基于Flexsim仿真的自动化集装箱码头梭车调度方案对比研究

【摘 要】使用三维虚拟现实软件Flexsim建立港口仿真模型，对两种自动化集装箱港口的梭车调度方案进行对比。仿真结果表明，采用梭车与堆场两台场桥均配合的调度方案能降低码头运营成本，提高堆场作业效率。

【关键词】自动化港口；梭车调度；物流仿真

0 引言

随着全球经济一体化的进程，各国进出口额不断攀升，世界物流飞速发展，港口作为海上运输和陆上运输的链接枢纽，作为运输网络的节点，扮演着越来越重要的角色。为提高港口装卸作业效率，降低其营运成本，自20 世纪80 年代中期开始，荷兰鹿特丹港、日本川崎港、英国泰晤士港、德国汉堡以及新加坡港等都陆续建设自动化运转集装箱码头[1]。其中世界上第一个自动化集装箱码头是鹿特丹港的Delta Sealand 集装箱码头，于1993 年投产[2]。国内的首个自动化集装箱堆场于2005 年在上海港外高桥集装箱码头建成并投入试运行[3]。2007年上海振华重工（集团）股份有限公司新推出的高效环保型全自动化集装箱码头装卸系统也在长兴岛基地建成全尺寸运行试验系统[4]。

1 自动化集装箱码头梭车的两种工艺方案

集装箱从船舶上由岸桥卸载，跨运车接受指令到达岸桥处装载集装箱，跨运车将集装箱运输至集装箱堆场，进行堆场作业。

堆场作业中，为减少场桥空载运输时间，提高作业效率，传统工艺下，一个堆场往往分配两台场桥。堆场作业中资源配置情况如图1所示，当集装箱计划放置到该堆场靠海位置时，靠海一侧的场桥（1号场桥）进行堆场作业；当集装箱计划放置到该堆场靠陆位置时，先由一号场桥将集装箱放置到堆场中的中转区，再由靠陆一侧的场桥（2号场桥）进行堆场作业。

新型自动化码头加入了梭车，用于堆场中的水平运输，与场桥配合，降低场桥水平运动距离，提高堆场作业效率。本文考虑堆场作业中梭车的两种调度方案：

调度方案一：梭车与堆场两台场桥均配合

当梭车空闲时，不论集装箱计划堆存到哪个位置，直接将集装箱卸载至梭车上，都由梭车将集装箱运送到指定的场桥贝位。同时当集装箱计划放置到该堆场靠海位置时，场桥1运行到同一贝位；当集装箱计划放置到该堆场靠海位置时，场桥1运行到同一贝位。接下来由场桥将梭车上集装箱装载至堆场。

集装箱到达堆场，若梭车忙时，采用不使用梭车的传统装卸工艺。

调度方案二：梭车仅与堆场靠陆侧的一台场桥均配合

集装箱到达堆场，若梭车空闲，当集装箱计划放置到该堆场靠海位置时，用靠海侧的场桥进1行堆场作业，不使用梭车。当集装箱计划放置到该堆场靠陆位置时，先由梭车将集装箱放置到靠陆一侧，再由靠陆侧场桥2进行堆场作业。

集装箱到达堆场，若梭车忙时，仍旧采用传统工艺。

2 工艺方案仿真

本次集装箱港口的主要建模元素有：集装箱、跨运车、缓冲区、岸桥、场桥、梭车、堆场等。模型采用3D虚拟现实仿真软件Flexsim建立。Flexsim允许根据用户需要，通过其提供的基本对象改变其参数、3D模型、运动模型等建立用户对象库。

为满足集装箱港口仿真的要求，用Flexsim基本对象创建港口设备对象库，如下：使用流动实体中的FlowItem设置相应尺寸来表示集装箱，TaskExecuterFlow-Item分别改变3D外观和运动属性来模拟跨运车和梭车；使用移动资源中的TaskExecute分被改变3D外观以及动画编辑模拟岸桥和场桥；使用固定资源Source模拟船舶，Rank（Flow Storage）模拟堆场，Queue模拟缓冲区。

整个仿真课分为三个部分：岸边作业部分、岸边到堆场的水平运输部分以及堆场作业部分。

3 仿真结果的分析与总结

经过多次的仿真实验，得出两种调度方案下的两个场桥平均行走的距离以及缓冲区和中转区的平均存量变化，如图2及图3所示：

以上图表数据中，从图2中两台场桥的行走距离来看，方案一能减少场桥1行走距离，效率更高，而对于场桥2来说没什么太大变化。从图3中中转区和缓冲区平均存量来看，方案一能降低缓冲区和中转区的使用，说明此方案能尽可能少的使用传统堆场工艺，提高梭车的使用率。综合考虑场桥行走距离以及梭车的使用率，调度方案一更适合自动化集装箱港口的堆场作业。

4 结束语

本文使用港口仿真技术对两种自动化集装箱港口的梭车调度方案进行模拟对比。仿真结果表明，采用梭车与堆场两台场桥均配合的调度方案能减少场桥行走距离，提高梭车利用率，降低码头运营成本，提高堆场作业效率。给新型自动化码头的梭车调度问题提供一定参考价值。

【参考文献】

[1]徐承军，陶德鑫.AGV在集装箱码头中的应用[J].重工水运，2006，4（12）：24-26.

[2]彭传圣.集装箱码头的自动化运转[J]. 港口装卸，2003（2）：1-6.

[3]蔡芸，孙国正.集装箱港口先进技术介绍.中国水运，2004（6）.

[4]田洪.中国首个集装箱全自动化堆场.港口装卸，2005（5）：69-71.