柴樹峰，陳錦耀，李玉蘭

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

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岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載仿真優(yōu)化研究

柴樹峰，陳錦耀，李玉蘭

(軍事交通學(xué)院 軍事物流系，天津 300161)

為構(gòu)建岸灘無(wú)碼頭裝卸載裝備力量，解決岸灘無(wú)碼頭集裝化物資的快速裝卸問(wèn)題，結(jié)合某陸軍登島演習(xí)卸載作業(yè)案例，建立岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈，借助Flexsim仿真軟件對(duì)作業(yè)鏈進(jìn)行研究。通過(guò)運(yùn)行仿真模型得到仿真結(jié)果，找出該卸載作業(yè)存在的問(wèn)題，并對(duì)作業(yè)方案進(jìn)行優(yōu)化。

岸灘無(wú)碼頭；集裝化物資；卸載；仿真優(yōu)化

岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載屬于渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載問(wèn)題，是我軍未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)后勤保障中的重要部分。集裝化物資卸載的效率和能力大小直接影響作戰(zhàn)進(jìn)程，因此，對(duì)裝卸裝備的合理配置是實(shí)現(xiàn)高效裝卸保障能力的關(guān)鍵。隨著部隊(duì)作戰(zhàn)物資保障任務(wù)越來(lái)越重，大量物資需求和消耗多樣化，軍事行動(dòng)受領(lǐng)任務(wù)突然，為確保戰(zhàn)場(chǎng)急需物資迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確到位，必須保證裝卸作業(yè)的快速性和可靠性，研究岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載裝備配置具有重大的理論和指導(dǎo)意義。針對(duì)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載任務(wù)，軍隊(duì)后勤必須有成熟、快速的裝卸保障能力。

對(duì)于渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資的裝卸載問(wèn)題，目前主要集中在探討理論、研究策略及改進(jìn)管理的層面上[1-2]，還沒(méi)有應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)對(duì)渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載作業(yè)鏈進(jìn)行建模仿真和根據(jù)仿真結(jié)果分析作業(yè)鏈系統(tǒng)的有效性、合理性方面的研究。對(duì)于編配岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載裝備的問(wèn)題，我軍現(xiàn)行方法主要依靠經(jīng)驗(yàn)或者通過(guò)估算來(lái)確定，沒(méi)有充分考慮裝卸裝備的作業(yè)效率，以及不同裝備由于銜接或其他原因造成作業(yè)時(shí)出現(xiàn)的干涉現(xiàn)象。本文擬從作業(yè)鏈的角度出發(fā)，在岸灘無(wú)碼頭極其特殊環(huán)境條件下，考慮各種集裝化物資裝卸載裝備的綜合作業(yè)效能，進(jìn)行卸載作業(yè)鏈的構(gòu)成要素及作業(yè)流程分析，在Flexsim仿真軟件下，建立岸灘無(wú)碼頭卸載作業(yè)鏈的裝備優(yōu)化配置評(píng)價(jià)模型。

1　評(píng)價(jià)方法的確定

岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈?zhǔn)怯啥喾N機(jī)械組成的作業(yè)鏈，其作業(yè)效能不是各機(jī)械作業(yè)效能的簡(jiǎn)單疊加，而是由作業(yè)機(jī)械、作業(yè)對(duì)象、作業(yè)方法等要素構(gòu)成的作業(yè)鏈在規(guī)定條件下完成規(guī)定任務(wù)的效率和能力，主要體現(xiàn)在作業(yè)鏈資源消耗和作業(yè)時(shí)間的長(zhǎng)短上，即作業(yè)鏈消耗的資源越少、作業(yè)時(shí)間越短，則作業(yè)鏈作業(yè)效能越高。

本文根據(jù)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈的實(shí)際情況，借助Flexsim仿真軟件對(duì)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈進(jìn)行研究與優(yōu)化，其主要原因如下。

(1)在國(guó)內(nèi)外大多數(shù)關(guān)于作業(yè)鏈效能評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)中，采用相關(guān)仿真軟件建立邏輯合理、易于理解的仿真模型，是比較常用也是被廣泛認(rèn)可的評(píng)價(jià)方式[3-5]。結(jié)合作業(yè)鏈作業(yè)實(shí)際，分析作業(yè)機(jī)械能力，評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)、準(zhǔn)確，易于發(fā)現(xiàn)影響作業(yè)鏈作業(yè)效能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于提高改善作業(yè)鏈的作業(yè)效能有很強(qiáng)的參考價(jià)值。

(2)Flexsim 是基于面向?qū)ο蟮姆抡孳浖?，用于?dòng)態(tài)離散事件和系統(tǒng)的可視化建模仿真及監(jiān)控。它集計(jì)算機(jī)三維圖像處理技術(shù)、仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)為一體，專門面向制造、物流等領(lǐng)域，可在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立研究對(duì)象的系統(tǒng)三維模型，對(duì)模型進(jìn)行系統(tǒng)分析和驗(yàn)證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計(jì)或改造方案。

(3)Flexsim是離散事件系統(tǒng)仿真的有效工具。通過(guò)實(shí)體拖放、端口連接、參數(shù)與屬性設(shè)置來(lái)完成物流系統(tǒng)的仿真，其最大特點(diǎn)在于建模人員不需將大量精力和時(shí)間耗費(fèi)在繁瑣的編程上，只要對(duì)現(xiàn)有實(shí)體進(jìn)行合理的選用、布置、設(shè)置即可完成一般的仿真工作[6]。

對(duì)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可按照作業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)作業(yè)先后順序，建立作業(yè)鏈系統(tǒng)仿真模型，將作業(yè)鏈的各作業(yè)環(huán)節(jié)、各要素連接成一個(gè)有機(jī)整體。根據(jù)給定具體物資的卸載作業(yè)需求及卸載時(shí)間范圍，進(jìn)一步優(yōu)化作業(yè)機(jī)械的編配。

2　岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈模型的建立

2.1任務(wù)案例

以某陸軍登島卸載作業(yè)為案例進(jìn)行研究，卸載量為0.4萬(wàn)t。集裝箱運(yùn)輸船舶無(wú)法直接抵達(dá)岸邊，需要實(shí)施離岸過(guò)駁卸載。為了能夠順利完成此次應(yīng)急卸載保障任務(wù)，上級(jí)要求某保障旅實(shí)施卸載作業(yè)任務(wù)，在規(guī)定時(shí)限內(nèi)，從海上集裝箱運(yùn)輸船上卸載集裝化物資并運(yùn)送至岸灘灘頭區(qū)，卸載對(duì)象為某型號(hào)集裝箱(額定質(zhì)量5 t)。上級(jí)要求卸載作業(yè)階段必須要在t(t≤400 min)時(shí)間內(nèi)完成卸載作業(yè)。在執(zhí)行本次任務(wù)時(shí)，前期配備的主要裝備情況見(jiàn)表1。

表1　集裝化物資卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)裝備配置情況

2.2作業(yè)流程

岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的運(yùn)行流程如下：對(duì)于無(wú)法直接抵達(dá)岸邊的集裝箱運(yùn)輸船舶，需要采用海上機(jī)動(dòng)卸載平臺(tái)與輔助起重船實(shí)施離岸過(guò)駁卸載保障，在海上完成集裝箱運(yùn)輸船舶過(guò)駁，將集裝箱分別倒載到專用的棧橋渡船或氣墊駁運(yùn)船上，棧橋渡船與氣墊駁運(yùn)船將集裝箱運(yùn)送到岸灘邊上，再通過(guò)岸灘裝卸裝備即全地形集裝箱正面吊、組合式岸邊起重機(jī)、大噸位全路面汽車起重機(jī)將集裝箱卸載到岸灘的灘頭區(qū)(灘頭集裝箱溢流區(qū))。

2.3仿真模型框架的建立

在Flexsim平臺(tái)上建立該卸載作業(yè)鏈仿真模型框架(如圖1所示)。

圖1　仿真模型框架

2.4作業(yè)規(guī)則的確定和數(shù)據(jù)輸入

根據(jù)卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程，可確定本作業(yè)鏈系統(tǒng)中各實(shí)體的作業(yè)規(guī)則。

(1)裝卸載服務(wù)臺(tái)為等待制服務(wù)臺(tái)，先到先服務(wù)，服務(wù)臺(tái)前有排隊(duì)隊(duì)列，服務(wù)時(shí)間獨(dú)立。

(2)裝卸裝備實(shí)體為集裝化物資實(shí)體提供裝卸載服務(wù)，服務(wù)時(shí)間為裝卸裝備的裝卸載作業(yè)時(shí)間，各裝卸裝備相互獨(dú)立。

(3)搬運(yùn)船舶實(shí)體在裝載服務(wù)臺(tái)與裝卸裝備實(shí)體間運(yùn)行，在前級(jí)服務(wù)臺(tái)裝載，重駛至后級(jí)裝卸裝備實(shí)體，卸載后空車返回前級(jí)服務(wù)臺(tái)等待裝載，每次作業(yè)均達(dá)到其額定裝載質(zhì)量。

(4)集裝化物資實(shí)體，由起點(diǎn)(源)依次經(jīng)過(guò)各服務(wù)臺(tái)、搬運(yùn)船舶實(shí)體、裝卸載裝備實(shí)體，到達(dá)終點(diǎn)(匯)；當(dāng)規(guī)定量物資全部到達(dá)時(shí)，作業(yè)結(jié)束。

依據(jù)任務(wù)案例的相關(guān)數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，由相應(yīng)的參數(shù)測(cè)算方法，可確定本模型各主要實(shí)體的輸入數(shù)據(jù)。根據(jù)研究目的和系統(tǒng)特征的不同，系統(tǒng)仿真分為終止型仿真和非終止型仿真兩種類型。由集裝化物資裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)的研究目的及特征可知，該系統(tǒng)屬于終止型仿真，決定仿真結(jié)束的“固有事件”為岸灘裝卸裝備完成最后一箱集裝化物資的卸載作業(yè)。

3　運(yùn)行仿真模型及優(yōu)化分析

3.1仿真結(jié)果分析

針對(duì)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)系統(tǒng)，主要研究在緊急情況下，設(shè)計(jì)方案中的各種裝卸裝備所能發(fā)揮的最大作用，以及裝卸作業(yè)鏈能否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)圓滿完成給定任務(wù)。建立仿真模型，檢查各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，編譯模型，確認(rèn)模型準(zhǔn)確無(wú)誤。運(yùn)行仿真模型，可以得到模型運(yùn)行狀況的匯總報(bào)告和狀態(tài)報(bào)告，選擇生成狀態(tài)報(bào)告，得到Excel報(bào)告表，由于本模型中數(shù)據(jù)較多，故在觀察和分析的基礎(chǔ)上選擇包含需要改進(jìn)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析(見(jiàn)表2—表4)。

表2　離岸過(guò)駁裝備狀態(tài)　%

表3　近岸倒運(yùn)裝備狀態(tài)　%

表4　岸灘裝卸裝備狀態(tài)　%

仿真模型運(yùn)行了22 785 s(約380 min)，在規(guī)定時(shí)間t內(nèi)(t≤400 min)完成了對(duì)800個(gè)集裝箱從集裝箱船到岸灘灘頭區(qū)的離岸過(guò)駁卸載任務(wù)。在仿真分析過(guò)程中，主要依據(jù)各類裝備的利用率指標(biāo)并結(jié)合觀察模型運(yùn)行情況來(lái)判斷。裝備利用率是指裝備工作時(shí)間占整體仿真時(shí)間的比例。通過(guò)仔細(xì)觀察仿真系統(tǒng)的運(yùn)行可以看出，作業(yè)鏈的各個(gè)關(guān)鍵實(shí)體區(qū)域運(yùn)行情況都較正常。

離岸過(guò)駁裝備(即輔助起重船與海上機(jī)動(dòng)卸載平臺(tái))的工作利用率雖然較低，但其數(shù)目不能再減少，因?yàn)樵趯?shí)際演習(xí)中，如果其中某個(gè)離岸過(guò)駁裝備出現(xiàn)故障，另外一個(gè)還能正常運(yùn)作，就不會(huì)影響岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈的整體正常運(yùn)行。并且，只有當(dāng)岸灘裝卸裝備以及近岸倒運(yùn)裝備的數(shù)目都同時(shí)增加時(shí)，才能提高輔助起重船與海上機(jī)動(dòng)卸載平臺(tái)的工作利用率。

4艘氣墊駁運(yùn)船與棧橋渡船相比較，其閑置比率都較高，為了縮小被敵方打擊的目標(biāo)，可以考慮把氣墊駁運(yùn)船的數(shù)目減少1艘。

岸灘裝卸裝備中的兩臺(tái)大噸位全路面汽車起重機(jī)、3臺(tái)全地形集裝箱正面吊的工作利用率都在80%以上；而組合式岸邊起重機(jī)的工作利用率為56.82%，利用率較低，所以此處可做優(yōu)化?？紤]到組合式岸邊起重機(jī)主要用于港口無(wú)起吊設(shè)備和戰(zhàn)時(shí)港口遭局部破壞、起吊設(shè)備被毀的情況，而岸灘本身就沒(méi)有港口較多的起吊設(shè)備，在實(shí)際情況中無(wú)法體現(xiàn)出已有港口碼頭的卸載快捷、方便和高效優(yōu)勢(shì)，并且，組合式岸邊起重機(jī)的組裝時(shí)間較長(zhǎng)也會(huì)影響前期規(guī)劃布置岸灘。而大噸位全路面汽車起重機(jī)沒(méi)有上述問(wèn)題，適應(yīng)情況良好，所以考慮把組合式岸邊起重機(jī)換成大噸位全路面汽車起重機(jī)。

通過(guò)對(duì)上述仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能方便地找出系統(tǒng)中哪些裝備利用率偏低等問(wèn)題，可以從岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載作業(yè)鏈整體出發(fā)，優(yōu)化裝卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)。

3.2仿真優(yōu)化分析

(1)優(yōu)化方案一。本模型首先通過(guò)減少1艘氣墊駁運(yùn)船以及把組合式岸邊起重機(jī)換成大噸位全路面汽車起重機(jī)來(lái)均衡各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率，從而提高卸載作業(yè)鏈系統(tǒng)的整體作業(yè)效率。調(diào)整模型，改進(jìn)后運(yùn)行模型，仿真模型運(yùn)行22 783 s(約380 min)，任務(wù)完成時(shí)間沒(méi)有明顯變化。仿真結(jié)果是輔助起重船與海上機(jī)動(dòng)卸載平臺(tái)的工作利用率沒(méi)有明顯變化，而3艘氣墊駁運(yùn)船的工作利用率都明顯提高，岸灘裝卸裝備的工作利用率都在80%以上。優(yōu)化后的仿真模型雖然沒(méi)有縮短任務(wù)完成時(shí)間，但減少了近岸倒運(yùn)裝備，均衡了各環(huán)節(jié)的作業(yè)效率。

(2)優(yōu)化方案二。為縮短任務(wù)完成時(shí)間，考慮在方案一的基礎(chǔ)上再增加1艘棧橋渡船、1艘氣墊駁運(yùn)船、1輛大噸位全路面汽車起重機(jī)、1輛全地形集裝箱正面吊。第二次調(diào)整模型后，仿真模型運(yùn)行21 094.8 s(約352 min)，任務(wù)完成時(shí)間減少28 min。根據(jù)仿真結(jié)果，輔助起重船與海上機(jī)動(dòng)卸載平臺(tái)的工作利用率均得到一定提高，4艘氣墊駁運(yùn)船、4艘棧橋渡船的工作利用率都比較高，岸灘裝卸裝備的工作利用率雖然相比方案一下降了一些，但基本都在70%以上。優(yōu)化后的仿真模型明顯縮短了任務(wù)完成時(shí)間，提高了整體作業(yè)效率。

比較以上兩個(gè)優(yōu)化方案，方案一雖然沒(méi)有縮短任務(wù)完成時(shí)間，但減少了近岸倒運(yùn)裝備，且該方案的實(shí)施過(guò)程比原始方案要便捷。方案二同時(shí)增加了近岸倒運(yùn)裝備及岸灘裝卸裝備，使任務(wù)完成時(shí)間縮短約0.5 h。在實(shí)際情況下，就要比較哪個(gè)方案更貼合實(shí)際情況。如果都不影響進(jìn)程，適合選擇方案一，動(dòng)用的人力、裝卸裝備都比較少；如果為了縮短任務(wù)完成時(shí)間，在允許申請(qǐng)裝卸裝備數(shù)量的情況下，也可選擇方案二。

4　結(jié)　語(yǔ)

通過(guò)在仿真軟件環(huán)境下建立卸載作業(yè)鏈裝備優(yōu)化配置評(píng)價(jià)模型，對(duì)岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載裝備配置進(jìn)行優(yōu)化研究，可以為我軍構(gòu)建岸灘無(wú)碼頭集裝化物資卸載裝備力量時(shí)提供一種方法和思路，解決岸灘無(wú)碼頭集裝化物資的快速裝卸問(wèn)題。

(1)本研究建立的卸載作業(yè)鏈裝備優(yōu)化配置仿真模型，物理意義明確、直觀，便于決策。

(2)該仿真模型不僅能測(cè)算給定卸載作業(yè)鏈的保障能力，而且能靈活地調(diào)整卸載作業(yè)鏈的結(jié)構(gòu)和裝備編配方案，并對(duì)新方案進(jìn)行評(píng)估，輔助決策者確定最優(yōu)方案。

(3)對(duì)于卸載作業(yè)鏈的分析與優(yōu)化，平時(shí)應(yīng)考慮作業(yè)費(fèi)用的影響，戰(zhàn)時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)抗毀傷及自救恢復(fù)能力的影響，這些問(wèn)題可以在研究模型的進(jìn)一步改進(jìn)中加以考慮。

(4)結(jié)合實(shí)際情況，如果將有關(guān)裝卸載分析延伸，給出一些其他的必要約束，就可以確定該卸載作業(yè)鏈中裝備的最佳編配。

[1]胡俊華，石壽松.渡海登陸作戰(zhàn)軍需物資裝卸載探討[J].軍事經(jīng)濟(jì)研究,2003，24(1):65-67.

[2]吳剛.岸灘聯(lián)合后勤軍交運(yùn)輸保障研究[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報(bào),2014，16(7):9-12.

[3]張立峰，李文生，車文剛.基于FLexsim仿真的軍事配送策略[J].中國(guó)物流與采購(gòu)，2008(19):70-71.

[4]馮云,翟躍文.軍事物流配送中心作業(yè)流程建模與仿真[J].后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010,26(6):61-65.

[5]Legato P，Mazza R M. Berth planning and resources optimization at a container terminal via discrete event simulation[J]. European journal of operational research, 2001, 133 (3): 537-547.

[6]張劍芳.軍用物資裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)備配置分析[J].物流技術(shù),2001(1):10-11.

(編輯：史海英)

Simulation Optimization of Containerized Materials Unloading on Shore Without Terminal

CHAI Shufeng, CHEN Jinyao, LI Yulan

(Military Logistics Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China)

To construct force of unloading equipment on shore without terminal and solve the problem of loading and unloading containerized materials on shore without terminal, the paper establishes unloading activity chain of containerized materials combining with the case of army landing exercise, and studies the activity chain with Flexsim simulation software. Through the simulation model it obtained the simulation result and found the problems in this unloading activity, and it also optimized the activity plan.

shore without terminal; containerized materials; unloading; simulation optimization

2015- 06-11；

2015- 07-12．

軍事交通學(xué)院科研基金項(xiàng)目(2014A16).

柴樹峰(1982—)，女，碩士，講師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.02.012

E232

A

1674-2192(2016)02- 0048- 05