袁罱蔚 胡聿理

系統(tǒng)仿真是針對研究對象建立模型，并在模型上對系統(tǒng)進行試驗研究的方法。作為一種實用的決策工具，物流系統(tǒng)仿真技術廣泛應用于運輸調度、碼頭運營、庫存管理、集疏運規(guī)劃設計等領域，在集裝箱碼頭運營管理及方案調整優(yōu)化等方面發(fā)揮重要作用。

1 系統(tǒng)仿真技術的價值及特點

1.1 系統(tǒng)仿真技術實用價值

系統(tǒng)仿真技術是利用模型對系統(tǒng)進行試驗，并借助經驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和系統(tǒng)資料等分析試驗結果并作出決策的綜合性和試驗性學科。[1]系統(tǒng)仿真一般是在技術條件受限的情況下或出于人身和設備安全角度考慮在模型上開展研究的方法，可以獲得與實際系統(tǒng)研究相同或近似的結果。因其具有低成本、高效率且試驗結果較精準的優(yōu)點，系統(tǒng)仿真技術被廣泛應用于管理和決策領域，通過對現(xiàn)實問題的模擬分析，可以有效幫助企業(yè)縮小投資規(guī)模，降低生產成本，優(yōu)化安全庫存，提高資金效用。

1.2 系統(tǒng)仿真技術的特點

系統(tǒng)仿真技術可以為決策者提供關鍵性見解和創(chuàng)新性觀點，擁有學科面廣、綜合性強、應用領域廣、可重復試驗、不受自然環(huán)境限制等優(yōu)點， 可以服務于具體的生產活動;同時，生產活動的改進成果又可以反作用于系統(tǒng)仿真技術，推動該技術不斷成熟和進步。

2 物流系統(tǒng)仿真目標、方法及步驟

2.1 物流系統(tǒng)仿真目標

物流系統(tǒng)仿真廣泛應用于倉儲系統(tǒng)、生產系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、配送系統(tǒng)、供應鏈系統(tǒng)和港口物流領域。[2]物流系統(tǒng)仿真目標是，使用仿真技術輔助有關系統(tǒng)的規(guī)劃設計、運營管理、綜合性指標評估驗證、多種方案比較等工作，最終達到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

2.2 物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方法

物流系統(tǒng)指在一定時間和空間里，由包裝設備、物資、運輸工具、人員、裝卸搬運機械、倉儲設施和通信聯(lián)系等若干相互制約的動態(tài)要素構成的具有特定功能的有機整體。[3]物流系統(tǒng)具有復雜性、隨機性、動態(tài)性和非線性的特點，仿真運行統(tǒng)計結果可以推演出系統(tǒng)的真實性能。物流系統(tǒng)仿真可以解決復雜系統(tǒng)問題，規(guī)避諸多不確定因素，并最終通過各類數(shù)據(jù)和表格分析， 實現(xiàn)物流系統(tǒng)優(yōu)化。

考慮到物流系統(tǒng)的復雜性，借助計算機軟件并行運算速度快、輸出連續(xù)性強、易于與實物相連接、更接近實際控制系統(tǒng)等優(yōu)勢，基于FlexSim軟件建立的系統(tǒng)仿真模型可以全面反映物流系統(tǒng)的特點。在實踐運用中，軟件仿真結果只能對問題進行直觀性描述，只有將仿真技術與優(yōu)化算法結合起來，才能實現(xiàn)物流系統(tǒng)優(yōu)化目標。

2.3 物流系統(tǒng)離散事件仿真基本步驟

物流系統(tǒng)仿真是典型的離散事件系統(tǒng)仿真，其核心是時鐘推進和事件調度機制，仿真基本步驟為：第一步，確定仿真目標，明確要解決的問題;第二步，開展系統(tǒng)調研，繪制總體流程，匯總建模參數(shù)，為建立數(shù)據(jù)模型作準備;第三步，建立數(shù)據(jù)模型，構建包含臨時實體到達模型、永久實體服務模型和排隊模型等的流程圖;第四步，確定仿真算法，根據(jù)模型特質選取事件調度法等工作方法;第五步，建立仿真模型，實現(xiàn)系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)化和數(shù)字化，其間可以增加一些部件來契合計算機運行特點;第六步，開展模型驗證，確認所建立的模型能否被準確地描述成可執(zhí)行的效果;第七步，運行仿真模型，其核心是確定終止仿真時間，并以此為先決條件來檢測階段效果;第八步，分析仿真結果，通過不斷增加仿真次數(shù)來獲取最終滿意的結果;第九步，輸出仿真結果，分為實時在線輸出和仿真結束時輸出，可以輸出表格、直方圖、餅圖、曲線圖等形式數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)文件，為決策輔助提供有價值、有說服力的數(shù)據(jù)參考。

3 物流系統(tǒng)仿真技術在集裝箱碼頭管理中的應用

物流系統(tǒng)是多因素、多目標的復雜運營系統(tǒng)，其整體優(yōu)化是綜合性的復雜工程。近年來，在運輸網絡布局、物流園區(qū)規(guī)劃、供應鏈管理控制等現(xiàn)代物流研究領域，通過計算機仿真技術來服務物流決策管理的效果顯著。例如， 通過計算機仿真工具模擬碼頭集裝箱物流系統(tǒng)，可以分析各種情況下集裝箱物流系統(tǒng)各項性能指標，從而為老碼頭改建和新碼頭規(guī)劃設計提供科學的決策依據(jù)。[4]碼頭集裝箱物流系統(tǒng)涉及集裝箱搬運和堆放、裝卸機械作業(yè)、堆場箱位配置等諸多復雜因素， 利用系統(tǒng)仿真技術分析各項運管指標，可以為集裝箱碼頭調整生產組織和優(yōu)化作業(yè)流程提供決策輔助。

3.1 碼頭集裝箱物流系統(tǒng)構成

碼頭集裝箱物流系統(tǒng)設施設備包括泊位、岸線、前沿、堆場、集裝箱貨運站倉庫、中控室、道口、修箱車間和岸橋、門機、正面吊、叉車、牽引車、跨運車等，實體構成較為復雜且互相關聯(lián)和連接，高效協(xié)同的難度較大。碼頭集裝箱物流系統(tǒng)生產作業(yè)具有連續(xù)性強、組織協(xié)調難度大、作業(yè)時間和空間不平衡等特點;因此，系統(tǒng)以盡量縮短集裝箱在碼頭內逗留時間和保持生產連續(xù)性為出發(fā)點，最大程度保障各生產組織部門的多環(huán)節(jié)、多工種、內外部門高度協(xié)調，最終達到優(yōu)化系統(tǒng)的目的。

從作業(yè)流程方面來看，碼頭集裝箱物流系統(tǒng)由一個總的陸海域系統(tǒng)和與岸線垂直分布的四大子系統(tǒng)構成，其中，四大子系統(tǒng)分為前沿裝卸系統(tǒng)、水平運輸系統(tǒng)、堆場裝卸系統(tǒng)和道口檢查系統(tǒng)。從作業(yè)工藝方面來看，碼頭集裝箱物流系統(tǒng)分為進港卸船、集裝箱分流、堆場存提、貨箱出站、裝船出運等5個工藝環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)集裝箱的不斷流動。碼頭集裝箱物流系統(tǒng)實體構成及工藝流程的復雜程度決定了其僅靠構建簡單的數(shù)學模型是無法解決優(yōu)化問題的，只有利用計算機仿真工具才能幫助碼頭管理者獲取改進生產工藝和作業(yè)流程、提升管理水平和港口吞吐能力的優(yōu)化方案。

3.2 碼頭集裝箱物流系統(tǒng)仿真模型設計與應用

通過繪制碼頭集裝箱物流系統(tǒng)仿真總流程圖（見圖1），建立一套完整的系統(tǒng)設計、運營和檢驗方法，系統(tǒng)地布局模型設計和設備建模，并在建模的基礎上開展仿真運行，分析輸出結果，能夠對碼頭集裝箱物流系統(tǒng)實施多方面優(yōu)化。

（1）模型設計與運行 設置進港卸箱區(qū)域、集裝箱分類區(qū)域、堆場作業(yè)區(qū)域、集卡駛離區(qū)域和裝船出運區(qū)域等，設置原則如下：進港卸箱區(qū)域為流程起點，通過發(fā)生器按照一定比例模擬集裝箱到達，由船舶發(fā)生器模擬靠港待卸船舶，然后與進港船舶合成器關聯(lián)起來模擬船舶進港卸箱，再通過傳輸器模擬集裝箱運輸及船舶靠港待卸;在集裝箱分類區(qū)域，利用分離器模擬卸船后，再通過排隊器將集裝箱分類，最后使用各自的傳輸器轉運車將集裝箱駁運到相關區(qū)位;在堆場作業(yè)區(qū)域，先用轉運車將集裝箱運往緩存區(qū)，再通過起重設備將集裝箱放至預定的箱位;在集卡駛離區(qū)域，使用起重設備按箱位取箱并將其吊運至集卡上駛離碼頭，道口布置卡口系統(tǒng)，監(jiān)控集卡出入碼頭區(qū)域情況;在裝船出運區(qū)域，轉運車將由集卡運來的集裝箱經排隊器放至緩存區(qū)內，再由岸橋將集裝箱裝船出運。

（2）仿真數(shù)據(jù)處理與分析轉運器仿真結果輸出為轉運車的運營狀態(tài)直方圖，可以幫助碼頭了解轉運車利用率，以便相關部門調整轉運車配置;調度器仿真結果輸出為泊位實際使用狀況餅圖，可以幫助碼頭獲得各時段泊位利用率，以便相關部門調整船舶裝卸方案，提高泊位利用率;堆場仿真結果輸出為數(shù)據(jù)表格，可以直觀呈現(xiàn)堆場內各種箱型堆存量隨時間推移而變化的過程，可以協(xié)助碼頭判斷堆場容量及箱區(qū)分配合理性，以便調度部門調整箱區(qū)分配。

4 結束語

隨著集裝箱碼頭生產規(guī)模的擴大和業(yè)務量的增加，碼頭生產作業(yè)過程中的信息量驟增，生產組織趨于復雜，依靠人力和經驗難以實施港口生產調度決策。在此背景下，借助物流系統(tǒng)仿真技術輔助港口生產調度顯得越來越重要。

參考文獻：

[1] 邱小平. 物流系統(tǒng)仿真[M]. 北京：中國財富出版社，2012.

[2] 陳香蓮. 基于物流系統(tǒng)仿真的集裝箱港口數(shù)據(jù)擬合優(yōu)化研究與實踐[J]. 物流工程與管理，2017，39（11）：67-68.

[3] 李永先，胡祥培，熊英. 物流系統(tǒng)仿真研究綜述[J].系統(tǒng)仿真學報，2007，19（7）：1411-1416.

[4] 王紅衛(wèi)，謝勇，王曉平，等. 物流系統(tǒng)仿真[M]. 北京：清華大學出版社，2009.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2020-02-21）