防城港散货码头智能化物流运作系统设计

曾胜传 防城港中一重工有限公司

国内各港口的竞争日趋激烈，运输装备造成的能源浪费问题也凸显。为了提升自身的竞争力，需要将重点放在如何实现散货码头管理智能化上，需要改善运作过程中设施设备管理。二十世纪后期，各种信息技术取得的进步巨大，世界范围内的散货运输有了较大的发展，有力地推动了社会的发展。随着散货运输作业在线监测系统、能耗统计信息化系统等港口智能化建设及交流变频装置的推广使用，主要发达国家和地区都致力于智能港口装备的发展。建设一些自动化程度非常高的大型专业化码头。影响船舶装卸和库存效率的因素有很多，装卸和库存就是其中的影响因素，装卸和库存不仅能影响效率还会对在港停留时间的长短产生影响。不同的货物对于装卸和库存所需要的条件也是不同的，这也就需要设定不同的堆场管理系统。如果想要提高物流系统的效率，通过模拟子系统的高效率可以很容易的实现这一预设，因为通过这个模拟可以有效的提高总系统的效率。再结合物流智能管理系统可以充分的对预测和分析系统的散货码头智能管理系统的各个运行过程，提升系统效率的发挥，为物流运作各个环节提供依据。设计高效率的机械化装卸工艺系统，实现信息化管理，提高堆场空间利用率，解决散货码头生产能力不足的问题，提升管理效率。

1.防城港散货码头智能化物流运作系统硬件设计

1.1 物流运作系统设施设备设计

通过皮带输送机以及可以调整方向的转接塔可以构成堆场与泊位之间的水平运输系统。部分堆场需要采用装载车辆进行水平运输。在防城港各散货码头装卸设施设备的设计上，可以设置为浮式泵船式的码头结构，使用链斗卸船机、螺旋卸车机或者双浮吊进行装卸货物，利用皮带机可以达成上坡的目的，可以利用斗轮堆取料机或者双翼堆料机在后方堆场中运输货物。

1.2 物流运作系统设施优化

散货码头卸船系统由卸船机系统、堆场作业系统和装车系统或者装驳船系统配套组成的，所以要进行优化，优化结果如图1所示。

图1 散货卸船工艺示意图

卸船机系统主要有起重机抓斗系统和连续卸船机系统两类，前者卸船后可直接进入堆场，同时可完成装车作业，除此之外也可以与连续不断输送机配套组成起重、输送系统。完成这一水平运输需要通过皮带机和转接塔来完成，皮带机和转接塔可以完成码头前沿与堆场以及堆场与火车之间的水平运输。而皮带机与转接塔的位置需要根据具体的码头作业来进行布置。

2.防城港散货码头智能化物流运作系统软件设计

在对各系统进行分析以后可知，基本上所有的应用软件的开发都是以各种数据为中心的，而由这些数据所研发的系统的核心就是对于这些数据的管理以及规划。终端系统各子系统的能力是否匹配以及各机器的使用效率是决定终端系统吞吐量的决定性因素。所以说如果想要解决各种系统的需求需要建立完善的系统信息模型。我们所运用的这个软件可以模拟货物在港内运输的全过程。这样即便是码头内部的子系统再多也可以通过港口作业系统来实现各种港口资源的调动。这样可以保证港口的各项工作正常运行。所以对其进行的智能化系统设计如图2所示。

图2 防城港散货码头物流系统层次模型

2.1 设计散货码头智能化物流运作系统模型

从全局的角度来看，散货码头其实是一个非常复杂的排队服务系统，对系统经常变化的参数进行设定和修改，采用定值随机管理，将船舶生成器、火车生成器都添加到该系统中。再以此基础对各个单位下达皮带传输计划和装车作业计划，对各种选择方案或实际系统进行实验，以某种方式与系统交互，加大关键设备的安全系数，提高设计的竞争力。首先是输入过程，即到港船舶。船舶可能是一个一个地到港，若队伍较长，船舶一般选择离去或直接选择其他港口卸货。到港的船舶之间是相互独立的，一般取决于码头内的货物存储情况。所以根据船舶到港的特点，可以得出，在t的这段时间内，正好有n艘船到达防城港港口，可以计算出其概率函数为：

公式中，λ——单位时间内平均到港船舶数。

若有两艘船相接到达港口，其时间的间隔为t，其按照一定的均值进行分布，可以得知其分布密度函数为：

服务机构由码头泊位和装卸设备组成，码头泊位数和各泊位的装卸能力决定了码头的服务能力，服务时间具有随机性，一般服从负指数分布。分布函数是：

为平均服务率，即服务机构单位时间内能够服务的船的数量。

可设置船舶等待的极限时间，船舶等待时间超过这一时间时，船舶离港转向其他港口卸货，否则船舶进入等待队列等待进港。一般船舶到港的码头系统会处于以下状态：码头泊位为空，直接进港卸货；泊位有船在卸货，需要等待；泊位为空，但是简仓剩余容量小于船舶装载量，需要等待；泊位空闲，且筒仓剩余容量大于船舶装载量，但正在进行装车或装船作业，需要等待；泊位为空，但系统内部正在进行倒仓作业，需要等待。当出现需要等待的状况时，系统就会开始计算并判断船舶需要等待的时间是否大于先前设置的极限等待时间，若大于，该船就从船舶等待列表中除去，否则进入等待列表。

2.2 散货码头装车排队模型

与船舶到港等待一样，车辆在装车之前也会出现等待现象，装车系统也符合排队论模型。在这个模型中可以将即将装车的散粮看作是我们这个系统中的顾客，接下来我们设定这个系统中的顾客源是取之不尽的。火车到达时间的间隔设为t，可以得知其密度函数为：

公式中，为系数。

在装车时采取等待制，且队长无限，但具有一定的统计规律，对于一些特殊情况采取优先服务原则。与船舶到港等待一样，车辆在装车之前也会出现等待现象。铁路以及相关的机械设备都空闲，可以装车。铁路被占用，需要等待。铁路空闲，系统内部正在进行倒仓作业，需要等待。当船舶到达时，会先进行暂时的堆存，然后进行货物的装车。会产生货物排队等待出港，货主可以按照自身利益或需要来确定装车运输时间，这时卸船子系统之间就会存在相互影响的状况有很多，不同的码头其状况也不同，一是筒仓容量的限制，当筒仓利用率过高或周转次数较少时，系统之间的相关性就会非常明显；二是系统工艺的限制，当两个系统在作业时共用的机械设备太多时，系统之间就会出现明显的干扰现象。

3.仿真实验

3.1 仿真实验运行流程

通过在研究过程中不断地对仿真模型提出一些合理的设想，再对这些设想进行具体的实践。另外再统计最终仿真模型的运行结果，并对此结果进行详细的分析，争取找到最符合实际情况的堆场分配方案。在货物卸船后，首先将货物放入堆场，在这个过程中先不考虑包括天气、突发事件等这些因素，再根据进口型散货码头特点，来设定此模型中流程的运行规则。当货船在泊位停靠时，根据船的重量来选择适合货船停靠的泊位，以此为基础再进行卸船。根据堆场的堆存规则来找到空闲的空间，如果确保有空闲的空间，则让货物进场，如果没有则反之。这样可以避免时间的浪费，提高效率。最后以这个模型为基础来确定火车的进港规则。以防城港的历史数据为基础，设定相应的仿真参数。在船舶装货量上，可以设定为4万吨、7万吨、11万吨。堆存期20天，仿真时间为半年。主要设备和设施参数如表1所示。

表1 主要设备和设施参数

3.3 仿真实验数据

根据模型中设定的初始条件和运行规则，运行仿真模型，得出仿真结果如表2所示。

表2 仿真实验结果

3.4 仿真测试结果

我们可以从这个实验结果中得到这样一个结论，通过此仿真模型基本上可以满足港口的进出货物的需求，基本上不会出现拥堵的现象。现在所采用的分配方案与以往的分配方案相比，堆取料机的利用率要更高更均衡，并且新方案的优化程度也更加的高效合理。

4.结束语

本章主要依据散货码头实际运作特点，深入地分析了散粮码头物流系统的工艺流程、散货筒仓机械化系统以及排队论的理论和方法，该系统在实际运用过程中，由于码头是一个整体系统，不能只对单一模拟子系统进行研究，其网络系统具有其自身的特殊性。能提高货物堆存的合理性和堆场利用率。考虑装卸机械和输送机械，对其装卸设备和场景模块进行了几何建模，并建立码头结构的数学模拟模型。通过该模型对整个流程中资源的流动和占用进行实时监控。基于仿真模型对实际案例中的不同资源配置效率进行比较，能够实时地呈现调整前后作业系统排队队长、系统作业的时间的影响。最后可知前者适用于对堆场利用率较高货种较少情况，后者适用于堆场空间利用率较低的情况。