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1、 基于基于 witnesswitness 煤炭码头的物流系统仿真及评价煤炭码头的物流系统仿真及评价摘要：本文主要研究以煤炭为主要货物的码头物流系统，综合考虑物流系统各个影响因素以及子系统的逻辑关系，通过仿真输出设备利用率、船舶等待时间以及吞吐量等数据，进行分析评价并提出优化建议。关键词：煤炭码头物流系统仿真优化1 概述随着现代物流的不断发展，港口的功能也在不断拓展。由于我国煤炭资源分布的不均衡，结合现有的交通条件，煤炭港口的数量和规模都在不断扩大1。提高煤炭等大宗散货港口的工作效率，成为港口物流的重要工作。在国内外的学术与物流实践中，研究人员逐渐倾向于用仿真来作为评价工具，在一定数据资料的支撑
2、下，应用仿真工具就可以看到贴近实际的仿真结果，并且能够实时的修改模型和参数。最后得到一个相对较优的方案，减少方案误差带来的不必要的损失。本文利用 witness 软件对煤炭港口的运作流程进行仿真。2 仿真目的和内容煤炭码头的装卸吞吐效率跟许多因素有关，包括装卸工艺、机械能力、堆场的大小、货物的周转率、设备的故障率、船舶的大小、船舶的数量及到港间隔时间等等。可见，煤炭码头的物流受到众多因素的制约，随着影响因素的变化，码头的实际通过能力也会随之变化2。witness 仿真软件，应用现在系统建模和仿真分析的方法，周全考虑各个因素造成的影响，在不同条件下对龙口港物流系统做出相应的评价，帮助人们更好的提
3、高煤炭码头的吞吐量，找到进一步提高码头装卸效率的正确途径，解决煤炭码头的各种问题。3 随机变量分析3.1 主要离散型元素煤炭港口物流仿真系统是一个离散时间的动态系统，其离散型元素包括零部件或实体（part or entity） 、机器（machine） 、传送链（conveyor） 、缓冲区或仓库（buffer） 、车辆（vehicle） 、轨道（track） 、路径（path） 、模块（module） ，在软件中根据不同元素进行相应的设定。3.2 船舶靠港间隔时间规律分析3因为受到某些不确定因素的影响，船舶的到港时间间隔是一个随机变量。该变量是仿真建模的重要数据，为了更加精确体现船舶到港的时
4、间间隔，通过对过去大量数据的统计分析，可以看出：90%以上的船只都是煤炭货船，到港时间间隔平均为 5.2 小时。即平均每天有 45 艘煤炭货船靠港卸货，总体服从负指数分布negexp（312,1） 。3.3 船舶到港后停泊时间的规律分析船舶靠港之后，开始装卸操作，同时进行船舶的补给，这些工作完成后，船舶方可离港，这段时间就是船舶的停泊时间。根据以往的样本数据，船舶的停泊时间均值为 31.23 小时。3.4 火车的到达时间以及装载量的变量分析火车作为堆场中煤炭的输入源或输出源，在整个系统中有着重要作用。由于火车受天气等状况的影响较小，所以相对规律性较强。根据以往数据分析，火车平均 1.5 小时到
5、达一趟，总体服从正态分布 lognormal（90,1,1） ，平均装载量为 5375 吨。3.5 船舶的装载量分析船舶的装载量也属于随机变量，根据以往的数据来看龙口港主要的装载量类型为：1 万吨、2 万吨和 3 万吨。3.6 机器的维修时间变量分析每种机器的工作原理和性质不同，因此它们有不同的维修时间的分布。根据历史数据统计，堆料机的维修时间服从正态分布4lognorml（29，2，2） ，出现故障的概率服从负指数分布negexp（120，1） 。对应的取料机的维修时间为lognorml（35，2，2） ，出现故障的概率也服从负指数分布negexp（200，1） 。4 煤炭码头的仿真模型设计
6、4.1 仿真模型的建立以及工作流程5根据码头的实际情况，应用 witness 仿真软件建立煤炭港口物流系统的具体仿真模型。仿真的目的是模拟实际生产运作情况，通过可视化以及数据统计，直观的看到煤炭码头的制约瓶颈，各个设备的使用情况，从而合理调度设备和工人，进一步优化物流系统的工作效率。根据散伙码头的实际布局，煤炭港口仿真模型的主要模块设有列车模块，堆场模块，泊位模块，堆料机模块，取料机模块。仿真的逻辑流程图如图 2 所示：由图可以看出，第一步是火车或轮船进港，准备卸船或者装车。第二步是在堆场符合条件的情况下利用翻斗机装载机等设备装卸煤炭等散货。第三步是将这些煤炭用堆料机堆在堆场内。等到下个轮船或
7、者火车到港时，再次循环次过程。4.2 仿真实验的输入及输出煤炭码头中堆场的平均堆存期为 15 天，船舶到港时间间隔分别取 100、150、200、250、300、350 分钟，船的类型以及火车和船的装载量都设为随机变量，仿真时间为一年。在系统仿真过程中，需要输出的数据为该系统全年的吞吐量、泊位的利用率、堆场的日均占用率、设备利用率、船舶火车等待时间。根据仿真输出的数据综合评价物流系统的最大通过能力，并找到制约通过能力的瓶颈，使系统整体实现最优化。4.3 仿真输出的数据及评价按照不同的船舶到港时间间隔分别进行仿真模拟实验，并利用witness 软件中的统计模块，统计堆料机和取料机利用率、船舶和火
8、车的等待时间、堆场占用率、堆场库存、全年吞吐量等输出结果。如表 1 所示：根据仿真实验结果对龙口港煤炭码头的物流能力进行评价：从图表中可以清晰看到，随着船舶到港时间间隔由 350 到 100缩短，全年的吞吐量保持上升，最多可以达到 5637 万吨。在仿真数据的图表中看到，在船舶到港时间间隔为 250300时，船舶的等待时间基本控制在 300 分钟以内。当时间间隔低于200 时，会大大增加船舶的等待时间。从吞吐量看出，年吞吐量超过 5000 万吨时，船舶的等待时间会很长。仿真试验中，堆场的利用率在 54%89%之间，随着船舶到港时间间隔的缩短而显著增大。说明，堆场面积将成为阻碍煤炭港口物流系统进
9、一步发展的瓶颈，亟待解决。从仿真实验的设备利用率数据看出，设备利用率基本在30%70%，所以，能够满足港口未来发展的需要。5 结论本文通过对煤炭港口物流中的离散变量进行分析，基于龙口港的现有布局、设备、运行数据，利用 witness 仿真软件，对煤炭港口进行了较为全面的仿真分析，并提出建设性的建议。实际的煤炭港口物流系统非常复杂，包含了很多如人为因素等不确定性因素影响煤炭港口物流的整体效率。本文加入了很多不确定性因素，保证了仿真实验的准确性和可信度，为人们日后的决策提供了帮助。参考文献:1汪平，汪弘.煤仓在港口的应用j.中国水运.2008，1:42-43.2陈加元，刘翠莲.港口通过能力的若干理论及模拟模型研究j.大连海运学院学报.1992.18(1):1-93陈娟.基于 witness 的煤炭码头物流能力仿真评价方法研究d.武汉:武汉理工大学(硕士论文)，2009.4孙丽丽，阿克逊.优化堆场管理，突破生产瓶颈.港口科技，2006:35-36.5李云军，周强，王荣明.出口型煤炭码头封闭式堆场通过能力研究j.水运工程.2008，2(412):66-69.
