112.3.3

港口集装箱物流系统的仿真4）货物集卡外运区：该区模拟集卡把集装箱外运的过程由一个生成器（source）、一个吸收器（sink）构成Source6生成集卡，此处的集卡既可以用作内部装载至码头的集卡，又可用作外卡Sink2吸收满载而出的集卡4212.3.3

港口集装箱物流系统的仿真参数设置如表12.4所示43表12.4货物集卡外运仿真对象名称说明参数设置Source6集卡生成器临时实体类型：集卡到达时间：固定时间间隔150s；离开时间间隔服从参数为（1，5）的均匀分布12.3.3

港口集装箱物流系统的仿真货物集卡外运区的仿真模型如图12.13所示4412.3.3

港口集装箱物流系统的仿真5）装船出港区：该区模拟集卡把集装箱运往出港码头并装船出港的过程一个分离器（separator）、一个缓存区（queue）、一座岸桥（operator）、一个生成器（source）、一个吸收器（sink）构成由货物集卡外运区的集卡生成器source6生成的集卡分别负责把四类集装箱运至出港码头，separator2负责卸载集卡上的集装箱，放至出港码头的缓存区，source7生成进港欲装载的船泊，sin3吸收装载后的船泊4512.3.3

港口集装箱物流系统的仿真主要对象的参数设置如表12.5所示46表12.5装船出港对象名称说明参数设置Separator2出港卸载集卡分离器分离方式：解包（unpack）输送端口：保持默认Queue10出港码头缓存区最大容量：1000Souce7欲装船舶生成器临时实体类型：船泊到达时间：固定时间间隔2000Operator166岸桥自定义对象12.3.3

港口集装箱物流系统的仿真装船出港区的仿真模型如图12.14所示4712.4仿真运行及数据分析12.4.1仿真运行及数据处理12.4.2仿真数据及结果分析4812.4.1仿真运行及数据处理设置仿真时间为10000.00秒，编译通过后直接运行仿真系统对上述的总体运行的数据进行进一步的分析处理，可以得到以下性能指标1）

集装箱叉车4912.4.1仿真运行及数据处理图12.15显示了五个集装箱叉车的利用率的对比，从图中可以看到Transport1，Transport2的利用率较高，而Transport3的利用率最低5012.4.1仿真运行及数据处理2）泊位利用率本仿真中可以利用进港码头设置的分离器的工作状态来模拟实际泊位的工作状态。根据仿真统计，分离器的状态图如图12.16，从图中可以看出，泊位的利用率为14.4%5112.4.1仿真运行及数据处理3）堆场堆场的仿真数据如表12.7所示5212.4.1仿真运行及数据处理53表12.8整理出了一些有用的评价港口集装箱物流系统的指标12.4.1仿真运行及数据处理图12.17显示了冷冻箱堆场的堆存量随着时间的推移而变化的过程5412.4.3仿真数据及结果分析由以上各个集装箱叉车的利用率对比图12.15可以看出，集装箱叉车运行的效率普遍不高，其中Transporter3也就是负责空箱搬运的叉车的利用率最低这时我们可以对原本的模