章冬巖

摘要：系統(tǒng)仿真是為研究對(duì)象建立模型，并在模型上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法。物流系統(tǒng)仿真技術(shù)作為一種實(shí)用的決策工具，廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸調(diào)度、碼頭運(yùn)營(yíng)、庫(kù)存管理、集配規(guī)劃設(shè)計(jì)，在集裝箱碼頭運(yùn)營(yíng)管理和方案調(diào)整優(yōu)化中發(fā)揮著重要作用。

1系統(tǒng)仿真技術(shù)的價(jià)值和特點(diǎn)

1.1系統(tǒng)仿真技術(shù)的實(shí)用價(jià)值

系統(tǒng)仿真技術(shù)是利用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，借助經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析測(cè)試結(jié)果并做出決策的綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)科。[1]系統(tǒng)仿真一般是在技術(shù)條件有限的情況下或從人身和設(shè)備安全的角度對(duì)模型進(jìn)行研究的方法，可以獲得與實(shí)際系統(tǒng)研究相同或相似的結(jié)果。系統(tǒng)仿真技術(shù)因其成本低、效率高、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于管理和決策領(lǐng)域。通過(guò)模擬和分析實(shí)際問(wèn)題，可以有效地幫助企業(yè)縮小投資規(guī)模，降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化安全庫(kù)存，提高資金利用率。

1.2系統(tǒng)仿真技術(shù)的特點(diǎn)

系統(tǒng)仿真技術(shù)可以為決策者提供關(guān)鍵見(jiàn)解和創(chuàng)新思路，具有學(xué)科廣泛、綜合性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣、可重復(fù)測(cè)試、不受自然環(huán)境限制等優(yōu)點(diǎn)，可以服務(wù)于特定的生產(chǎn)活動(dòng);同時(shí)，生產(chǎn)活動(dòng)的改進(jìn)結(jié)果可以對(duì)系統(tǒng)仿真技術(shù)做出反應(yīng)，促進(jìn)該技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步。

2物流系統(tǒng)仿真的目標(biāo)、方法和步驟

2.1物流系統(tǒng)模擬目標(biāo)

物流系統(tǒng)仿真廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、庫(kù)存系統(tǒng)、配送系統(tǒng)、供應(yīng)鏈系統(tǒng)和港口物流領(lǐng)域。[2]物流系統(tǒng)仿真的目標(biāo)是利用仿真技術(shù)輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)管理、綜合指標(biāo)的評(píng)估驗(yàn)證、各種方案的比較，最終達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

2.2物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方法

物流系統(tǒng)是指由包裝設(shè)備、物料、運(yùn)輸工具、人員、裝卸機(jī)械、倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施、通訊聯(lián)系等組成的具有特定功能的有機(jī)整體。[3]物流系統(tǒng)具有復(fù)雜性、隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性和非線性的特點(diǎn)，系統(tǒng)的真實(shí)性能可以從模擬運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)結(jié)果中推導(dǎo)出來(lái)。物流系統(tǒng)仿真可以解決復(fù)雜的系統(tǒng)問(wèn)題，避免許多不確定因素，最終通過(guò)各種數(shù)據(jù)和表格分析實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)優(yōu)化。在實(shí)踐中，軟件仿真結(jié)果只能直觀地描述問(wèn)題，只有將仿真技術(shù)與優(yōu)化算法相結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。

2.3物流系統(tǒng)離散事件模擬的基本步驟

物流系統(tǒng)仿真是典型的離散事件系統(tǒng)仿真，其核心是時(shí)鐘推進(jìn)和事件調(diào)度機(jī)制。模擬的基本步驟如下：首先確定模擬目標(biāo)，明確需要解決的問(wèn)題;第二步，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研，繪制整體流程，總結(jié)建模參數(shù)，為數(shù)據(jù)模型的建立做準(zhǔn)備;第三步是建立數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建流程圖，包括臨時(shí)實(shí)體到達(dá)模型、永久實(shí)體服務(wù)模型和排隊(duì)模型。第四步，根據(jù)模型的特點(diǎn)，確定仿真算法，選擇事件調(diào)度法等工作方法;第五步是建立仿真模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型的數(shù)字化和數(shù)字化，在此期間可以添加一些組件，以滿足計(jì)算機(jī)的運(yùn)行特性;第六步，進(jìn)行模型驗(yàn)證，確認(rèn)建立的模型是否可以準(zhǔn)確描述為可執(zhí)行效果;七、運(yùn)行仿真模型，其核心是確定仿真的終止時(shí)間，并以此為前提檢測(cè)階段效應(yīng);第八步是分析仿真結(jié)果，通過(guò)增加仿真次數(shù)獲得最終滿意的結(jié)果。第九步是輸出仿真結(jié)果，可以分為實(shí)時(shí)在線輸出和仿真結(jié)束時(shí)輸出，可以以表格、直方圖、餅狀圖、圖形等形式輸出數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件。

3物流系統(tǒng)仿真技術(shù)在集裝箱碼頭管理中的應(yīng)用

物流系統(tǒng)是一個(gè)多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)作系統(tǒng)，其整體優(yōu)化是一個(gè)綜合、復(fù)雜的工程。近年來(lái)，在現(xiàn)代物流研究領(lǐng)域，如運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)布局、物流園區(qū)規(guī)劃、供應(yīng)鏈管理控制等。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為物流決策管理服務(wù)的效果顯著。[4]碼頭集裝箱物流系統(tǒng)涉及到很多復(fù)雜的因素，如集裝箱裝卸和堆放、裝卸機(jī)械操作、堆場(chǎng)位置配置等。利用系統(tǒng)仿真技術(shù)分析各種運(yùn)輸管理指標(biāo)，可以為集裝箱碼頭調(diào)整生產(chǎn)組織、優(yōu)化作業(yè)流程提供決策輔助。

3.1碼頭集裝箱物流系統(tǒng)的構(gòu)成

碼頭集裝箱物流系統(tǒng)設(shè)施包括泊位、岸線、前沿、堆場(chǎng)、集裝箱貨運(yùn)站倉(cāng)庫(kù)、中央控制室、道口、集裝箱修理車(chē)間和岸橋，門(mén)座起重機(jī)、前部起重機(jī)、叉車(chē)、牽引車(chē)、跨運(yùn)車(chē)等。物理成分復(fù)雜，相互關(guān)聯(lián)，相互聯(lián)系，難以高效協(xié)作。集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)作具有連續(xù)性強(qiáng)、組織協(xié)調(diào)困難、運(yùn)作時(shí)空不平衡等特點(diǎn)。因此，該系統(tǒng)旨在縮短集裝箱在碼頭的停留時(shí)間，保持生產(chǎn)的連續(xù)性，最大限度地保證各生產(chǎn)組織的內(nèi)部和外部部門(mén)之間的多環(huán)節(jié)、多作業(yè)、高度協(xié)調(diào)，最終達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。從作業(yè)流程來(lái)看，碼頭集裝箱物流系統(tǒng)由一個(gè)一般的海陸系統(tǒng)和四個(gè)與岸線垂直分布的子系統(tǒng)組成，其中四個(gè)子系統(tǒng)分為前裝卸系統(tǒng)、水平運(yùn)輸系統(tǒng)、堆場(chǎng)裝卸系統(tǒng)和道口檢查系統(tǒng)。

3.2碼頭集裝箱物流系統(tǒng)仿真模型的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

建立完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和檢查方法，系統(tǒng)地布局模型設(shè)計(jì)和設(shè)備建模，在建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真操作，并分析輸出結(jié)果，可以對(duì)碼頭集裝箱物流系統(tǒng)進(jìn)行多方面的優(yōu)化。

（1）模型設(shè)計(jì)和運(yùn)行按照以下原則設(shè)置：箱區(qū)區(qū)入站卸貨區(qū)、集裝箱分類(lèi)區(qū)、堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)、卡車(chē)出港區(qū)、裝卸區(qū)等。該過(guò)程以箱區(qū)地區(qū)的進(jìn)港卸貨為起點(diǎn)，由發(fā)電機(jī)按一定比例模擬集裝箱的到達(dá)，由船舶發(fā)電機(jī)模擬待卸船舶，再結(jié)合進(jìn)港船舶合成器，模擬待卸船舶，然后由發(fā)射機(jī)模擬集裝箱運(yùn)輸和待卸船舶。在集裝箱分類(lèi)區(qū)，分選機(jī)模擬卸船后，通過(guò)排隊(duì)器對(duì)集裝箱進(jìn)行分類(lèi)，最后由自己的輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)將集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)到相關(guān)地點(diǎn);在堆場(chǎng)的作業(yè)區(qū)，通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)將集裝箱運(yùn)輸?shù)骄彺鎱^(qū)，然后通過(guò)提升設(shè)備將集裝箱放置到預(yù)定的集裝箱位置;在貨柜車(chē)出發(fā)區(qū)，根據(jù)集裝箱位置使用起重設(shè)備將集裝箱吊起，提升到貨柜車(chē)上離開(kāi)碼頭。

（2）仿真數(shù)據(jù)處理與分析將運(yùn)輸車(chē)的仿真結(jié)果輸出為運(yùn)輸車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)直方圖，可以幫助碼頭了解運(yùn)輸車(chē)的利用率，以便相關(guān)部門(mén)調(diào)整運(yùn)輸車(chē)的配置;調(diào)度員的模擬結(jié)果輸出為泊位實(shí)際使用狀況的餅圖，可以幫助碼頭獲得各時(shí)段的泊位利用率，以便有關(guān)部門(mén)調(diào)整船舶裝卸方案，提高泊位利用率;堆場(chǎng)的模擬結(jié)果以數(shù)據(jù)表的形式輸出，可以直觀地顯示堆場(chǎng)各種箱的存量隨時(shí)間變化的過(guò)程，并可以輔助碼頭判斷堆場(chǎng)容量和箱區(qū)分配的合理性，以便調(diào)度部門(mén)調(diào)整箱區(qū)分配。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著集裝箱碼頭生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和業(yè)務(wù)量的增加，碼頭生產(chǎn)過(guò)程中的信息量急劇增加，生產(chǎn)組織趨于復(fù)雜，僅靠人力和經(jīng)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)港口生產(chǎn)調(diào)度決策。在此背景下，利用物流系統(tǒng)仿真技術(shù)輔助港口生產(chǎn)調(diào)度變得越來(lái)越重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱小平. 物流系統(tǒng)仿真[M]. 北京：中國(guó)財(cái)富出版社，2012.

[2] 陳香蓮. 基于物流系統(tǒng)仿真的集裝箱港口數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化研究與實(shí)踐[J]. 物流工程與管理，2017，39（11）：67-68.

[3] 李永先，胡祥培，熊英. 物流系統(tǒng)仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2007，19（7）：1411-1416.

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