毕业设计（论文）-基于Flexsim的港口码头装卸系统仿真与优化.doc

基于基于 Flexsim 的港口码头装卸系统仿真与的港口码头装卸系统仿真与 优化优化 THE PORT HANDLING SYSTEM SIMULATION AND OPTIMIZATION BASED ON THE FLEXSIM 专专 业：业： 姓姓 名：名： 指导教师姓名：指导教师姓名： 申请学位级别：申请学位级别： 论文提交日期：论文提交日期： 学位授予单位：学位授予单位： 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 Logistics handling means in the same area to change the existence of matter state, space position as the main content and target activities. In particular, including install and uninstall, transport, chooce and classification, etc. The paper detailedly and systematacially analyses the design method of logistics handling . In this paper, logistics handling systems analysis mainly from the handling of the material object, system flow handling, and the end of point, material flow rate and handling height, etc. In the basis of systematacial analysis,we should choose reasonable system handling route, transport unit, the configuration of handling logistics system equipment and personnel. Using this kind of systematacial analysis design methods to analyzed Tianjin Port logistics handling system and proposed the systematacial design scheme . In order to evaluate Tianjin Port logistics loading and unloading system , this article chooses the Flexsim visualization simulation platform to modele Tianjin Port terminal handling system . Firstly, design the corresponding loading/unloading system of Tianjin Port ; Secondly, this paper introduces the development Flexsim custom object method, mainly relating to the introduction of the 3 d model and the object from the definition of sport implementation; Finally, built the handling of the system model,to the simulational model focusing on the Flexsim simulation model and the setting method, and then obtain the simulational result. Through to analyse the simulational results , the article got some evaluational index of Tianjin Port logistics handling system, made the evaluation and put forward the improved method . Keywords: logistics; loading/unloading; Flexsim; simulation 目 录 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 1717 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 3232 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 3939 第一节 全文总结39 第二节 研究展望39 参考文献 4040 致谢 4141 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 1 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 4321 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。 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 2 “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 65 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。 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 3 （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 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 4 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 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 5 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 7 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 8 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， 9 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 10 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， 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 6 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。 Bjorn Johansson、Edward J. Williams 和 Tord Alenljung研究出了一种为 11 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。Shean Bie 和 Gangsheng Wu提出运用计算机仿真方法来仿真港口码头的装卸搬运 12 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 13 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 14 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 15 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 16 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 17 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” 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 7 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。 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 8 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 18 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 物资的形状：圆的，方的，包装还是散装等； 物资的形态：气体、液体还是固体； 物资的尺寸：长、宽、高等； 物资的重量：kg； 物资的数量：批量还是散件。 （2） 化学特征 化学特征有：是否会氧化、是否有毒、易燃易爆、是否稳定、对温度、湿 度是否有特殊要求等。 （3） 其他特征 物资的交货时间是否有要求，长途运输还是短途运输，公路运输、海运还 是空运等等。 （二）物资分类的主要依据 （1） 物资的可运性 物资的可运性主要是指物资本身的物理和化学性质。 （2） 物流条件 物流条件包括生产工艺要求、质量方面的要求、管理要求、环保要求和一 些其他的要求。 （3） 物资分类的步骤 在实际搬运中，物资往往是集中装在容器中进行运输的，物资的分类一般 分一下五个步骤进行： 列表。列出物资的名称。 记录。记录物资的特征。 分析。分析物资的特征，选出主要特征。 确定类别。把物资分门别类。 填写物资分类表（表 2-1） 。 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 9 表 2-1 物资分类表 物理特征其他特征物 资 名 称 物资 最小 单元 形 态 形 状 长宽高重 量 数 量 损伤 可能 性 状 态 时 间 特殊 控制 类 别 二、物流装卸搬运系统的分析方法 19 物流装卸搬运常用的方法有三种，分别是流程分析法、起讫点分析法和物 资流量分析法，以下简单介绍这三种方法： （一） 流程分析法 流程分析法了解物资整个装卸搬运过程的信息，绘制作业流程图。在流程 图中，信息直观，简单，易懂，但是一次只能分析一种产品。 （二）起讫点分析法 起讫点分析法只是分析每一次的搬运的起点与终点，并对搬运状况进行分 析的方法。 （三）物资流量分析法 物资流量就是物资在某一区域的流动量。物资的流动往往因实际情况发生 改变，所以要分析物资流量，制定最合理的搬运路径。物资流量分析法包括直 线搬运法和最短路径搬运法。 第二节 物流装卸搬运系统的装卸搬运方法选择 一、物流装卸搬运系统的搬运路线 物流装卸搬运系统的搬运路线一般分为两类：一是直达运行型，即物资由 起 点直接沿直线向终点运输；二是间接移动体系，即不同的物资运行一个统一的 路线进行装卸搬运。间接移动体系又包括通路型和中间转运型。 直达型是物资由起点向终点以直线的方式进行运输。这种运输方式适用于 物流量较高，距离短的运输。 通路型是指事先设计好一条较为合理的运输路径，物资特征差不多的都按 这种路径进行运输。一般在厂房或者港口运输中都有专用运输通道，这种通道 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 10 专门为运输各种物资而设计，运输效率较高。该方法适用于物流量不高，距离 较长，物资分散的装卸搬运。 中心转运型是物资的运输距离较长，故在中间设置一个或几个中转站，物 资由起点运输到中转站，再从中转站运输到终点。该方法适用于距离长，物流 量不大的物资搬运。 实际生活中的物流装卸搬运多种多样，复杂多变。故要选择正确的物流装 卸搬运方法才能使效率提高，搬运距离，物流量和搬运系统三者的关系如下图： 图 2-1 距离、物流量、搬运系统的关系图 在实际的生产装卸搬运系统中，需要考虑的因素远不止这三种，所以就会 出现许多由这三种搬运形态转变出的新形态，如双线型、U 型、锯齿型等等。 这些都是为了适应各种新环境的引发的新型搬运系统。 二、物流装卸搬运系统的运输单位 物流运输的单位是运输单元，即物资搬运时的状态。物资搬运的基本类型 有单件、包装件和散装三种。体积很大的物资通常采用单件运输。包装运输的 通常是贵重的物资或者已损坏的物资，利用包装固定能保证物资的完整。散装 是最简单的运输方式，同时也是最廉价的，但是在运输过程中容易出现损坏和 丢失。 在港口码头也有几种主要的货种装卸，如袋装货物、箱装货物、捆装货物、 罐装货物以及其他货物等等。集装箱码头装卸一般采用标准化的集装单元，其 尺寸与外形有规定，达到标准化，可以简化物资分类，从而也可以使搬运设备 布局不合理 物流量 直达型 间接型 距离短 距离长 距离 物流量大 物流量小 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 11 得到统一，提高了搬运效率。 第三节 物流装卸搬运系统的设备和人员配置 一、物流装卸搬运系统的设备概述 20 (一)通用型工具 吊钩 图 2-2 吊钩 图 2-3 吊索和网络 吊钩，是指挂在起重机吊钩上作业的带钩状的吊具工具，在港站里使用较 为普遍。吊钩分为马钩和成组网络钩两种，马钩是一种双分节吊钩，它不直接 用来钩载货物，是用来配合起重机和船舶吊杆起吊件使用的。成组网络钩是由 四条分支索组成。按其材料性质可分为棕绳成组网络钩、链条成组网络钩，扁 担钩等等。 吊索和网络 吊索通常有棕绳和钢丝绳两种。这类的吊具具有结构简单、轻巧、使用方便 等特点。网络是港站或库场装卸是常用的承载工具。 货板 货板有被称为通用货板、万能货板，还称托盘，是我国港站或库场最早得 成组工具之一。货板按其制作材料科分为木材、钢材、塑料、纸质货板等；按 其结构可分为双面货板和单面货板。 国际标准化组织制定了四种标准的托盘规格： 1200mm*800mm,1200mm*1000mm,1219mm*1016mm,1100mm*1100mm。我国 联运也有三种标准化的托盘： 1200mm*1000mm，1200mm*800mm，1000mm*800mm。 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 12 （二）专用型工具 油桶夹 油桶夹是起吊油桶的专用型工具，分为卧桶夹和立桶夹两种。是用来起升 吊索，完成起吊作业的。 卷钢板夹 卷钢板夹是一种专门用来起吊平放或立放卷钢板的工具。 成捆铝锭夹 成捆铝锭夹是起吊成捆铝锭的专用工具。 卷钢纸吊具 卷钢纸吊具是装卸卷筒纸的专用工具，分为平放卷筒纸吊具和立放卷筒纸 吊具。 钢板夹 钢板夹是装卸钢板的专用工属具。 （四）装卸运输工具设备 门座起重机 门座起重机是装卸件杂货的大型设备，它的工作特点是起升高度大、臂幅 大工作区域大、使用灵活定位性好、起重量大、通用性好等优点。 蓄电池搬运车 电瓶车的特点是小巧灵活，搬运方便。适合在短距离、通道狭窄、路面平 坦和坡度不大的仓库内使用，不过随着社会的不断发展，电瓶车已经不再是主 要的运输工具了。 叉式装卸车 叉式装卸车简称叉车，它是一种既可以短距离水平运输，又可堆柴垛和装 卸卡车的设备。叉车的货叉是主要的取货装置，近年来，我国港站或库场不断 扩大叉车的使用，还制造了多种型号和不同类型的叉车。 堆垛机 堆垛机的主要用途是在立体仓库的巷道间来回穿梭运行，将位于巷道口的 物资存入货格，或将货格中的物资取出运送到巷道口。这种设备只能在仓库内 运行，还需配备其他设备是物资出入库。 提升设备 提升设备的种类很多。在港口码头，提升设备主要有岸桥、场桥、起重机、 正面吊等设备，在一般的库区内使用货物电梯作为垂直运输工具。 二、物流装卸搬运系统设备和人员的配置 在物流装卸搬运过程中，根据物资特性的不同和各种实际情况的制约，需 要选择不同的装卸搬运设备。这样才能保证装卸搬运维持高效、经济，其中要 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 13 特别 注意装卸搬运机械系统设备配置及主体装卸搬运机械设备类型的选择。 （一）物流装卸搬运设备的选择原则 根据作业性质和作业场合进行选择 作业性质分为单纯的装卸、单纯的搬运和装卸搬运兼有这几种情况，必须明 作业性质才能选择最佳的装卸搬运设备。作业场合的不同也会影响到设备的选 择，如在港口、铁路、仓库等场合，可选用龙门起重机；在库房、车间内则使 用桥式起重机等。 根据作业运动形式进行选择 物流装卸搬运设备还要根据作业运动形式的不同进行选择。水平运动，可 配备选用卡车、连续运输机、牵引车、小推车等机械；垂直运动，可配备选用 提升机、起重机等机械；倾斜运动，可配备连续运输机、提升机等机械；垂直 机水平运动，可选用叉车、起重机、升降机等机械；多平面式运动，可采用旋 转起重机等机械。 根据作业量进行选择 作业量的大小也会影响装卸搬运设备的选择。作业量大时应该配用大型专 业机械设备，作业量小时选用结构简单，造价低得小型设备，这样才更加合理。 根据搬运距离进行选择 运输距离的长短也再考虑范围内，长距离运输一般选择货车等；短距离运 输一般选择叉车等。这样不仅能节约资源，还能提高运输效率。 根据物资种类、性质进行选择 物资的物理和化学的性质的不同，也需要改变运输工具的选择，有些物资 的特殊的性质必须用专用的机械进行运输，否则会产生严重后果。 （二）物流装卸搬运设备配套性 在每一种系统中，都需要一个配套的物流装卸搬运设备。配套的好坏直接 影响到整个物流系统的工作效率，若成产量与搬运量能配套的合理，那么整个 系统不会出现堵塞的现象，工作顺利稳定。若生产能力超过搬运能力，就不得 不停下生产，造成停产浪费；若生产能力低于搬运能力，则搬运者出现闲暇状 况，也会降低整体的工作效率。 装卸搬运设备之间的配套性与许多的因素有关，如物资的特性、物流装卸 搬运的通用性、物资的流向等等。管理者需要综合考虑这些因素，才能使物流 装卸搬运设备与生产系统合理配合。 （三）物流装卸搬运设备和人员的配置 在物流装卸搬运设备和生产系统配套合理之后，还要合理的配置操作人员 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 14 数量。影响人员和设备的配置的因素有很多，如费用，人员等等。我这里主要 从个作业单位之间的物流量来考虑。在一条生产链中，有很多个环节，每个环 节的得工作速度是不同的，若工作快的环节保持快速工作，则慢的地方就会出 现堵塞的现象，这就需要综合分配设备和人员的数目，以缓解这种不平衡的现 象。 假设系统的最大物流量为 Q，运输设备人员单位时间内运输物流量为 q，则 设备人员数量为 S=Q/q (2-1) 最后，在计算完设备人员数量后，还应该根据实际情况，对设备人员数目 进行一定的调整。 第四节物流装卸搬运系统设计方法 一、物流装卸搬运系统设计 21 每一个物流装卸搬运系统都要经过一个提出、改善、实施这样的过程。这 个设计过程大概可以分为以下四个阶段： （一）外部衔接 整个物流装卸搬运系统是一个很复杂的系统，我们要研究改善这个系统， 首先应该分析弄清系统内外的物流情况。要把系统内的物流情况和系统外的物 流情况联系起来，综合考虑所有情况。 （二）编制总体装卸搬运方案 第二阶段是根据第一阶段分析得到的情况，对物流装卸搬运、装备设备、 操作工人等问题做出总体决策。 （三）编制详细装卸搬运方案 第三阶段就是编制详细的装卸搬运方案，并用图表等形式表现出来。 （四）实施方案 最后阶段就是根据上面编制的方案，进行实施。 物流装卸搬运系统具体分析设计的过程如下： （一）物资分类 即根据物资物理或化学性质的不同给物资进行分类。 （二）布置方案 对所有的物流装卸搬运活动设置一个布置方案。 （三）物流分析 物流分析就是对每一条物流和移动特点进行详细分析。 （四）确定物资搬运方法 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 15 根据以往的经验，对不同的物资确定最合理的搬运方法。 （五）初步确定方案 根据物流路线，物资类型，运输设备等资料，初步制定几个合理的方案。 （六）修改方案 分析讨论，对几个方案进行修改完善。 （七）评价与选定 对几个方案进行综合评价，然后选出最优方案。 二、物流装卸搬运系统设计方案的初步确定和修改 对物资的分类之后，对搬运路线了解，懂得各种搬运方法的优劣之后，就 可以对物资的装卸搬运进行初步方案的制定了。任何一个物流系统的搬运方案 的确定都要事先制定好几种方案，然后在几种方案中选出最佳的方案。 要想制定出切实可行的方案，就必须根据实际情况，因地制宜。在制定装 卸搬运方案的过程中，需要考虑许多内容，如： (一)与外部衔接相适应； (二)与生产流程一致； (三)充分利用公共设施； (四)符合国家相关制度要求； (五)保证工人安全； (六)满足工厂现在要求和将来发展要求； (七)投资金额的制约等。 三、物流装卸搬运系统的合理化原则 物流装卸搬运系统的合理化就是物流系统在装卸搬运过程中符合以下几个 合理化原则： （一）充分利用设备 充分利用设备就是提高设备的利用率，一方面是在装卸搬运过程中尽量多 得使用设备，减少工人的劳动强度，提高工作效率；另一方面是不让设备闲置， 提高设备的使用率。 （二）减少无效搬运 无效搬运就是没有意义的装卸搬运活动，这种搬运既浪费人力资源、设备 资源还浪费时间。无效搬运不仅增加了搬运成本，还影响整个物流系统的正常 运转。 （三）合理利用或消除重力影响 在垂直搬运过程中，合理利用或消除重力的影响能大大提高装卸搬运的工 作效率，减少工作量。如使用溜槽、溜板等工具，可以使物资从高到低，自由 滑落，从而减少劳动量。在从低到高时，重力就会加大劳动量，这是就应该尽 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 16 量消除重力的影响。 （四）提高货物装卸搬运的灵活性 装卸搬运也具有灵活性，即这一时刻的搬运为下一时刻的搬运所提供的方 便。不断提高每一阶段的搬运灵活性就能提高整个物流装卸搬运系统的灵活性， 提高工作率。 （五）选择合理的搬运方式 每一次搬运的物资的特性可能会有不同，我们应该根据物资的特性制定合 理的装卸搬运方式。例如制定一定的标准，把物资标准化，这样能大大提高搬 运系统的工作效率。 （六）不断改进 科技在不断的进步，装卸搬运方法也不会有最好的，只有更好的，我们应 该根据实际出现的问题与不足，不断改进装卸搬运系统，提高装卸搬运意义。 表 2-2 列出一些基本方法。 表 2-2 改进装卸搬运的方法 因素目标措施改善原则方法 调整布置搬运对象减少重量、体 积 减少重量、体 积 减少操作 合并作业 减少回程顺向物流调整布置 缩短距离直线化调整布置 单元化栈板、货柜比 搬运距离减少物流搬运 总量减少搬运 大量花利用大型机械 减少搬运利用三维空间调整布置 减少设备占用 空间 选用合理设备搬运空间减少搬运占用 空间缩短搬运路程 协调搬运时机合理安排时程 高速化利用高速设备缩短时间 减少时间搬运均匀化 缩短搬运总时 间 减少搬运次数增加搬运量利用大型设备 搬运时间 计划搬运时间估计时间搬运顺序合理安排时程 机械化合理利用设备 高速化利用高速设备 增加一次搬运 量 连续化利用传送带等搬运手段增加搬运效率 选择方式减少时间搬运均匀化 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 17 反复搬运 减少劳动量利用重力利用滑槽等 第三章 天津港装卸搬运系统设计 港口物流是指在一定的港口空间内，由所需输送的货物和包括有关港口起 重设备、输送工具、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成的具有 特定功能的有机整体。 由于港口在现代物流的节点上的作用越显突出，在国际贸易和运输系统上 的地位也越加重要。改革开放以来，我过经济迅猛发展，物流业也随之进步许 多，近几年，全球集装箱运输也发展迅速，也使港口物流业带来了新的机遇与 挑战。以天津港为例，1973 年 9 月，天津港成功开辟我国的第一条国际集装 箱航线。 1980 年，天津港建成了中国第一个集装箱码头。在国内港口集装箱 运输快速发展的背景下，天津港的集装箱运输也取得不俗的发展业绩，从 1992 到 2002 年，集装箱吞吐量从不足 40 万 TEU 发展到 240.8 万 TEU ，10 年 净增 200 万 TEU ，平均增长速度达到 20% 。2003 年集装箱完成 301.5 万 TEU ，2004 年集装箱的吞吐量达 382 万 TEU 。目前已突破了 800 万 TEU。天 津港的位置图如下： 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 18 图 3-1 天津港的位置图 第一节 装卸搬运系统分析 （一）物资分析 天津港是我国沿海主枢纽港与综合运输体系的重要枢纽，是京津冀现代化 综合交通网络重要节点和对外贸易的主要口岸，是华北、西北地区能源物资与 原材料运输的主要中转港，是北方地区集装箱干线港和发展现代物流的重要港 口。天津港的发展将为天津市全面建设小康社会、发展现代化都市圈和率先基 本实现现代化服务，为京津冀地区基本实现工业化、优化生产力布局和加快产 业结构调整升级而服务，为天津、北京经济和社会发展及对外开放服务，为华 北、西北地区外向型经济发展和能源、原材料以及外贸物资运输服务。随着腹 地经济的发展，天津港应具备运输组织、装卸仓储、中转换装、临港工业、现 代物流、口岸商贸、保税加工及配送、航运及市场信息、综合服务功能，并将 逐步发展成为设施先进、功能完善、运行高效、文明环保现代化、多功能的综 合性港口。天津港装卸工艺系统的货物分为散货、散粮、件杂货、集装箱、木 材等五大类。 （二）流程分析 天津港的港口装卸系统的功能结构如下图： 天津科技大学 2012 届本科生毕业设计 19 图 3-2 港口装卸系统功能图 由于港口的装卸系统分为出口货物的装船和进口货物的卸载两种情况，但 是这两种情况是刚好相反的。所以在对港口物资的流程分析过程中，就以出口 物资的卸船为例。在此分析过程中，只分析码头内部作业。 集装箱码头业务基本分为装船、卸船、进箱、提箱、移箱五大块。在此大 概物资流程如下:物资从船舶上卸载到泊位，经检查无误后用内集卡装载集装箱 把物资运送到堆场，在此检查确保无损坏后进入堆场存放，记录在案。 （三）物流量分析 由于港口码头的装卸搬运系统比较复杂，其物流量难以具体统计，在此列 出天津港例年的吞吐量。改革开放以来，随着国民经济的快速发展，天津港的 港口生产实现了跨越式的发展。2001 年天津港货物吞吐量突破 1 亿吨，2004 年 突破了 2 亿吨，2007 年突破了 3 亿吨；2010 年突破了 4 亿吨，集装箱吞吐量突 破了 1000