基于eM_Plant的集装箱码头布局规划仿真研究

5 郭艳丽 ,吴艳萍. 组态王在电梯监控系统中的应用. 佳木 斯大学学报 (自然科学版 ) , 2002, 20 (2) : 324～326
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6 张树生 ,朱新军 ,朱振杰等. 基于 PLC和组态软件的三维 康复床控制系统. 机电一体化 , 2004 (3) : 51～52
沈克宇 : 430063, 武汉市武昌区和平大道 1 040号 收稿日期 : 2005 - 10 - 20
系统仿真的特点 ,设计了基于 eM - Plant的仿真流程 ,建立了包括泊位子模块 、道口子模块 、堆场子模块 、统计子模 块的参数化仿真模型 ,通过对不同规划方案的仿真运行 ,并对仿真结果进行分析后 ,得到了较优的方案 ,为决策者 提供有力的支持 。
关键词 : eM - Plant; 集装箱码头 ; 布局 ; 规划 ; 仿真 Abstract: This article simulates several p lanning schemes of a container term inal layout using eM - Plant. Based on
2. 5%。到港箱型按其作用不同设为普通重箱 、冷 仿真输出数据见表 2。
藏箱 、危险品箱 、空箱 、拆装箱 , 箱型
表 2 仿真输出数据 (部分 )
比 对 应 设 为 72%、 6%、 2%、 20%、 方 年泊位利 年吞吐量 年干线船泊位岸桥 船舶平均等 船舶平均服 5% ; 按其尺寸不同设为 40 ft、20 ft, 箱 案 用率 /% /万 TEU 平均利用率 / % 待时间 / h 务时间 / h
3 应用实例
3. 1 设计要求 某沿海集装箱码头的设计要求如下 :年总运量
为 830万 t,其中集装箱为 70万 TEU; 海船泊位 、江 船泊位年营运参数分别为 325 d、280 d; 箱型比如 下 :普通重箱占总箱量的 72% ,冷藏箱占总箱量的 6 % ,危险品箱和空箱分别占总箱量的 20 %和 5 % ;
使用 eM - Plant对集装箱码头机型仿真时 ,必 须建立仿真模型 。根据模块化编程的原则 ,结合港 口实际装卸作业流程 ,按照功能的不同 ,仿真模型共 分为四大子模块 :泊位子模块 、道口子模块 、堆场子 模块 、统计子模块 。利用 eM - Plant建模的物理单 元和信息流单元建立前 3 个子模块 ,利用统计分析 单元和信息流单元中的表单元 、文件连接单元 、程序 单元建立统计子模块 。并且可以实现二维动态图形 显示 ,同时可在仿真过程中实现各系统的性能参数 实时输出 。各模块的主要功能如下 :
4
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如下 :
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3
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对大船 、驳船 ,岸桥的平均台时效率分别
2 6
3 3
4 4
14 14
取为 28箱 / h和 21 箱 / h,大船 、驳船到港时 2 3
4
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间间隔分布参数分别设为 4. 37 s、1. 24 s;堆 7 3
4
Hale Waihona Puke 14265 54. 54
2
6
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2
6
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2
the term inal operational flow and the feature of the simulation system , the eM - Plant based flow of simulation is designed, it includes the parametric simulation model such as berth module, gate module, yard module and statistics module. The op2 timum scheme, which can strongly support the decision, is worked out by running the simulation for different p lanning schemes and by analyzing the simulation result.
6
5 54. 51
2
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2
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场中使用 40 t轮胎吊作为装卸工具 ,其装、卸 2 3
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集卡平均移动时间分别为 2 m in 8 s和 2 m in 9 3
4
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11 s。
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据道口生产作业统计结果 , 将车辆到港时间间 3. 4 运行结果及分析
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5 58. 02
物理单元用于描述实际存在的工具 、设备等 。 主要有 : ①分流口单元 ,可用于对交叉路口的建模 ; ②单处理单元 、双处理单元 ,可用于对装卸箱的建 模 ; ③仓库单元 ,可用于对堆存区的建模 ; ④轨道单 元 ,可用于对道路的建模 ; ⑤小车单元 ,可用于对岸
4 刘耀 ,刘连浩. 组态软件图形系统的设计与实现. 企业技 术开发 , 2004 (2) : 7～9
(3)更丰富的建模单元 。 eM - Plant所提供的 物理单元 ,考虑了可能遇到的各种工程实际需要 。
(4)实时的统计分析功能 。 eM - Plant每个建 模单元的对话框都具有统计功能 ,可以通过直接查
看对话框的统计结果而找出系统的错误所在 ,因此 能及时对仿真结果进行检验 。
(5)瓶颈分析功能 。 eM - Plant具有 Bottleneck Analyzer这个强有力的瓶颈分析工具 ,可以对整个 系统的各个单元进行工作状态分析 ,找到瓶颈所在 。
1 集装箱码头作业仿真流程
港口集装箱码头一般采用岸桥 - 集卡 - 场桥的 装卸工艺线 。通过对集装箱码头作业过程分析 ,建 立集装箱码头作业仿真流程 ,见图 1。
2 基于 eM - Plant的参数化集装箱码头仿 真模型
2. 1 集装箱码头仿真模型 2. 1. 1 eM - Plant的建模单元 eM - Plant软件具有丰富的建模单元 ,能够很好 地模拟集装箱码头作业系统 。
(1)交互式面向对象的建模环境 。将对象的图 形与逻辑关系集成在一起 ,可在模型建立后随时对 某些单元进行修改和定义 ,且修改完毕 ,模型能继续 运行 。
(2)丰富的分布函数 。可提供丰富的概率分布 函数 ,建模时只需从交互界面中选择一种分布就可 以轻松地输入仿真参数 ,代替了复杂的编程 。也可 根据具体情况自定义概率分布函数 。
2)道口子模块 产生两类外集卡 :一类 是往港区内装集装箱的重车 ;一类是从港区 内提箱的空车 。当外卡到达道口时 ,首先判 断车上是否有集装箱 ,若有 (无论是重箱还 是空箱 ) ,则在道口均需要进行检查 ,否则 , 可直接进入港区 ,无须检查 ; 出道口时也是 如此 。
3)堆场子模块 对集装箱进行堆存作 业 。模块设定如下 :模型按设定的比例随机 产生普通重箱 、危险品箱 、冷藏箱和空箱 。 对堆场的堆存原则及场桥的调度原则等进 行了相应的简化 。堆场叉路口遵循先到先 行原则 。当集卡行驶至离交叉路口 15 m 时 ,模型会判断离该交叉路口 15 m 的区域内是否有 车 ,如果有 ,就停车等待 ;否则就通过 。 4)统计子模块 收集仿真过程产生的数据 ,进 行统计 ,并把结果以数字或图表的形式实时呈现在 仿真界面上 。 2. 2 集装箱码头仿真模型的参数化 为了完成集装箱码头布局方案的优化 ,仿真模 型保证能够进行多种参数配置下的方案仿真 。每个 布局方案中的仿真参数 (如泊位数 、栈桥数 、备用路 数 、江船泊位集卡配比数 、海船泊位集卡配比数 、江 船泊位桥吊数 、海船泊位桥吊数等 )是不完全相同 的 ,如果每一个方案都建立一个仿真模型的话 ,建模 的工作量是巨大的 。为此在分析码头生产工艺特点 和优化指标的基础上 ,利用参数化设计手段开发了 可以动态配置生成仿真方案的集装箱码头仿真模 型 ,通过参数输入框输入不同参数 ,生成多种仿真方 案 ,从而实现对不同码头布局方案进行仿真 、试验 , 实现方案的优选 。
Key words: eM - Plant; container term inal; layout; p lanning; simulation
集装箱码头布局规划牵涉到经济 、技术 、社会环 境等多方面的因素 ,且港口生产具有离散性 、随机性 的特点 ,使规划决策具有一定的复杂性和难度 。因 此 ,离散系统仿真便成为辅助决策的有力工具 [ 1, 2 ] 。 近年来 ,国内外使用仿真技术对集装箱码头布局规 划进行了仿真研究 。目前 ,具有代表性的仿真软件 主 要 有 eM - Plant、w itness、A tomod、GPSS、SIM 2 CR IPT、SLMAN、AUD ITION 等 [ 3 ] ,其中 eM - Plant是 Tecnomatix公司开发的功能强大的仿真软件系统 , 其主要特点如下 :
方 泊位数 / 引桥数 / 海船泊位
案个
个 岸桥数 /台
1
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4
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2
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江船泊位 集卡泊位 码头宽 岸桥数 /台 海船 江船 度 /m
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2
6
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6
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2
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5 54. 51
设计标准的不同在仿真模块中加以改动 ) 2 3
6
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隔均值取为 14 s; 每辆重车 、空车在进出闸口的平
模型的仿真输出内容包括 :仿真时间内干线各
均服务时间分别为 61. 28 s和 40. 43 s; 平均每辆 类型船舶的到港数量及其江驳和海船到港总数 、码