港口集裝箱物流系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究-教學(xué)平臺課件

1、系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)在港口物流系統(tǒng)中的應(yīng)用1.港口物流系統(tǒng)暨裝卸工藝系統(tǒng)概述2.系統(tǒng)仿真技術(shù)簡介3.集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模技術(shù) 4.干散貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模技術(shù)5.雜貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模技術(shù)6.基于元胞自動機(jī)的臨港物流企業(yè)群發(fā)展研究7.系統(tǒng)仿真技術(shù)在港口規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用案例8.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在港口職業(yè)及安全培訓(xùn)中的應(yīng)用 1.港口物流系統(tǒng)暨裝卸工藝系統(tǒng)概述港口物流系統(tǒng)類別： 前方生產(chǎn)碼頭: 集裝箱碼頭、干散貨專業(yè)碼頭、件雜貨碼頭、散雜貨碼頭、油品碼頭、 后方物流企業(yè): 運(yùn)輸、船代、貨代、儲運(yùn)、包裝、拆裝箱、 后方臨港的加工企業(yè)生產(chǎn)制造物流1.1 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)硬件與軟件 主要設(shè)施設(shè)

2、備: 泊位、堆場、機(jī)械設(shè)備、水平運(yùn)輸車輛、閘口、控制塔、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、岸邊集裝箱起重機(jī)、集裝箱拖掛車、堆場輪胎龍門起重機(jī)、軌道龍門起重機(jī) 港口裝卸的生產(chǎn)管理系統(tǒng): 各類作業(yè)計劃、調(diào)度安排等, 以船舶計劃的執(zhí)行為核心! 集裝箱碼頭常見的裝卸工藝系統(tǒng):1)岸橋-集裝箱卡車-輪胎龍門起重機(jī)2)岸橋-集裝箱卡車-軌道龍門起重機(jī)3)岸橋-集裝箱卡車-空箱堆高機(jī)(空箱堆場)4)岸橋-集裝箱卡車-正面吊(特種箱堆場)5)岸橋-跨運(yùn)車6)岸橋-拖掛車與底盤車7)AGV小車式全自動集裝箱碼頭8)生產(chǎn)線式全自動集裝箱碼頭集裝箱碼頭的基本組成1.2 散貨碼頭物流系統(tǒng)的硬件與軟件主要設(shè)施: 鐵路、泊位、翻車機(jī)房、散貨堆場

3、和轉(zhuǎn)接塔、裝車機(jī)房以及其他輔助設(shè)施等.主要機(jī)械設(shè)備: 堆料機(jī)、取料機(jī)、堆取料機(jī)、翻車機(jī)、皮帶輸送機(jī)、裝船機(jī)、裝車機(jī)、卸車機(jī)、抓斗卸船機(jī)等.碼頭裝卸生產(chǎn)管理系統(tǒng): 各類作業(yè)計劃、調(diào)度安排,以船舶計劃的執(zhí)行為核心!散貨碼頭主要工藝流程: 1)散貨碼頭的卸車進(jìn)場作業(yè)流程2)散貨碼頭的卸車裝船作業(yè)流程3)散貨碼頭的卸船進(jìn)場作業(yè)流程4)散貨碼頭的卸船裝車作業(yè)流程5)散貨碼頭的卸船裝船作業(yè)流程6)散貨碼頭的出場裝船作業(yè)流程7)散貨碼頭的出場裝車作業(yè)流程散貨(煤炭)出口碼頭的基本組成散貨(煤炭)碼頭的翻車機(jī)散貨(煤炭)碼頭的堆取料機(jī)散貨(煤炭)碼頭的裝船機(jī)13 雜貨碼頭物流系統(tǒng)的硬件與軟件 主要設(shè)施: 鐵路

4、、泊位、倉庫、堆場、大門機(jī)械設(shè)備: 門座起重機(jī)、拖車、平板車、叉車、輪胎起重機(jī)、汽車起重機(jī)港口物流的生產(chǎn)管理: 各類作業(yè)計劃、調(diào)度安排, 以船舶計劃的執(zhí)行為核心! 港口裝卸生產(chǎn)的環(huán)境影響: 天氣、潮汛與航道等影響港口裝卸生產(chǎn)的不確定因素: 船舶到港時間、裝卸作業(yè)的時間、車輛到港時間、貨物堆存時間、 (裝卸作業(yè)的時間又由多個環(huán)節(jié)組成)港口裝卸生產(chǎn)可以不斷調(diào)節(jié)、不斷適應(yīng)新的要求港口裝卸生產(chǎn)有許多人為的因素或管理規(guī)則港口是一個工程系統(tǒng), 是一個復(fù)雜的工程大系統(tǒng) (隨機(jī)因素多、關(guān)聯(lián)復(fù)雜、非線性、環(huán)境影響大、)14 復(fù)雜的港口物流系統(tǒng) 以系統(tǒng)的思想觀察港口物流系統(tǒng)以系統(tǒng)的方法分析港口物流系統(tǒng)港口物流系統(tǒng)

5、的多輸入與多輸出: 船舶、車輛、各類貨物港口物流系統(tǒng)的環(huán)境港口物流系統(tǒng)的動力源: 船舶(計劃)的驅(qū)動港口物流系統(tǒng)的有自適應(yīng)性,可以不斷演化系統(tǒng)的方法分析解決港口的問題系統(tǒng)分析方法:數(shù)學(xué)規(guī)劃法、統(tǒng)籌法、系統(tǒng)優(yōu)化法、系統(tǒng)仿真技術(shù)等 復(fù)雜工程系統(tǒng)分析的最有效方法:系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ)2.1 系統(tǒng)、模型與仿真2.2 系統(tǒng)仿真的類型2.3 仿真模型建模的一般步驟2.4 物流系統(tǒng)仿真軟件2.5 離散事件系統(tǒng)仿真的幾個基本概念2.6 離散事件系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵隨機(jī)事件2.7 離散事件系統(tǒng)仿真的統(tǒng)計參數(shù)2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ)2.1 系統(tǒng)、模型與仿真 系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型

6、的試驗(yàn)以達(dá)到研究系統(tǒng)的目的。 系統(tǒng)三個要素: 實(shí)體、屬性、活動。 系統(tǒng)仿真的三個基本活動：系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗(yàn)。 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 系統(tǒng)仿真的三個基本活動2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 2.2 系統(tǒng)仿真的類型 根據(jù)系統(tǒng)模型的特性分: (1)連續(xù)系統(tǒng)仿真 連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)。一般用常微分方程或偏微分方程描述。 機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)問題。 控制系統(tǒng)的信號傳遞、變化、系統(tǒng)組成等問題。2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (2)離散事件系統(tǒng)仿真 離散事件系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)在某些隨機(jī)時間點(diǎn)上發(fā)生離散變化的系統(tǒng)?；谙到y(tǒng)的模型，可分析系統(tǒng)的行為性能及其與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的關(guān)系，研究系統(tǒng)的控制和優(yōu)化。 港

7、口裝卸工藝系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)。 制造企業(yè)的車間、生產(chǎn)線等是離散事件系統(tǒng)。 物流企業(yè)的配送中心、倉庫是離散事件系統(tǒng)。 基礎(chǔ)理論：不確定性數(shù)學(xué)理論、系統(tǒng)邏輯框圖等。2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (3)虛擬現(xiàn)實(shí) 虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality,VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機(jī)和電子技術(shù)生成的。通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺。 集裝箱起重機(jī)安全操作訓(xùn)練仿真器 橋式抓斗卸船機(jī)安全操作訓(xùn)練仿真器 門座起重機(jī)安全操作訓(xùn)練仿真器 集裝箱卡車安全操作訓(xùn)練仿真器2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ)2.3 仿真模型建模的一般步驟第一步要針對實(shí)際系統(tǒng)，明確建模目的，做好問題抽象和

8、簡化，建立系統(tǒng)概念模型。第二步建立仿真模型。第三步模型調(diào)試與檢驗(yàn)。第四步模型試驗(yàn)，這是實(shí)實(shí)在在的仿真活動。第五步仿真輸出數(shù)據(jù)分析。 實(shí)際的仿真時，上述步驟往往需要多次反復(fù)。2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ)2.4 物流系統(tǒng)仿真軟件Witness、Arena、AutoMod、Extend、Flexsim、eM-Plant2.5 離散事件系統(tǒng)仿真的幾個基本概念 實(shí)體、屬性、狀態(tài)、事件、 活動、進(jìn)程、隊(duì)列、仿真鐘 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (1)實(shí)體 系統(tǒng)的組成成分，即系統(tǒng)的構(gòu)成，描述系統(tǒng)的三個基本要素之一。 永久實(shí)體:永久駐留在系統(tǒng)中的實(shí)體 臨時實(shí)體:按一定規(guī)律不斷地到達(dá)(產(chǎn)生)，在永久實(shí)體作用下通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)

9、，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出動態(tài)過程。 碼頭的設(shè)備、設(shè)施是碼頭物流系統(tǒng)的永久實(shí)體； 到港的船舶、火車、集疏運(yùn)卡車、貨物是碼頭物流系統(tǒng)的臨時實(shí)體；2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (2)屬性 屬性是實(shí)體特征的描述變量。 比如：尺寸是集裝箱的屬性；起重量、工作速度是起重機(jī)的屬性；?？看暗淖畲髧嵨皇遣次坏膶傩裕?(3)事件 事件就是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。事件是離散事件系統(tǒng)的最重要概念之一。事件的發(fā)生是在離散的時間點(diǎn)上。 船舶靠泊是一個事件，離開也是一個事件；集疏運(yùn)車輛到達(dá)碼頭是一個事件，離開也是一個事件； 港口物流系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動的! 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (4)狀態(tài) 在任意時刻，系統(tǒng)中實(shí)體、屬性、活動的信息總和。

10、比如：碼頭泊位上有正在進(jìn)行裝船的2萬噸級的船舶，這就是該泊位的狀態(tài)。 (5)活動 活動，通常用于表示兩個可以區(qū)分的事件之間的過程，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。 船舶到港（事件）排隊(duì)（活動）船舶靠泊（事件）裝卸貨物（活動）船舶離泊。 送貨車輛到達(dá)目的地（事件）等待（活動）起重機(jī)卸貨（活動）車輛離開2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) (6)進(jìn)程 進(jìn)程由若干個有序事件及若干有序活動組成，一個進(jìn)程描敘了它所包括的事件及活動間的相互邏輯關(guān)系及時序關(guān)系。 (7) 隊(duì)列 處于等待狀態(tài)的實(shí)體序列稱為隊(duì)列。 (8)仿真鐘 用于表示仿真時間的變化。 超實(shí)時仿真：港口裝卸系統(tǒng) 實(shí)時仿真：起重機(jī)模擬訓(xùn)練 亞實(shí)時仿真：病毒繁殖、爆炸過程

11、2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 事件活動進(jìn)程三者之間的關(guān)系圖 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 2.6 離散事件系統(tǒng)仿真的關(guān)鍵隨機(jī)事件 (1)實(shí)體（顧客）到達(dá)模式 實(shí)體到達(dá)模式一般用到達(dá)時間間隔來描述。隨機(jī)性到達(dá)過程一般是泊松過程, 即到達(dá)時間間隔服從負(fù)指數(shù)分布。 顧客是廣義的，船舶、車輛都是顧客； (2)顧客服務(wù)模式 為顧客服務(wù)的時間采用服務(wù)時間的概率分布來描述。 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 2.7 離散事件系統(tǒng)仿真的常用統(tǒng)計參數(shù) (1) 顧客平均等待時間 (2) 顧客平均滯留時間 (3) 顧客平均排隊(duì)長度 (4) 系統(tǒng)中顧客平均數(shù) (5) 服務(wù)臺的利用率2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ) 港口航道系統(tǒng)仿真模型 有一海港,船舶到達(dá)后,經(jīng)過錨

12、地、航道、內(nèi)港池,然后靠泊,完成裝卸任務(wù). 航道需要等待潮水達(dá)到一定水位才能通航, 船舶可在錨地及內(nèi)港池等待,內(nèi)港池等待船舶數(shù)量有限制. 船舶按一定的隨機(jī)分布的時間規(guī)律到達(dá)港口. 分析的問題： (1)不同裝卸設(shè)備配置下,評價船舶服務(wù)質(zhì)量; (2)內(nèi)港池大小對船舶服務(wù)質(zhì)量的影響. 2系統(tǒng)仿真技術(shù)基礎(chǔ)解決方法: 根據(jù)資料和分析目的建立仿真模型. 航道平面布置圖、通航能力（時間、單向或雙向）； 內(nèi)港池能停泊的最多船舶數(shù)量； 錨地能停泊的最多船舶數(shù)量； 碼頭平面布置圖； 碼頭裝卸設(shè)備的數(shù)量、技術(shù)參數(shù)、裝卸船舶的作業(yè)能力； 根據(jù)系統(tǒng)工作流程編寫仿真程序模塊。 witness仿真軟件平臺上完成模型。 統(tǒng)計

13、參數(shù)：船舶等待時間、泊位利用率港口物流系統(tǒng)仿真模型的主要用途:（1）分析比較碼頭規(guī)劃設(shè)計平面布局的多種方案，推薦較優(yōu)的選擇；（2）分析比較規(guī)劃設(shè)計中的碼頭裝卸工藝方案，推薦較優(yōu)的選擇；（3）分析碼頭交通流，識別交通瓶頸；（4）建立碼頭集裝箱吞吐量的增長與碼頭設(shè)備配置的動態(tài)關(guān)系；（5）分析在一定的基礎(chǔ)設(shè)施和機(jī)械配置下，碼頭可達(dá)到的極限吞吐量；（6）分析裝卸設(shè)備的調(diào)度策略對碼頭生產(chǎn)的影響，尋求最優(yōu)調(diào)度策略；（7）預(yù)演碼頭生產(chǎn)作業(yè)計劃，優(yōu)化作業(yè)安排；（8）回放碼頭已完成的裝卸生產(chǎn)過程，分析存在的問題；（9）分析堆場管理策略，研究不同策略對碼頭裝卸效率的影響；（10）分析碼頭貨物堆存期的不確定性對碼頭

14、通過能力的影響；3. 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模3.1 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的基本組成與復(fù)合模型 根據(jù)物流功能，分為如下子系統(tǒng)：泊位系統(tǒng)、裝船系統(tǒng)、卸船系統(tǒng)、集箱系統(tǒng)、疏箱系統(tǒng)、道路交通系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、閘口系統(tǒng)、裝卸作業(yè)調(diào)度控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)輸入與輸出邊界：海域邊界、陸域邊界、信息邊界。信息邊界是指碼頭通過Internet、傳真或EDI專線與外界聯(lián)系，輸入船舶計劃。 系統(tǒng)的動態(tài)實(shí)體：各類作業(yè)計劃、船舶、車輛、裝卸設(shè)備、集裝箱等。 建立復(fù)合模型的基本步驟： 建立整個碼頭系統(tǒng)裝卸流程模型； 建立碼頭系統(tǒng)道路交通模型； 建立計算機(jī)仿真模型。3.2 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的流程模型 內(nèi)容包括: 層次模型、對

15、象模型、動態(tài)模型和變遷事件表。 佩特里網(wǎng)(Petri Net)，簡稱PN，是一種以圖形形式研究系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)和動態(tài)特性的理論，它的主要特性包括：并行、異步、不確定性和分布描述能力和分析能力。它是建立碼頭物流流程概念模型的較好方法。集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層次模型 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層對象模型集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)層動態(tài)流程模型庫所的定義： P表示系統(tǒng)的庫所。如：P0：集裝箱船舶到港停泊；P1：計算機(jī)系統(tǒng)空閑；P2：計算機(jī)系統(tǒng)工作；P3：集箱系統(tǒng)空閑； P13：進(jìn)口箱位空閑。位置P13內(nèi)的托肯數(shù)表示進(jìn)口堆場內(nèi)的空閑箱位數(shù)；P14：進(jìn)口箱位占用；P15：集裝箱船舶離泊；P16：船舶計劃到達(dá)等。變遷的定義： 表

16、示事件的變遷。如：T0：船舶計劃進(jìn)入計算機(jī)。信息含有：到船日期、進(jìn)出口箱量、種類、船圖等；T1：計算機(jī)發(fā)出集箱指令，出口區(qū)劃出堆箱區(qū)域，進(jìn)口區(qū)劃出堆箱區(qū)域，集箱作業(yè)開始；T2：集箱作業(yè)結(jié)束，出口區(qū)堆箱區(qū)占用，返回計算機(jī)指令； T8：提箱申請?zhí)峤挥嬎銠C(jī)中心；T9：提箱工作開始；T10：提箱結(jié)束(一個完整的船舶服務(wù)結(jié)束）。 3.3 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的道路交通模型碼頭是一個執(zhí)行裝卸生產(chǎn)任務(wù)的場所，碼頭車輛是根據(jù)作業(yè)計劃的要求，按一定的路徑行駛，到達(dá)裝卸點(diǎn)完成裝卸任務(wù)。碼頭的道路交通模型以碼頭裝卸生產(chǎn)物流過程為目的來建立。 碼頭的道路交通模型 路段、交叉路口、車輛模型、狀況評價參數(shù) （1）路段： 集

17、裝箱碼頭堆場一般被劃分成多個長方形場地，裝卸車道與主干道形成交叉，把干道分成許多路段，形成路網(wǎng)。 集裝箱碼頭交通路網(wǎng)模型以路段為單元建立。路段由長度、最高限速、輸出路徑、裝卸點(diǎn)等屬性參量描述。 路段分為一般行駛路段和裝卸路段； 比如：岸橋、場橋下面的車道就是裝卸路段； （2）交叉路口： 碼頭的交通路口模型是車輛安全行駛模型，即模型不考慮車輛碰撞問題，先到先行，互相避讓。 在模型中，把交叉路口的中間路段定為沖突區(qū)，在行車方向出現(xiàn)沖突時，后到路口的車流需要等待先進(jìn)入沖突區(qū)的車輛完全通過后才能通過。 （3）車輛模型： 車輛模型以車輛起、制動時間、空載行駛速度、滿載行駛速度等屬性參量描述。它根據(jù)自己裝

18、卸任務(wù)的目的在碼頭路網(wǎng)上行駛。車輛主要分為完成裝卸船任務(wù)的碼頭內(nèi)部車輛和進(jìn)行集疏運(yùn)集裝箱的外部車輛。 （4）碼頭道路交通狀況評價參數(shù)： 主要截面的流量、車輛速度、密集度、車輛在堆場滯留時間、車輛在碼頭前沿滯留時間等。 集裝箱碼頭道路交通模型路段劃分集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模塊的基本組成 （1）碼頭布置模塊（2）船舶產(chǎn)生模塊（3）集裝箱產(chǎn)生模塊（4）交通布置及管理模塊（5）碼頭前沿裝卸模塊（6）堆場作業(yè)模塊（7）進(jìn)出口大門模塊（8）集疏運(yùn)模塊（9）碼頭作業(yè)計劃制定模塊（10）性能參數(shù)統(tǒng)計模塊（11）初始場景產(chǎn)生模塊4.干散貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模41 干散貨碼頭物流系統(tǒng)邏輯模型 描述干散貨物流流程

19、的邏輯模型 (1)干散貨碼頭工藝系統(tǒng)的層次模型 (2)干散貨碼頭工藝系統(tǒng)的對象模型 (3)干散貨碼頭工藝系統(tǒng)的動態(tài)模型 干散貨碼頭工藝系統(tǒng)的層次模型干散貨碼頭工藝系統(tǒng)的對象模型 干散貨煤炭碼頭工藝系統(tǒng)的動態(tài)模型 庫所的定義： P1進(jìn)港火車等待; P2卸車系統(tǒng)工作; P3進(jìn)場系統(tǒng)工作; P4堆場占用; P5出場系統(tǒng)工作; P6裝船系統(tǒng)工作; P7卸車系統(tǒng)空閑; P8進(jìn)場系統(tǒng)空閑; P9堆場空閑; P10裝船系統(tǒng)空閑; P11出場系統(tǒng)空閑; P12信息控制系統(tǒng); P13泊位占用; P14泊位空閑; P15船舶在錨地等待; P16卸車作業(yè)線空閑 變遷的定義： T1火車到達(dá); T2卸車開始; T3進(jìn)場

20、開始; T4進(jìn)場結(jié)束; T5出場開始; T6出場結(jié)束; T7裝船結(jié)束; T8直裝流程開始; T9船舶靠泊; T10船舶到達(dá)4.干散貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模42 干散貨碼頭堆場模型 貨物堆放分客戶、分品種 垛位的大小是動態(tài)變化的 網(wǎng)格化的堆場描述方法： 就是將碼頭堆場細(xì)分為連續(xù)的、容量相同的小矩形網(wǎng)格。 4.干散貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模32干散貨出口碼頭物流系統(tǒng)仿真模型 43 仿真模型的主要模塊: 流程管理模塊、堆場調(diào)度作業(yè)模塊、設(shè)備控制管理模塊、貨種管理模塊、集港平臺模塊、裝船平臺模塊、參數(shù)統(tǒng)計模塊 5.雜貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模 雜貨碼頭是港口最復(fù)雜、不確定性因素最多的一個物流系統(tǒng)。 過去，

21、國內(nèi)外還沒有工程技術(shù)人員對它進(jìn)行完整的系統(tǒng)建模與仿真分析的研究，建模難度大。5.雜貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模 因此，針對雜貨碼頭貨種多及裝卸過程的復(fù)雜性，從雜貨裝卸運(yùn)輸?shù)奶匦匀胧?，依?jù)貨物的種類，對雜貨的重量、體積進(jìn)行裝卸特性的分類統(tǒng)計，獲得不同貨物的裝卸運(yùn)輸特性，基于獲得的不同雜貨裝卸特性的分布變量，建立雜貨碼頭物流系統(tǒng)仿真模型。 針對某一個貨種，建立仿真模型。比如：鋼鐵5.雜貨碼頭物流系統(tǒng)的仿真建模(1) 雜貨碼頭物流(裝卸)系統(tǒng)邏輯模型(2) 雜貨碼頭工藝系統(tǒng)的層次模型(3) 雜貨碼頭工藝系統(tǒng)的對象模型(4) 雜貨碼頭工藝系統(tǒng)的動態(tài)模型 6.基于元胞自動機(jī)的臨港物流企業(yè)群發(fā)展研究 我國大型

22、港口的臨港區(qū)域，一般都存在著成百上千家不同類型的物流企業(yè)，承擔(dān)著不同貨類的物流業(yè)務(wù)，形成了龐大的物流企業(yè)群，構(gòu)成了以個體物流企業(yè)為單元的群體類型的復(fù)雜系統(tǒng)。 港口環(huán)境和腹地經(jīng)濟(jì)發(fā)展與物流企業(yè)的生存有沒有關(guān)系？港口環(huán)境對臨港企業(yè)的發(fā)展有沒有制約？臨港物流企業(yè)群內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)自組織發(fā)展的？它們經(jīng)歷了哪些發(fā)展模式？ 臨港物流園區(qū)的規(guī)劃、管理缺少系統(tǒng)地理論依據(jù)。 研究臨港物流企業(yè)群系統(tǒng)的演化發(fā)展有重要意義。 元胞自動機(jī)（Cellular Automata，簡稱CA），是一種時間離散、空間離散，具有時空特征的網(wǎng)格動力學(xué)模型，它的優(yōu)點(diǎn)在于能夠描寫具有局域相互作用的多體系統(tǒng)所表現(xiàn)的集體行為及其時間演化，是研

23、究自組織化復(fù)雜系統(tǒng)的有效工具。元胞自動機(jī)1元胞自動機(jī)2元胞自動機(jī)37.系統(tǒng)仿真技術(shù)在港口規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用案例 基于witness的仿真模型7.witness仿真模型在港口規(guī)劃設(shè)計中的應(yīng)用案例（1）上海外高橋五期集裝箱碼頭（2）上海振華港機(jī)公司新型岸邊集裝箱起重機(jī)（3） 上海外高橋集裝箱有限公司空箱自動化堆場（4） 深圳大鏟灣集裝箱碼頭（5） 大連大窯灣三期集裝箱碼頭（6） 天津港北港池集裝箱碼頭一期（7） 天津港北港池集裝箱碼頭三期（8）日照港集裝箱碼頭（9）寧波金塘大浦口集裝箱碼頭工程 （10）神華天津煤炭碼頭二期工程封閉式堆場（11）天津港北港池集裝箱碼頭四期 （12）東莞虎門港沙田港區(qū)二

24、期工程仿真分析 （13）上海羅涇港區(qū)物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化分析（14）重慶港主城港區(qū)寸灘作業(yè)區(qū)三期工程仿真分析（15） 秦皇島港煤炭物流大系統(tǒng)仿真分析（16）秦皇島港雜貨碼頭物流系統(tǒng)仿真分析 (17) 四川萬洲集裝箱碼頭模型 (18) 武漢硚口區(qū)商貿(mào)物流規(guī)劃仿真分析 (19) 常州豪爵摩托車總裝線仿真分析 (20) 神龍汽車油漆生產(chǎn)線仿真分析型 (21) 天津港礦石碼頭平面布局與裝卸工藝研究 (22) 池洲江口港區(qū)與物流園區(qū)功能布局研究 (23) 連云港區(qū)中云臺一期工程系統(tǒng)仿真技術(shù) (24) 嘉興煤炭中轉(zhuǎn)碼頭物流系統(tǒng)仿真分析上海外高橋五期集裝箱碼頭上海外高橋五期集裝箱碼頭是上海市重點(diǎn)工程項(xiàng)目岸線長度

25、1110米碼頭縱深1000多米設(shè)計年吞吐量260萬TEU三個干線大船泊位二個長江駁船泊位 建立仿真模型是為了對碼頭布局進(jìn)行合理規(guī)劃，特別是對棧橋式碼頭前沿寬度進(jìn)行優(yōu)化選擇。上海外高橋五期集裝箱碼頭仿真模型上海振華港口機(jī)械有限公司岸邊集裝箱起重機(jī)仿真模型普通岸邊集裝箱起重機(jī)雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)雙40尺岸邊集裝箱起重機(jī)雙小車雙40尺岸邊集裝箱起重機(jī) 這四種集裝箱起重機(jī)是上海振華港口機(jī)械有限公司的新機(jī)型.模型可計算分析四種岸橋的作業(yè)效率 模型還可分析雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)前后小車的作業(yè)優(yōu)化匹配以及作業(yè)路的設(shè)備匹配。上海振華港口機(jī)械有限公司新型岸邊集裝箱起重機(jī) 外高橋集裝箱有限公司空箱自動化堆場上海

26、外高橋集裝箱有限公司空箱自動化堆場是上海振華港口機(jī)械有限公司和上海外高橋集裝箱有限公司合作的高科技工程項(xiàng)目，屬國內(nèi)首創(chuàng)。建立該仿真模型是為了分析自動化堆場的物流操作過程，分析其瓶頸，提出改進(jìn)策略。上海外高橋集裝箱有限公司空箱自動化堆場 深圳大鏟灣集裝箱碼頭深圳大鏟灣集裝箱碼頭是深圳市重點(diǎn)工程項(xiàng)目正面岸線長度1830米碼頭縱深600多米一種方案最大年吞吐量420萬TEU，正面岸線五個泊位另一個方案最大年吞吐量500萬TEU，除正面岸線五個泊位外，再在側(cè)面增加二個泊位建立仿真模型是為了對碼頭二個方案的交通路網(wǎng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并驗(yàn)證吞吐量的可達(dá)性深圳大鏟灣集裝箱碼頭仿真模型一（五泊位） 深圳大鏟灣集裝

27、箱碼頭仿真模型二（七泊位）大連大窯灣三期工程大連市重點(diǎn)工程項(xiàng)目岸線長度1810米碼頭縱深近1000米采用裝卸工藝是岸邊集裝箱起重機(jī)集裝箱卡車軌道龍門起重機(jī)堆場平面布局有兩種方案一種方案箱區(qū)垂直岸線布置另一種是箱區(qū)平行岸線布置，年吞吐量達(dá)到400多萬TEU，六個泊位 前一種方案箱區(qū)垂直岸線布置屬國內(nèi)首次，此方案又派生出四種箱區(qū)垂直布置及交通流方案 建立仿真模型是為了對這兩種碼頭布局的各個方案的交通路網(wǎng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析，找出合理方案，并驗(yàn)證吞吐量的可達(dá)性。大連大窯灣三期集裝箱碼頭仿真模型一（箱區(qū)垂直岸線）大連大窯灣三期集裝箱碼頭仿真模型二（箱區(qū)平行岸線）天津港北港池集裝箱碼頭一期 天津北港池集裝箱

28、碼頭工程是天津地區(qū)及環(huán)渤海灣的重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一 一期工程的碼頭的岸線長度有1100米，縱深782米，其裝卸工藝采用岸邊集裝箱起重機(jī)集裝箱卡車輪胎龍門起重機(jī)。年吞吐能力達(dá)到180萬TEU。 重點(diǎn)對碼頭集疏運(yùn)車輛的三種交通流組織形式進(jìn)行了優(yōu)化分析，重點(diǎn)比較了碼頭作業(yè)高峰時的狀況。天津港北港池集裝箱碼頭一期工程仿真模型一天津港北港池集裝箱碼頭一期工程仿真模型二天津港北港池集裝箱碼頭三期 三期工程的碼頭岸線總長度為2300m，縱深1090m,順岸棧橋碼頭，碼頭前沿與堆場通過9座棧橋連接，其裝卸工藝采用岸邊集裝箱起重機(jī)集裝箱卡車輪胎式龍門起重機(jī)。年吞吐能力達(dá)到520萬TEU。 模型試驗(yàn)對碼頭道路交通狀況

29、進(jìn)行整體評估，合理選擇碼頭進(jìn)出大門的通道數(shù)量，對碼頭接納超大型集裝箱船舶的裝卸工藝、交通組織進(jìn)行深入分析。 天津港北港池集裝箱碼頭三期工程仿真模型 天津港北港池集裝箱碼頭三期三期集裝箱碼頭工程的南端，擬布置6臺雙40尺、2臺雙20尺大型岸橋，專門應(yīng)對大型集裝箱船舶的裝卸作業(yè)。超大型集裝箱船舶裝卸作業(yè)仿真模型圖 日照港集裝箱碼頭 日照港集裝箱碼頭遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)與集車調(diào)度策略研究 項(xiàng)目對集裝箱碼頭裝卸設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)和集裝箱卡車的多種調(diào)度策略進(jìn)行了研究和分析。山東省日照港集裝箱碼頭仿真模型 寧波金塘大浦口集裝箱碼頭仿真模型 碼頭岸線總長度為1774米，陸域堆場的南北長度約2070多米，縱深

30、寬588m。 堆場平面布局有兩種方案：堆場分六塊、堆場分七塊。 裝卸工藝：岸邊集裝箱起重機(jī)集裝箱卡車軌道龍門起重機(jī)。軌道龍門起重機(jī)為無懸臂，跨中有二個作業(yè)通道。 建立仿真模型是為了對這兩種碼頭布局的的交通路網(wǎng)、棧橋布置進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析，找出合理方案，并驗(yàn)證吞吐量的可達(dá)性。金塘大浦口集裝箱碼頭交通仿真模型（方案一） 金塘大浦口集裝箱碼頭交通仿真模型（方案二） 神華天津煤炭碼頭二期工程封閉式堆場 天津神華煤炭碼頭二期工程擬建成封閉式堆場的專業(yè)煤炭輸出碼頭。 裝卸工藝采用：火車翻車機(jī)皮帶機(jī)移動卸料小車旋轉(zhuǎn)布料皮帶機(jī)圓筒倉活化振動給料機(jī)皮帶機(jī)煤炭裝船機(jī)船舶。 模型是針對堆場筒倉數(shù)量的合理選擇問題。分別

31、建立了28、 32、 36、 40個筒倉的仿真模型。神華天津煤炭碼頭二期工程仿真模型全貌 優(yōu)點(diǎn)：環(huán)保好、配煤方案組合多、配煤操作方便； 缺點(diǎn)：投資成本高、容量小、安全技術(shù)要求高。神華天津煤炭碼頭二期工程32個筒倉仿真模型 天津港北港池集裝箱碼頭四期四期工程的碼頭岸線總長度為1400m，縱深約1090m，岸邊配置15臺集裝箱岸邊起重機(jī)（簡稱岸橋），軌距35米。 四種布局及工藝方案: (1) 單外伸臂軌道龍門起重機(jī)（簡稱軌道場橋），跨距32米，碼頭前沿與堆場通過六座棧橋連接 (2) 單外伸臂軌道龍門起重機(jī)（簡稱軌道場橋），跨距32米，碼頭前沿與堆場連片，無棧橋連接 (3) 輪胎場橋，碼頭前沿與堆場

32、連成一片 (4) 堆場垂直岸線布局，單外伸臂軌道龍門起重機(jī)，跨距32米，碼頭前沿與堆場連成一片，沒有棧橋 北港池集裝箱碼頭四期工程仿真模型全貌 秦皇島港物流大系統(tǒng)仿真模型 秦皇島港是我國最大的煤炭輸出港，也是世界能源第一大港。從八十年代至今，已經(jīng)建成了五期煤炭碼頭工程，分別簡稱為煤一期、煤二期、煤三期、煤四期、煤五期。 煤一期始建于上世紀(jì)七十年代末，經(jīng)過了多次改擴(kuò)建，現(xiàn)共有2萬噸級泊位二個、5萬噸級泊位兩個，設(shè)計年通過能力2000萬噸，堆場12條，設(shè)計堆存能力170萬噸。工藝系統(tǒng)：單車式翻車機(jī)4臺，懸臂式堆料機(jī)5臺，懸臂式斗輪取料機(jī)7臺，裝船機(jī)5臺，皮帶機(jī)38臺。 秦皇島港物流大系統(tǒng)仿真模型

33、煤二期目前共有5萬噸級泊位兩個，設(shè)計年通過能力2000萬噸，主要堆場4條，設(shè)計堆存能力130萬噸。工藝系統(tǒng)：雙車式翻車機(jī)2臺，螺旋卸車機(jī)2臺，懸臂式堆料機(jī)3臺，懸臂式斗輪取料機(jī)4臺，門式堆取料機(jī)2臺，裝船機(jī)2臺，皮帶機(jī)26臺。 煤三期共有10萬噸級泊位1個，3.5萬噸級泊位兩個，設(shè)計年通過能力3000萬噸，主要堆場4條，設(shè)計堆存能力170萬噸。工藝系統(tǒng)：三車式翻車機(jī)2臺，懸臂式堆料機(jī)2臺，懸臂式斗輪取料機(jī)4臺，懸臂式堆取料機(jī)1臺，裝船機(jī)3臺，皮帶機(jī)21臺。秦皇島港物流大系統(tǒng)仿真模型 煤四期共有10萬噸級泊位1個，5萬噸級泊位1個，3.5萬噸級泊位4個，設(shè)計年通過能力5500萬噸，堆場9條，設(shè)計

34、堆存能力325萬噸。工藝系統(tǒng)：三車式翻車機(jī)3臺，懸臂式堆料機(jī)5臺，懸臂式斗輪取料機(jī)6臺，門式取料機(jī)2臺，裝船機(jī)5臺，皮帶機(jī)41臺。 煤五期工程2007年3月通過國家正式竣工驗(yàn)收。建有15萬噸級泊位和10萬噸級泊位各1個，5萬噸級泊位2個，待泊泊位2個。設(shè)計年通過能力5000萬噸，堆場10條，設(shè)計堆存能力412萬噸。工藝系統(tǒng)計有翻卸線3條，堆料線6條，取料線5條，裝船線4條，設(shè)備包括三翻式翻車機(jī)3臺，懸臂式堆料機(jī)6臺，懸臂式取料機(jī)8臺，移動裝船機(jī)4臺，皮帶機(jī)40臺。秦皇島港煤炭物流大系統(tǒng)仿真模型全貌 虎門港沙田港區(qū)集裝箱碼頭二期 東莞市虎門港沙田港區(qū)是東莞市的重點(diǎn)工程項(xiàng)目，其中二期工程（7、8號

35、泊位）為專業(yè)集裝箱碼頭，碼頭岸線總長度為678m，縱深約775m。 碼頭的建設(shè)和運(yùn)營有近期和遠(yuǎn)期二種安排。近期年吞吐能力為80萬TEU；遠(yuǎn)期啟用預(yù)留堆場，年吞吐能力要達(dá)到120萬TEU。 本工程規(guī)模較大，為了更深入地把握近、遠(yuǎn)期碼頭物流系統(tǒng)的運(yùn)營能力，了解碼頭作業(yè)高峰時的交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)碼頭設(shè)計中的不足。 東莞虎門港沙田港區(qū)二期工程仿真模型 上海羅涇港區(qū)物流系統(tǒng)仿真模型 重慶港主城港區(qū)寸灘作業(yè)區(qū)三期 重慶港主城港區(qū)寸灘作業(yè)區(qū)三期工程碼頭岸線總長度為500多米，堆場縱深約500米。碼頭前沿的岸邊集裝箱起重機(jī)軌距為16米。裝卸工藝主要采用岸橋集卡軌道場橋。一、二、三期工程全部建成后，預(yù)計年

36、吞吐能力可完成200萬TEU。 仿真主要是分析年通過200萬TEU和50萬輛滾裝車時的作業(yè)高峰交通狀況，改進(jìn)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 重慶港主城港區(qū)寸灘作業(yè)區(qū)三期 由于整個港區(qū)依山而建，環(huán)境復(fù)雜，地形起伏大，集裝箱堆場主要分為三大片，一、二期工程與三期工程之間又有滾裝碼頭的堆場、水廠等相隔，三大片集裝箱堆場之間的連接通道距離較長。港區(qū)的集疏運(yùn)主要通過三大立交（蝦子蝙立交、寸灘立交、何家梁立交）、以及海爾路、濱江路與外界連通。整個港區(qū)出入口較多，交通復(fù)雜。 重慶港主城港區(qū)寸灘作業(yè)區(qū)三期工程連云港港中云臺作業(yè)區(qū)一期工程 連云港港中云臺作業(yè)區(qū)一期工程為多貨種的公用碼頭，貨物種類較多，吞吐量較大。作業(yè)區(qū)共有35個泊

37、位，計有散貨出口泊位9個、散貨進(jìn)口泊位5個、多用途泊位2個、鋼材泊位2個、木材泊位3個、糧食泊位3個、鹽堿泊位2個、其他雜貨泊位9個，一期工程碼頭岸線總長度3500多米，堆場縱深近300米。 為了更深入地把握未來中云臺作業(yè)區(qū)物流系統(tǒng)的運(yùn)營能力，特別是分析港區(qū)在未來年通過約1900萬噸貨物時集疏運(yùn)的道路交通狀況，尤其是高峰作業(yè)時段的交通狀況，及時發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)碼頭設(shè)計中的不足，需要對一期工程物流系統(tǒng)及道路交通進(jìn)行系統(tǒng)建模和仿真試驗(yàn)，為建設(shè)單位和設(shè)計院做決策提供依據(jù)。 連云港區(qū)中云臺作業(yè)區(qū)一期工程嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程 浙能嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程的建設(shè)規(guī)模為年吞吐量為3000萬噸，初步設(shè)計有3個3

38、.5萬噸級海運(yùn)船舶卸煤泊位及多個1000（500）噸級內(nèi)河船舶裝船和待裝泊位，堆場容量約為85萬噸，工程占用岸線690米，配置六臺1577t/h的卸船機(jī)。 獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭海運(yùn)船舶與內(nèi)河船舶船型噸級相差較大，取料機(jī)與裝船機(jī)生產(chǎn)效能有較大級差，故裝卸工藝設(shè)計比較獨(dú)特，裝船線上設(shè)有緩沖筒倉。嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程 初步設(shè)計提出了兩個工藝與平面布置方案。卸船進(jìn)口線：方案一布置二路2000mm的皮帶機(jī)；方案二布置三路1800mm的皮帶機(jī)。堆場：占地面積約20萬平方米，堆存容量為85萬噸，三條軌道，四條堆場。方案一有五臺堆取料機(jī)，堆料能力為4500t/h，取料能力2200t/h；方案二有六臺堆取料機(jī)，

39、堆料能力為3000t/h，取料能力2200t/h。在堆場出場線與內(nèi)河裝船線之間設(shè)置了緩沖筒倉，方案一設(shè)計了三條出場線，每條出場線通過二個容量為180噸的筒倉與二路裝船線連接；方案二也布置三條出場線，每條出場線通過四個容量為90噸的筒倉與四路裝船線連接。浙能嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程仿真模型一浙能嘉興獨(dú)山煤炭中轉(zhuǎn)碼頭工程仿真模型二武漢硚口區(qū)商貿(mào)物流規(guī)劃仿真模型摩托車總裝線模型汽車油漆生產(chǎn)線模型8.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在港口職業(yè)及安全培訓(xùn)中的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在港口職業(yè)及安全培訓(xùn)中的應(yīng)用8.1 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)概述8.2 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)技術(shù)組成8.3 集裝箱起重機(jī)操作訓(xùn)練模擬機(jī) 8.4 橋式抓斗卸船機(jī)

40、操作訓(xùn)練模擬機(jī) 8.5 行車安全操作技能訓(xùn)練模擬機(jī) 8.6 門座起重機(jī)操作訓(xùn)練模擬機(jī) 8.7 集裝箱卡車安全駕駛操作訓(xùn)練模擬機(jī)8.8 職工操作技能與安全意識培訓(xùn)模式前景展望8.1 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)概述 8.1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality,VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機(jī)和電子技術(shù)生成的，通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺。 特征：沉浸感、交互性、想象性 走進(jìn)環(huán)境、控制瀏覽方向、人機(jī)交互8.1 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)概述8.1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 娛樂、教育及藝術(shù)方面的應(yīng)用占據(jù)主流，其次是軍事與航空、醫(yī)學(xué)、商業(yè)，另

41、外在可視化計算、制造業(yè)等方面也有相當(dāng)?shù)谋戎亍?在特種職業(yè)的技能和安全意識培訓(xùn)方面潛力巨大。 各種培訓(xùn)模擬設(shè)備：集裝箱岸橋操作訓(xùn)練模擬機(jī)、船舶操作模擬機(jī)。8.2 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)技術(shù)組成8.2.1 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)8.2.2 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)軟件模塊8.2.3 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)硬件模塊 8.2 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)技術(shù)組成8.2.1 港口機(jī)械操作訓(xùn)練模擬機(jī)技術(shù)基礎(chǔ) 港口機(jī)械動力學(xué)、港口機(jī)械運(yùn)動學(xué) 數(shù)字圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué) 傳感與控制技術(shù)、信息技術(shù) 現(xiàn)代起重機(jī)操作技術(shù)、安全操作規(guī)范 融多項(xiàng)高新技術(shù)于一體，呈現(xiàn)代職業(yè)教育之先進(jìn)手段。 新型的港口機(jī)械操作訓(xùn)練仿真器是一種低成本、高效率、現(xiàn)代化的港口起重機(jī)操作訓(xùn)練解決方案。8