基于Flexsim的港口码头装卸系统仿真与优化.docx

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基于Flexsim的港口码头装卸系统仿真与优化

基于Flexsim的港口码头装卸系统仿真与优化

基于Flexsim的港口码头装卸系统仿真与

优化

THEPORTHANDLINGSYSTEMSIMULATIONANDOPTIMIZATION

BASEDONTHEFLEXSIM

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摘要

物流装卸搬运是指在同一区域范围内进行，以改变物质的存在状态、空间位置为主要内容和目标的活动。

具体来说，包括装上、卸下、运送、挑选、分类等。

本文给出了对物流装卸搬运系统的详细的分析设计方法。

本文中对物流装卸搬运系统得分析主要从装卸搬运的物资对象、系统流程、装卸搬运的起讫点、物流量和搬运高度等几个方面。

在系统分析的基础上，选择合理的系统搬运路线、运输单元，配置物流装卸搬运系统的设备以及工作人员。

运用这种系统的分析设计方法对天津港物流装卸搬运系统进行了分析，并提出了系统设计方案。

为了对天津港物流装卸系统进行评价，本文中选用了Flexsim可视化仿真平台对天津港口码头装卸搬运系统进行建模。

首先，给出对应天津港装卸搬运系统的布局设计；其次，介绍了Flexsim中开发自定义对象的方法，主要涉及了三维模型的导入及对象自定义运动的实现；最后建立了装卸搬运系统的模型，针对仿真模型重点介绍了Flexsim仿真模型的建立与设置方法，最后得出仿真结果。

本文通过对仿真结果的分析，得到了天津港的物流装卸搬运系统的一些评价指标，并作出评价且对其中一些问题提出了改进方法。

关键词：

物流；装卸搬运；Flexsim；仿真

Abstract

Logisticshandlingmeansinthesameareatochangetheexistenceofmatterstate,spacepositionasthemaincontentandtargetactivities.Inparticular,includinginstallanduninstall,transport,chooceandclassification,etc.

Thepaperdetailedlyandsystemataciallyanalysesthedesignmethodoflogisticshandling.Inthispaper,logisticshandlingsystemsanalysismainlyfromthehandlingofthematerialobject,systemflowhandling,andtheendofpoint,materialflowrateandhandlingheight,etc.Inthebasisofsystematacialanalysis,weshouldchoosereasonablesystemhandlingroute,transportunit,theconfigurationofhandlinglogisticssystemequipmentandpersonnel.UsingthiskindofsystematacialanalysisdesignmethodstoanalyzedTianjinPortlogisticshandlingsystemandproposedthesystematacialdesignscheme.

InordertoevaluateTianjinPortlogisticsloadingandunloadingsystem,thisarticlechoosestheFlexsimvisualizationsimulationplatformtomodeleTianjinPortterminalhandlingsystem.Firstly,designthecorrespondingloading/unloadingsystemofTianjinPort;Secondly,thispaperintroducesthedevelopmentFlexsimcustomobjectmethod,mainlyrelatingtotheintroductionofthe3dmodelandtheobjectfromthedefinitionofsportimplementation;Finally,builtthehandlingofthesystemmodel,tothesimulationalmodelfocusingontheFlexsimsimulationmodelandthesettingmethod,andthenobtainthesimulationalresult.

Throughtoanalysethesimulationalresults,thearticlegotsomeevaluationalindexofTianjinPortlogisticshandlingsystem,madetheevaluationandputforwardtheimprovedmethod.

Keywords:

logistics;loading/unloading;Flexsim;simulation

第一章绪论……………………………………………………………1

第一节问题的提出及研究背景………………………………………1

第二节物流装卸系统概述……………………………………………1

第三节基于Flexsim的可视化仿真…………………………………4

第四节国内外研究状况………………………………………………5

第五节本文研究的主要内容…………………………………………6

第二章物流装卸搬运系统分析设计…………………………………8

第一节物流装卸搬运系统分析………………………………………8

第二节物流装卸搬运系统的装卸搬运方法选择……………………9

第三节物流装卸搬运系统的设备和人员配置……………………11

第四节物流装卸搬运系统设计方法…………………………………14

第三章天津港装卸搬运系统设计…………………………………17

第一节装卸搬运系统分析……………………………………………17

第二节装卸搬运系统设备……………………………………………19

第三节装卸搬运系统的装卸搬运方法………………………………21

第四节装卸搬运系统的设计方案……………………………………22

第四章基于Flexsim的物流装卸搬运系统仿真模型……………23

第一节基于Flexsim的可视化仿真系统模型构造………………23

第二节基于Flexsim的物流装卸搬运系统设备建模……………24

第三节基于Flexsim的物流装卸搬运系统整体布局设计………29

第四节系统仿真………………………………………………………30

第五章基于flexsim的物流装卸系统的设计方案评价……………32

第一节评价指标………………………………………………………32

第二节系统仿真结果…………………………………………………32

第三节系统研究与改进………………………………………………37

第六章总结与展望…………………………………………………39

第一节全文总结………………………………………………………39

第二节研究展望………………………………………………………39

参考文献………………………………………………………………40

致谢……………………………………………………………………41

第一章绪论

第一节问题的提出及研究背景

自从我国改革开放以后，尤其是加入WTO以来，我的经济领域的各行各业都在迅猛发展。

我国对外开放港口是改革开放时间较早，开放水平较高的产业之一，天津港也是主要开放港口之一。

港口是内陆地区的出海门户，水陆交通枢纽。

它既是现代物流的主要节点，也是全程供应链中最主要的物流枢纽环节。

今年来，我国主要港口都在大力优化布局规划并加大对港口物流通道的建设，努力使我国港口在全程物流供应链中作用更加凸显，这样，对港口装卸系统及综合物流能力提出更高的要求。

近年来，天津的发展日新月异，天津港也再不断扩展完善。

以把天津建成“北方国际航运中心”为目标，结合天津滨海新区建设的契机，努力发展天津经济。

但是由于天津港的集疏运条件与港口的告诉发展的吞吐量不匹配，使得天津港还存在许多不足，如减少船舶在港时间或货物堆场存放时间等。

装卸和仓储是港口的最基本功能，目前，我国的物流自动化系统建设如火如荼，但是，对物流装卸搬运系统进行建模与仿真的相关文献并不多，并且大多数都是基于解析的方法。

解析法就是以港口为模型，把物流系统抽象成数学表达式，运用数学的方法求解。

然而，这种方法过于抽象，不易理解，求得的解也不贴切实际，不适合运用。

系统仿真的方法，是一种非解析法。

它是根据系统的实际数据建立起来的实际动态模型，既表达了系统的物理特征和逻辑特征，还可以表达出系统的静态和动态特征。

港口的装卸是比较复杂的物流系统，很难用解析法来求解，而系统仿真则是比较有效的方法。

在Flexsim环境下建立整个港口装卸搬运系统模型，不仅能实时观察搬运设备运行状态、人员工作情况、道路堵塞情况等，仿真结束后还能获得各种数据，包括搬运设备的运行时间、利用率等等。

通过对所设计的港口装卸搬运系统方案进行仿真，就可以对其进行检验和评价，找出天津港中存在的不足，并对该子系统进行优化。

第二节物流装卸系统概述

一、物流装卸搬运的概念

装卸搬运是指同一地域范围内（通常指某一个物流节点，如仓库、车站或码头等）进行的、以改变物的存在状态和空间位置为主要内容和目的的活动。

具体地说，包括装上、卸下、移送、拣选、分类等。

“装卸”主要是指以垂直位移为主的事物运动形式，而“搬运”主要是以水平方向为主的位移。

有时在特定场合中，单称“装卸”或“搬运”也包含了“装卸搬运”的完整含义。

因为在实际操作中，装卸与搬运是密不可分的，通常两者是伴随在一起发生的。

因此，在物流科学中并不过分强调两者差别，而是作为一种活动来对待。

搬运的“运”与运输的“运”是右区别的，它们的区别在于：

搬运是在同一地域的小范围内发生的，而运输则是在较大范围内发生的，两者是由量变到质变的关系，中间并无一个绝对的界限。

现代物流装卸搬运与以前的概念有了一定的变化，现在时指随着物品运输和存贮而发生的得作业。

它包括对物品的装卸、搬运、堆拆垛、取货、分类等作业。

装卸搬运是物流系统中的一个重要组成部分，港口物流的好坏与装卸系统是否合理有着密不可分的关系。

二、物流装卸搬运的意义

在物流系统的整个作业过程中，都离不开物品的装卸与搬运。

在总的生产过

程中，虽然物料或产品的搬运装卸只是辅助生产过程，但它在工序与工序之间是不可缺少的环节。

例如，在一个中等批量的生产车间中，95%的时间消耗在原材

料、工具、零件的搬运、等待上；物资搬运的费用占全部生产费用的30%～40%。

在物资流通方面，装卸搬运也起到了连接各个节点的纽带作用。

因此，设计一个高效，合理，柔性的装卸搬运系统，对提高整个物流系统的工作效率是十分必要的。

在整个物流系统中，装卸搬运始终都是不可缺少的。

从物料的生产到最后的消费者使用，在此期间，要经过无数次的周转，每经过一次节点，经过一次加工，都必须进行一次装卸搬运。

所以，花费在装卸搬运上的工作量和时间、人力和物力在整个生产过程中占有很大的比例。

三、物流装卸搬运系统的特点

物流装卸搬运系统是在物流过程中装卸物资和搬运物资的机械的系统，通常

物流装卸搬运分为装卸、搬运、储存等主要内容。

所以，为了使系统运作得更加高效，就必须充分认识物流装卸搬运的特点。

以下是物流装卸的五个主要特点：

（一）产品的特殊性

产品的特殊性是指该产品有区别于一般的工业产品，它不是一个实际存在的物品，只是一个供物资完成时间或空间转换的得服务，使物品能够从一个地方转移到另一个地方，这种服务式的特殊产品在搬运过程中已经被使用了。

（二）装卸搬运的不平衡性

由于物流装卸搬运活动受自然的、人文的、经济的以及技术等各种因素的影响，所以在不同时期物流装卸搬运任务都有可能会发生变化，因此导致不平衡。

除此之外，由于物流一般总是和若干装卸点联系在一起的，因此，即使对某个装卸点来说，某种物资发运是平衡的，而几个装卸点合在一起就会引起对方物流装卸搬运任务不平衡。

也就是说，对于一个装卸点而言，各种运输工具到达密度合类型，到装卸点的物资数量、品种和流向等是具有随机性的。

这种随机性产生于在物流活动的个环节之间的相互独立性，而且各种活动本身的规律性受多种因素影响。

因此，各种活动的随机性导致了物流装卸搬运任务具有不平衡性。

物流装卸搬运的不平衡性是经常与绝对存在的。

但是在工作中如果出现了这种不平衡性必然会一起一系列的问题，如物流设备数量的决定，搬运工人的编制，物流设施的规模等等。

对不平衡性估计不足、物流设备缺少必要的储备是造成物资滞留、影响社会效益的主要原因之一，然而估计过高又会造成设备、人力、财力的浪费，使得成本大大提高。

物流装卸搬运活动的管理者任务之一就在于充分而准确地估计不平衡性，在经常的装卸搬运活动中，采取一切有效的措施，减少各种因素对物流装卸搬运活动不平衡性所引起的影响，充分利用物流的设备、人力和财力。

（三）装卸搬运活动的多样性和复杂性

物流装卸搬运是一种多工种、多环节联合作业的装卸搬运活动。

物流的装卸搬运目的就是为了满足物流需要。

因此，经过加工、储存的物资的种类、品种、包装、性质多种多样，各不相同，运输这些物资的运输工具从种类、构造、尺度等各方面也不尽相同。

这就给物流的装卸搬运工艺与装卸搬运组织造成了很大的困难。

例如，除大宗物资专业化泊位外，物流装卸搬运工艺的规范化和定额的准确性都因此而受到很大影响。

又由于物流具有多工种、多环节联合作业，联系面广的特点，因此要完成物流的装卸搬运任务，不仅要把作业组织内部各个环节的装卸搬运活动有效地组织起来，而且要把装卸搬运活动外部，甚至物流组织外部的与运输工具和物资作业有关的活动很好地衔接起来。

显然，环节越多，联系面越广、严密地组织活动也就会越困难。

（四）装卸搬运的连续性

许多企业为了保证物流的连续性，通常采用24小时连续作业工作方式进行装卸搬运。

一方面要及时对运输物资进行装卸，减少运输工具的滞留时间，提高运输工具的利用率；另一方面，卸下的物资要尽快转运到到别处进行加工或储存等等，所以，不管从哪个方面，装卸搬运的连续作业时十分重要的。

（五）物资运输信息的集聚性

从事物流装卸搬运的作业点往往是物流的枢纽，物资位移的集聚地。

它们通常伴随着物流传递的信息流将聚集于此，并从此扩散。

通过对信息的引导，使物资能准确迅速的转移。

因此，从事物流装卸搬运的组织对物流过程中所产生的信息流的管理提出了很高的要求，只有物流装卸搬运组织的信息流保持通畅，才能保证物流装卸搬运的顺利进行，保证对到达的运输工具做到及时装卸，减少运输工具在作业点的停留时间。

正是因为物流装卸搬运具有以上五个特点，从而使得物流装卸组织变得十分复杂，这就要求要有一个能灵活适应物流装卸搬运作业点内外环境变化的装卸搬运工艺系统予以支撑，以保证物流装卸搬运工作的顺利进行。

第三节基于Flexsim的可视化仿真

一、Flexsim可视化仿真软件

Flexsim是一款离散事件的系统仿真软件，它集计算机三维图形技术、仿真技术、人工智能技术、数据处理技术为一体，实现了系统建模、仿真和优化的用户友好操作，并致力于制造和物流系统领域并在不同类型的企业得到了成功的运用。

运用Flexsim软件可以在计算机中建立研究对象的系统三维模型，通过对模型的仿真运行和工程计算，得到统计的数据并对模型进行修改和优化，最终得到切合要求的最优方案或最满意方案。

物流系统研究常用的方法有数学规划法、统筹法、系统优化法和系统仿真法。

前面三种是解析法，通常应用在精确求解和精确建模的场合，最后一种是非解析法，它是通过建立系统模型来仿真研究。

这种模型既能表现出系统的物理特征，又能显示出逻辑特征，还可以反应出系统的静态和动态性质。

因为它是一个随机模型，系统的参数也具有随机性，这样能更好的体现出随机因素的影响，这点比解析法要优越很多。

随机因素在实际生活中是不可避免的，但是在模型中如果都是确定因素的话，得到的结果将不具有说服力。

对于物流系统来说，并没有真正意义上的最优解，我们只能寻求对系统有一定优化的作用。

而系统仿真方法正是这样的一种间接优化的方法。

我们不能盲目于追求最优化的配置，而是应该寻求优化系统的途径或方法。

系统仿真方法正是在这种复杂的系统问题中寻求优化的好方法。

最后，系统建模仿真还是要应用于实际的系统设计与优化。

在一个物流装卸搬运系统中，由于周转环节较多，设备复杂，其中存在着许多随机因素，故想运用解析法来解决物流问题是很难的，所以必须结合系统仿真的方法来共同解决。

Flexsim软件能够直观的显示出整个系统的空间立体特征，通过系统仿真可以分析出整个系统的运行流程和工作效率，并直观的显示出系统中存在的不足和问题，不仅表达出系统的静态特征，还能显示出系统的动态反应，这样能更加贴合实际，有利于提高系统的工作效率。

Flexsim是一款比较好的物流系统可视化仿真软件。

普通的解析法只是一种理论上的方法，过于理想化，而且没有随机因素的影响，并不能真实的反应出系统的问题。

而Flexsim却可以将系统的实际情况真实的体现出来，还加入了随机因素，而且改动简单，能更好的对系统进行提高与改善。

因此，Flexsim是一种不错的系统仿真方法，它能真实的体现系统的各种细节，能使用户更直观的了解系统的运行情况，并发现存在的问题，加以完善。

二、Flexsim与其它几种常见物流仿真软件的比较

在Flexsim出现之前，市场中已经有了好几种模拟软件，如Arena,Promodel,Witness和Automod等等。

但是这些软件不具有三维立体功能，而Flexsim却是一款3D的模拟软件，能更形象的显示出系统的运行情况。

在Flexsim的仿真运行中，可以根据自己的意愿，随意改变视像的大小，这个也比其他的软件先进。

Flexsim是一种面向对象的软件。

Flexsim中的资料、图像、仿真结果还可以和其他软件公用，它可以从EXCEL中读取资料和输出资料。

最后，Flexsim的运行速度也比其他软件要快好几倍，这在仿真运行中是十分重要的。

故总体说来，Flexsim要优于其他几种软件。

第四节国内外现状研究

一、物流装卸搬运系统的研究现状

真虹，朱云仙

指出：

由于装卸搬运的对象不同导致了装卸搬运所采用的技术有很大的差异，按对象的不同对其装卸、搬运方式和技术进行分别探讨对实际工作更具有借鉴和指导意义。

因此，每个系统都需要一个最适合的装卸搬运系统，这样才能使工作效率达到最高。

张剑斌和孙启鹏

从我国的物流发展水平的实际出发，预想了将来的物流搬运设备，对我国的物流设备的发展方向提出一些展望。

真虹，朱云仙从装卸搬运的对象不同，导致了装卸搬运所采用的技术有很大的差异，按对象的不同对其装卸、搬运方式和技术进行分别探讨对实际工作更具有借鉴和指导意义。

黄晓英

则介绍了装卸搬运系统的体系和方法，从物料搬运的空间，时间，距离，方法等方面入手，综合分析，提出了提高装卸搬运效率的的方法。

颜佑启

认为物流系统要实现有效地、低成本地为用户提供高品质的物流服务这一目标，将众多类别不同和性质各异的系统要素之间进行有效的整合是至关重要的。

任良成从港口码头的研究中发现为了提高码头的装卸效率并降低建设成本，并考虑到与全球水运的融合，实现可持续发展，各码头经营体必须根据码头自身的特点因地制宜，开拓思维，合理建设。

BjornJohansson、EdwardJ.Williams和TordAlenljung

研究出了一种为柔性自动化系统设计的模块，为物料装卸搬运的自动化提出了解决方法。

作者通过仿真，验证了这种方法可以缩短制造系统的许多阶段的生命周期。

SheanBie和GangshengWu

提出运用计算机仿真方法来仿真港口码头的装卸搬运系统，可以大大提高系统的工作效率。

M.M.Wong，PC.H.Tan

等人通过对传统系统的研究发现了许多问题，提出了在线重新配置复杂的无聊装卸系统，减少了系统的负担，提高了系统的灵活性与工作效率。

二、基于Flexsim的系统仿真研究

现如今，系统建模与仿真已经广泛应用于分析，研究各种复杂的物流系统。

提高企业的生产率的一个很重要的方法就是优化物流系统。

所以，越来越多的学者开始研究怎样优化物流系统，许多学者也取得了一定的成果。

罗国勋，蒋天颖，丛祝辉

得出系统仿真在系统分析、研究、设计、评价、决策和训练方面的作用和效益十分明显。

尤其是当面临的问题尚无成熟的系统理论可依，也不能凭借实验手段解决时，仿真是一个可供选择的解决问题的途径。

宋建新

等人采用Flexsim软件对系统进行建模和仿真研究，利用模型对各种方法进行仿真，产出许多重要的结果，为系统的研究改进起到了至关重要的帮助。

Flexsim软件到如今已经比较成熟，并且广泛应用于各种物流系统的研究与改善。

张卫德

等利用一条实际的生产线来作为仿真背景，运用Flexsim进行系统建模与仿真，对整个生产线的各个环节仔细研究分析，验证了该软件在实际生活生产中的实用性。

于蒙，王少梅

综合运用了计算机虚拟现实技术和Flexsim仿真技术，研究集装箱码头装卸系统，对其中各种环节进行仿真研究，综合对比各个方法，为管理者提供决策依据。

总体说来，Flexsim已经是一个用于系统仿真研究的重要工具，在各种复杂的物流系统研究中得到广泛的应用于肯定。

第五节本文研究的主要内容

本文的主要研究内容是港口码头物流装卸系统分析优化和Flexsim仿真研

究。

整篇论文包括“绪言”、“物流装卸搬运系统分析设计”、“物流装卸搬运系统仿真研究”、“总结和展望”四个部分。

第一章是“绪论”。

主要物流系统的一些基本概念，介绍了Flexsim软件的应用以及现今国内外的研究境况。

“物流装卸搬运系统分析设计”由第二章“物流装卸搬运系统分析设计”和第三章“天津港装卸搬运系统设计”组成。

第二章在对物流装卸搬运系统分析的基础上给出系统的设计方法，在此还阐述了系统装卸搬运方法，简单介绍装卸搬运设备的基础上给出设备和人员的配置原则和配置方法。

第三章中则把第二章的理论知识实际运用于天津港的装卸搬运系统中。

第四章和第五章则是“物流装卸搬运系统仿真研究”。

这里是根据前面的方案，运用Flexsim软件对天津港物流装卸搬运系统建模与仿真研究，得出仿真结果，并对方案进行分析评价。

最后一章为“总结与展望”。

在这一章对全文进行总结，并对进一步的研究方向做出展望。

第二章物流装卸搬运系统分析设计

第一节物流装卸搬运系统分析

一、物流装卸搬运系统的物资分析

（一）物资的主要特征

为了使物流装卸搬运能有序，高效的运行，就必须先区别物资的主要特征：

（1）物理特征

1物资的形状：

圆的，方的，包装还是散装等；

2物资的形态：

气体、