一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài),說(shuō)明選題的依據(jù)和意義
隨著世界經(jīng)濟(jì)的一體化,我國(guó)與世界各國(guó)貿(mào)易持續(xù)發(fā)展,集裝箱港口吞吐量不斷高速增長(zhǎng),這對(duì)集裝箱港口裝卸工藝和裝卸技術(shù)裝備提出了更新更高的要求,給碼頭的規(guī)劃和管理帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。如何利用碼頭有限的資源設(shè)施,高效地實(shí)現(xiàn)港口裝卸作業(yè),已經(jīng)是碼頭建設(shè)者和管理者所面臨的一個(gè)重大課題。
作為國(guó)際運(yùn)輸鏈與物流供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié),集裝箱運(yùn)輸在現(xiàn)代物流業(yè)的發(fā)展中起著不可替代的作用,一些發(fā)達(dá)國(guó)家甚至將其作為體現(xiàn)本國(guó)物流綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志。集裝箱運(yùn)輸業(yè)不僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ),同時(shí)也為國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。經(jīng)濟(jì)的全球化、跨國(guó)經(jīng)營(yíng)和現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著國(guó)際集裝箱與現(xiàn)代物流進(jìn)一步融合發(fā)展。進(jìn)入全球物流時(shí)代以后,現(xiàn)代集裝箱碼頭已從傳統(tǒng)的裝卸運(yùn)輸中心(裝卸+儲(chǔ)存+轉(zhuǎn)運(yùn))發(fā)展成為配送中心(裝卸+儲(chǔ)存+轉(zhuǎn)運(yùn)+拆裝箱+倉(cāng)儲(chǔ)管理+信息處理),或進(jìn)一步發(fā)展為如今的綜合物流中心。現(xiàn)在的集裝箱碼頭已經(jīng)成為一個(gè)集商品流、資金流、技術(shù)流、信息流于一體的物流中心。
作為集裝箱運(yùn)輸?shù)臉屑~—銜接水運(yùn)和陸運(yùn)的集裝箱碼頭,在集裝箱運(yùn)輸業(yè)中發(fā)揮著極其重要的作用。碼頭堆場(chǎng)是水陸集裝箱的集散中轉(zhuǎn)地,是連結(jié)碼頭前沿和后方大門的紐帶,是整個(gè)碼頭物流系統(tǒng)連續(xù)、高效運(yùn)行的保障,堆場(chǎng)的建設(shè)與管理是碼頭生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。隨著生物、信息計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感測(cè)試、EDI(電子數(shù)據(jù)交換Electronic Data Interchange) , GPS(全球定位系統(tǒng)Global PositionSystem), PDS(集裝箱箱位檢測(cè)系統(tǒng)Position Detection System), AGSS(輪胎吊自RM11偏系統(tǒng)Automated Guided Sling System)等現(xiàn)代高新技術(shù)和AGV(自動(dòng)導(dǎo)引小車Automated Guided Vehicle) , ASC(自動(dòng)堆跺起重機(jī)Automated Stowed Crane),OBC(高架橋式起重機(jī)Overhead Bridge Crane)等自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備在港口中的大量應(yīng)用,裝卸生產(chǎn)系統(tǒng)向大型化、高速化、自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化方向發(fā)展,碼頭規(guī)模越來(lái)越大,效率越來(lái)越高,吞吐量越來(lái)越大。因此,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化堆場(chǎng)是現(xiàn)代集裝箱港口裝卸技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
自動(dòng)化、信息化和智能化集裝箱堆場(chǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代化國(guó)際樞紐港發(fā)展的必然趨勢(shì),正得到世界各大港口的重視。世界一些著名港口紛紛投資采用新型的自動(dòng)化設(shè)備,建設(shè)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng),甚至全自動(dòng)化集裝箱碼頭。
早在上個(gè)世紀(jì)80年代中期,在勞動(dòng)力成本昂貴和熟練勞動(dòng)力匱乏的地區(qū),自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)集裝箱碼頭首先受到關(guān)注。英國(guó)泰晤士港、日本川崎港以及荷蘭鹿特丹港紛紛規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的集裝箱碼頭。泰晤士港和川崎港自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)集裝箱碼頭均計(jì)劃采用分階段建設(shè)的方法實(shí)施,但是由于后續(xù)的自動(dòng)化設(shè)備開(kāi)發(fā)的財(cái)政資助發(fā)生變化而擱淺。1993年全球第一個(gè)自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)集裝箱碼頭——荷蘭鹿特丹港ECT碼頭Delta Sealand建成投產(chǎn),實(shí)踐證明其自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)的集裝箱碼頭建設(shè)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。之后,ECT又分別于1997年和2000年建成了自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)碼頭Delta Dedi-cated(DDE)和DeltaDedicatedWest(DDW)。2002年德國(guó)漢堡Altenwerder自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)碼頭也建成投產(chǎn)。
發(fā)展自動(dòng)化堆場(chǎng)甚至是自動(dòng)化碼頭,將最大限度的提高堆場(chǎng)和碼頭的作業(yè)效率,減少人為差錯(cuò),縮短船舶在港停留時(shí)間,加大港口碼頭的通過(guò)能力和服務(wù)水平,最大限度的保障工人的安全和降低運(yùn)營(yíng)成本,為港口帶來(lái)新的效益。而且建設(shè)自動(dòng)化堆場(chǎng)和碼頭,可以很好的展示港口自身的開(kāi)拓精神,帶來(lái)良好的廣告效益,樹(shù)立港口的光輝形象,這又無(wú)疑為港口增添了一筆無(wú)形資產(chǎn)。各國(guó)的決策者們認(rèn)為,當(dāng)今的裝卸自動(dòng)化、管理信息化已成為影響港口裝卸效率和通過(guò)能力的兩大因素。排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)方法在離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)(DEDS)的建模與分析方法中,是形成較早和應(yīng)用較廣的方法之一。排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)方法的特點(diǎn)是,可以考慮實(shí)際DEDS問(wèn)題中不可避免的隨機(jī)因素,并且從統(tǒng)計(jì)平均的角度來(lái)分析DEDS的過(guò)程性能,屬于在統(tǒng)計(jì)性能層次上研究DEDS的建模與主要分析方法之一。
集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)的生產(chǎn)作業(yè)是一類典型的離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)中,首先要根據(jù)運(yùn)量來(lái)確定箱區(qū)數(shù)、箱區(qū)作業(yè)能力等建設(shè)規(guī)模參數(shù)。箱區(qū)數(shù)、箱區(qū)通過(guò)能力、設(shè)備配置卻受制于諸多因素,其中最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何保持港口物流系統(tǒng)的順暢運(yùn)行,這就要看堆場(chǎng)規(guī)模和能力確定是否合理,排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論能夠?yàn)榻鉀Q這類問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)和手段。
排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)是由若干個(gè)服務(wù)中心按一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所組成的一個(gè)系統(tǒng)。服務(wù)中心由顧客和服務(wù)臺(tái)所構(gòu)成,通常一個(gè)服務(wù)中心擁有一個(gè)或多個(gè)服務(wù)臺(tái),服務(wù)中心按某種約定的順序規(guī)則,依次對(duì)到來(lái)的顧客提供服務(wù),顧客則按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)入某個(gè)服務(wù)中心,等待并接受服務(wù)。在一個(gè)服務(wù)中心接受完服務(wù)的顧客,再以一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,轉(zhuǎn)移到另一個(gè)服務(wù)中心繼續(xù)接受服務(wù)。按此過(guò)程,直至接受完成全部所需要的服務(wù)后,顧客離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)。在排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中,“顧客”和“服務(wù)中心”已經(jīng)抽掉了具體實(shí)體含義的一般性術(shù)語(yǔ),對(duì)于不同的實(shí)體系統(tǒng)有著不同的含義。例如,在集裝箱堆場(chǎng)的模擬系統(tǒng)中顧客和服務(wù)中心對(duì)應(yīng)地表示為“等待作業(yè)的集卡”和“堆場(chǎng)前沿集裝箱裝卸點(diǎn)”,而服務(wù)則指的是堆場(chǎng)機(jī)械對(duì)集卡的裝卸作業(yè)。
在集裝箱堆場(chǎng)排隊(duì)系統(tǒng)中,要研究的主要內(nèi)容是:集卡排隊(duì)的系統(tǒng)模型、集卡排隊(duì)系統(tǒng)概率規(guī)律及最優(yōu)化問(wèn)題。在集卡到、離堆場(chǎng)裝卸服務(wù)這一系統(tǒng)中,要進(jìn)行分析研究,首先要判斷該系統(tǒng)符合哪種數(shù)學(xué)模型,根據(jù)模型進(jìn)一步研究其概率的穩(wěn)態(tài)規(guī)律性及系統(tǒng)性運(yùn)行指標(biāo),如集卡排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)分布、等待時(shí)間分布、堆場(chǎng)裝卸服務(wù)“忙期”分布,最終能得出靜態(tài)最優(yōu)化問(wèn)題的求解,即合理的堆場(chǎng)能力的確定,堆場(chǎng)機(jī)械設(shè)備的合理配備和合理的調(diào)度方式的確定等問(wèn)題。
由于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型能夠考慮系統(tǒng)中的各種隨機(jī)因素,并能較為細(xì)致地描述系統(tǒng)內(nèi)部的各種復(fù)雜關(guān)系。通過(guò)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型,也易于從概率和統(tǒng)計(jì)的角度分析和優(yōu)化DEDS的過(guò)程性能。因此,將排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于集裝箱堆場(chǎng)排隊(duì)系統(tǒng)中,并對(duì)集裝箱堆場(chǎng)排隊(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行分析,是一個(gè)十分可行的方案。
二、研究的基本內(nèi)容,擬解決的主要問(wèn)題:
研究的基本內(nèi)容:
1)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)規(guī)劃。
2)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)物流系統(tǒng)分析方法。
3)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)物流系統(tǒng)仿真。
4)系統(tǒng)優(yōu)化分析。
擬解決的主要問(wèn)題:
1、熟悉集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)的作業(yè)流程 。
2、運(yùn)用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。
3、運(yùn)用仿真軟件,對(duì)集裝箱堆場(chǎng)的作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
4、通過(guò)仿真,對(duì)集裝箱自動(dòng)化堆場(chǎng)機(jī)械作業(yè)性能、機(jī)械設(shè)備的優(yōu)化配置等問(wèn)題進(jìn)行分析。
三、研究步驟、方法及措施: 步驟及方法:
(1)了解國(guó)內(nèi)外集裝箱碼頭物流的發(fā)展動(dòng)態(tài)。
(2)熟悉集裝箱自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)的作業(yè)流程及相關(guān)的作業(yè)規(guī)則。
(3)重點(diǎn)討論排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論,通過(guò)仿真軟件將排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用于集裝箱堆場(chǎng)排隊(duì)系統(tǒng)中,并建立數(shù)學(xué)模型。
(4)確定了合理的仿真時(shí)間,對(duì)集裝箱堆場(chǎng)的作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析。
(5)得出結(jié)論。
措施:
圖書(shū)館查找相關(guān)的書(shū)籍、期刊、雜志等,通過(guò)上網(wǎng)尋找相關(guān)的一些資料,查看當(dāng)代對(duì)該技術(shù)的研究成果和最新的動(dòng)態(tài)。然后通過(guò)對(duì)這些資料的學(xué)習(xí)和研究進(jìn)一步的熟悉和理解設(shè)計(jì)所需的相關(guān)知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)與指導(dǎo)老師探討,對(duì)不了解的問(wèn)題及時(shí)向老師請(qǐng)教。
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