现代港口码头物流系统规划与仿真

Abstract: This paper analyses the logistic system of Coal Blending Focus Project in Zhicheng terminals and establishes its model based on the theory of Queuing. Based on the data, the paper gives support to terminal designing and operation management.

Key words: logistic system, Queuing Theory

1、引言

随着我国国民经济的迅速发展，港口吞吐量日趋饱和，现有港口的人力、机力、内部货场等资源已不能满足吞吐量快速增长的需要，因此，采用现代化管理技术，对港口码头物流系统进行分析和优化、建立码头物流信息系统及决策系统，以提高码头泊位和装卸机械的利用率，优化改进码头堆场的物流管理水平，保证货物在运输过程中的质韶关到邢台物流量，提高服务水平以及港口装卸效率，优化港口生产过程，韶关到襄阳物流提高码头综合通过能力，降低港口运营成本，增加利润等具有重要意义[1]。

本文以宜昌市重点工程项目“中港印能源集团有限公司宜昌配煤中心项目，简称 CBF(Coal Blending Focus)项目”为例，建立该码头物流系统的理论模型，再利用系统仿真技术研究该装卸工艺下合理的资源配置和管理模式，为码头设计和运营管理提供决策支持。

2、项目简介

宜昌CBF项目引进荷兰先进的CBF配煤技术，利用枝城码头优越的配套设施，欲建成规模为3000万吨、年处理煤能力达到1000万t的配煤中心。根据CBF项目年处理能力的需要，宜昌CBF项目总占地面积近150亩，拟新建设占地共3.5万平方米的原煤堆场和成品煤堆场各一个，直径20米、高43.5米的混煤筒仓六座，运输廊道五条以及其他生产、生活等配套设施。原煤堆场位于项目场地西侧，混煤筒仓位于项目场地南侧，成品煤堆场位于场地东侧。码头还包括:新建进口煤炭泊位l个、出口煤炭泊位2个、新建煤炭进口堆场11148m2，以及原有外来煤堆场11320m2。码头平面布置简图见图2-1

图2-1 码头平面布置简图

3、CBF物流系统模型

3．1仿真理论基础

排队论是在概率论和数理统计基础上发展起来的运筹学分支，是解决排队问

题的常用手段。它可以用于工程的建设规模，以求得服务者与服务机构间的最优

配合，用于具体工程中各种设施的最佳规模，以达到投资省、效益高之目的，也

可用于施工组织优化、各种机械及人员的最佳配置、生产的优化调度以充分发挥

各种设施的能力[2]。

排队网络是由若干个服务中心韶关到赣州物流按一定的网络结构所组成的一个系统。服务中

心由顾客和服务台所构成，通常一个服务中心拥有一个或多个服务台，服务中心

按某种约定的顺序规则，依次对到来的顾客提供服务，顾客则按一定的统计规律

进入某个服务中心，等待并接受服务。在一个服务中心接受完服务的顾客，再以

一定的统计规律，转移到另一个服务中心继续接受服务。按此过程，直至接受完

成全部所需要的服务后，顾客离开网络。

3.2 仿真目标

本次研究仿真的目标是通过设置不同最低库存量而得出的数据进行分析比较，找到能够缩短船舶在港时间，提高装卸效率的最佳最低库存量，同时得出在该库存量下各种资源在码头运营过程中的统计性能指标，如泊位利用率、装船机利用率、船舶等待时间、配煤所需时间等等，找出该装卸工艺的瓶颈所在。

3.3 仿真平台

WITNESS是由英国Lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用

于离散时间系统的仿真，同时又可以用于连续流体(如液压、化工、水力)系统的仿真。WITNESS主要用于离散事件系统的仿真，采用面向对象建模的编程方法，打破以往仿真软件面向过程的方式，因而建模灵活，使用方便。WITNESS的仿真钟推进方法采用的是事件调度法，即事件控制部件从事件表中始终选择具有最早发生时间的事件记录，然后将仿真钟推进到该事件发生时刻。当前，WITNESS代表了最新一代仿真软件的水平，常被用于解决诸如投资规划、物料输送策略、识别生产瓶颈、生产计划与调度、人力需求规划、成本估算等问题。

3.4仿真主要模拟要素

3.4.1码头装卸工艺

为了简化程序设计，对于电煤码头的装卸设备进行了简化，主意考虑了直线

摆动式装船机、带式输送机、堆场堆取料机的模拟。堆取料机在堆场取出所需煤

炭，送上带式输送机，最后经直线摆动式装船机装船。工艺流程简化为:

CBF一皮带机系统一转运站一皮带机系统一直线摆动式装船机一船

在系统模拟中不考虑直取与直装，也不考虑煤炭进港的情况，同时认定煤炭

是通过水运出港而忽略火车或汽车出港的情况。

3.4.2仿真服务模型

在港口实际生产过程中，船舶的排队和接受服务以及码头泊位的闲置和被用，均需按照一定的规则进行，这些规则就构成了系统的服务模式。考虑港口生产的实际情况，仿真模型采用如下服务模式：:

（1）任何码头泊位在同一时刻只能为一艘船舶服务，并且被服务的船舶类型与

位类型一致，船舶吨位必须小于或等于泊位的靠泊能力；

（2）只有当与船舶相适应的所有泊位都被占用时，船舶才可排队等待，否则就

须停靠某个泊位接受服务；

（3）当成品煤堆场堆存量足够时，船舶按先到先服务的原则接受服务；如果某

船舶所需煤种，堆场堆存量不足，则安排下一艘船舶靠泊装船，以此类推。

（4）船舶到达港口后，在锚地单队排队等待，队长没有限制；

（5）船舶属性(船舶类型、船舶的装载量、船舶所需煤种)一旦确定，在港排队或者接受服务过程中保持不变。

3.4.3模拟指标的提取

模拟指标的提取主要包括：（1）模拟期内的作业船舶数（艘）、（2）泊位利用率（%）、（3）设备利用率（%）、（4）船舶作业时间、（5）船舶等待时间、（6）补煤时间

4．仿真试验

4.1试验参数及条件

仿真模型在CBF码头改扩建工程方案设计图纸的基础上，设置了以下参数：吞吐量1018万吨/年，筒仓进、出仓线输送额定能力分别为3000t/h，2000 t/h、带速均为2.3m/s、成品煤堆场及原堆场带式输送机堆料额定效率分别为3000 t/h，4000 t/h、取料额定效率分别为2000 t/h，3000 t/h。设置的主要边界条件包括：船舶达到时间，按负指数分布NEGEXP(142,1)到港，船舶装载量3000t。

4.2仿真分析结论

在设定固定堆存以及配煤策略后，对模型进行不同工况下的仿真。即：设置不同的堆取料机作业速率、不同的带式输送机速率、不同的最低库存量。仿真后发现：

（1）型号为DQL=1200/600的堆取料机是该装卸工艺的瓶颈之一，严重影响到码头的装卸效率和通过能力，建议使用型号为DQL=3000/2000的堆取料机。

（2）按码头年设计吞吐量和船舶设计船型计算得出的单位时间内接受服务的船舶数量与CBF系统补煤工艺效率不相匹配。建议增加一条从成品煤堆场到泊位的皮带机，让2个泊位同时单独作业。

（3）最佳最低库存量为75%，30%，即，当库存量降低为75%和30%时，产生补煤警报。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看