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(武漢理工大學 物流工程學院，武漢 430063)

隨著現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展，港口內部物流效率的高低不僅影響到了港口本身的競爭力，還影響到以港口為基本結點的整個運輸鏈的效率。提高集裝箱碼頭物流運作效率的途徑之一就是購置或更新各種裝卸設備。但是，由于集裝箱碼頭的裝卸設備都比較昂貴，所以一般不能通過無限制購進設備來滿足箱量需求和提高碼頭服務水平。因而許多集裝箱碼頭為提高管理水平和物流效率，采取的重要措施就是對現(xiàn)有資源(泊位、橋吊、龍門吊、集卡等)合理配置來提高碼頭的裝卸效率[1]。

萬州港地處長江中上游結合部，三峽庫區(qū)腹心地帶，素有“川東門戶”之稱，三峽庫區(qū)形成后，萬州港作為庫區(qū)最大的樞紐港口，在長江干線上起著承東啟西的作用。據(jù)預測江南集裝箱碼頭吞吐量2010、2015、2020年分別為21萬、32萬、43萬TEU，而現(xiàn)有的集裝箱碼頭設備配置已經(jīng)不能滿足裝卸作業(yè)量逐年增加的要求?？紤]在不增加設備配置的基礎上，通過構建一個包括泊位、橋吊、龍門吊和集卡的閉排隊網(wǎng)絡模型較為全面地描述集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)，運用Matlab仿真技術模擬計算碼頭裝卸系統(tǒng)的運行指標，以達到碼頭設備配置效率最優(yōu)的目的，最大限度地滿足裝卸作業(yè)量的增加。

1 閉排隊網(wǎng)絡模型

在集裝箱碼頭設備配置的閉排隊網(wǎng)絡模型中，橋吊、龍門吊和集卡的行走時間不能采用一般的分布進行很好的擬合，而閉排隊網(wǎng)絡乘積形式的求解，一般都要求各節(jié)點的服務時間服從負指數(shù)分布。因此，采用估算均值法計算閉排隊網(wǎng)絡的性能指標，并通過性能指標優(yōu)化集裝箱碼頭設備配置。

1.1 模型的特點

1) 顧客是集卡。為了描述集卡的水平運輸時間，虛設一個路徑節(jié)點，并假設路徑節(jié)點的服務臺數(shù)為無窮，其服務時間均值是集卡的水平運輸時間均值[2]；

2) 網(wǎng)絡共三個節(jié)點，橋吊節(jié)點、路徑節(jié)點和龍門吊節(jié)點；

3) 集卡在閉排隊網(wǎng)絡中的路徑鏈為:橋吊節(jié)點服務結束后，集卡以轉移概率1進入路徑節(jié)點；龍門吊節(jié)點服務結束后，集卡以轉移概率1進入路徑節(jié)點；路徑節(jié)點服務結束后，轉移到橋吊節(jié)點的集卡是載有出口集裝箱的集卡，其轉移概率為r21,轉移到龍門吊節(jié)點的集卡是載有進口箱的集卡，其轉移概率為r23；

4) 閉排隊網(wǎng)絡中既沒有進場外卡到達，也沒有內卡離開系統(tǒng)。

1.2 假設條件

1) 網(wǎng)絡可達到穩(wěn)態(tài)；

2) 各節(jié)點服務時間相互獨立，但服務時間分布不限；

3) 顧客轉移概率獨立。

1.3 模型符號說明

在介紹模型輸入?yún)?shù)之前，首先說明模型所用符號含義:

Si網(wǎng)絡中節(jié)點的平均服務時間，i= 1,2,3，分別代表橋吊、路徑、龍門吊。

σi各節(jié)點服務時間標準差；

Ci各節(jié)點的服務臺數(shù)；

ri集裝箱從節(jié)點i轉移到節(jié)點j的概率，有：

(1)

Ai節(jié)點i的總到達率

(2)

1.4 集裝箱碼頭設備配置優(yōu)化

不同橋吊、龍門吊和集卡的配比得到的橋吊、龍門吊的利用率和集卡等待時間各不相同。由于橋吊是集裝箱碼頭設備中最昂貴的裝卸機械，因此，碼頭的管理者更為關心的是橋吊的利用率指標。所以，在集裝箱碼頭設備配置優(yōu)化時，首先要滿足橋吊合理的利用率。采用估算均值法分別計算不同橋吊、集卡、龍門吊配比下的系統(tǒng)性能指標，滿足橋吊利用率的最小龍門吊和集卡配比即為集裝箱碼頭的最優(yōu)設備配比[3]。最優(yōu)設備配比的計算流程如下:

1) 賦初值C1=1，C3=1；

2) 根據(jù)式(2)計算閉排隊網(wǎng)絡各節(jié)點相對達率；

3) 令H為集卡臺數(shù)，采用估算均值分析法計算h從1～H的閉排隊網(wǎng)絡系統(tǒng)性能指標；

4) 在C1和C3的變化范圍內，依次改變。C1和C3的值，計算不同橋吊、集卡和龍門吊比例下系統(tǒng)性能指標；

5) 根據(jù)橋吊節(jié)點、龍門吊節(jié)點利用率，按照集裝箱碼頭設備配置優(yōu)化目標，求解最優(yōu)的橋吊、集卡和龍門吊配比。

2 應用

萬州港江南集裝箱碼頭主要技術參數(shù)見表1。

表1 萬州港江南集裝箱碼頭主要技術參數(shù)

根據(jù)江南集裝箱碼頭主要技術參數(shù)可以得到閉排隊網(wǎng)絡中橋吊、集卡和龍門吊節(jié)點的平均服務率為:

(μ1μ2μ3)=(0.244 5 0.693 9 0.343 3)

各節(jié)點服務時間的標準差為

(σ1σ2σ3)=(101.430 0 25.882 0 93.004 0)

顧客轉移概率為：r21=0.54,r23=0.46

橋吊臺數(shù)為1；集卡的變化范圍為1～6；龍門吊的變化范圍為1～4。

將上述已知條件輸入到以MTALab軟件編程建立的閉排隊網(wǎng)絡集裝箱碼頭設備優(yōu)化仿真模型中，結果見表2。

表2 橋吊、龍門吊計算仿真結果

續(xù)表2

從表2可以看出，橋吊利用率大于0.900 0的最小橋吊、集卡和龍門吊配置是(1,3,1)，在橋吊為1臺，集卡為3臺，龍門吊為1臺的情況下，橋吊和龍門吊節(jié)點的利用率分別為0.941 7和0.572 1。由此可以得出在此閉排隊網(wǎng)絡系統(tǒng)中，1個橋吊配置3臺集卡，1臺龍門吊可以使系統(tǒng)中某一個橋吊的利用率達到設計要求，并且使得設備配置最優(yōu)，以節(jié)約裝卸設備配置費用。

3 結論

裝卸設備的優(yōu)化配置是集裝箱碼頭作業(yè)的核心內容之一，是影響碼頭作業(yè)效率的關鍵因素[4]。通過對萬州港江南集裝箱碼頭的設備配置進行分析，經(jīng)過合理的簡化建立了閉排隊網(wǎng)絡模型，從系統(tǒng)的角度研究了集裝箱碼頭裝卸設備的優(yōu)化配置問題，并運用MATLab仿真技術，計算得出了橋吊、龍門吊、集卡的合理配比結果，達到了最大限度的利用現(xiàn)有資源的目的。本文研究成果在萬州港江南集裝箱碼頭取得良好的實際效果，具有一定的推廣價值。

[1] 張新艷,張 煜,王少梅,等.基于虛擬現(xiàn)實的港口集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)仿真建模技術[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版,2001,25(4)：470-473.

[2] 彭傳圣.集裝箱碼頭前沿設備配置數(shù)量研究[J].集裝箱化，2005(7)：23-27.

[3] 李建忠.碼頭堆場龍門起重機動態(tài)配置優(yōu)化模型[J].交通運輸工程學報.2005,5(1)：70-74.

[4] 沙 梅.集裝箱碼頭物流系統(tǒng)建模與仿真綜述[J].上海海事大學學報，2005,26(1)：6-12.