服务台可变的集装箱岸桥调度建模与仿真

1引言

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

现代化的集装箱港口普遍采用岸边集装箱装卸娇(简称岸桥)进行集装箱装卸作业。作为"龙头"装卸设施,岸桥在集装箱船舶装卸流程中,尤其是在提升集装箱码头装卸效率方面,扮演着重要角色。同时,船舶港口停留时间和运输效率主要取决于装卸速率及集装箱的装卸顺序。近年来,港口物流业务发展越来越迅速,港口存在船舶压港的问题,究其原因主要有两个,其一是因为港口容量及配套设施不能够与物流发展进度相匹配,其二是山于在现有的资源和配套设施下,港口没有进行科学合理的优化,进而削弱了港口的装卸能力。因此,如何合理的分配岸桥,研究和调整装卸作业工艺,最大限度地缩短完成船舶装卸需要的时长,进而降低船舶因滞留带来的时间成本,减少物流费用,使其发挥最大的功效是研究的重点。

本文将研究港曰相邻泊位集装箱岸桥调度的问题,一般来说,为了提离作业效率,减少船舶在港时间,两泊位的岸桥可以相互调度。如图1-2所示,远方船舶陆续到达泊位区进行集装箱装卸作业,泊位1有台岸桥,泊位2有＆台岸桥,本文将研究泊位1(泊位2)什么时候调、调多少台岸桥到泊位2(泊位1)才能使得两泊位工作效率最高,使得两泊位靠泊船舶平均逗留时间最短。

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1.2研究内容及方法

1.2.1研究内容

第一章引言。介绍研究背景,阐述了研究重点,即基于排队论的集装箱岸桥调度,随后,对本文研究意义、主要内容、方法、结构框架等进行了深入探讨,然后,介绍了截至目前国内外相关研究现状。

第二章相关概念及理论。介绍集装箱妈头布局、集装箱码头物流作业、集装箱岸桥、岸桥装卸船作业、排队系统及研究排队模型的主要方法、Anylogic的仿真机理及优越性等相关概念及理论。

第三章基于排队论建立集装箱岸桥调度模型。本章根据集装箱码头岸桥装卸集装箱作业特点及服务速度可变的排队理论,建立了基于排队论的集装箱岸桥调度模型。

第四章Anylogic仿真实验。本章基于第王章的集装箱岸桥调度模型,借助Anylogic仿真工具建立仿真模型,并采用阿姆斯特丹港口的数据进行了仿真实验,最后进行实验结果分析。

第五章结论与展望。本部分总结了本研究的研究成果,阐明了本文的创新点,并指出研究存在的不足,指明了未來针对相关问题进一步研究和探讨的方向。

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2相关概念及理论

2.1集装箱码头作业

2.1.1码头物流作业

集装箱码头物流作业涵盖面包括从船舶到港至船舶完成装卸作业离港,主要包含两大部分,其一是船舶的装卸,另一个是集疏运作业。船舶抵达港口到离开港口的装卸流程如下:

(1)船舶抵达港口,停泊靠岸:

(2)岸桥开始装卸作业;

(3)内部集卡把岸边的集装箱运到堆场(从堆场运到岸边);

(4)场桥装卸集装箱;

(5)装卸完毕,船舶离开港口;

根据图2-1所示,装卸工艺流程的硬件资源主要有岸桥、集卡和场桥。

(1)岸桥作业

岸桥在码头前沿,给停泊在泊位的船舶装卸集装箱,是整个码头作业流程中较为关键的环节。在卸船作业中,岸桥把船舶的集装箱吊起来,然后将其转移到集卡,集卡再把集装箱由岸边运输到堆场;在装船作业中,岸桥同样把集装箱从集卡上吊起来,转移到船舶上。

一艘靠港的集装箱船,根据其大小及在本港装卸箱量的多少,一般安排2-6台岸桥同时对其进行装卸作业,并尽量使各岸桥的作业量相等,以便各组同时完成作业,保证船期。为了提高作业效率,需要对泊位区内的岸桥进行调度。本论文将研究这一问题。

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2.2岸桥作业

2.2.1岸桥

假定泊位数目和码头装卸设备配备一定,那么岸桥主要有刚性作业配貴方式、均匀能力配置方式、不同能力配置方式、柔性配貴方式、集中作业配置方式6种配置方式,而在现实中,刚性作业配置方式(集装箱码头前沿每个泊位配备一定数量的岸桥,并且装卸作业过程中不允许相邻泊位调用巧日柔性配置方式(起初每个泊位分配一定数目的岸桥,当某一个泊位进行装卸时,能够随时调用临近空闲泊位的岸桥,如果空闲沾位有船停靠,那么之前抽调的岸桥将会回到原泊位作业)是比较常用的方式,本研究借助仿真模型结合柔性作业配置方式,针对每个泊位固定配备相匹配数量的岸桥,此外,装卸作业过程中可以抽调相邻泊位的岸桥。

2.2.2装卸船作业

集装箱装卸船作业的定义为将集装箱由船上卸下或由堆场装上船的作业流程,主要由出口装船作业、进口卸船作业、倒载作业等环节组成。

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3基于排队论的集装箱岸桥调度模型............26

3.1问题描述...............26

3.2问题假设................28

4ANYLOGIC仿真................33

4.1仿真模型................33

4.1.1仿真流程图..............33

5总结与展望.................55

5.1全文总结..............55

5.2研究展望..................56

4Anylogic仿真

4.1仿真模型

4.1.1仿真流程图

远方船舶陆续到达港口,此时泊位1、泊位2可能处于闲置也可能正在进行装卸船作业,一艘船到达后,需要选择泊位靠泊或排队等待靠泊;若泊位1、泊位2有闲置泊位,就选择闲貴泊位靠泊;若没有闲置泊位,就需要判断选择进入泊位1还是泊位2准备靠泊,同时通过岸桥调度加快该泊位的装卸服务速度。

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5总结与展望

5.1全文总结

本文以码头集装箱装卸桥(岸桥)为研究对象,主要研究了相邻两泊位多台岸桥连续动态调度优化问题。本文基于服务速度可变的排队理论,以集装箱平均逗留时间最小化为目标函数,建立了基于排队论的集装箱岸桥调度理论基础模型,并结合仿真方法进行了模型验证与求解;通过仿真实验模拟了岸桥调度优化过程,最终得到了最优的岸桥调度策略。港口管理人员可以结合港口实际情况,将相关数据输入仿真模型,得到仿真结果,通过分析仿真结果,制定合理高效的岸桥调度方案,从而提高整个码头的作业效率,减少船舶在港时间,提高港口效益。

本文主要研究内容和研究成果如下:

(1)研究了相邻两泊位岸桥动态调度问题,将岸桥调度过程分成船舶到达过程、船舶选择泊位靠泊过程、集装箱批量排队过程、岸桥装卸作业过程,岸桥调度过程,船舶离泊离港过程;

(2)建立了服务速度可变的集装箱排队模型,等待装卸的集装箱为顾客,相邻两泊位为服务台,岸桥为服务人员,装卸集装箱过程为服务过程;泊位刚开始以一种服务速度装卸集装箱,发生岸桥转场后,就以另一种服务速度装卸集装箱;基于服务速度可变的排队理论,建立了状态转移图和微分方程组:该微分方程组可以通过L变换、补充变量法等求解,得到队长分布、系统更新周期分布、等待时间等;

(3)在服务速度可变的集装箱排队模型基础上,建立了集装箱平均逗留时间函数,但由于求解过程比较复杂,没有得到最优调度解;

(4)基于服务速度可变的集装箱排队理论模型,建立了相邻泊位岸桥动态调度仿真模型,可以通过设置泊位岸桥数量、船舶到达规律等数据进行仿真,可以得到港口岸桥装卸集装箱作业的一些统计数据,用来指导生产实践。

参考文献（略）