姚 潔

（福州外語(yǔ)外貿(mào)學(xué)院公共教育部，福州 350000）

基于三維虛擬港口物流平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)*

姚 潔

（福州外語(yǔ)外貿(mào)學(xué)院公共教育部，福州 350000）

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用和離散事情仿真系統(tǒng)的完善，使用計(jì)算機(jī)模擬集裝箱碼頭裝卸貨流程的研究得到了廣泛應(yīng)用；但集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的研究多以二維創(chuàng)建系統(tǒng)，無(wú)法直觀觀察過(guò)程；以福建港口為案例，在研究福建港口吞吐量的同時(shí)，以離散事情仿真系統(tǒng)為理論基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)模型，并對(duì)集裝箱碼頭裝卸貨工藝做了研究和分析；最后使用Flxesmi中的數(shù)據(jù)分析軟件建立數(shù)據(jù)模型，開(kāi)發(fā)了三維的集裝箱碼頭裝卸貨流程。

離散事情仿真系統(tǒng)，集裝箱碼頭，裝卸貨工藝，F(xiàn)lxesmi

隨著港口經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，沿海港口貨物吞吐量快速增長(zhǎng)。以福建省為例，全省沿海港口貨物吞吐量截止于2013年已經(jīng)完成4．55億t，同比增長(zhǎng)10．0%；集裝箱吞吐量完成1 169．39萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)9．0%。在港口吞吐量迅猛增加以及集裝箱船舶的大型化的情況下，現(xiàn)有港口的吞吐能力已經(jīng)達(dá)到極限，如何進(jìn)一步合理利用現(xiàn)有資源來(lái)改善港口的吞吐能力已成為現(xiàn)今的熱門(mén)課題?，F(xiàn)在Flexion的仿真軟件平臺(tái)上建立一個(gè)三維虛擬港口物流平臺(tái)，對(duì)港口的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率以及設(shè)施設(shè)備的利用率等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)從而對(duì)實(shí)際的工作有更好的指導(dǎo)意義。

1 三維虛擬港口物流平臺(tái)研究概況

目前，虛擬實(shí)現(xiàn)被主要應(yīng)用于城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。武漢理工大學(xué)的張煌［1］提出了“虛擬集裝箱碼頭”概念，指在VR環(huán)境中建立集裝箱碼頭的數(shù)字化模型，并可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)布局；用三維動(dòng)態(tài)圖像顯示碼頭建成后的布局及運(yùn)行情況，并可通過(guò)人機(jī)交互方式對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)試、驗(yàn)證、修改和評(píng)價(jià)；對(duì)集裝箱碼頭的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率以及設(shè)施設(shè)備的利用率等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測(cè)。仿真領(lǐng)域有多種仿真軟件，如Witness、Em－Plnat等。結(jié)合各種軟件的利弊，采用Flotsam軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬仿真，它是一款具備VR技術(shù)的三維仿真軟件，不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，還具備完善的三維顯示功能。

2 港口物流作業(yè)系統(tǒng)分析

2．1 裝卸工藝方案

裝卸工藝是貨物從進(jìn)港到出港所進(jìn)行的全部作業(yè)的綜合，它運(yùn)用裝卸機(jī)械及其配套工具等物質(zhì)手段，遵照規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，完成貨物在不同運(yùn)輸方式之間換裝作業(yè)的方法和程序。

（1）船←→岸橋←→集裝箱牽引車(chē)←→RTG←→堆場(chǎng)。工藝要求：

作業(yè)前應(yīng)檢查所有設(shè)備及工屬具，應(yīng)明確集裝箱的類(lèi)型及裝載情況。作業(yè)時(shí)根據(jù)配載圖及現(xiàn)場(chǎng)管理員的布置，按順序裝卸箱。裝卸順序應(yīng)考慮船舶的允許傾角，超過(guò)時(shí)岸橋大車(chē)要進(jìn)行位置調(diào)整。卸載作業(yè)應(yīng)由路側(cè)向海側(cè)逐位逐層進(jìn)行；裝載作業(yè)應(yīng)由海側(cè)向路側(cè)逐位逐層進(jìn)行。緊固裝置拆除與拴固，必須按卸載順序或按區(qū)域進(jìn)行。卸載拆除的緊固裝置應(yīng)匯集于船方指定的位置；裝載完畢后，所有集裝箱應(yīng)拴固牢靠。吊運(yùn)時(shí)，集裝箱所經(jīng)區(qū)域的下方不準(zhǔn)站人。起吊集裝箱時(shí)不允許在地面或下層。一個(gè)拖架裝兩個(gè)20呎集裝箱時(shí)：裝車(chē)先裝前面，后裝后面；卸車(chē)先卸后面，后卸前面。

（2）船←→岸橋（門(mén)機(jī)）←→集裝箱牽引車(chē)←→正面吊（重箱堆高機(jī)）←→堆場(chǎng)。工藝要求：

作業(yè)前應(yīng)檢查所有設(shè)備及工屬具，應(yīng)明確集裝箱的類(lèi)型及裝載情況。作業(yè)時(shí)根據(jù)配載圖及現(xiàn)場(chǎng)管理員的布置，按順序裝卸箱。裝卸順序應(yīng)考慮船舶的允許傾角，超過(guò)時(shí)岸橋大車(chē)要進(jìn)行位置調(diào)整。卸載作業(yè)應(yīng)由路側(cè)向海側(cè)逐位逐層進(jìn)行；裝載作業(yè)應(yīng)由海側(cè)向路側(cè)逐位逐層進(jìn)行。緊固裝置拆除與拴固，必須按卸載順序或按區(qū)域進(jìn)行。卸載拆除的緊固裝置應(yīng)匯集于船方指定的位置；裝載完畢后，所有集裝箱應(yīng)拴固牢靠。吊運(yùn)時(shí)，集裝箱所經(jīng)區(qū)域的下方不準(zhǔn)站人。起吊集裝箱時(shí)不允許在地面或下層箱頂拖拽。一個(gè)拖架裝兩個(gè)20呎集裝箱時(shí)：裝車(chē)先裝前面，后裝后面；卸車(chē)先卸后面，后卸前面。根據(jù)箱管人員安排，合理堆垛。重箱不高于3箱，空箱不高于5箱。

2．2 進(jìn)口卸船流程

泊船計(jì)劃由船舶代理提供進(jìn)出港的5日計(jì)劃；安排靠離泊計(jì)劃是根據(jù)船舶抵港動(dòng)態(tài)更新靠離泊計(jì)劃；導(dǎo)入進(jìn)口船圖和艙單為卸船作業(yè)和校驗(yàn)提供作業(yè)依據(jù)；安排堆場(chǎng)計(jì)劃是安排卸船進(jìn)場(chǎng)箱的的堆場(chǎng)計(jì)劃，為卸船做準(zhǔn)備；作業(yè)路開(kāi)工與控制是當(dāng)船舶到港時(shí)，安排吊橋，并發(fā)送卸船指令；現(xiàn)場(chǎng)卸船由橋岸司機(jī)和龍門(mén)吊司機(jī)根據(jù)堆場(chǎng)計(jì)劃填入其實(shí)際場(chǎng)箱位；卸船結(jié)束根據(jù)作業(yè)船舶的進(jìn)港次序，生成校驗(yàn)清單、生成艙單和清單文本，并確認(rèn)進(jìn)口航次關(guān)閉。

2．3 集裝箱碼頭出口流程

與進(jìn)口業(yè)務(wù)一樣，集裝箱碼頭要想順利完成裝船作業(yè)，必須完成如下工作：

泊船計(jì)劃→配載計(jì)劃→堆場(chǎng)計(jì)劃→出口重箱進(jìn)場(chǎng)→船舶配載→作業(yè)路開(kāi)工與控制→現(xiàn)場(chǎng)裝船→裝船結(jié)束。

其中配載計(jì)劃要確定航次掛靠港的先后順序，為配載時(shí)不壓箱和不必要的翻箱，根據(jù)分港分噸要求挑出不同的堆場(chǎng)箱位；堆場(chǎng)計(jì)劃要安排出口重箱進(jìn)場(chǎng)；出口重箱進(jìn)場(chǎng)由道口、中控、龍門(mén)吊司機(jī)完成任務(wù)，場(chǎng)站校驗(yàn)確認(rèn)；船舶配載由碼頭依據(jù)船舶公司提供的預(yù)配圖逐港配載。

3 基于三維虛擬港口物流仿真試驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

3．1 離散事件系統(tǒng)仿真建模

離散事件系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)由事件驅(qū)動(dòng)的一類(lèi)系統(tǒng)。而在物流系統(tǒng)中實(shí)體的流動(dòng)遵循這排隊(duì)原則。排隊(duì)原則可分為先入先出、后入先出、按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)等。為了加快實(shí)體流動(dòng)，避免堆積浪費(fèi)，在優(yōu)先級(jí)相同的情況下，物流系統(tǒng)提倡先入先出的排隊(duì)原則［2，3］。

集裝箱碼頭有兩個(gè)比較典型的排隊(duì)系統(tǒng)即船舶到港排隊(duì)和堆場(chǎng)集卡排隊(duì)。以船舶到港排隊(duì)為例介紹下排隊(duì)系統(tǒng)。一個(gè)碼頭為一個(gè)到港船舶服務(wù)，當(dāng)船舶到港時(shí)，泊位空閑則立即為船舶服務(wù)；否則船舶在拋錨區(qū)等待并服從先到先服務(wù)的原則。而這一到港規(guī)律基本服從泊松分布，且集裝箱碼頭船舶排隊(duì)系統(tǒng)滿足標(biāo)準(zhǔn)的M／M／C模型［4，5］。模型的主要性能指標(biāo)如下：

（1）狀態(tài)概率：

（2）平均隊(duì)長(zhǎng)：

（3）平均等待時(shí)間：

（4）平均逗留時(shí)間：

堆場(chǎng)集卡排隊(duì)系統(tǒng)則與船舶到港排隊(duì)系統(tǒng)相類(lèi)似。Flexsim提供了完善的概率函數(shù)，用這些函數(shù)可以方便的完成數(shù)據(jù)的建模［6］。通過(guò)分析，可以得到集裝箱碼頭仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，總結(jié)如下：船舶到港時(shí)間服從泊松分布；船舶占用泊位時(shí)間滿足負(fù)指數(shù)分布；到港船舶類(lèi)型和裝卸量、橋岸設(shè)備的工作時(shí)間滿足正態(tài)分布。

3．2 Flexsim仿真平臺(tái)的組建

（1）構(gòu)建模型元素。Flexsim采用對(duì)象對(duì)實(shí)際過(guò)程中的各元素建模，可從對(duì)象庫(kù)中拖放所需的對(duì)象到建模視圖中。同時(shí)，F(xiàn)lexsim可以導(dǎo)入三維模型，用戶可以利用如3DMax、MAYA等軟件來(lái)構(gòu)建模型，然后導(dǎo)入Flexsim軟件中［7］。

（2）定義物流流程。Flexsim中通過(guò)對(duì)象之間的連接定義模型的流程。根據(jù)連接類(lèi)型，按下“a”或“s”鍵的同時(shí)用鼠標(biāo)從一個(gè)對(duì)象拖拉到另一個(gè)對(duì)象上以連接二者；按下“q”或“w”取消對(duì)象之間的連接。根據(jù)集裝箱碼頭的裝卸原理，可以構(gòu)建物流流程（圖1）。

圖1 裝卸原理

（3）編輯對(duì)象參數(shù)。集裝箱碼頭物流系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)。根據(jù)前面的分析，可以對(duì)裝卸過(guò)程建立數(shù)據(jù)模型。Flexsim軟件附帶許多參數(shù)模型，主要修改其數(shù)據(jù)即可。如裝卸箱量滿足正態(tài)分布，在Flexsim軟件中只需修改其參數(shù)即可，如圖2所示。

（4）利用任務(wù)序列完成集裝箱的裝卸過(guò)程。集裝箱的裝卸由集卡來(lái)完成：集卡行駛到橋岸設(shè)備處等待，橋岸設(shè)備把集裝箱從船舶上卸下裝載到集卡上；然后集卡再行駛到堆場(chǎng)中，場(chǎng)橋?qū)⒓b箱從集卡處卸載下。這里涉及到了3個(gè)運(yùn)動(dòng)設(shè)備即集卡、橋岸、場(chǎng)橋。Flexsim采用任務(wù)序列來(lái)完成這一過(guò)程，如圖3所示。

圖2 參數(shù)設(shè)置

圖3 集裝箱運(yùn)輸過(guò)程的任務(wù)序列

4 結(jié) 論

在分析了福建省集裝箱港口運(yùn)行情況下，使用Flexsim軟件對(duì)集裝箱碼頭的仿真研究做了嘗試。主要討論了碼頭作業(yè)系統(tǒng)和性能指標(biāo)；利用離散事件系統(tǒng)建立仿真模型；并利用Flexsim完成了簡(jiǎn)單的碼頭作業(yè)流程。但由于研究學(xué)習(xí)時(shí)間有限，還有許多待完善的地方，比如港口模型庫(kù)還不夠完善、還沒(méi)有深入進(jìn)行模塊的二次開(kāi)發(fā)。

［1］劉瑛．鐵路大宗貨物集疏運(yùn)系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備合理配置研究［D］．北京：北京交通大學(xué)，2012

［2］羅清．散糧碼頭物流系統(tǒng)建模與分析［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2012

［3］朱小蓉．基于Flexsim的鋼材倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)出入庫(kù)仿真與優(yōu)化［D］．成都：西南交通大學(xué)，2012

［4］徐林華．基于Flexsim的倉(cāng)儲(chǔ)物流系統(tǒng)仿真與優(yōu)化研究［D］．大連：山東科技大學(xué)，2011

［5］王興秋．集裝箱碼頭后方堆場(chǎng)系統(tǒng)設(shè)備配比仿真研究［D］．大連：山東大學(xué)，2011

［6］謝本凱．自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)物流系統(tǒng)規(guī)劃與仿真分析［D］．武漢：武漢理工大學(xué)，2011

［7］孟寧，陳燕，李波．Flexsim CT在港口物流系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（4）：86-89

Construction of Port Logistics Platform Based on Three-dimensional Virtuality

YAO Jie

（Department of Basic Courses，F(xiàn)uzhou College of Foreign Studies and Trade，F(xiàn)uzhou，350000 China）

With the application and improvement of computer simulation technology and discrete event simulation system．The computer simulation of container terminal loading and unloading process is widely applied．However，on container terminal logistics system are more based on two-dimensional system，and the process is observed in direct way．Taking Fujian Port as an example，this paper researches Fujian Port’s throughput，and analyzes loading and unloading process of container terminals，and constructs the data model based on discrete event simulation system．Finally，this paper develops three-dimensional process of container terminal loading and unloading with data modeling by data analysis software Flexesmi．

discrete event simulation system，container terminals，loading and unloading process，F(xiàn)lxesmi

U603

A

1672－058X（2015）03－0051－04

10．16055／j．issn．1672－058X．2015．0003．011

2014－08－27；

2014－10－22．

福建省教育廳社會(huì)科學(xué)B類(lèi)項(xiàng)目（JB13338S）．

姚潔（1983－），女，福建寧德人，講師，碩士，從事電子信息研究．