专利名称：集装箱码头运营系统中装卸船生产模型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种集装箱码头物流运营通用性仿真系统的建模方法，特别涉 及一种集装箱码头运营系统中装卸船生产模型的建模方法。
背景技术：
仿真是一种基于模型的活动，系统仿真就是建立系统模型并在模型上进行 试验。建模与仿真技术在港口码头系统上的应用，是伴随着模拟技术本身的发 展和港口码头机械化、自动化水平的提高而深入的。综观国内外文献，国外学
术界从上世纪90年代末开始对集装箱码头建模与仿真研究逐渐升温。与国外 相比，国内对集装箱物流系统仿真与建模的研究目前还处在起步阶段，但自 2000年以来进展十分迅速。运用计算机仿真对集装箱码头系统规划和管理进行 研究已经成为热点问题。
目前对于集装箱码头物流运营系统的建模与仿真研究，在通用性建模与仿 真理论领域尚存在以下问题
(1) 通用性建模与仿真是一个具有挑战性和创新性的研究领域。 目前现有技术尚缺乏在两类领域(操作型仿真和战略型仿真)均适用的通
用性建模理论的研究，而适用于战略型仿真和操作型仿真并适合各种典型工艺 系统的通用性建模与仿真理论，将为基于离散事件动态系统的集装箱码头物流 运营系统建模与仿真提供一个较为清晰的全貌、框架和体系。由于集装箱码头 物流运营系统是一个离散事件动态系统，具有随机性、复杂性和动态性特征， 建模的难度较大。因此，研究该领域通用性仿真建模与仿真系统是一个具有挑 战性和创新性的研究领域。
(2) 建模与仿真系统只适用于一个港口对象不利于利用仿真系统进行经 验积累和规律寻求。
对于以集装箱码头为研究对象的仿真与建模研究往往以具体港口为背景 展开。已经开发的集装箱码头物流仿真系统也是将一个具体港口作为研究对象或者为了解决某一个具体的问题而设计，旨在为这些港口提供解决方案。国外
研究涉及的港口有鹿特丹港、釜山港、Virginia港、LosAngeles港、新加坡的 Brani港、Riga港、马来西亚的Kelang集装箱码头、Gdansk港[等港口。国内 研究涉及的港口有上海、香港和宁波等。在此背景下，使得每一次建模只能适 用于一个对象，不仅对需求的响应较慢，而且不利于利用仿真系统进行经验积 累和规律寻求。
(3)利用非港口专用仿真的仿真软件建模难以覆盖港口的所有管理和运 营环节的仿真。
由于这些专用仿真语言(如Flexsim等)的建模方法是在软件中给定的， 而该软件由于是非港口专用仿真的仿真软件普适于多种系统，但却不能覆盖港 口的所有管理和运营环节的仿真。因此其建模规则相较于集装箱码头物流运营 系统的建模规则显得狭小，并且不完全匹配。使用这些软件建模与仿真适用于 集装箱码头的单一环节或分割环节的研究，而在对于要求整体性研究的集装箱 码头的物流系统仿真时往往表现出削足适履的特征
发明内容
.-
本发明针对上述现有技术在集装箱码头物流运营系统的建模与仿真研究 所存在的问题，而提出了一种适用于集装箱码头物流运营系统的通用性建模与 仿真的装卸船生产模型的建模方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
装卸船生产仿真模型包括对泊位划分和装卸桥资源配置的泊位及装卸桥 资源配置仿真模型、用于计算任一泊位使用的装卸桥数量以及在每个步长时间 内的理论处理量的装卸桥作业仿真模型、用于计算任一泊位使用的水平搬运机 械数量以及在每个步长时间内的理论处理量的水平搬运作业仿真模型、用于计 算任一泊位使用的堆场机械数量以及在每个步长时间内的堆场机械理论处理 量的堆场作业仿真模型、用于识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种机 械在进行串行服务时的实际处理量的为装卸船服务的瓶颈处理仿真模型；该装 卸船生产仿真模型的实现步骤如下
(1)根据仿真要求，确定总仿真时间T，仿真的时间步长，并使仿真时间从零开始；
(2) 进入下一个仿真步长，进行仿真；
(3) 在步骤(2)所述的步长内，进入下一个泊位进行仿真运算；由泊位 及装卸桥资源配置仿真模型对船舶泊位的分配和对该泊位装卸桥资源的分配；
(4) 由步骤(3)得到泊位数量后，由装卸桥作业仿真模型得到该泊位使 用的装卸桥数量以及在每个步长时间内的理论处理量；
(5) 由水平搬运作业仿真模型得到该泊位使用的水平搬运机械数量以及 在每个步长时间内的理论处理量；
(6) 由堆场作业仿真模型得到该泊位使用的堆场机械数量以及在每个步 长时间内的堆场机械理论处理量；
(7) 由瓶颈处理仿真模型识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种 机械在进行串行服务时的实际处理量；
(8) 检测是否还有泊位没有仿真，若有则进入步骤(3);若没有，则将 仿真步长时间累加；
(9) 将得到的新的仿真步长与总仿真时间比较，判断是否仿真结束，若 没有转入步骤(2);若仿真结束，计算各个指标并将结果存入数据库，装卸船 生产仿真结束。
所述泊位及装卸桥资源配置仿真模型包括泊位资源配置仿真模型和装卸 桥资源配置仿真模型
所述泊位资源配置仿真模型通过以下步骤实现
(Al)从船舶排队仿真模型中得到每一艘船的长度以及泊位需要为每艘船 舶留出的超过船舶长度的富余间距；
(A2)对泊位进行确定，判断是否需要按照岸线来确定，若不需要转入步 骤(A3);若需要转入步骤(A4);
(A3)不需按照岸线来确定泊位，泊位数量已经确定，将船舶驶入泊位， 该船的各种状态改变，停靠该船舶的泊位状态改变，泊位总数量不变，将得到 的结果存入数据库；
(A4)通过岸线总长度、已停靠船舶的长度以及已停靠船舶的富余空间得 到剩余岸线的长度；(A5)判断剩余岸线长度是否能够停放一艘船；若不能则使船的状态为锚 地等待；若能够，则转入步骤(A6);
(A6)将船驶入泊位，改变该船的各种状态、停靠该船泊位的状态以及泊 位的总数量，并将结果存入数据库。
所述装卸桥资源配置仿真模型通过以下步骤实现
(Bl)由泊位资源配置仿真模型使得船舶驶入泊位，即获取相关的船舶泊 位状态数据，判断是否需要自动分配装卸桥，若不需要直接进入各个泊位的装 卸桥作业步骤；若需要转入步骤(B2);
(B2)按照仿真时间推进，找出该仿真时间内是否有船舶靠泊；根据船舶 排队的情况，找出该步长时间内的是否有需要停靠泊位的船舶，接下来需要作 判断1)如果有，在判断现有泊位中长度是否大于等于该船舶长度加其所需 要的停靠间距要求，如果有，则该船舶驶入该泊位；2)如果没有，进入下一 个步长。)；
(B3)以确保最小作业线数的方式得到剩余装卸桥数量；作业线数是由客 户要求决定的，由用户在仿真系统输入窗口输入针对不同船型所需的最多和最 少作业线要求。系统扫描各个泊位上停靠的船舶，先给每条船舶按照其船型分 配所需要的最少装卸桥数量，即最少作业线；
(B4)对所有有船泊位按照最大作业线排序；所剩的装卸桥，按照越大船 舶越先满足的原则，为船舶分配装卸桥，也就是为所在泊位分配装卸桥。值得 注意的是，装卸桥不是按照泊位划分的，因为这里的泊位不是固定的，而是动 态的，装卸桥分配是按照所停靠的船舶来划分的；
(B5)在每个步长，按照作业线由大到小的方式，对泊位分配装卸桥，完 成分配后则进入到各个泊位的装卸桥作业。
所述装卸桥作业仿真模型通过以下步骤实现
(Cl)在确定泊位数量后，船舶进入泊位，即获取相关的船舶泊位状态数 据，记录该船舶的状态变化和相应泊位的变化，并是装卸量从零开始；
(C2)对泊位上的船型进行判断，以及由于输入参数确定分配到该泊位的 装卸桥的完好率，选择装卸桥装卸效率分布模式确定装卸桥装卸效率，并由装卸桥的调配方式确定装卸桥数量；
(C3)根据上述步骤得到的装卸桥的完好率、装卸桥装卸效率以及装卸桥 数量获得泊位装卸率；
(C4)从第二个步长开始判断船舶状态，判断装船或卸船的状态是否变化; 若没有发生变化转入步骤(C5)，若发生变化转入步骤(C6);
(C5)判断上一个步长的集运量累加是否大于等于应装或应卸箱量；若是
的转入步骤(C6);若不是转入步骤(C7);
(C6)计算一个仿真步长泊位装卸量，结束装卸桥作业，进入水平搬运作
业；
(C7)使得一个仿真步长泊位装卸量为上一个步长的集运量累加。
所述水平搬运作业仿真模型通过以下步骤实现.-(Dl)根据选定的装卸工艺系统，确定水平搬运机械的类型； (D2)由水平搬运机械的类型确定一条作业线配置水平搬运机械的数量； (D3)选择水平机械运行周期分布模式，并由随机数产生运行周期； (D4)选择水平机械停顿时间分布模式，并由随机数产生停顿时间，其包
括码头前沿等待装卸箱时间、堆场等待装卸箱时间、非正常停时间； (D5 )由运行周期和停顿时间计算得到水平机械搬运周期时间； (D6)根据水平机械搬运周期时间、作业线数以及一条作业线配置水平搬
运机械的数量计算得到泊位水平搬运效率；
(D7)根据泊位水平搬运效率和水平搬运机械的完好率计算得到泊位一个
步长的水平搬运量，结束水平搬运作业；
所述堆场作业仿真模型通过以下步骤实现 (El)确定一条作业线配置堆场机械台数，以及堆场机械完好率； (E2)根据一条作业线配置堆场机械台数、堆场机械完好率以及作业线数 计算得到泊位堆场机械的总台数；
(E3)选择堆场机械效率分布模式，并有随机数产生堆场机械装卸效率； (E4)根据步骤(E2)得到的机械的总台数以及步骤(E3)得到的装卸效率计算得到泊位一个步长的堆场机械处理量，堆场作业结束。
所述瓶颈处理仿真模型通过以下步骤实现 (Fl)设置仿真时间的初始值；
(F2)由装卸桥作业仿真模型、水平搬运作业仿真模型、堆场作业仿真模 型得到一个步长的泊位理论装卸量、 一个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬 运量、 一个步长堆场机械的泊位理论处理量；
(F3)根据步骤(F2)得到的装卸量、水平搬运量、处理量中的最小值来 计算得到实际三个部分的实际完成量/具备能力比；
(F4)判断最小值是否为一个步长的泊位理论装卸量，若是转入步骤(F5)， 若不是转入步骤(F8);
(F5)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间，
(F6)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的作 业时间；
(F7)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业台 时累加；
(F8)判断最小值是否为一个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬运量， 若是转入步骤(F9)，若不是转入步骤(F12);
(F9)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间；
(F10)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的 作业时间；
(F11)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加；
(F12)最小值为一个步长堆场机械的泊位理论处理量，根据步骤(F3) 得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得到三部分各个机械一个步长 实际作业时间；
(F13)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的作业时间；
(F14)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加；
(F15)得到泊位的此作业线在一个步长中，前方堆场已装或已卸船的箱 量，即为最小值；
(F16)使得装卸桥装卸量累加与水平搬运机械水平搬运量累加、堆场机 械处理量累加相等；结束瓶颈处理。
根据上述技术方案能得到本发明实现步骤简单，使得整个的建模简单容易 实现；同时其所实现的模型适用于集装箱码头物流运营系统通用性的建模与仿 真。
以下结合附图和具体实施方式
来进一步说明本发明。
图1为装卸船生产仿真模型的实现流程图。 图2为泊位资源配置仿真模型的实现流程图。 图3为装卸桥资源配置仿真模型的实现流程图。 图4为装卸桥作业仿真模型的实现流程图。 图5为水平搬运作业仿真模型的实现流程图。 图6为堆场作业仿真模型的实现流程图。 图7为瓶颈处理仿真模型的实现流程图。
具体实施例方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
仿真开始后，系统首先检查未来到港船舶的到港绝对时间是否小于等于仿 真时钟的时间，如果是，则在该步长中有船到达，检查该步长中的泊位状态， 根据泊位和其停靠船舶按照机械分配原则分配各种机械。接着相继进入装卸桥 的码头前沿作业、水平搬运作业、堆场作业，在这三个串行机械所构成服务员 集合中，必然存在作业的瓶颈，因此以一个步长中的最小处理量作为装卸船作业的实际处理量，并将各种机械的实际作业时间作相应调整。
在一个步长中，码头前沿装卸船作业完毕后进行集疏运作业。集疏运作业 的运作与码头前方的运作具有相对的独立性，所以可以在码头前沿作业完毕后 再单独进行处理运算。根据堆场机械疏运处理量与集卡疏运量大小比较、堆场 机械集运处理量与集卡集运量大小比较，以瓶颈决定堆场的实际集疏运处理 量，同时根据后者的比较，当堆场机械集运处理量小于集卡集运量时，则集卡 在道口按照系统给定的原则排队。
基于上述的实现原理，装卸船生产仿真模型主要由对泊位划分和装卸桥资 源配置的泊位及装卸桥资源配置仿真模型、用于计算任一泊位使用的装卸桥数 量以及在每个步长时间内的理论处理量的装卸桥作业仿真模型、用于计算任一 泊位使用的水平搬运机械数量以及在每个步长时间内的理论处理量的水平搬 运作业仿真模型、用于计算任一泊位使用的堆场机械数量以及在每个步长时间 内的堆场机械理论处理量的堆场作业仿真模型、用于识别装卸桥、水平搬运机 械、堆场机械这三种机械在进行串行服务时的实际处理量的为装卸船服务的瓶 颈处理仿真模型组成。该模型的实现步骤如图1所示 该装卸船生产仿真模型的实现步骤如下
(1) 根据仿真要求，确定总仿真时间T，仿真的时间步长，并使仿真时 间从零开始；
(2) 进入下一个仿真步长，进行仿真；
(3) 在步骤(2)所述的步长内，进入下一个泊位进行仿真运算；由泊位 及装卸桥资源配置仿真模型对船舶泊位的分配和对该泊位装卸桥资源的分配；
(4) 由步骤(3)得到泊位数量后，由装卸桥作业仿真模型得到该泊位使 用的装卸桥数量以及在每个步长时间内的理论处理量；
(5) 由水平搬运作业仿真模型得到该泊位使用的水平搬运机械数量以及 在每个步长时间内的理论处理量；
(6) 由堆场作业仿真模型得到该泊位使用的堆场机械数量以及在每个步 长时间内的堆场机械理论处理量；
(7) 由瓶颈处理仿真模型识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种 机械在进行串行服务时的实际处理量；(8) 检测是否还有泊位没有仿真，若有则进入步骤(3);若没有，则将
仿真步长时间累加；
(9) 将得到的新的仿真步长与总仿真时间比较，判断是否仿真结束，若
没有转入步骤(2);若仿真结束，计算各个指标并将结果存入数据库，装卸船
生产仿真结束。
基于上述的一个总的仿真流程，其中步骤(3)中泊位及装卸桥资源配置
仿真模型包括泊位资源配置仿真模型和装卸桥资源配置仿真模型。
泊位数量的划分通常有两种方法泊位数量固定不变和泊位数量动态变 化。前者是传统工艺设计中对泊位数量的假设，建立在固定不变泊位数量基础 上，便于使用传统经验公式计算各种指标。但集装箱码头在实际运营中，泊位 数量是动态变化的，而建立动态变化的泊位数量基础上的各项指标计算使用传 统经验公式计算方法是无法解决的。本发明按照集装箱码头的实际运营情况建 立"泊位资源配置"模型，即采用"泊位数量动态变化"的方法划分泊位，同时为 后面的"装卸桥资源配置"提供基础。
泊位资源配置仿真模型实现时，由于泊位数量是动态变化的，变动的方法 是，仿真时钟按照步长推进扫描所有泊位，如果空闲的岸线长度大于下一艘进 港的船舶长度与该船舶需要的间距的总长度，那么空闲的岸线就可以接纳下一 艘船舶。
基于上述原理，泊位资源配置仿真模型的实现步骤如图2所示 (Al)从船舶排队仿真模型中得到每一艘船的长度以及泊位需要为每艘船
舶留出的超过船舶长度的富余间距；
(A2)对泊位进行确定，判断是否需要按照岸线来确定，若不需要转入步 骤(A3);若需要转入步骤(A4);
(A3)不需按照岸线来确定泊位，泊位数量己经确定，将船舶驶入泊位， 该船的各种状态改变，停靠该船舶的泊位状态改变，泊位总数量不变，将得到 的结果存入数据库；
(A4)通过岸线总长度、己停靠船舶的长度以及己停靠船舶的富余空间得 到剩余岸线的长度；
(A5)判断剩余岸线长度是否能够停放一艘船；若不能则使船的状态为锚地等待；若能够，则转入步骤(A6);
(A6)将船驶入泊位，改变该船的各种状态、停靠该船泊位的状态以及泊
位的总数量，并将结果存入数据库。
在泊位资源配置仿真模型完成后，得到相应的数据后，则进入到装卸桥资 源配置仿真模型的作业流程。
装卸桥资源配置仿真模型用于解决装卸桥数量在各泊位间如何调配的问
题。其所实现的原理是由于泊位数量是动态的，因此，不是按照泊位来配置 装卸桥，而是按照靠泊船舶的船型特征要求和现有的装卸桥数量权衡来配备装 卸桥数量。
基于上述原理，该模型的具体实现步骤如图3所示
(Bl)由泊位资源配置仿真模型使得船舶驶入泊位，即获取相关的船舶泊
位状态数据，判断是否需要自动分配装卸桥，若不需要直接进入各个泊位的装
卸桥作业步骤；若需要转入步骤(B2);
(B2)按照仿真时间推进，找出该仿真时间内是否有船舶靠泊；根据船舶 排队的情况，找出该步长时间内的是否有需要停靠泊位的船舶，接下来需要作 判断1)如果有，在判断现有泊位中长度是否大于等于该船舶长度加其所需 要的停靠间距要求，如果有，则该船舶驶入该泊位；2)如果没有，进入下一 个步长。)；
(B3)以确保最小作业线数的方式得到剩余装卸桥数量；作业线数是由客 户要求决定的，由用户在仿真系统输入窗口输入针对不同船型所需的最多和最 少作业线要求。系统扫描各个泊位上停靠的船舶，先给每条船舶按照其船型分 配所需要的最少装卸桥数量，即最少作业线；
(B4)对所有有船泊位按照最大作业线排序；所剩的装卸桥，按照越大船 舶越先满足的原则，为船舶分配装卸桥，也就是为所在泊位分配装卸桥。值得 注意的是，装卸桥不是按照泊位划分的，因为这里的泊位不是固定的，而是动 态的，装卸桥分配是按照所停靠的船舶来划分的；
(B5)在每个步长，按照作业线由大到小的方式，对泊位分配装卸桥，完 成分配后则进入到各个泊位的装卸桥作业。在对各个泊位完成装卸桥的分配工作后，即完成泊位及装卸桥资源配置仿 真模型的工作流程，则进入到装卸桥作业仿真模型的仿真作业。
装卸桥作业仿真模型用于计算在仿真时间内，任一泊位使用的装卸桥数量 以及在每个步长时间内的理论处理量。其实现的机制是
第一，作业线数量(即装卸桥数量)的调配方式设置有"自动调配"和"人 工调配"，如果是使用"自动调配"，则使用"装卸桥资源自动调配"模型中的配置 方法；如果是"人工调配"，则是选择了使用泊位数量固定不变的方法。
第二，为了获得任一泊位在每个步长时间内的装卸量，则采用装卸桥装卸 效率这一随机变量与该泊位装卸桥数量相乘的方法计算。
基于上述原理，装卸桥作业仿真模型在得到相关数据后，将开始相关的仿 真作业。
该模型仿真时主要输入变量集合/mme = (^A,/"她,"恥) 该模型仿真时主要输出变量集合Ocr""e = tP力w决，f幼W/4 各个变量主要含义及算法 Wl:装卸桥完好率
Pz:装卸桥装卸效率分布模式，随机变量
确定装卸桥调配方式IsAuto:自动调配IsAuto-l;人工调配IsAuto-0 Line:装卸桥数量(即作业线数) 泊位装卸率Pzberth=Pz*Line*Wl
一个仿真步长该船舶停靠泊位装卸量Vzberth=Pzberth*t 基于上述参数的模型实现步骤如图4所示
(Cl)在确定泊位数量后，船舶进入泊位即获取相关的船舶泊位状态数据；
(C2)记录该船舶的状态变化和相应泊位的变化；
(C3)参数输入模块输入的参数使装卸量从零开始；
(C4)根据获得上述几个模型的数对泊位上的船型进行判断，记录相关数
据；
(C5)根据参数输入模块输入的参数确定分配到该泊位的装卸桥的完好
率；
(C6)根据参数输入模块输入的参数选择装卸桥装卸效率分布模式，并由随机数产生效率PZ;
(C7)由参数输入模块输入的参数确定的装卸桥的调配方式，确定装卸桥 数量IsAutO:自动调配IsAutO-l;人工调配IsAutO=0;并在此基础上，获得装
卸桥数量(即作业线数)Line;
(C8)根据上述参数计算泊位装卸率Pzberth=Pz*Line*Wl;
(C9)从第二个步长开始判断船舶状态，判断装船或卸船的状态是否变化; 若没有发生变化转入步骤(CIO)，若发生变化转入步骤(Cll);
(C10)判断上一个步长的集运量累加是否大于等于应装或应卸箱量；若 是的转入步骤(Cll);若不是转入步骤(C12);
(C11)计算一个仿真步长泊位装卸量Vzberth=Pzberth*t，结束装卸桥作 业，进入水平搬运作业；
(C12)计算一个仿真步长泊位装卸量Vzberth=Min， Min为上一个步长 的集运量累加。
在上述的装卸桥作业仿真模型作业结束后，水平搬运作业仿真模型开始作业。
水平搬运作业仿真模型用于计算在仿真时间内，任一泊位使用的水平搬运 机械数量以及在每个步长时间内的理论处理量。其实现机制为
第一，水平搬运机械数量是按照装卸桥的倍数来配比的，装卸桥与水平搬 运机械配比是指一条装卸桥要配备多少台水平搬运机械。
第二，获得任一泊位在每个步长时间内的水平搬运机械理论处理量，采用 水平搬运机械效率这一随机变量与该泊位水平搬运机械数量相乘的方法计算。
基于上述原理，水平搬运作业仿真模型仿真运算时，其主要的输入、输出 变量如下
主要输入变量集合/ve/ z'de = [Li"eA/flc/z/"7>,『2，7>w , J&er, rs//e, Ta&"om}
主要输出变量集合OveWc/e = ^^e"/z)
如果水平搬运机械是集卡，贝IJ-
主要输入变量集合.ive/ 'c/^4 =仏/"eMflfc/ /"7h4'『2,rnm/4, ZZ e^4， Wfe4， ra6"omj}
主要输出变量集合Ove/ ic/"=(尸fAeM/L4, J^6e"/z4 如果水平搬运机械是自动导向车，贝U:输入变量集合/ve/zzc/e^ =(丄meMacWw7V5,『2,7>朋及r6erB, rWfeB' raZwowiS) 主要输出变量集合Ove/z/c/W =(尸fr6eW/^, 主要变量含义及算法
1) 一条作业线配水平搬运机械数量
LineMachinTrA: —条作业线配集卡数量 LineMachinTrB: —条作业线配自动导向车数量
2) 水平搬运机械运行周期分布模式
TrunA:集卡运行周期分布模式，随机事件 TrunB:自动导向车运行周期分布模式，随机事件
3) 水平搬运机械停顿时间 集卡
由随机数产生码头前沿等待装卸箱时间TberA; 由随机数产生堆场等待装卸箱时间TsiteA; 由随机数产生非正常停时TabnomA 自动导向车
由随机数产生码头前沿等待装卸箱时间TberB; 由随机数产生堆场等待装卸箱时间TsiteB; 由随机数产生非正常停时TabnomB
4) 水平搬运机械搬运周期时间Tvehicle
集卡搬运周期时间TvehicleA=TrunA+ TberA + TsiteA + TabnomA 自动导向车搬运周期时间TvehicleB=TrunB+ TberB + TsiteB + TabnomB
5) 泊位水平搬运效率Ptrberth
集卡泊位水平搬运效率
PtrberthA=3600/Tvehicle * Line*LineMachinTrA*VtrcycleA
自动导向车泊位水平搬运效率
PtrberthB=3600/Tvehicle * Line* LineMachinTrB *VtrcycleB
6) 水平搬运机械泊位一个步长的水平搬运量Vtrberth
集卡泊位一个步长的水平搬运量VtrberthA=PtrberthA* t*W2 自动导向车泊位一个步长的水平搬运量VtrberthB=PtrberthB* t*W2其中W2为水平搬运机械的完好率
基于上述输入变量，该模型的实现步骤如图5所示 本流程是从装卸桥作业仿真模型结束后开始；
(Dl)根据选定的装卸工艺系统，确定水平搬运机械的类型； (D2)判断水平搬运机械是否为集卡，若是转入步骤(D3)，若不是转入 步骤(D9);
(D3)数据参数确定一条作业线配置集卡的数量LineMachinTrA; (D4)选择水平机械运行周期分布模式，并由随机数产生运行周期-Trim A;
(D5)选择水平机械停顿时间分布模式，并由随机数产生停顿时间，其包 括码头前沿等待装卸箱时间TberA、堆场等待装卸箱时间TsiteA、非正常 停时间TabnomA;
(D6)由运行周期和停顿时间计算得到水平机械搬运周期时间 TvehicleA=TmnA+ TberA + TsiteA + TabnomA;
(D7)根据水平机械搬运周期时间、作业线数以及一条作业线配置水平搬 运机械的数量计算得到泊位水平搬运效率PtrberthA=3600/Tvehicle * Line*LineMachinTrA* Vtrcycle A;
(D8)根据泊位水平搬运效率和水平搬运机械的完好率计算得到泊位一个 步长的水平搬运量VtrberthA=PtrberthA*t*W2，结束水平搬运作业。
(D9)确定使用的水平搬运机械为自动导向车，其运行步骤如集卡的运行 步骤相同(如步骤D3-D7)，此处不加以赘述，分别根据自动导向车的相关参 数LineMachinTrB 、 TrunB、 TberB、 TsiteB、 TabnomB得到TvehicleB=TrunB+ TberB + TsiteB + TabnomB 、 PtrberthB=3600/Tvehicle * Line*LineMachinTrB*VtrcycleB以及VtrberthB=PtrberthB* t*W2。
根据上述步骤完成水平搬运作业仿真模型仿真运算后，得到相关的数据进 进入到堆场作业仿真模型的仿真运算。
堆场作业仿真模型用于计算在仿真时间内，任一泊位使用的堆场机械数量 以及在每个步长时间内的堆场机械理论处理量。其实现机制为
第一，堆场机械数量是按照装卸桥的倍数来配比的，装卸桥与堆场机械配比是指一条装卸桥要配备多少台堆场机械。
第二，获得任一泊位在每个步长时间内的堆场机械理论处理量，采用堆场 机械效率这一随机变量与该泊位堆场机械数量相乘的方法计算。 基于上述原理，堆场作业仿真模型的主要变量参数如下
主要输入变量集合iga勿cr = [L!,"函c/u'打0,『 3'Per}
主要输出变量集合Ogaw^cr = {Fcr&ew/z}
主要变量含义及算法
LinemachinCr: —条作业线配堆场机械台数 堆场机械完好率W3 W3:堆场机械完好率
泊位堆场机械台数Qtrberth=Line* LinemachinCr*W3 Per:堆场机械装卸效率，随机事件
泊位一个步长的堆场机械理论处理量Vcrberth=Pcr* Qtrberth* t 基于上述变量含义及算法，该堆场作业仿真模型实现如图6所示
(El)输入的变量参数确定一条作业线配置堆场机械台数LinemachinCr;
(E2)输入的变量参数确定堆场机械完好率；
(E3)根据一条作业线配置堆场机械台数、堆场机械完好率以及作业线数 计算得到泊位堆场机械的总台数Qtrberth=Line* LinemachinCr*W3;
(E4)选择堆场机械效率分布模式，并有随机数产生堆场机械装卸效率-
Per;
(E5)根据步骤(E3)得到的机械的总台数Qtrberth以及步骤(E4)得到 的装卸效率Per计算得到泊位一个步长的堆场机械处理量Vcrberth-Pcr* Qtrberth* t，堆场作业结束。
在上述堆场作业仿真模型仿真运算结束后，将进入到瓶颈处理仿真模型。 为装卸船服务的瓶颈处理仿真模型在仿真时间内，以一个步长时间为时间 计算单位，识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种机械在进行串行服务 时的实际处理量。其实现机制为在上述三个模型中分别计算了装卸桥、水平 搬运机械和堆场机械在某一个步长时间的理论处理量的基础上，比较三种机械 在一个步长的理论处理量，将最小处理量(该机械处理能力成为瓶颈)，作为该步长三种机械的实际处理量。
基于上述原理，该模型的变量参数如下-
主要输入变量集合7&o"/e"ecA; = (KzZ^沐Fifr^r^ rtrZ^W/z}，其中的元素均为 以上三个模型的输出变量。 主要输出变量集合
C^o"/ewecA = {7X 7Yr&er^7, rcZ^r休7Yz6e喊r打r&e喊7YcrZ^At/7' Q/zZ)m/ , g"r^W/7, ^crZ)er/Z ， TTzrowg/z/
主要变量含义及算法
1) 一个步长的泊位理论处理量
Vzberth: —个步长的泊位理论装卸量
Vtrberth: —个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬运量
Vcrberth: —个步长堆场机械的泊位理论处理量
2) 各种机械在一个步长中实际作业时间
Tzberth:装卸桥在一个步长中实际作业时间 Ttrberth:水平搬运机械在一个步长中实际作业时间 Tcrberth:龙门吊在一个步长中实际作业时间
3) 各种机械实际作业时间累加
Ttzberth:装卸桥实际作业时间累加 Tttrberth:水平搬运机械实际作业时间累加 Ttcrberth:龙门吊实际作业时间累加
4) 各种机械实际作业台时累加
Qtzberth:装卸桥实际作业台时累加 Qttrberth:水平搬运机械实际作业台时累加 Qtcrberth:龙门吊实际作业台时累加
基于上述变量参数的瓶颈处理仿真模型的实现流程如图7所示 (Fl)根据参数设置仿真时间的初始值；
(F2)由装卸桥作业仿真模型、水平搬运作业仿真模型、堆场作业仿真模 型得到一个步长的泊位理论装卸量Vzberth、 一个步长水平搬运机械的泊位理 论水平搬运量Vtrberth、 一个步长堆场机械的泊位理论处理量Vcrberth;
(F3)根据步骤(F2)得到的装卸量、水平搬运量、处理量中的最小值Vmin=min{ Vzberth、 Vtrberth、 Vcrberth)来计算得到实际三个部分的实际完成 量/具备能力比Ratez=Vmin/Vzberth、 Ratetr=Vmin/Vtrberth、 Ratecr= Vmin/ Vcrbcrth;
(F4)判断最小值是否为一个步长的泊位理论装卸量；Vmin二Vzberth， 若是转入步骤(F5)，若不是转入步骤(F8);
(F5)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间装卸桥Tzberth=t、水平搬运机械 Ttrberth=t* Vmin/Vtrberth、龙门吊Tcrberth=t* Vmin/ Vcrberth;
(F6)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的作 业时间装卸桥Ttzberth二初始值+ t、水平搬运机械Tttrberth二初始值十 Ttrberth、龙门吊Ttcrberth=初始值+Tcrberth;
(F7)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业台 时累加装卸桥Qtzberth=Ttzberth*Pz*Line*Wl
水平搬运机械Qttrberth=Tttrberth*Ptr*Line*LineMachinTr*W2 龙门吊Qtcrberth=Ttcrberth*Pcr*Line*LineMachinCr*W3;
(F8)判断最小值是否为一个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬运量: Vmin二Vtrberth，若是转入步骤(F9)，若不是转入步骤(F12);
(F9)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间装卸桥Tzberth=t* Vmin/Vzberth、 水平搬运机械Ttrberth=t、龙门吊Tcrberth=t* Vmin/ Vcrberth;
(F10)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的 作业时间:装卸桥Ttzberth二初始值+Tzberth、水平搬运机械Tttrberth二初始值 +t、龙门吊Ttcrberth二初始值十Tcrberth;
(Fll)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加装卸桥Qtzberth=Ttzberth*Pz*Line*Wl
水平搬运机械Qttrberth 二 Tttrberth*Ptr*Line*LineMachinTr* W2 龙门吊Qtcrberth=Ttcrberth*Pcr*Line*LineMachinCr*W3;
(F12)最小值为一个步长堆场机械的泊位理论处理量Vmin=Vcrberth， 根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得到三部分各个机械一个步长实际作业时间装卸桥Tzberth=t* Vmin/Vzberth、水平搬运机 械Ttrberth=t* Vmin/ Vtrberth 、龙门吊Tcrberth=t;
(F13)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的 作业时间装卸桥Ttzberth二初始值+Tzberth、水平搬运机械Tttrberth二初始 值+Ttrberth、龙门吊Ttcrberth二初始值+t;
(F14)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加装卸桥Qtzberth=Ttzberth*Pz*Line*Wl
水平搬运禾几禾戒Qttrberth=Tttrberth*Ptr*Line*LineMachinTr*W2 龙门吊Qtcrberth=Ttcrberth*Pcr*Line*LineMachinCr*W3;
(F15)得到泊位的此作业线在一个步长中，前方堆场已装或已卸船的箱 量TEU: Vmin;
(F16)使得装卸桥装卸量累加与水平搬运机械水平搬运量累加、堆场机 械处理量累加相等；结束瓶颈处理。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明 还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1、集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特征在于，包括对泊位划分和装卸桥资源配置的泊位及装卸桥资源配置仿真模型、用于计算任一泊位使用的装卸桥数量以及在每个步长时间内的理论处理量的装卸桥作业仿真模型、用于计算任一泊位使用的水平搬运机械数量以及在每个步长时间内的理论处理量的水平搬运作业仿真模型、用于计算任一泊位使用的堆场机械数量以及在每个步长时间内的堆场机械理论处理量的堆场作业仿真模型、用于识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种机械在进行串行服务时的实际处理量的为装卸船服务的瓶颈处理仿真模型；该装卸船生产仿真模型的实现步骤如下(1)根据仿真要求，确定总仿真时间T，仿真的时间步长，并使仿真时间从零开始；(2)进入下一个仿真步长，进行仿真；(3)在步骤(2)所述的步长内，进入下一个泊位进行仿真运算；由泊位及装卸桥资源配置仿真模型对船舶泊位的分配和对该泊位装卸桥资源的分配；(4)由步骤(3)得到泊位数量后，由装卸桥作业仿真模型得到该泊位使用的装卸桥数量以及在每个步长时间内的理论处理量；(5)由水平搬运作业仿真模型得到该泊位使用的水平搬运机械数量以及在每个步长时间内的理论处理量；(6)由堆场作业仿真模型得到该泊位使用的堆场机械数量以及在每个步长时间内的堆场机械理论处理量；(7)由瓶颈处理仿真模型识别装卸桥、水平搬运机械、堆场机械这三种机械在进行串行服务时的实际处理量；(8)检测是否还有泊位没有仿真，若有则进入步骤(3)；若没有，则将仿真步长时间累加；(9)将得到的新的仿真步长与总仿真时间比较，判断是否仿真结束，若没有转入步骤(2)；若仿真结束，计算各个指标并将结果存入数据库，装卸船生产仿真结束。
2、 根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特 征在于，所述泊位及装卸桥资源配置仿真模型包括泊位资源配置仿真模型和装卸桥资源配置仿真模型所述泊位资源配置仿真模型通过以下步骤实现 (Al)从船舶排队仿真模型中得到每一艘船的长度以及泊位需要为每艘船 舶留出的超过船舶长度的富余间距；(A2)对泊位进行确定，判断是否需要按照岸线来确定，若不需要转入步骤(A3);若需要转入步骤(A4);(A3)不需按照岸线来确定泊位，泊位数量己经确定，将船舶驶入泊位，该船的各种状态改变，停靠该船舶的泊位状态改变，泊位总数量不变，将得到的结果存入数据库；(A4)通过岸线总长度、已停靠船舶的长度以及已停靠船舶的富余空间得 到剩余岸线的长度；(A5)判断剩余岸线长度是否能够停放一艘船；若不能则使船的状态为锚 地等待；若能够，则转入步骤(A6);(A6)将船驶入泊位，改变该船的各种状态、停靠该船泊位的状态以及泊 位的总数量，并将结果存入数据库；所述装卸桥资源配置仿真模型通过以下步骤实现(Bl)由泊位资源配置仿真模型使得船舶驶入泊位，即获取相关的船舶泊 位状态数据，判断是否需要自动分配装卸桥，若不需要直接进入各个泊位的装 卸桥作业步骤；若需要转入步骤(B2);(B2)按照仿真时间推进，找出该仿真时间内是否有船舶靠泊；(B3)以确保最小作业线数的方式得到剩余装卸桥数量；(B4)对所有有船泊位按照最大作业线排序；(B5)在每个步长，按照作业线由大到小的方式，对泊位分配装卸桥，完 成分配后则进入到各个泊位的装卸桥作业。
3、根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特 征在于，所述装卸桥作业仿真模型通过以下步骤实现-(Cl)在确定泊位数量后，船舶进入泊位，即获取相关的船舶泊位状态数 据，记录该船舶的状态变化和相应泊位的变化，并是装卸量从零开始；(C2)对泊位上的船型进行判断，以及由于输入参数确定分配到该泊位的装卸桥的完好率，选择装卸桥装卸效率分布模式确定装卸桥装卸效率，并由装卸桥的调配方式确定装卸桥数量；(C3)根据上述步骤得到的装卸桥的完好率、装卸桥装卸效率以及装卸桥 数量获得泊位装卸率；(C4)从第二个步长开始判断船舶状态，判断装船或卸船的状态是否变化; 若没有发生变化转入步骤(C5)，若发生变化转入步骤(C6);(C5)判断上一个步长的集运量累加是否大于等于应装或应卸箱量；若是 的转入步骤(C6);若不是转入步骤(C7);(C6)计算一个仿真步长泊位装卸量，结束装卸桥作业，进入水平搬运作业；(C7)使得一个仿真步长泊位装卸量为上一个步长的集运量累加。
4、 根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特征在于，所述水平搬运作业仿真模型通过以下步骤实现(Dl)根据选定的装卸工艺系统，确定水平搬运机械的类型； (D2)由水平搬运机械的类型确定一条作业线配置水平搬运机械的数量； (D3)选择水平机械运行周期分布模式，并由随机数产生运行周期； (D4)选择水平机械停顿时间分布模式，并由随机数产生停顿时间，其包括码头前沿等待装卸箱时间、堆场等待装卸箱时间、非正常停时间； (D5)由运行周期和停顿时间计算得到水平机械搬运周期时间； (D6)根据水平机械搬运周期时间、作业线数以及一条作业线配置水平搬运机械的数量计算得到泊位水平搬运效率；(D7)根据泊位水平搬运效率和水平搬运机械的完好率计算得到泊位一个步长的水平搬运量，结束水平搬运作业；
5、 根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特 征在于，所述堆场作业仿真模型通过以下步骤实现(El)确定一条作业线配置堆场机械台数，以及堆场机械完好率； (E2)根据一条作业线配置堆场机械台数、堆场机械完好率以及作业线数 计算得到泊位堆场机械的总台数；(E3)选择堆场机械效率分布模式，并有随机数产生堆场机械装卸效率；(E4)根据步骤(E2)得到的机械的总台数以及步骤(E3)得到的装卸 效率计算得到泊位一个步长的堆场机械处理量，堆场作业结束。
6、根据权利要求1所述的集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，其特 征在于，所述瓶颈处理仿真模型通过以下步骤实现(Fl)设置仿真时间的初始值；(F2)由装卸桥作业仿真模型、水平搬运作业仿真模型、堆场作业仿真模 型得到一个步长的泊位理论装卸量、 一个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬 运量、 一个步长堆场机械的泊位理论处理量；(F3)根据步骤(F2)得到的装卸量、水平搬运量、处理量中的最小值来 计算得到实际三个部分的实际完成量/具备能力比；(F4)判断最小值是否为一个步长的泊位理论装卸量，若是转入步骤(F5)， 若不是转入步骤(F8);(F5)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间；(F6)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的作 业时间；(F7)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业台 时累加；(F8)判断最小值是否为一个步长水平搬运机械的泊位理论水平搬运量， 若是转入步骤(F9)，若不是转入步骤(F12);(F9)根据步骤(F3)得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得 到三部分各个机械一个步长实际作业时间；(F10)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的 作业时间；(F11)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加；(F12)最小值为一个步长堆场机械的泊位理论处理量，根据步骤(F3) 得到的三个部分的实际完成量/具备能力比计算得到三部分各个机械一个步长 实际作业时间；(F13)根据实际作业时间和初始值计算得到三部分各个机械实际累加的作业时间；(F14)通过的各个机械实际累加的作业时间计算得到各种机械实际作业 台时累加；(F15)得到泊位的此作业线在一个步长中，前方堆场已装或已卸船的箱 量，即为最小值；(F16)使得装卸桥装卸量累加与水平搬运机械水平搬运量累加、堆场机 械处理量累加相等；结束瓶颈处理。
全文摘要
本发明公开了集装箱码头运营系统中装卸船生产模型，该模型首先检查未来到港船舶的到港绝对时间是否小于等于仿真时钟的时间，如果是，则在该步长中有船到达，检查该步长中的泊位状态，根据泊位和其停靠船舶按照机械分配原则分配各种机械。接着相继进入装卸桥的码头前沿作业、水平搬运作业、堆场作业，在这三个串行机械所构成服务员集合中，以一个步长中的最小处理量作为装卸船作业的实际处理量，并将各种机械的实际作业时间作相应调整。根据上述技术方案能得到本发明实现步骤简单，使得整个的建模简单容易实现；同时其所实现的模型适用于集装箱码头物流运营系统通用性的建模与仿真。
文档编号G06F17/50GK101599100SQ20091004851
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月30日 优先权日2009年3月30日
发明者梅 沙 申请人:上海海事大学