基于Ａｒｅｎａ的散粮码头工艺系统仿真分析

李本军　周全申　宋　丹

摘要:简要分析了散粮码头装卸工艺系统的组成,建立随机系统数学模型,并借助实例用物流仿真软件Arena进行随机系统作业过程仿真分析,确定合适的中转仓容量,给出船舶在港等待时间、泊位利用率,为我国小型港口设备拥有着评价管理模式提供依据。

关键词:数学模型;中转仓容量;泊位利用率

中图分类号:U294文献标识码:A

Abstract: A brief analysis of the bulk grain handling terminal process system, setting up mathematical models of stochastic systems, and through examples of using Arena simulation software logistics system operating the process of random simulation analysis to determine the appropriate temporary storage, given the ship waiting time in Hong Kong, berth utilization rate for China's small-scale port facilities have provided a basis for evaluation of management models.

Key words: mathematical model; temporary storage; berth utilization

0引言

港口营运管理人员,最关心的问题是船舶的等待时间,压港堵塞状况、库场容量是否合适、装卸设备是否匹配等。要想弄清楚这些问题,必须对各种因素进行全面分析。本文主要借助于大型物流仿真软件Arena对散粮码头随机系统作业过程仿真分析,确定合适的中转仓容量,并给出船舶在港等待时间、泊位利用率,为我国小型港口设备拥有着评价管理模式提供依据。

1Arena概述

Arena是美国Rockwell Software公司开发的通用仿真软件,具有功能强大、使用方便、界面直观、动画显示等优点。可以很容易地建立诸如生产系统、服务系统等仿真模型;并可以根据实际需要设定仿真参数进行动态系统模拟,从而对实际的复杂系统进行有效的事前分析认证和事后分析改善,达到辅助决策、降低成本、提高效益的目的。其应用范围几乎覆盖可视化仿真的所有领域:

(1)国防军事领域。新装备研制过程仿真、作战仿真等。

(2)生产制造领域。生产线布局、设施规划、厂址选择、瓶颈分析、资源分配等。

(3)社会服务领域。系统性能分析、业务流程分析、投资决策分析(决策方案比较)等。

(4)在物流生产领域,可以较好地对生产过程的工艺过程规划、设备配置,生产管理中的生产计划、库存管理(如库存规划、库存控制机制)等。

2小型散粮码头装卸工艺系统分析

散粮码头装卸工艺系统是一个随机服务系统,系统结构如图1,它有三部分组成:

(1)船达到的规律,或者说船达到是随机的,它是按什么样的概率分布到达的。

(2)服务时间,船舶靠码头,接收服务,也就是装卸。装卸的时间有长有短,这要随着船舶的大小、物料的种类及装卸机械的技术状态等因素而定。因此也是随机的,其服务时间的长短是按什么样的概率分布规律。

(3)排队原则,是按什么样的原则接受服务。

下面我们简单的讨论一下这些问题。

2.1散粮船到达分布模式

联合国贸发会根据大量的调查资料确定港口的船舶到达近似服从泊松分布,相继到达的两艘船间隔时间t服从负指数分布,其概率密度函数为[1]:

fx=e(1)

β——均值;在本文中,β为全年散粮船平均达到时间间隔。

2.2船在泊位时间

船在泊位时间包括装卸作业时间、靠离泊位时间等。对于小型散粮码头一般采用专用泊位。装卸机械的生产率也基本稳定,装卸时间大致一样。在这种情况下,装卸时间是可以直接根据在泊船的大小计算出来[3]:

装卸时间t=×(2)

总在泊位时间t=t+t+t+t(3)

式中t——装卸船时间

t——机械故障修复时间

t——风、雨、雾、浪不可作业时间

t——仓库已满等待时间

2.3服务原则

就是按什么规则进行服务。对于小型散粮码头一般采取“先到先服务”原则。

3实例分析

已知某港口有一个泊位的散粮专用码头,年周转量为160万吨,散粮船型为1.5万吨,装卸时间为18.75h;火车单次运载量为0.24万吨,需要4个小时的作业时间,相邻两列火车发放时间间隔约为10.8h。为方便分析,若库存小于火车运载量时,则下一列到达的火车将被取消。现初步设计仓容量为10万吨。试评估此仓容大小是否合适,并计算船舶等待时间、泊位利用率等相关参数。

采用物流仿真软件Arena建模如下:

3.1散粮船到达模块

3.2火车到达模块

3.3检测目前仓容是否小于火车运载量

3.4检测目前仓容是否大于设计仓容

3.5统计每天仓容大小

3.6设定原散粮存储量、搜集有关仓容大小的统计数据

4仿真结果分析

仿真100次结果如表1。

某次全年仓容变化散点图如图2。

从表1可知,设计仓容基本够用。

现将装卸设备生产率提高,即卸船时间变为15h,仿真100次结果如表2。

从表2可以看到,卸船设备生产率提高,使得船只呆在港口的时间特别是等待时间缩短了,而设备空闲时间的百分比却增加了。船主对此是满意的,因为这提高了长期行驶时每艘船运送货物的效率。这样,入港贸易好像会增加,如果贸易量增加,年周转量变为320万吨,模拟100次结果如表3。从这个表可以看到,随着贸易量的增加,船只又要在港口呆更长的时间,但设备空闲时间少多了,而所需中转仓容量变化不大,于是随着贸易量的增加船主受益,设备运转成本降低。

5结束语

(1)通过仿真,在数分钟内可以演示中转库一年的作业过程,从而能够确定较为理想的仓容,为中转库建设提供依据。

(2)通过仿真,在数分钟内可以评价码头设备拥有着的各种管理模式以确定为了改善服务是否值得增加费用。

(3)本文的分析过程同样适用于港口的集装箱堆场、自动化仓库等的物流建设规划中。

参考文献:

[1] 周全申,赵韩,王振清. 散粮中转库仓容设计仿真[J]. 物流技术,2003(6):30-31.

[2] Sheldom M.Ross(美). A first Course in Probability[M]. 郑忠国,詹从赞,译. 北京:人民邮电出版社,2008.

[3] 宋甲宗,石永铎. 物流机械化技术[M]. 北京:机械工业出版社,1991.