基于Flexsim的战略投送基地物资转运能力评估

郭鹏飞，彭富兵，米　宏，方庆龙

(1.军事交通学院 联合投送系，天津300161；2.广州军区航务军事代表办事处，广州 510100；3.天津航务军事代表办事处，天津300456)



● 军事物流Military Logistics

基于Flexsim的战略投送基地物资转运能力评估

郭鹏飞1，彭富兵1，米宏2，方庆龙3

(1.军事交通学院 联合投送系，天津300161；2.广州军区航务军事代表办事处，广州 510100；3.天津航务军事代表办事处，天津300456)

为给战略投送基地系统优化提供参考和依据，针对战略投送基地物资转运系统特性，按照确定评估指标、选择评估方法、构建评估模型、分析评估结果的能力评估思路，运用Flexsim仿真软件对物资转运能力进行评估分析，并通过实例验证了该评估方法的可行性。

战略投送基地；物资转运能力；评估模型；Flexsim

战略投送基地(以下简称“基地”)是集建制部队战略投送、应急物资预储转运和伤病员紧急后送等功能于一体的新型军交运输实体化保障力量。物资转运是基地担负的一项重要保障职能，是基地为军队和国家存储部分战备储备、应急救援和周转物资器材，实施收发、保管、维护、轮换等仓储保障活动。战略投送基地能够充分利用地区优势和交通基础设施优势，沟通南北，连接东西，一体联动，将物资预置与直接投送有机结合起来，有效减少中间环节，实现大批物资的快速立体投送，提高我军物资保障整体效能。物资转运功能能否充分发挥，物资转运能力能否有效生成，直接影响到基地物资保障效能。

1　评估指标的确定

合理确定基地物资转运能力评估指标，需要弄清物资转运能力的表征方式：它是在既定的任务背景下，在一定的物资转运环境下，采用一定的转运组织方式和方法，基地转运若干物资所用的时间或者单位时间内基地能够转运多少物资。

从两种表征方式来看，时间和转运物资量是基地物资转运能力的两个关键指标。基地物资转运系统设计能力指标，就是能够满足每批次×t物资、× h内经机场转运的要求。其中，时间是行动决策者作出决策最重要的依据。在海湾战争期间，美军的一位将军曾经说过：“在24小时运来一个营，远比在10天后运来一个师更重要。”[1]可见，时间是评估基地物资转运能力最重要的指标。本文将时间作为基地物资转运能力预测性评估的参考指标，即在转运物资数量一定的情况下，通过对物资转运系统的仿真建模，预测出完成物资转运行动所需的时间，再与完成转运任务所要求的时间相比，从而评估物资转运能力能否满足要求。

2　评估方法的选择

任何评估过程都离不开评估方法的指导，评估方法的选择根据不同评估对象的具体特性有所不同。基地物资转运能力评估实际上是对物资转运系统作业能力的评估，具体的评估方法要根据物资转运系统的具体特性来确定，即通过系统分析，从评估效果和评估周期等方面来选择物资转运能力的评估方法。基地物资转运系统是一个特殊的物资“流”动系统，是在一定的时间和空间内，为实现物资出库、流通加工、地面转运到装载完成的过程，由转运物资及各种转运设施设备、作业人员及其他相关要素构成的，具有物资器材预储和应急转运处理等特定功能的有机整体[2]。基地物资转运系统主要包括自动化立体货运站和平面货运站直通货处理区，系统作业环节复杂，设备种类繁多，与外界存在着大量的信息、能量、物质交换，是一个包含多种要素、开放的复杂系统，具有开放性、动态性和复杂性。

目前，物资转运能力评估的方法主要有解析分析法、实兵演练法和仿真分析法。解析分析法属于静态分析方法，只有在严格的假设条件下，考虑较少的因素，才能建立解析数学公式[3]。由于基地物资转运系统具有开放性、动态性、复杂性等特性，所以数学解析方法不适用于物资转运能力评估。实兵演练法是在真实的环境下，利用现实的物资转运设施设备组织物资转运活动，检验物资转运能力的方法，其分析结果最为可信。但由于其花费的资金、时间和人力巨大，可操作性不强，过程不可重复，且目前基地尚未形成保障能力，实兵演练的条件不够成熟。仿真分析法属于动态分析方法，通过建立物资转运节点和过程的仿真模型，运行模型得到物资转运过程的仿真数据，分析评估结果。其优势在于它可以反映转运的动态过程，在近于真实的场景里分析转运行动，得到较为详细的分析结果，相比之下能够较好地适用于基地物资转运能力评估。

3　基于Flexsim平台的评估模型构建

基地物资转运能力评估模型应该能够准确地描述物资转运系统，并能够得出定量的评估结论。根据所选的评估方法，在分析物资转运系统作业流程的基础上，构建评估的系统模型，即系统作业线模型；运用Flexsim仿真软件工具，构建评估的仿真模型。

3.1系统模型

基地物资转运系统主要有物资转运发送和物资转运接收两种作业形式。其中，物资转运发送作业的时效性相对更强，时间要求相对更高，尤其是在应急情况下，更加强调物资转运发送作业的能力。因此，本文主要研究物资转运发送作业，包括预储托盘物资转运、预储航空集装器物资转运、调拨物资直达空运转运3种具体作业形式。

预储物资空运作业在I、II号自动化立体货运站空侧作业区进行，物资直达空运作业在III号平面货运站直通货处理区进行。根据不同物资预储转运作业的特点要求，物资转运设备主要有物资出库作业设备、物资流通加工设备和物资装卸搬运设备3类。预储托盘物资转运作业流程(即评估系统模型)如图1所示。

图1　预储托盘物资转运作业流程

3.2仿真模型

Flexsim是目前系统仿真通用的软件工具，它不仅具有稳定的数据统计分析能力，还具有强大的三维显示功能，被广泛地应用到仓储出/入库系统、物流系统、集装箱码头系统等交通运输的各领域。运用Flexsim软件，可以根据需要在计算机内对研究对象建立系统三维模型，再通过对模型进行一系列的分析和验证，获得一套系统评估数据和优化方案[4]。

根据基地物资转运能力评估的系统模型，经过合理简化，确定仿真系统功能模块层、设备系统层、转运设备层各模块的构成和相互关系，按照Flexsim仿真工具的建模流程，构建I—III号货运站物资转运能力评估的仿真模型。以I号货运站为例，根据系统模型，选择Flexsim对象库里相应的固定实体(货架、处理器、输送机、暂存区等)和移动实体(堆垛机、叉车、操作员等)导入仿真视图窗口(如图2所示)；依据各实体间的逻辑关系，连接相应的输入、输出和中间端口，构成仿真模型中的逻辑流程即实体间相互连接的黑线(如图3所示)；按照最近路线、避免交叉碰撞的原则，设置网络节点，规划叉车的工作路径；最后，依据各实体不同的物理特征以及行为特性，从发生器开始到吸收器结束，设置每个实体的参数。

图2　I号货运站Flexsim投影视图

图3　I号货运站物资转运作业仿真模型

4　仿真模型实例运行及评估结果分析

为验证基地物资转运能力评估的合理性与有效性，结合具体保障任务，实例运行仿真模型，分析输出数据，找出制约物资转运系统作业能力的薄弱环节和影响因素，进一步优化和改进作业系统。

4.1物资转运任务环境描述

应急情况下，部队需要经基地向任务地区投送1 000 t保障物资，根据任务实际情况，上级要求在4 h内将1 000 t物资经基地转运至机场装载完毕。需要根据基地现有的物资转运环境，预测基地完成物资转运任务的时间，评估物资转运能力。

具体任务量分配：I号货运站，转运135 t预储托盘物资；II号货运站，转运150 t预储托盘物资(其中穿梭式货架转运75 t，高位货架转运75 t)，转运375 t预储航空集装器物资；III号货运站转运直达空运物资340 t(其中散件物资64 t，整托盘物资276 t)。预储和调拨直达的托盘物资单元平均质量0.6 t，预储和组板的集装板物资单元平均质量2.5 t，散件物资单元平均质量15 kg。

4.2仿真模型输入参数设置

仿真模型设置的实体输入参数主要包括货架参数、巷道式堆垛机参数、叉车参数、操作员参数、处理器参数、输送机参数、货物到达参数、暂存区容量等。根据基地物资转运系统设计方案及物资转运设备的经验数据拟合输入参数。以I号货运站为例，仿真输入参数见表1。

表1　I号货运站系统仿真参数

4.3仿真运行长度和运行次数

物资转运系统完成作业的时间是一个随机值，在实例运行仿真模型中，使用Stop模块，即当“输送机”实体完成最后一个集装板物资的转运作业时，Stop模块终止仿真。

设定初始实验20次，取置信水平(1-α)为95%，相对精度ε为5%，由仿真运行次数计算公式可得

N=max{N1min,N2min,…，Nnmin}

Nnmin=(σnx/μnx)2·(tα/ε)

式中：N为仿真实验次数；Nnmin为实体达到精度要求的最低实验次数；μnx为均值；σnx为方差；tα为分布参数值；n为实体的数量。

由于基地物资转运系统仿真模型实体数量庞大，导致仿真实验次数及仿真结果分析的数据处理十分复杂，通过系统输出可以看出仿真输出结果之间的波动较小，因此可以采取多次仿真实验和增大样本容量的方法，设定150次仿真实验，并抽取部分实体的仿真结果进行统计分析。

4.4评估结果分析

运行仿真模型，与实际物资转运作业流程吻合(如图4所示)。

图4　基地物资转运系统仿真模型运行示意

经过150次仿真运行后，通过Flexsim仿真平台中的报告与统计功能模块得到实体利用率及作业时间的统计分析，部分系统仿真结果输出界面如图5所示。

对仿真实验结果进行数据拟合，任务完成时间服从区间(10 012，10 161)、分布参数为K1=1.05和K2=11.1的Beta分布，任务完成时间的平均值为10 053 s，即2.79 h。其他输出参数经过数据拟合，服从正态分布，平均值统计见表2。

图5　系统仿真结果输出界面

表2　输出参数平均值统计

通过模型输出数据可以看出：

(1)仿真模型经过150次的仿真实验，转运任务完成时间的平均值约为2.79 h，物资地面转运的时间约为0.25 h，最后一批应急物资飞机装载的时间约为 0.5 h。因此，1 000 t物资经机场转运的时间约为3.54 h，物资转运系统能够在规定时限内完成任务，物资转运能力满足要求。

(2)物资转运设备在配备数量和使用情况方面，都能够较好地满足物资转运任务需求。但是，物资转运作业过程中的一些人工活动，其效率相对较低，利用率不高，对物资转运能力产生了影响，可以进行优化和改善。

通常情况下，各类仓储转运设备及人员的利用率在70%左右时，系统能够保证正常运行并达到最优。基地物资转运系统人员利用率较低的原因是货运站人员的配备数量过高。因此，在原有仿真模型的基础上，不改变各实体的连接方式，相应减少货运站操作员数量，建立新的仿真模型。再次运行模型，分析仿真结果，判断人员利用率是否达到标准，如果未能达到标准，按照同样的方法，进一步优化物资转运系统。

5　结　语

物资转运能力是基地保障能力的重要组成部分，本文按照确定评估指标、选择评估方法、构建评估模型、分析评估结果的系统作业能力评估的方法思路，基于Flexsim仿真平台，对基地物资转运能力评估问题进行了研究探索，初步构建一套较为完整的基地物资转运能力评估的方法和流程，为基地物资转运系统优化提供参考。

[1]赵宗岐.把战略投送能力建设摆到重要位置[N].解放军报，2009-04-23(4).

[2]郭鹏飞.应急投送保障基地物资转运能力预测性评估研究[D].天津：军事交通学院，2012.

[3]周东阳.战略投送能力预测性评估研究[D].天津：军事交通学院，2008.

[4]曾鸣.基于Flexsim的港口仓储作业过程仿真及优化研究[D].北京：北京交通大学，2000.

(编辑：史海英)

Evaluation of Materials Transfer Capability in Strategic Projection Base with Flexsim

GUO Pengfei1,PENG Fubing1,MI Hong2,FANG Qinglong3

(1.Joint Projection Department,Military Transportation University,Tianjin 300161,China; 2.Military Representative Office for Navigational Matters in Guangzhou Military Region,Guangzhou 510100,China; 3.Military Representative Office for Navigational Matters in Tianjin,Tianjin 300456,China)

To provide reference and basis for system optimization in strategic projection base,considering the characteristics of materials transfer system,the paper evaluates and analyzes materials transfer capability with Flexsim simulation software according to the capability evaluation thought of determining evaluation index,selecting evaluation method,establishing evaluation model and analyzing evaluation result.The feasibility of this evaluation method is verified through a real case.

strategic projection base; materials transfer capability; evaluation model; Flexsim

2015-06-23；

2015-11-20.

郭鹏飞(1987—)，男，硕士，助教.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.01.013

E234

A

1674-2192(2016)01- 0053- 05