貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型的製作方法
2023-12-07 17:08:26
專利名稱：貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種貨櫃碼頭物流運營通用性仿真系統的建模方法，特別涉 及一種貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型的建模方法。
背景技術：
仿真是一種基於模型的活動，系統仿真就是建立系統模型並在模型上進行 試驗。建模與仿真技術在港口碼頭系統上的應用，是伴隨著模擬技術本身的發 展和港口碼頭機械化、自動化水平的提高而深入的。綜觀國內外文獻，國外學
術界從上世紀90年代末開始對貨櫃碼頭建模與仿真研究逐漸升溫。與國外 相比，國內對貨櫃物流系統仿真與建模的研究目前還處在起步階段，但自 2000年以來進展十分迅速。運用計算機仿真對貨櫃碼頭系統規劃和管理進行 研究已經成為熱點問題。
目前對於貨櫃碼頭物流運營系統的建模與仿真研究，在通用性建模與仿 真理論領域尚存在以下問題
(1) 通用性建模與仿真是一個具有挑戰性和創新性的研究領域。 目前現有技術尚缺乏在兩類領域(操作型仿真和戰略型仿真)均適用的通
用性建模理論的研究，而適用於戰略型仿真和操作型仿真並適合各種典型工藝 系統的通用性建模與仿真理論，將為基於離散事件動態系統的貨櫃碼頭物流 運營系統建模與仿真提供一個較為清晰的全貌、框架和體系。由於貨櫃碼頭 物流運營系統是一個離散事件動態系統，具有隨機性、複雜性和動態性特徵， 建模的難度較大。因此，研究該領域通用性仿真建模與仿真系統是一個具有挑 戰性和創新性的研究領域。
(2) 建模與仿真系統只適用於一個港口對象不利於利用仿真系統進行經 驗積累和規律尋求。
對於以貨櫃碼頭為研究對象的仿真與建模研究往往以具體港口為背景 展開。已經開發的貨櫃碼頭物流仿真系統也是將一個具體港口作為研究對象
5或者為了解決某一個具體的問題而設計，旨在為這些港口提供解決方案。國外
研究涉及的港口有鹿特丹港、釜山港、Virginia港、LosAngeles港、新加坡的 Brani港、Riga港、馬來西亞的Kelang貨櫃碼頭、Gdansk港[等港口。國內 研究涉及的港口有上海、香港和寧波等。在此背景下，使得每一次建模只能適 用於一個對象，不僅對需求的響應較慢，而且不利於利用仿真系統進行經驗積 累和規律尋求。
(3 )利用非港口專用仿真的仿真軟體建模難以覆蓋港口的所有管理和運 營環節的仿真。
由於這些專用仿真語言(如Flexsim等)的建模方法是在軟體中給定的， 而該軟體由於是非港口專用仿真的仿真軟體普適於多種系統，但卻不能覆蓋港 口的所有管理和運營環節的仿真。因此其建模規則相較於貨櫃碼頭物流運營 系統的建模規則顯得狹小，並且不完全匹配。使用這些軟體建模與仿真適用於 貨櫃碼頭的單一環節或分割環節的研究，而在對於要求整體性研究的貨櫃 碼頭的物流系統仿真時往往表現出削足適履的特徵。
發明內容
本發明針對上述現有技術在貨櫃碼頭物流運營系統的建模與仿真研究 所存在的問題，而提出了一種適用於貨櫃碼頭物流運營系統的通用性建模與 仿真的堆場-道口生產環節仿真模型的建模方法。
為達到上述目的，本發明採用如下的技術方案
貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型，該模型包括堆存策 略驅動的集疏運作業仿真模型、基於道口效率的集疏運作業仿真模型以及確定 道口數量仿真模型，所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型和基於道口效率 的集疏運作業仿真模型在船舶排隊仿真模型和裝卸船生產模型運行結束後，在 仿真期內，確定每一時刻需要疏運和裝船的箱量以及實際集運進入堆場的箱量 和實際疏運出堆場的箱量；再由確定道口數量仿真模型來確定貨櫃碼頭堆場 的道口數量。
所述集疏運作業仿真模型由在仿真期內確定每一時刻需要疏運的箱量的 堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I、在仿真期內確定每一時刻需要裝船的箱量的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型II以及在仿真期內計算每一個步 長時間的實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量的堆存策略驅動
的集疏運作業仿真模型ni。
所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I通過以下步驟實現
(11) 設定仿真時間和仿真步長時間，確定貨櫃卸船後在堆場最多可以 存放的時間、並由隨機數得到貨櫃堆存期時間；
(12) 在按照步長時間推進，掃描所有泊位，獲得該步長時間內需要卸船 並疏運的貨櫃數量，即為集卡應疏運出堆場的理論箱量；
(13) 記錄該步長的結束時刻為這批貨櫃卸船時刻，並由貨櫃卸船時 刻和貨櫃堆存期時間得到這批貨櫃需疏運時刻。
所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型II通過以下步驟實現
(Jl)設定仿真時間和仿真步長時間，並由隨機數得到貨櫃堆存期時間；
(J2)按照步長時間推進，掃描所有泊位，獲得該步長時間內需要裝船的 貨櫃數量，即為集卡應集運進入堆場的理論箱量；
(J3)記錄該步長的結束時刻為這批貨櫃裝船時刻，並由貨櫃裝船時 刻和貨櫃堆存期時間得到這批貨櫃應集運的時刻。
所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型III通過以下步驟實現-
(Kl)在總的仿真時間內按照步長時間推進，根據此模型仿真的步長所在 時刻從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I和II中得到此時刻相應的集卡疏 運出堆場的理論箱量和集卡集運進入堆場的理論箱量，記錄為該步長集卡疏運 出道口理論箱量和集卡集運進道口理論箱量；
(K2)確定堆場機械數量，並由後方堆場機械裝卸效率計算得到該步長所 有泊位堆場機械疏運和集運理論的處理量；
(K3 )將步長集卡疏運出道口理論箱量和集卡集運進道口理論箱量與該步 長所有泊位堆場機械疏運和集運理論的處理量相比較，以最小處理量為道口的 實際疏運出箱量和集運進箱量。
所述基於道口效率的集疏運作業仿真模型通過以下步驟實現
(Ll)在總的仿真時間內按照步長時間推進，根據出道口集運和疏運效率 分布得到道口的集運和疏運效率；(L2)根據道口的集運和疏運效率，計算得得到一個步長理論道口進出車 的集運和疏運總箱量，
(L3)確定堆場機械數量，並由後方堆場機械裝卸效率計算得到一個步長 所有泊位堆場機械理論疏運和集運理論的處理量；
(L3)將一個步長理論道口進出車的疏運和集運總箱量與該步長所有泊位 堆場機械疏運和集運理論的處理量相比較，以最小處理量為道口的實際疏運出 箱量和集運進箱量。
所述確定道口數量仿真模型通過以下步驟實現
(Ml)在集疏運作業仿真模型和基於道口效率的集疏運作業仿真模型運 行結束後，從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I和堆存策略驅動的集疏運 作業仿真模型III中獲得集卡應疏運的理論箱量及相應的時刻；從堆存策略驅 動的集疏運作業仿真模型II和堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型III中獲得 集卡應集運的理論箱量及相應的時刻。
(M2)基於道口效率的集疏運作業仿真模型中得到每一個步長中集卡集 運經過一個進場道口進場的集運理論處理量和集卡疏運經過一個出場道口出 場的疏運理論處理量；
(M3)在同樣的時間段內，由集卡應疏運的理論箱量和集卡疏運的理論 處理量，得到出場道口數量；由集卡應集運的理論箱量和集卡集運的理論處理 量，得到進場道口數量。
本發明實現步驟簡單，使得整個的建模簡單容易實現；同時其所實現的模 型適用於貨櫃碼頭物流運營系統通用性的建模與仿真。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.1的實現流程圖。
圖2為堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.2的實現流程圖。 圖3為堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.3的實現流程圖。 圖4為基於道口效率的集疏運作業仿真模型的實現流程圖。圖5為確定道口數量仿真模型的實現流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。
本發明提出兩種堆場-道口生產環節模型的建模方法堆存策略驅動的集 疏運作業的建模方法和基於道口效率的集疏運作業的建模方法。
堆存策略驅動的集疏運作業模型實現是建立由堆場堆存策略驅動的集卡 進出道口的拉式生產系統模型。
基於道口效率的集疏運作業模型的實現是在預先取得道口進出效率的經 驗數據基礎上對集疏運作業進行建模。
通過該模型可以解決的以下主要問題
確定貨櫃碼頭堆場的道口數量，該問題是長期以來根據經驗算法難以解 決的問題，而在以往的建模與仿真研究方面也沒有對該問題提出解決方案。
更加準確地獲得堆場機械的配置數量，從而更加準確地獲得貨櫃碼頭機 械繫統的配機比例。因為該生產環節佔用堆場機械資源並且直接影響貨櫃碼 頭生產和物流進度。
其中集疏運作業仿真模型由在仿真期內確定每一時刻需要疏運的箱量的 堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.1、在仿真期內確定每一時刻需要裝船 的箱量的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.2以及在仿真期內計算每一個 步長時間的實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量的堆存策略驅 動的集疏運作業仿真模型1.3。
堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.1用於解決在仿真期內，確定每一 時刻需要疏運的箱量。其實現機制為首先按照步長時間推進，掃描所有泊位， 獲得該步長時間內需要卸船並疏運的貨櫃數量，同時記錄該步長的結束時刻 為這批貨櫃卸船的時刻；然後將該時刻加上貨櫃堆存期時間獲得這批集裝 箱需疏運的時刻；這批貨櫃的箱量就是集卡應疏運出堆場的理論箱量。
基於上述原理，本模型的實施其需要主要變量參數如下
模型的主要輸入、輸出變量主要輸入變量集合々7^wi = (rw"加少max，rw"加少,7^L^"他jE76er) 主要輸出變量集合Q/Wwi = (7EC/wra詠rww/( "(i57n/，rwm7^) 主要變量含義及算法 (O貨櫃卸船後在堆場存放的時間
Tunstaymax:貨櫃卸船後在堆場最多可以存放的時間 Tunstay:貨櫃卸船後存放Tunstay時間後疏運，隨機變量 (2)與時刻相關的卸船箱量
TEUunstepber:從裝卸船生產模型中，掃描得到該步長該泊位該船舶卸船 的實際箱量
TEUunstep:該步長所有泊位船舶卸船後的實際總量相加 Tunstep時刻產生TEUunstep箱量
Tunloadshu日寸亥U應疏運TEUunstep箱量Tunloadshu=Tunstep+Tunstay
基於上述變量，該模型通過以下步驟實現，如圖l所示 本模型在船舶排隊仿真模型和裝卸船生產模型運行結束後開始。
(11) 通過參數輸入模塊設定仿真時間T和仿真步長時間；
(12) 根據輸入變量參數確定貨櫃卸船後在堆場最多可以存放的時間 Tunstaymax;並由隨機數得到貨櫃堆存期時間Tunstay;
(13) 在按照步長時間推進；
(14) 從船舶排隊仿真模型中，按照步長推進掃描停靠該泊位的船舶狀態， 判斷船舶在該泊位的裝卸狀態，並計算卸船箱量；從裝卸船生產仿真模型中， 掃描該步長該泊位船舶停靠泊位作業情況；確定其為僅僅卸船、還是僅僅裝船、 還是即裝船又卸船；若僅僅卸船或即裝船又卸船轉入步驟(15)，若僅僅裝船 轉入步驟(13);
(15) 掃描裝卸船生產模型運行結束後產生的泊位，獲得該步長內該泊位 該船舶卸船的實際箱量TEUunstepber;
(16) 檢測裝卸船生產模型產生的泊位是否都計算完畢，若沒有則掃描裝 卸船生產模型產生的下一個泊位，轉入步驟(14);若所有的泊位都計算完畢， 則轉入步驟(17);
(17) 記錄該步長所有泊位船舶卸船後的實際總量累加TEUimstep;(18) 記錄產生TEUunstep的時刻Tunstep，並計算TEUunstep箱量應被 疏運的時亥lj: Tunloadshu 二 Tunstep+Tunstay;
(19) 判斷步長的累加時間是否大於或等於總的仿真時間T，若是的則結 束該模型的仿真運算，若沒有則轉入步驟(13)。
堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.2用於解決在仿真期內，確定每一 時刻需要裝船的箱量。其採用的實現機制為
用於解決集運進入堆場並需要裝船的貨櫃，進入堆場後存放一段時間將 裝船出港。因此，首先按照步長時間推進，掃描所有泊位，獲得該步長時間內 需要裝船的貨櫃數量，同時記錄該步長的結束時刻為這批貨櫃裝船的時 刻；然後將該時刻減去貨櫃堆存期時間獲得這批貨櫃應集運的時刻；這批 貨櫃的箱量就是集卡應集運進入堆場的理論箱量。
本模型運行時需要主要變量參數如下
系統主要輸入、輸出變量
系統主要輸入變量集合々7*2 = {77<9。<^鄉11^，770"^/加},7"￡^/0"<^—
系統主要輸出變量集合Q/"/m2 = (7EL7o"tfe啤，77oa瓶77o"dste/^
主要變量含義及算法
(1) 貨櫃準備裝船時，可在堆場存放的時間
Tloadstaymax:貨櫃最多可以提前Tloadstaymax小時進堆場 Tloadstay:貨櫃集運進入堆場後存放Tloadstay時間後裝船，隨機變量
(2) 與時刻相關的準備裝船箱量
TEUloadstepber:從"裝卸船生產"子系統中，掃描得到該歩長該泊位該船 舶應裝船的實際箱量
TEUloadstep:該歩長所有泊位裝船的實際總量相加 Tloadstep時刻產生TEUloadstep箱量
Tloadji時刻應集運TEUloadstep箱量Tloadji=Tloadstep-Tloadstay
基於上述變量參數，本模型的實現如圖2所示 (Jl)通過參數輸入模塊設定仿真時間T和仿真步長時間t，並使仿真時 間初始值為0;
11(J2)根據輸入變量參數確定貨櫃最多可以提前Tloadstaymax小時進堆 場；並由隨機數得到貨櫃堆存期時間Tloadstay; (J3)在按照步長時間推進；
(J4)從船舶排隊仿真模型中，按照步長推進掃描停靠該泊位的船舶狀態， 判斷船舶在該泊位的裝卸狀態，並計算裝船箱量；從裝卸船生產仿真模型中， 掃描該步長該泊位船舶停靠泊位作業情況；確定其為僅僅卸船、還是僅僅裝船、 還是即裝船又卸船；若僅僅裝船或即裝船又卸船轉入步驟(15)，若僅僅卸船 轉入步驟(13);
(J5)掃描裝卸船生產模型運行結束後產生的泊位，獲得該步長內該泊位 該船舶應裝船的實際箱量TEUloadstepber;
(J6)檢測裝卸船生產模型產生的泊位是否都計算完畢，若沒有則掃描裝 卸船生產模型產生的下一個泊位，轉入步驟(14);若所有的泊位都計算完畢， 則轉入步驟(17);
〔J7)記錄該步長所有泊位船舶卸船後的實際總量累加TEUIoadstep;
〔J 8)記錄產生TEUloadstep的時刻Tloadstep，並計算TEUloadstep箱量 應被疏運的時刻TIoadjHTloadstep-Tloadstay;
(J9)判斷步長的累加時間是否大於或等於總的仿真時間T，若是的則結 束該模型的仿真運算，若沒有則轉入步驟(13)。
堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.3在堆存策略驅動的集疏運作業仿 真模型1.1和1.2運行結束後開始，其用於解決在仿真期內，以步長時間為計 算單位，計算每一個步長吋間的實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的 箱量。其實現機制為比較堆場機械疏運處理量與集卡應疏運的理論箱量、堆 場機械集運處理量與集卡應集運的理論箱量，以最小處理量作為進出道口在一 個仿真步長時間內的實際處理量。
該模型實現時需要主要變量參數如下 系統主要辛俞入變量集合々'"力"3 = (rw"/oa必/z"，M'ra/,77ofl承/，A/'/",.屍cn."c^，^'"，Go"d 系統主要輸出變量集合
Q/7j7,m3 = { >7", Fcwf, 7Ef/'力'，j/im, !T五[/' toto/力'，7Et/' foffl&to， i ' totato'mez.",toto/Z/OTCw/, gr gr'ow/ 主要變量含義及算法(1) 一個步長集卡應疏運的理論箱量-
時刻與疏運箱量的對應在步長所在的時刻Tunloadshu,應被疏運的實際箱量TEUunstep
M'out:在該步長集卡疏運出道口理論箱量，M'out=TEUunstep
(2) —個步長集卡應集運的理論箱量
時刻與疏運箱量的對應在步長所在的時刻Tloadji，應被疏運的實際箱量TEUloadstep
M'in:在該步長集卡集運進道口理論箱量，M'in=TEUloadstep
(3) 堆場機械在後方堆場面對所有泊位一個步長的集疏運理論處理量後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械疏運理論處理量VoutVout=Pcrinout*t* W3 *Qout
其中R3為堆場堆取時， 一次處理貨櫃，20/40箱的比例後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械集運理論處理量VinVin=Pcrinout*t* W3 * Qin
(4) 在一個步長中，集疏運的貨櫃
已集運進後方堆場的箱子TEU'ji=min { Vin,M'in }已疏運出後方堆場的箱子TEU'shu=min { Vout，M'out }
(5) 集疏運各項指標累加
進道口箱的總量累加TEU'totalji4刀始值+TEU'ji
出道口箱的總量累加TEU'totalshi^初始值+TEU'shu
堆場機械(集運)實際作業時間累加R'totaltimein-初始值+R'timein
堆場機械(疏運)實際作業時間累加R'totaltimeout一刀始值+R'timeout
堆場機械臺時數(集運)累加QT'in=Qin*R'totaltimein
堆場機械臺時數(疏運)累加QT'out=Qout*R'totaltimeout
基於上述輸入變量，本模型實現過程如圖3所示
(Kl)由參數輸入模塊確定總仿真時間T，步長t，並使仿真時間初始值
為0;
(K2)在總的仿真時間內按照步長時間推進；
(K3)根據此模型仿真的步長所在時刻Timloadshu，從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.2中得到此時刻相應的集卡疏運出堆場的實際箱量
TEUunstep，並使在該步長集卡疏運出道口理論箱量M'out=TEUunstep;
(K4)根據此模型仿真的步長所在時刻Tloadji，從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.3中得到此時刻應被疏運的實際箱量TEUloadstep;並使在該步長集卡集運進道口理論箱量M'in=TEUloadstep;
(K5)確定堆場機械數量為集運服務的堆場機械數量Qin，為疏運服務的堆場機械數量Qout;
(K6)選擇後方堆場機械裝卸效率分布，並有隨機數產生後方堆場機械裝卸效率Pcrinout;
(K7)確定後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械疏運理論處理量Vout:Vout二Pcrinout， W3 *Qout;
後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械集運理論處理量Vin:Vin=Pcrinout*t* W3 * Qin(K8)判斷後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械疏運理論處理量是否大於等於集卡疏運出道口理論箱量Vout>=M'out;
(K9)若是，則計算堆場機械疏運實際作業時間R'timeout=t* M'out/Vout;若不是，則記錄堆場機械疏運實際作業時間為t: R'timeout=t;
(K10)判斷後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械集運理論處理量是否大於等於集卡集運進道口理論箱量Vin>=M'in;
(Kll)若是，則計算堆場機械集運實際作業時間R'timein=t*M'in/Vin;若不是，則記錄堆場機械集運實際作業時間為t: R'timein二t;
(K11)計算並記錄，在該步長中已集運進後方堆場的箱子TEU'ji=min(Vin,M'in)，以及已疏運出後方堆場的箱子TEU'shu=min { Vout,M'out);(K12)通過計算並記錄，集疏運各項指標累加進道口箱的總量累加TEU'totalji一刀始值+TEU'ji出道口箱的總量累加TEU'totalsh『初始值+TEU'shu堆場機械(集運)實際作業時間累加R'totaltimein-初始值+R'timein堆場機械(疏運)實際作業時間累加R'totaltimeout一刀始值+R'timeout堆場機械臺時數(集運)累加QT'in=Qin*R'totaltimein堆場機械臺時數(疏運)累加QT'out=Qout*R'totaltimeout(K13)判斷步長累計時間是否大於等於總仿真時間T，若不是，則轉入步驟(K2)繼續下一個步長的仿真；若是，則結束該模型的仿真。
基於道口效率的集疏運作業仿真模型用於解決在仿真期內，以步長時間為計算單位，每一個步長時間的實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量。其實現機制為比較堆場機械疏運處理量與集卡疏運的理論箱量、堆場機械集運處理量與集卡集運的理論箱量，以最小處理量作為進出道口在一個仿真步長時間內的實際處理量；其中集卡疏運的理論箱量是指按照集卡出道口的效率與步長的乘積計算得到，主要與集卡出道口的效率有關；集卡集運的理論箱量指按照集卡進入道口的效率與步長的乘積計算得到，主要與集卡進入道口的效率有關。
基於道口效率的集疏運作業仿真模型開始作業，該模型的主要輸入、輸出變量如下所示
二系糹充主:要車俞入變量集合々W M4 = 屍卯 ,戶cn力oW， g/", go"}
系統1:要輸出變量集合
主要變量含義及算法
(1) 集卡進出道口效率
Pin:集卡進入道口的效率，根據進出道口效率分布得出；P0Ut:集卡出道口的效率，根據進出道口效率分布得出；
(2) 計算出一個步長的理論進出車箱量
從道口由集卡集運的理論進入箱量Min=Pin*t* (2-R2)從道口由集卡疏運的理論疏出箱量Mout=Pout*t* (2-R2)其中-
R2為集疏運時，集卡拖帶的20'貨櫃佔20'與40'貨櫃總量的比例；Roadin為集運道口數量，Roadout為疏運道口數量
(3) 確定堆場機械數量
Qin:為集運服務的堆場機械數量；Qout:為疏運服務的堆場機械數量
(4)後方堆場機械裝卸效率選擇後方堆場機械裝卸效率分布，由隨機數產生後方堆場機械裝卸效率
Pcrinout
(5 ) —個步長堆場機械理論上可以處理的集運和疏運的箱量集運箱量Vin=Pcrinout *t* Qin * W3疏運箱量Vout=Pcrinout*t* Qout * W3
其中R3為堆場堆取時， 一次處理貨櫃，20/40箱的比例
(6) 實際集疏運後方堆場的箱量TEUji:已集運進後方堆場的箱量；TEUshu:已疏運出後方堆場的箱量；
(7) 集疏運各項指標累加
進道口箱的總量累加TEUtotalji—刀始值+TEUji出道口箱的總量累加TEUtotalshu—刀始值+TEUshu堆場機械(集運)實際作業時間累加Rtotaltimei『初始值+Rtimein堆場機械(疏運)實際作業時間累加Rtotaltimeout-初始值+Rtimeout堆場機械臺時數(集運)累加QTin=Qin*Rtotaltimein堆場機械臺時數(疏運)累加QTout=Qout*Rtotaltimeout基於上述變量參數的本模型，其通過以下步驟實現(如圖4所示)(Ll)由參數輸入模塊確定總仿真時間T、歩長時間t，以及設定仿真初
始時間為0;
(L2)在總仿真時間內，按步長時間推進；
(L3)獲得集卡進出道口效率根據進出道口效率分布，得出集卡進入道口的效率Pin;根據進出道口效率分布，得出集卡出道口的效率P0Ut;
(L4)根據上述參數計算得到一個步長的理論進出車箱量
從道口由集卡集運的理論進入箱量Min=Pin*t* (2-R2)從道口由集卡疏運的理論疏出箱量Mout=Pout*t* (2-R2);(L5)確定堆場機械數量包括為集運服務的堆場機械數量Qin;為疏運
16服務的堆場機械數量Q0Ut;
(L6)獲得後方堆場機械裝卸效率，選擇後方堆場機械裝卸效率分布，由
隨機數產生後方堆場機械裝卸效率Pcrinout;
(L7)根據上述參數計算一個步長堆場機械理論上可以處理的集運和疏運的箱量其中集運箱量Vin=Pcrinout *t* Qin * W3;疏運箱量Vout=Pcrinout*t*Qout* W3;
(L8)檢測後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械疏運理論處理量是否大於等於集卡疏運總量Vout>=Mout;
(L9)若不是，則計算堆場機械實際作業時間為Rtimeout=t* Mout/Vout;若是，則計算堆場機械實際作業時間為RtimeOUt=t;
(L10)檢測後方堆場所有泊位一個步長的堆場機械集運理論處理量是否大於等於集卡集運總量Vin>=Min;
(L11)若不是，則計算堆場機械實際作業時間為Rtimein二"Min/Vin;若是，則計算堆場機械實際作業時間為Rtimein=t;
(L12)獲得實際集疏運後方堆場的箱量，其包括已集運進後方堆場的箱量TEUji=min{Vin,Min}已疏運出後方堆場的箱量TEUshu={Vout,Mout};(L13)由上述參數計算得到集疏運各項指標累加進道口箱的總量累加TEUtotalji-初始值+TEUJi出道口箱的總量累加TEUtotalsh『初始值+TEUshu堆場機械(集運)實際作業時間累加Rtotaltimein-初始值+Rtimein堆場機械(疏運)實際作業時間累加RtotaMmeoi^初始值+Rtimeout堆場機械臺時數(集運)累加QTin=Qin*Rtotaltimein堆場機械臺時數(疏運)累加QTout=Qout*Rtotaltimeout;(L14)判斷步長累加時間是否大於等於總仿真時間，若不是，則轉入步驟(L2);若是，則本模型仿真結束。
在堆場-道口生產環節仿真模型的前幾個模型都仿真結束後，由確定道口
數量仿真模型來確定道口數量，該模型用於確定貨櫃碼頭堆場的道口數量，該問題是長期以來根據經驗算法難以解決的問題，而在以往的建模與仿真研究方面也沒有對該問題提出解決方案。其實現機制是
在堆存策略驅動的集疏運作業1.1和堆存策略驅動的集疏運作業1.3模型中獲得集卡應疏運的理論箱量及相應的時刻；在堆存策略驅動的集疏運作業
1.2和"堆存策略驅動的集疏運作業"1.3模型中獲得集卡應集運的理論箱量及相
應的時刻。
在基於道口效率的集疏運作業模型中獲得在每一個步長中，集卡集運經過一個進場道口進場的集運理論處理量；在每一個步長中，集卡疏運經過一個
出場道口出場的疏運理論處理量。
在同樣的時間段內，集卡應疏運的理論箱量除以集卡疏運的理論處理量，
得到出場道口數量；集卡應集運的理論箱量除以集卡集運的理論處理量，得到進場道口數量。
所得到的出場道口數量和進場道口數量分別為一組數據，需要後期處理。基於上述原理，該模型的主要輸入、輸出變量如下主要辛俞人變量集合々'^/ "5 = (M'oW,M'/w，P/",戶ow^主要車俞出變量集合Cy/A"5 = (i 'o。(i/"， A'c^^fow/}主要變量含義及算法
(1) 一個步長集卡應疏運的理論箱量
時刻與疏運箱量的對應在歩長所在的時刻Tunloadshu，應被疏運的實際箱量TEUunstep
M'out:在該步長集卡疏運出道口理論箱量，M'out=TEUunstep
(2) —個歩長集卡應集運的理論箱量
時刻與疏運箱量的對應在歩長所在的時刻Tloadji，應被疏運的實際箱量TEUloadstep
M'in:在該步長集卡集運進道口理論箱量，M'in-TEUloadstep
(3) 集卡進出道口效率
Pin:集卡進入道口的效率，根據進出道口效率分布得出；Pout:集卡出道口的效率，根據進出道口效率分布得出；
(4) 計算進出道口數量集運進入的道口數量R'oadin=M'in/ (Pin*t* (2-R2))疏運出道口的數量R'oadou，M'out/ (Pout*t* (2-R2)
基於上述變量參數，本模型通過以下步驟實現(如圖5所示)(Ml)通過參數輸入模塊，確定總仿真時間T，仿真步長t，並使仿真初始時間設為0;
(M2)從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.1和堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.3中獲得集卡應疏運的理論箱量M'out及相應的時刻Tunloadshu;
(M3)從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.2和堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型1.3中獲得集卡應集運的理論箱量M'in及相應的時刻Tloadji;
(M4)基於道口效率的集疏運作業仿真模型中得到每一個步長中集卡集運經 過一個進場道口進場的集運理論處理量和集卡疏運經過一個出場道口出場的疏運理論處理量；
(M5)在同樣的時間段內，計算進出道口數量集運進入的道口數量R'oadin=M'in/ (Pin*t* (2-R2))疏運出道口的數量R'oadout=M'out/ (Pout*t* (2-R2)。以上顯示和描述了本發明的基本原理和i要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本
權利要求
1、貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型，其特徵在於，所述模型包括堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型、基於道口效率的集疏運作業仿真模型以及確定道口數量仿真模型，所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型和基於道口效率的集疏運作業仿真模型在船舶排隊仿真模型和裝卸船生產模型運行結束後，在仿真期內，確定每一時刻需要疏運和裝船的箱量以及實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量；再由確定道口數量仿真模型來確定貨櫃碼頭堆場的道口數量。
2、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真 模型，其特徵在於，所述集疏運作業仿真模型由在仿真期內確定每一時刻需要 疏運的箱量的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I、在仿真期內確定每一時 刻需要裝船的箱量的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型II以及在仿真期內 計算每一個步長時間的實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型III。
3、 根據權利要求2所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真 模型，其特徵在於，所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I通過以下步驟實現(11) 設定仿真時間和仿真步長時間，確定貨櫃卸船後在堆場最多可以 存放的時間、並由隨機數得到貨櫃堆存期時間；(12) 在按照步長時間推進，掃描所有泊位，獲得該步長時間內需要卸船 並疏運的貨櫃數量，即為集卡應疏運出堆場的理論箱量；(13) 記錄該步長的結束時刻為這批貨櫃卸船時刻，並由貨櫃卸船時 刻和貨櫃堆存期時間得到這批貨櫃需疏運時刻。
4、 根據權利要求2所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型，其特徵在於，所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型n通過以下步驟實現(Jl)設定仿真時間和仿真步長時間，並由隨機數得到貨櫃堆存期時間； (J2)按照步長時間推進，掃描所有泊位，獲得該步長時間內需要裝船的 貨櫃數量，即為集卡應集運進入堆場的理論箱量；(J3)記錄該步長的結束時刻為這批貨櫃裝船時刻，並由貨櫃裝船時 刻和貨櫃堆存期時間得到這批貨櫃應集運的時刻。
5、 根據權利要求2所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型，其特徵在於，所述堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型III通過以下步驟實現(Kl)在總的仿真時間內按照步長時間推進，根據此模型仿真的步長所在 時刻從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I和II中得到此時刻相應的集卡疏 運出堆場的理論箱量和集卡集運進入堆場的理論箱量，記錄為該步長集卡疏運 出道口理論箱量和集卡集運進道口理論箱量；(K2)確定堆場機械數量，並由後方堆場機械裝卸效率計算得到該步長所 有泊位堆場機械疏運和集運理論的處理量；(K3 )將步長集卡疏運出道口理論箱量和集卡集運進道口理論箱量與該步 長所有泊位堆場機械疏運和集運理論的處理量相比較，以最小處理量為道口的 實際疏運出箱量和集運進箱量。
6、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真 模型，其特徵在於，所述基於道口效率的集疏運作業仿真模型通過以下步驟實 現(Ll)在總的仿真時間內按照步長時間推進，根據出道口集運和疏運效率 分布得到道口的集運和疏運效率；(L2)根據道口的集運和疏運效率，計算得得到一個步長理論道口進出車 的集運和疏運總箱量，(L3)確定堆場機械數量，並由後方堆場機械裝卸效率計算得到一個步長 所有泊位堆場機械理論疏運和集運理論的處理量；(L3 )將一個步長理論道口進出車的疏運和集運總箱量與該步長所有泊位 堆場機械疏運和集運理論的處理量相比較，以最小處理量為道口的實際疏運出 箱量和集運進箱量。
7、 根據權利要求1所述的貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真 模型，其特徵在於，所述確定道口數量仿真模型通過以下步驟實現(Ml)在集疏運作業仿真模型和基於道口效率的集疏運作業仿真模型運行結束後，從堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型I和堆存策略驅動的集疏運 作業仿真模型III中獲得集卡應疏運的理論箱量及相應的時刻；從堆存策略驅 動的集疏運作業仿真模型II和堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型III中獲得 集卡應集運的理論箱量及相應的時刻。(M2)基於道口效率的集疏運作業仿真模型中得到每一個步長中集卡集 運經過一個進場道口進場的集運理論處理量和集卡疏運經過一個出場道口出 場的疏運理論處理量；(M3)在同樣的時間段內，由集卡應疏運的理論箱量和集卡疏運的理論 處理量，得到出場道口數量；由集卡應集運的理論箱量和集卡集運的理論處理
全文摘要
本發明公開了貨櫃碼頭運營系統中堆場-道口生產環節仿真模型，該模型中的堆存策略驅動的集疏運作業仿真模型和基於道口效率的集疏運作業仿真模型在船舶排隊仿真模型和裝卸船生產模型運行結束後，在仿真期內，確定每一時刻需要疏運和裝船的箱量以及實際集運進入堆場的箱量和實際疏運出堆場的箱量；再由確定道口數量仿真模型來確定貨櫃碼頭堆場的道口數量。本發明實現步驟簡單，使得整個的建模簡單容易實現；同時其所實現的模型適用於貨櫃碼頭物流運營系統通用性的建模與仿真。
文檔編號G06F17/50GK101599098SQ20091004851
公開日2009年12月9日 申請日期2009年3月30日 優先權日2009年3月30日
發明者梅 沙 申請人:上海海事大學