散貨碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的仿真分析

1、散貨碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的仿真分析摘要：運(yùn)用散貨碼頭系統(tǒng)的仿真模型對(duì)礦石碼頭的幾種裝卸工藝流程進(jìn)行了仿真分析，解析散貨碼頭系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中船舶抵離泊位、車輛進(jìn)出車站、貨物裝卸流程、機(jī)械設(shè)備調(diào)度、堆場(chǎng)堆放安排策略等問(wèn)題，給出了評(píng)價(jià)指標(biāo)，輔助散貨碼頭經(jīng)營(yíng)管理人員對(duì)碼頭營(yíng)運(yùn)做出優(yōu)化決策。關(guān)鍵詞：散貨碼頭；裝卸工藝；仿真模型；評(píng)價(jià)指標(biāo)0引言在大型港口散貨碼頭的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，受到諸多不確定性因素的影響。比如：載貨船舶抵港時(shí)間的隨機(jī)性；泊位及航道的潮汐變化；碼頭作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的氣候變化；船舶噸位、泊位、設(shè)備及人員的不確定性，等等。應(yīng)用仿真軟件模擬散貨碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的整個(gè)流程便成為大型港口散貨碼頭的必選優(yōu)化方法。筆者基

2、于一般散貨碼頭系統(tǒng)的仿真模型，著重對(duì)礦石碼頭的幾種裝卸工藝流程進(jìn)行仿真分析，深入解析散貨碼頭系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中船舶抵離泊位、車輛進(jìn)出車站、貨物裝卸流程、機(jī)械設(shè)備調(diào)度、堆場(chǎng)堆放安排策略等問(wèn)題，結(jié)合礦石碼頭的三種裝卸工藝方案，對(duì)礦石碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)進(jìn)行了分析并給出了評(píng)價(jià)指標(biāo)，輔助散貨碼頭經(jīng)營(yíng)管理人員對(duì)碼頭營(yíng)運(yùn)做出優(yōu)化決策。1散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的基本要素及分類散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的基本要素散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)是碼頭按一定的操作過(guò)程，根據(jù)碼頭條件，針對(duì)不同的貨物、運(yùn)輸工具和裝卸設(shè)備，以合理和經(jīng)濟(jì)的原則來(lái)完成裝卸和搬運(yùn)任務(wù)。港口裝卸作業(yè)是港口生產(chǎn)的主要內(nèi)容。港口裝卸工藝直接影響裝卸效率、港口

3、通過(guò)能力、車船周轉(zhuǎn)、貨運(yùn)質(zhì)量、裝卸成本、勞動(dòng)條件等，而且是碼頭泊位數(shù)、庫(kù)場(chǎng)面積、車輛裝卸線長(zhǎng)度等設(shè)計(jì)的依據(jù)。選定合理的裝卸工藝，是港口工程的重要內(nèi)容之一，同港口建設(shè)規(guī)模、總體布置、碼頭類型和經(jīng)濟(jì)效益都有密切關(guān)系。影響港口裝卸工藝選定的主要因素有：貨運(yùn)量、貨種、流向及其季節(jié)性變化；散貨的塊度、容重、堆積角（堆放時(shí)自然形成的邊坡角度）、化學(xué)穩(wěn)定性、粘滯性、吸潮性、脆性、毒性、腐蝕性和對(duì)裝卸存放的特殊要求；船舶類型及其主要尺度、船舶的裝卸條件如艙口數(shù)、艙口尺寸、間距、各艙載貨量；貨物的集疏運(yùn)方法；到港列車類型、規(guī)格、載重量和每晝夜取送車次數(shù)；進(jìn)出港汽車類型、規(guī)格、載重量；港口所在地區(qū)的自然條件如地形

4、、地勢(shì)、水文、氣象、潮汐特征和工程地質(zhì)條件等。在考慮這些因素的基礎(chǔ)上，研究采用能提高裝卸效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、滿足生產(chǎn)需要的先進(jìn)的港口裝卸機(jī)械，并做到銜接配套。經(jīng)過(guò)多方案比較，選取安全、優(yōu)質(zhì)、高效率、低成本的裝卸工藝。大型港口散貨礦石碼頭的工藝系統(tǒng)十分復(fù)雜，一般來(lái)說(shuō)都有多種工藝路徑，而對(duì)于不同的散貨礦石碼頭而言，其工藝路徑更是差別甚大。散貨礦石碼頭的營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，碼頭系統(tǒng)的整體運(yùn)輸能力是由碼頭系統(tǒng)的工藝決定的。以往人們不太重視研究散貨礦石碼頭的工藝系統(tǒng)，致使建構(gòu)的系統(tǒng)往往缺乏通用性。作者基于對(duì)各類散貨礦石碼頭系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)的分析，建構(gòu)了碼頭結(jié)構(gòu)的層次模型和動(dòng)態(tài)模型。碼頭工藝其實(shí)是一個(gè)有起點(diǎn)、有終點(diǎn)

5、的有向運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系。在一般情況下，普通的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系因其普遍性而難以查找并記錄其流程路徑，而港口散貨礦石碼頭工藝網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則有其特殊性，其工藝流程往往在設(shè)計(jì)過(guò)程中就已經(jīng)確定，具有確定的起始點(diǎn)與目的地，這就完全可以記錄其所有流程路徑。作者正是依據(jù)港口散貨礦石碼頭系統(tǒng)運(yùn)輸起點(diǎn)與終點(diǎn)固定這一原理進(jìn)行設(shè)計(jì)分析的。散貨礦石碼頭工藝系統(tǒng)的分類目前散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)分為：陸運(yùn)進(jìn)港、水運(yùn)出港的礦石出口裝卸工藝和水運(yùn)進(jìn)港、陸運(yùn)出港的礦石出口裝卸工藝，如圖1所示。圖1散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)2散貨礦石碼頭裝卸工藝作業(yè)流程散貨礦石碼頭的作業(yè)流程主要依據(jù)船舶、堆場(chǎng)和火車三者之間的組合關(guān)系及其碼頭的實(shí)際營(yíng)運(yùn)情況來(lái)加

6、以確定，在分析和研究各類散貨碼頭工藝系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以得到散貨礦石碼頭的5類主要生產(chǎn)作業(yè)流程：卸車進(jìn)場(chǎng)、卸車進(jìn)船、卸船進(jìn)場(chǎng)、卸船進(jìn)車和卸船進(jìn)船。2.1散貨礦石碼頭的卸車進(jìn)場(chǎng)作業(yè)流程運(yùn)輸?shù)V石的火車抵達(dá)港口礦石碼頭后，便將客戶、礦石種類和堆存時(shí)間等信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)收到信息后，根據(jù)礦石碼頭的營(yíng)運(yùn)情況，為待卸礦石分配合適的堆場(chǎng)位置并部署相應(yīng)的工作流程線路。然后將作業(yè)指令發(fā)送給各工作單元和裝卸設(shè)備，開始進(jìn)行卸載礦石作業(yè)。完成卸載礦石作業(yè)后，火車離港,如圖2所示。圖2礦石碼頭的卸車進(jìn)場(chǎng)作業(yè)流程散貨礦石碼頭的卸車進(jìn)船作業(yè)流程運(yùn)輸?shù)V石的火車抵達(dá)港口礦石碼頭后，便將客戶、礦石種類和等待裝

7、船舶等信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)收到信息后，根據(jù)礦石碼頭的營(yíng)運(yùn)情況，為待卸礦石分配合適的資源并部署相應(yīng)的工作流程線路。然后將作業(yè)指令發(fā)送給各工作單元和裝卸設(shè)備，開始進(jìn)行卸載礦石進(jìn)船作業(yè)。完成卸載礦石作業(yè)后，火車離港、船舶載貨離港，如圖3所示。圖3礦石碼頭的卸車進(jìn)船作業(yè)流程礦石碼頭的卸船進(jìn)場(chǎng)作業(yè)流程運(yùn)輸?shù)V石的船舶抵達(dá)港口礦石碼頭后，便將客戶、礦石種類和堆存時(shí)間等信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)收到信息后，根據(jù)礦石碼頭的營(yíng)運(yùn)情況，為待卸礦石分配合適的堆場(chǎng)位置并部署相應(yīng)的工作流程線路。然后將作業(yè)指令發(fā)送給各工作單元和裝卸設(shè)備，開始進(jìn)行卸載礦石作業(yè)。完成卸載礦石作業(yè)后，船舶離港,

8、如圖4所示。圖4礦石碼頭的卸船進(jìn)場(chǎng)作業(yè)流程礦石碼頭的卸船進(jìn)車作業(yè)流程運(yùn)輸?shù)V石的船舶抵達(dá)港口礦石碼頭后，便將客戶、礦石種類和等待裝載礦石火車等信息發(fā)送到計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)中控系統(tǒng)收到信息后，根據(jù)礦石碼頭的營(yíng)運(yùn)情況，為待卸礦石分配合適的資源并部署相應(yīng)的工作流程線路。然后將作業(yè)指令發(fā)送給各工作單元和裝卸設(shè)備，開始進(jìn)行卸載礦石作業(yè)。完成卸載礦石作業(yè)后，船舶離港，火車載礦石離港,如圖5所示。卸船子系統(tǒng)卸船子系統(tǒng)中的永久實(shí)體是礦石進(jìn)口泊位、卸船機(jī)、堆場(chǎng)和礦石輸送機(jī)械，臨時(shí)實(shí)體是卸貨船舶和礦石。船舶滿載礦石抵達(dá)港口后，在錨泊地等待；當(dāng)有空閑泊位時(shí)，船舶靠泊作業(yè)；然后為貨物選擇存放的堆場(chǎng)和裝卸工藝路徑，將

9、貨物卸載并運(yùn)進(jìn)堆場(chǎng)，船舶卸貨完畢后駛離港口。裝船子系統(tǒng)裝船子系統(tǒng)中的永久實(shí)體是專用礦石出口泊位、裝船機(jī)、堆場(chǎng)和礦石輸送機(jī)械，臨時(shí)實(shí)體是裝貨船舶和礦石。礦石在產(chǎn)品礦石堆場(chǎng)中存放一段時(shí)間后，根據(jù)自身的流向，礦石要裝船離開港口。一些小型客戶的需求礦石，經(jīng)筒倉(cāng)混配后直接由皮帶機(jī)送往泊位，裝船離港?？蛰d的礦石船到港后在錨泊地等待，當(dāng)有空閑泊位時(shí)，船舶靠泊作業(yè)，然后為礦石選擇存放的堆場(chǎng)和裝卸工藝路徑，將客戶需求的礦石運(yùn)出堆場(chǎng)裝船，船舶裝載礦石完畢后離開港口。卸車子系統(tǒng)卸車子系統(tǒng)中的永久實(shí)體是螺旋卸礦石坑房、堆場(chǎng)和礦石輸送機(jī)械，臨時(shí)實(shí)體是抵港卸載礦石的列車和礦石。滿載礦石的列車到達(dá)港口后，在編組站等待，當(dāng)有

10、空閑卸礦石坑時(shí)，用拖車將列車?yán)叫兜V石坑上，然后為礦石選擇存放的堆場(chǎng)和裝卸工藝路徑，將礦石卸載運(yùn)進(jìn)堆場(chǎng)或者直接由皮帶廊道送入混配筒倉(cāng)，列車卸載礦石完畢后駛離港口。裝車子系統(tǒng)裝車子系統(tǒng)中的永久實(shí)體是裝車方倉(cāng)、堆場(chǎng)和礦石輸送機(jī)械，臨時(shí)實(shí)體是抵港裝運(yùn)礦石的列車和礦石。查找礦石堆場(chǎng)中是否堆存大型客戶所需求的礦石品種，如果存在，便調(diào)度列車駛?cè)敫劭?，進(jìn)入編組站等待，當(dāng)有空閑裝車方倉(cāng)時(shí)，用拖車將列車?yán)窖b車方倉(cāng)，然后選擇合適的裝卸工藝路徑，將礦石運(yùn)出堆場(chǎng)裝車。一些小型客戶所需要的礦石，通過(guò)筒倉(cāng)混配后直接由皮帶機(jī)送往裝車方倉(cāng)裝車，列車裝運(yùn)礦石完畢后駛離港口。子系統(tǒng)之間相干性的分析上述四個(gè)子系統(tǒng)，它們之間雖然是

11、各自獨(dú)立的，但又是相互關(guān)聯(lián)和相互影響的，后者主要表現(xiàn)在子系統(tǒng)之間公用的碼頭設(shè)施或碼頭設(shè)備上。導(dǎo)致子系統(tǒng)之間相干現(xiàn)象主要是由兩個(gè)原因造成的：其一是受到堆場(chǎng)容量的限制。一旦堆場(chǎng)存儲(chǔ)礦石貨物過(guò)多、堆放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，子系統(tǒng)之間便會(huì)出現(xiàn)明顯的相干現(xiàn)象。這種情況會(huì)造成堆場(chǎng)沒(méi)有足夠的空間容納船舶或列車上的礦石貨物而加重船舶或列車的排隊(duì)現(xiàn)象；其二是受到系統(tǒng)裝卸工藝的限制。一旦工藝設(shè)計(jì)中子系統(tǒng)之間的公用設(shè)備過(guò)多，子系統(tǒng)之間便會(huì)出現(xiàn)明顯的相干現(xiàn)象。這種情況會(huì)造成由于子系統(tǒng)之間存在公用設(shè)備而使同一時(shí)間只能有一個(gè)子系統(tǒng)工作占用該公用設(shè)備，其它相干的子系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。4散貨礦石碼頭裝卸工藝系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)估散貨礦石碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)，需要分析在不同工況下的碼頭吞吐量、碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)組成、物流系統(tǒng)裝卸生產(chǎn)性能指標(biāo)三者之間的關(guān)系。碼頭裝卸工藝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括：碼頭平面布置、堆場(chǎng)大小、裝卸運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)參數(shù)、工藝線路等，它們都由碼頭規(guī)劃設(shè)計(jì)初步確定，然后根據(jù)仿真試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。散貨礦石碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)如下：（1）各環(huán)節(jié)的設(shè)施或設(shè)備的利用率。包括岸邊卸船機(jī)年利用率、堆場(chǎng)平均日占用率、堆場(chǎng)日平均占用率、堆取料機(jī)的年利用率、裝車機(jī)的年利用率等。（2）船舶的平均等待時(shí)間、船舶平均在港時(shí)間、火車平均裝車時(shí)間、火車平均在港時(shí)間等。（3）碼頭年吞吐量。如某環(huán)節(jié)的利用率太高，則意味著該環(huán)節(jié)是碼頭物流系