（系统工程专业论文）基于Flexsim的港口仓储作业过程仿真及优化研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 导师签名：装奇 哆 彬 ，彤汨 轹 戽 猁 加 者 勿 作 ： 文 期 沦 日 位 字 学 签 中图分类号： u d c ： 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 北京交通大学 硕士学位论文 基于f l e x s i m 的港口仓储作业过程仿真及优化研究 r e s e a r c ho ft h ep o r ts t o r a g eo p e r a t i o np r o c e s ss i m u l a t i o na n d o p t i m i z a t i o nb a s e do nf l e x s i m 作者姓名：曾鸣 导师姓名：关伟 学位类别：工学 学号：0 8 1 2 1 2 4 5 职称：教授 学位级别：硕士 学科专业：系统工程研究方向：物流系统工程 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 致谢 本论文的工作是在我的导师关伟教授的悉心指导下完成的，关伟教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来关伟 老师对我的关心和指导。 关伟教授无论在学习上还是在生活上都给予了我很多的指导和帮助，在此向 关伟老师表示衷心的谢意。 此外，纪寿文教授对于我的科研工作和论文都提供了很多的支持，在此表示 衷心的感谢。同时也要特别感谢何世伟教授对于我的帮助。 在两年的研究生学习期间，李桂萍、牛虎、林磊、肖华刚、杨进同学给予了 我很多关心和帮助，在此表示衷心的感谢。撰写论文期间曹兴磊、吴兴华同学耐 心的讲解和探讨使我能够顺利的完成写作计划，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母还有徐建，在我论文写作遇到困难时是他们给我不断地 鼓励，感谢他们的理解和支持使我能够专心完成我的学业。 i v 中文摘要 摘要：近年来，随着我国国内贸易和国际贸易量的不断增加，物流产业在我国日 渐繁荣。作为物流业的主要集散场所，水陆运输也因此得到了迅猛发展。但是， 随着物流需求的不断扩大，港口目前的建设水平和运作方式已逐渐不能满足需要， 同时港口仓储的一些问题也随之显现出来，比如：仓库的布局不合理、设备状况 和作业效率不均衡、管理水平较低等等。因此，怎样在港口物流系统既有条件下 提高其整体水平，就成为了当前解决问题的关键。仓储作为港口物流一个重要环 节，它的合理高效与否对整个系统产生着直接影响。本文就以港口仓储作业系统 为研究对象，对其作业过程进行深入研究。 论文在系统工程基本理论与方法基础上，尝试将工作流建模技术与现代可视 化仿真技术相结合，用三维仿真方法模拟港口仓储物流系统的整个作业过程，并 通过直观的仿真结果输出找到系统存在的薄弱环节予以优化。本文首先分析了港 口仓储系统的组成、工艺、基本流程以及评价指标，为后面的优化研究奠定了基 础。其次介绍了流程的定义、属性以及建模要求，并通过对业务流程几种常用的 建模方法进行了综合比较，找出各种方法的优缺点及使用范围，最后采用基于工 作流技术的建模方法，分别建立了港口仓储出入库作业的c i m f l o w 工作流过程模 型。该模型是在活动网络图( f l o w m a r k ) 基础上进行了改进而建立起来的较为完善 的工作流模型。之后介绍了离散事件系统仿真的基本原理、仿真时钟的推进方法 以及系统仿真算法，进一步建立了港口仓储作业过程的f l e x s i m 系统仿真模型， 设置模型运行的主要参数及仿真结果输出。最后将港口仓储作业过程仿真与优化 方法应用于连云港中云物流园区综合库，该库为连云港新建物流园区的综合库， 因此对它的评价与优化有十分重要的现实意义。通过对综合库实际作业情况的分 析，建立了中云物流园区综合库仓储作业过程工作流模型以及f l e x s i m 系统仿真 模型，从多次的仿真运行结果中找到系统的薄弱环节，从而确定了系统的优化目 标与方法，通过进一步的仿真完成了对该仓储系统的优化工作。这一实例分析不 仅验证了模型的可行性，评价了优化方法的有效性，而且仿真的结果也为实际决 策提供了一定的理论支持，对相关领域研究起到一定借鉴作用。 关键词：港口仓储作业过程；仿真与优化；工作流建模；f l e x s i m a bs t r a c t a b s t r a c t ：i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ed o m e s t i ca n d i n t e m a t i o n a lt r a d ev o l u m ei no u rc o u n t r y , l o g i s t i e si n d u s t r yb e c o m e sp r o s p e r o u sd a y a f t e rd a y a st h em a i nd i s t r i b u t i o na r e ao fl o g i s t i c si n d u s t r y , o c e a nt r a n s p o r t a t i o na l s o m a k e sag r e a tp r o g r e s sf o rt h i sr e a s o n h o w e v e r , b yt h ei n c r e a s i n gd e m a n d so f l o g i s t i e s ，t h ec u r r e n tc o n s t r u c t i o nl e v e la n do p e r a t i o nm o d eo fo u rp o r tc a l ln o tm e e t t h ed e m a n d sg r a d u a l l y , i nt h em e a nt i m es o m ep r o b l e m so fp o r tw a r e h o u s i n gt h e n a p p e a r e d ，f o re x a m p l e ：t h el a y o u t i su n r e a s o n a b l e ；t h ee q u i p m e n ts t a t u sa n dw o r k e f f i c i e n c yi su n b a l a n c e d ；t h em a n a g e m e n tl e v e li st o ol o we t c t h e r e f o r e ，h o wt or a i s e t h eo v e r a l ll e v e lo fp o r tl o g i s t i c ss y s t e mo nt h ee x i s t i n gc o n d i t i o nb e c o m e st h ek e y p o i n t t os o l v et h ep r o b l e mp r e s e n t l y a sa ni m p o r t a n ts t e pi np o r tl o g i s t i c s ，w h e t h e rt h e w a r e h o u s i n gi sr e a s o n a b l ea n de f f i c i e n th a sd i r e c ti m p a c to nt h ew h o l es y s t e m t h e p o r tw a r e h o u s i n go p e r a t i o ns y s t e mi st a k e n a st h er e s e a r c ho b j e c ti nt h i sp a p e ra n da n i n - d e p t hr e s e a r c ht oi t so p e r a t i o np r o c e s s o nt h eb a s i so ft h eb a s i ct h e o r ya n dm e t h o do fs y s t e me n g i n e e r i n g , t h i sp a p e r t r i e st oc o m b i n et h ew o r k f l o wm o d e l i n gt e c h n i q u ea n dm o d e mv i s u a l i z es i m u l a t i o n t e c h n o l o g y , a n du s et h e3 ds i m u l a t i o nm e t h o dt os i m u l a t et h e w h o l eo p e r a t i o np r o c e s s ， t h e nf i n da n do p t i m i z et h ew e a k n e s s e si nt h es y s t e mf r o mt h eo u t p u to ft h es i m u l a t i o n r e s u l t s f i r s t l yi nt h i sp a p e ra n a l y z i n gt h ec o m p o s i t i o n ，t e c h n o l o g y , b a s i cp r o c e s sa n d e v a l u a t i o ni n d e xo fp o r tw a r e h o u s i n gs y s t e m , w h i c hi st h eb a s eo ft h ef o l l o w i n g r e s e a r c h s e c o n d l yi n t r o d u c i n gt h ec o n c e p ta n da t t r i b u t eo fp r o c e d u r et o g e t h e rw i t h t h e r e q u e s to fm o d e l i n g b ym e a n so fc o m p a r i n gs e v e r a lm o d e l i n gm e t h o d so f b u s i n e s s p r o c e s ss y n t h e t i c a l l yt of i n dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h e s em e t h o d s ，t h e n b u i l d i n gt h ep o r tw a r e h o u s i n gi n p u ta n do u t p u to p e r a t i o np r o c e s sc i m f l o wm o d e l ， w h i c hi st h es o p h i s t i c a t e dw o r k f l o wm o d e lo nt h eb a s i so fm o d i f i e df l o w m a r km e t h o d ， s e p a r a t e l yb yu s i n gt h em e t h o do fw o r k f l o wt e c h n i q u e t h e ni n t r o d u c i n gt h ep r i n c i p l e s ， i m p e l l i n gp r o c e s so fs i m u l a t i o nc l o c ka n da l g o r i t h mo fs y s t e ms i m u l a t i o n ，d e v e l o p i n g t h ep o r tw a r e h o u s i n go p e r a t i o np r o c e s sf l e x s i ms y s t e ms i m u l a t i o nm o d e l ，a n ds e t t i n g t h em a i np a r a m e t e r so fm o d e lr u n n i n ga sw e l la st h es i m u l a t i o nr e s u l t so u t p u t f i n a l l y t h ep o r tw a r e h o u s i n go p e r a t i o ns i m u l a t i o na n do p t i m i z i n gm e t h o di su s e di nt h e i n t e g r a t e dw a r e h o u s e o fz h o n g y u nl o g i s t i c sp a r ki nl i a n y u n g a n gp o r t ，t h ew a r e h o u s e o fw h i c hi sn e wc o n s t r u c t i o n , s ot h ee v a l u a t i o na n do p t i m i z i n gh a v ea l li m p o r t a n t r e a l i s t i cs i g n i f i c a n c e t h r o u g ha n a l y z i n gt h er e a lo p e r a t i o nc o n d i t i o no ft h i si n t e g r a t e d v l t w a r e h o u s e ，t h ew o r k f l o wm o d e la n df l e x s i ms y s t e ms i m u l a t i o nm o d e la r ed e v e l o p e d a f t e rt i m e so fs i m u l a t i o nr u n n i n g ，t h ew e a kl i n k so fs y s t e mh a sb e e nf o u n d t h e n c o n f i r m i n gt h eo b je c ta n dm e t h o do fo p t i m i z i n ga n da c c o m p l i s ht h eo p t i m i z i n gw o r k o ft h i sw a r e h o u s i n gs y s t e m t 1 1 i se x a m p l en o to n l yv e r i f y i n gt h ef e a s i b i l i t yo ft h e m o d e la n de v a l u a t i n gt h ea v a i l a b i l i t yo ft h eo p t i m i z a t i o nm e t h o d ，b u ta l s oh a sac e r t a i n t h e o r e t i c a ls u p p o r tf o rt h ep r a c t i c a ld e c i s i o nf r o mt h es i m u l a t i o nr e s u l ta n dp r o v i d e s t h er e f e r e n c et ot h er e s e a r c ho fr e l a t i v ea r e a s k e y w o r d s ：p o r tw a r e h o u s i n go p e r a t i o np r o c e s s ；s i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o n ； w o r k f l o wm o d e l i n g ；f l e x s i m 目录 中文摘要v a b s t r a c t v i i 1 绪 仑1 1 1选题背景与意义1 1 2国内外研究综述2 1 3论文研究思路6 1 4论文的新意7 2港口仓储系统分析9 2 1港口仓储系统的组成9 2 2港口仓储系统功能分区1 0 2 3港口仓储系统仓储工艺。1 0 2 4港口仓储系统作业流程概述1 3 2 5港口仓储系统评价指标15 3港口仓储系统作业过程建模1 9 3 1流程的定义和基本属性1 9 3 2业务流程建模的要求2 0 3 3业务流程建模方法2 0 3 3 1业务流程建模的目的和作用2 0 3 3 2 业务流程建模方法的分类2 1 3 3 3 几种常用建模方法的比较2 3 3 4基于工作流技术建模2 5 3 4 1工作流的基本概念和定义2 6 3 4 2 c m f l o w 的工作流过程模型一2 7 3 4 3港口仓储作业过程分析及工作流模型3 3 3 5本章小结3 9 4港口仓储作业过程的f l e x s i m 仿真及优化4 l 4 1离散事件系统仿真4 1 4 1 1 离散事件系统仿真原理4 l 4 1 2 仿真时钟推进方法4 3 4 1 3 系统仿真算法4 5 4 2港口仓储作业过程f l e x s i m 仿真建模4 8 4 2 1f l e x s i m 软件简介4 8 4 2 2f l e x s i m 仿真建模4 9 4 2 3港口仓储作业过程仿真模型5 3 4 3模型仿真运行5 6 4 3 1 仿真参数设定5 6 4 3 2 仿真运行5 7 4 4仿真结果输出5 8 4 5港口仓储作业过程优化6 0 4 6本章小结6 1 5连云港中云物流园区综合库作业过程仿真优化实例分析6 3 5 1连云港及中云物流园区概况6 3 5 2中云物流园区综合库作业过程分析及工作流模型6 5 5 2 1中云物流园区综合库平面布局6 5 5 2 2 中云物流园区综合库作业过程分析6 6 5 2 3中云物流园区综合库工作流建模6 8 5 3中云物流园区综合库作业过程仿真6 9 5 3 1中云物流园区综合库作业过程仿真建模6 9 5 3 2中云物流园区综合库作业过程仿真参数设定及运行7 1 5 4中云物流园区综合库作业过程优化7 7 5 4 1中云物流园区综合库优化目标7 7 5 4 2中云物流园区综合库优化方法7 7 5 4 3中云物流园区综合库优化过程7 7 5 4 4 中云物流园区综合库优化结果7 8 5 5本章小结7 9 6总结与展望8 6 1全文总结8 6 2研究展望8 参考文献8 作者简历8 独创性声明8 学位论文数据集9 图目录 图目录 图1 1 论文研究思路7 图2 1 仓储作业总体流程1 3 图2 2 仓储功能作业流程1 4 图2 3 越库作业示意图1 4 图3 一lc i m f l o w 工作流模型组成结构2 7 图3 2 活动状态转移图2 9 图3 3 基本逻辑关系表达3 0 图3 - 4 复杂逻辑关系表达示例3 0 图3 5 或分支与循环的表达3 8 图3 6 可执行活动的状态转换图3 2 图3 7 港口仓储入库作业流程图3 4 图3 8 入库作业工作流模型3 5 图3 - 9 港口仓储出库作业流程图。3 7 图3 1 0 出库作业工作流模型3 8 图4 1 事件、活动、进程关系图4 2 图4 2 面向事件仿真时钟推进示意图4 4 图4 3 面向时间间隔仿真时钟推进示意图4 4 图4 4f l e x s i m 软件结构示意图4 8 图4 5f l e x s i m 对象库5 0 图4 6f l e x s i m 临时实体示意图5 0 图4 7f l e x s i m 参数、属性视窗5 1 图4 8 发生器参数设定视窗5 2 图4 1 0 港口仓储作业系统结构图5 4 图4 1 l 入库仿真模型5 4 图4 1 2 入库仿真模型示意框图5 5 图4 13 出库仿真模型5 5 图4 - 1 4 出库仿真模型示意框图5 6 图4 1 5 港口仓储作业过程f l e x s i m 仿真运行图5 8 图4 - 16 入库作业过程仿真运行图5 9 图4 - 1 7 仿真绩效指标定义6 0 图5 1 中云物流园区方位示意图6 4 北京交通人学硕士学位论文 图5 2 中云物流园区全景图6 4 图5 3 中云物流园区综合库平面布局图6 5 图5 4 中云物流园区综合库作业流程图6 7 图5 5 综合库作业过程工作流模型6 8 图5 - 6 综合库作业过程仿真模型7 0 图5 7 综合库仿真模型示意框图7 0 图5 8 货架参数示意图7 l 图5 - 9 综合库作业过程仿真运行图7 3 图5 1 0 综合库上午时段仿真运行图7 4 图5 1 l 综合库下午时段仿真运行图7 5 图5 1 2 综合库优化分析仿真运行图7 8 1 绪论 1 1 选题背景与意义 随着全球经济的快速发展和现代科技水平的不断进步，物流作为国民经济中 的一个新兴产业，在全世界范围内得以迅速发展。物流业在国际上通常被认为是 整个国民经济发展的动脉和基础，它的发展程度是一个国家现代化程度和综合国 力的重要衡量指标之一。在我国，随着改革开放以来经济的蓬勃发展，g d p 水平 在2 0 0 9 年达到了3 3 5 4 万亿元，同比增长了8 7 ，进出口总额2 2 万亿美元，位居世 界第三位。如此巨大经济总量和贸易量刺激了我国物流需求的快速增长。2 0 0 8 年 社会物流总值达n 8 8 8 万亿元，同比增长了1 8 1 。港口作为承担社会物流的主要 集散地和进出口物流的主要载体，在我国物流业的发展中起到了重要的作用。2 0 0 7 年，中国港口完成货物吞吐量6 4 1 亿吨，比上年增长1 5 1 ，年复合增长率达1 6 4 。 货运量的快速增长使得目前中国的物流业面临着巨大的挑战。与发达国家相 比，我国的物流业无论是从规模还是相关技术水平上都存在着很大差距。例女n 2 0 0 9 年中国社会物流的总成本达到了6 0 8 2 6 亿元，占整个g d p 的比重为1 8 ，这一数字 与发达国家相比高出了近一倍。物流成本过高，港口的仓储成本、运输成本以及 管理成本达不到国际先进水平，反映了我国物流业目前仍处于一个非常落后的状 态。 仓储作为物流系统的一个重要环节，在加快货物流通、节约流通费用方面起 着至关重要的作用。仓储环节的合理高效与否，直接影响着整个物流系统的生存 能力。虽然近几年，我国的仓储业也取得了比较大的发展，但与国民经济的整体 发展水平相比仍存在一定的差距，主要表现为以下方面：仓库布局不合理；仓储 设备状况与作业效率不均衡；仓储管理水平较低。国家级课题跨世纪中国流通 发展战略中就我国的仓储业现状做了专门的研究，发现由于技术落后，每年要 损失近2 5 亿元人民币。仓储费、运输费和管理费在我国g d p 中的比率基本一直保 持不变，也说明了物流业的发展没有抓住关键，行业仍处于一种粗放运行的状态。 因此，降低仓储费用、减少库存、加快周转已成为了亟待解决的问题。 近年来，随着数学和计算机技术的不断发展，国内外学者在仓储运营效率评 价这一方面进行了深入的研究。但是，由于仓储系统是比较复杂的离散系统，采 用传统的方法很难进行准确的解析，且所需要的时间也相对较长，所以研究成果 仍旧存在着很多的局限性。本文以系统工程理论为基础，结合工作流建模技术以 及现代物流仿真技术对港口仓储作业系统进行建模、优化，从而提高港口仓储系 统作业效率，减少仓储费用，希望能够对于实际的规划建设起到一定的理论支持 和借鉴作用。 1 2 国内外研究综述 本论文研究范围主要涉及物流仓储系统以及虚拟仿真两个方面的内容，国内 外学者对这些方面进行了大量的研究工作，并取得了丰硕的研究成果。论文便从 这两个方面进行综述。 ( 1 ) 物流仓储系统研究现状 仓储系统是物流系统的一个子系统。国外对物流的认识较早，所以对仓储系 统的研究也较早，由于订单分拣占用了仓库中6 0 以上的劳动力和整个物流作业 3 5 4 0 左右的时间，所以国外将对仓储系统的研究重点放在了订单分拣作业上 【l 】 o 仓储系统是一个劳动密集型的系统，世界各地大部分的物料搬运都是通过人 工完成，或者是半自动化搬运。所以国内外在对仓储物流系统进行分析设计时， 通常还是以人工分拣和半机械化的仓库为研究对象( 人工系统和叉车一托盘系 统1 ，而且通常考虑最简单的仓储布局。 k e e sj a nr o o d b e r g e n 和i r i sea s 以减少订单分拣者平均移动距离为目标，确 定了一种调整仓库分拣区的方法。并在两种不同线路设置条件下，给出能够计算 订单分拣线路平均长度的一些解析公式。运用这些公式为目标函数建立非线性规 划模型，得出订单分拣区域内最优的通道数，主要由所需的存储空间和分拣量决 定这一结论【引。 s e m i h6 n t i t 和u m u t r t u z k a y a n 降低每年的运输费用为目标，设计了一个多级 仓库货架结构。按货物的周转率进行分类，同时考虑了货物摆上( 取出) 货架时 货架和停放点的距离【3 】。 美国马里兰大学的c h e n p i n g 和f u z h a o h u i 等以新加坡港为例，解决p y s o p 最o 码 头仓储优化问题，该问题被证明为n p h a r d ，因此采用启发式优化方法。通过改变 影响仓储能力的主要因素：堆码高度、可用仓储区域大小、堆存密度、集装箱空 箱和件杂货存储时间，找出提高堆场利用率的关键【4 j 。 荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯大学的l e d u c t 和d ek o s t e r r b m 在a b c 分类仓储策 略基础上，研究了如何确定不同类型仓储区域的最优化问题。建立了估算平均拣 选路径的概率模型，并通过仿真得以验证。之后以拣选路径最小为目标函数，建 立了仓储区域优化的数学表达式。但在研究过程中他们发现，这种方法仅适用于 小型的仓库或堆场，因此最后他们采用了启发式的方法来解决并得出结论，该方 2 法在所有情况下都适用【5 】。 c h a r l e sj m a l m b o r g 和s w a m i n a t h a nb a l a c h a n d r a n 建立了一个双地址订单分拣 周期的模型，用以描述费用对于改变专用存储仓库布局的影响，并将一个简单的 启发式程序与拇指法则进行了对比，提出启发式程序可以在优化仓库布局问题中 起到重要作用【6 j 。 b a l l i s 和a t h a n a s i o s 综合考虑设施布局、仓库大小和铁路连接三方面因素，对仓 库设计和设施布置问题进行了初步分析和研究【_ 丌。 r u s s e l lm e l l e r 和k e v i ng u e 发现在仓库布局设计中，鱼骨状的主通道设计可能 降低2 0 左右的拣货成本，v 型主通道设计可能降低1 0 左右的拣货成本【8 】。 k e e sj a nr o o d b e r g e n 和r e n ：d ek o s t e r j 恿过改变交叉口解决平行通道仓库的线 路问题。给出了确定含有两个或多个交叉口的仓库订单分拣路径的一些启发式方 法，并用分支界限算法生成最短订单分拣路径，去分析这些启发式方法的计算性 能。并在不同的仓库平面布局和订单大小下比较启发式方法和分支界限算法。研 究得出以下结论：对于大多数含有两个以上交叉口的例子来说，重新建立的启发 式方法优于现有的；仓库布局中增加交叉口数能够降低平均运行时间，从而减少 订单处理时间p j 。 在我国，陈伊菲、左生龙等对传统的仓储拣选作业流程进行了研究分析，提 出了基于无线技术的仓储拣选作业流程再造方案，并对两者进行了对比分析，阐 述了再造后的拣选作业流程采用无线技术及其相关技术后的诸多优点【l 们。 李旭宏、程日盛等应用仿真软件比较分析了配送中心不同拣货策略的差异， 提出了拣货作业系统的评价指标，着重分析了两种拣货策略下拣货时间、车辆数 及货物品项数与拣货效率之间的关系。得出在相同的仓储条件下，单一拣货策略 比分批拣货策略的平均效率要高的结论【u 】。 张国平从朔黄铁路公司物流系统的现状出发，运用物流设计、物流设备、仓 库管理信息系统和物流管理四个方面的理念，以降低物流成本提高服务水平为目 标，研究了朔黄铁路公司站区仓储物流系统【l 2 1 。 陈继文、李彦凤等提出了一种面向教学和科研的小型立体仓库仿真系统的实 现框架，分析了立体仓库的机械结构、控制系统、库存管理信息系统和监控系统 的设计方法，直观地反映立体仓库系统运行过程【l 3 1 。 黄展翔、张纪会站在供应链角度，运用网络均衡模型，利用网络的均衡流量 建立每个仓库的决策模型，从而解决整个供应链仓库规划问题【1 4 】。 刘永庆介绍了仓储系统动力学，建立了因果关系图及系统流图，根据流图用 d y n a m o 仿真语言写出计算程序【l 引。 邱健从宏观的角度分析了仓储系统建模的5 种因素，即车辆、库存控制策略、 材料分区、仓库布局、控制逻辑，介绍了仓储系统仿真建模方法，怎样建立一个 a r r s 的模型，以及控制逻辑的评价和能力分析等等【l6 1 。 李民权、吴先良采用面向对象程序设计语言，设计出一套智能仓库管理系统 软件，分析了集成化仓储系统的信息系统的构成和逻辑构成，设计了仓库的合理 布局，以避免设备闲置和运输迂回重复。最后进行了出入库设计以及货位及最佳 路径选择算法设训1 。7 1 。 张鹏举、陈昆昌等针对自动化仓储系统构建及运行特点，设计了一种基于虚 拟现实技术的仿真平台。根据仓库运行方式的离散化，研究了立体仓库堆垛机的 路径优化方法，并对算法完成仿真分析【1 8 l 。 王妍，曹宝香介绍了p e t r i 网的相关理论和工作流的发展和现状，提出了基于 p e t r i 网的工作流建模思想，基于这种思想，对仓库管理流程进行了自顶向下，逐步细 化的逐层建模【1 9 】。 ( 2 ) 仿真技术在物流领域运用现状 物流仿真的主要特点表现在不管实际物流系统是否存在，均可通过建立系统 研究模型，将实物数据输入仿真系统，通过数据运算和图形模拟，产生贴近实际 物流系统的信息输出。仿真试验具有良好的可控性、无破坏性和可重复性。仿真 过程经济安全，不受气象条件和场地环境的限制。 刘倩晨在论文中通过分析苏州b 型保税物流中心的业务流程，建立了业务流 程的随机p e t r i 网模型。并根据该模型采用e x s p e c t 软件对其进行仿真实证，对 仿真结果进行分析，为各个环节的优化提供依据。最后根据上述结果提出了，以 减少流程的周期时间为目的的业务流程优化方案，提高了保税物流中心的作业效 率和服务水平【2 0 1 。 万林，林国顺通过a g e n t 技术建模，利用分布拟合检验方法对历史数据进行 研究，以达到对后方堆场集装箱到达模型进行研究的目的。论文构造了集装箱到 达a g e n t 体，从而实现模拟系统的知识性以及自适应性，使到场的集装箱能够自 动选择达到模型【2 1 1 。 真虹通过仿真得出结论，岸桥集中作业时，平均单船作业时间最短，但是泊 位利用率却很低。所以，当船舶到港密度较小或者码头服务能力较强时，岸桥集 中作业时与均匀分配方式相比，更有助于减少船舶在港逗留时间。通过对仿真结 果分析表明，采用自动调配作业方式时，船舶等待时间和等待队长最短，设备利 用率最高【2 2 1 。 彭旺明在他的硕士论文中利用e m p l a n t 建立了集装箱码头系统仿真模型，通 过仿真运行分析了天津港码头泊位、岸桥、内部集卡以及堆场的利用率，找出了 码头集装箱作业系统的“瓶颈”所在。并且通过仿真模型对码头将来的扩建进行了 4 预测，找出扩建后的薄弱环节1 2 3 。 舒帆在其硕士论文中通过虚拟实现的思想，实现了一个集装箱虚拟堆场的应 用系统。系统可以根据数据库的实时信息更新三维场景，也可以依据用户指定的 条件对堆场上的集装箱进行查询。其中还涉及到了方案评判的研究内容。该系统 在天津港第二港埠有限公司投入使用。通过实践证明，它对于堆场的实时监控、 计划方案的评价、计划的安排等方面起到了很好的作用【2 4 1 。 张毓青在对港口集装箱堆场系统进行分析的基础上，以分析和优化系统中各 个作业环节为目的，建立了面向对象的堆场系统p e t r i 网模型，并采用e x s p e c t 仿真软件建立了仿真模型。通过仿真过程的显示，了解堆场系统的运作情况和效 率，最后根据仿真的结果，提出了港口集装箱堆场系统的优化方案【2 5 1 。 高玮在其硕士论文中，采用p e t r i 网对集装箱港口物流系统进行建模，并将基 本p e t r i 网扩展成开放网系统，以解决基本p e t r i 网的封闭性等问题。同时结合面 向对象的建模技术，对系统进行简化、分解，从而解决了原来对港口集装箱物流 系统动态行为描述不够的问题。论文以实际码头的营运数据为原型，对码头物流 系统进行合理的简化之后，采用w i t n e s s 进行建模仿真【2 6 1 。 郑鑫在论文中以集装箱出口为例，针对海铁多式联运，研究了多式联运的业 务流程，并采用p e t r i 网技术及其相关的仿真软件e x s p e c t 进行了仿真，对海铁联运 业务流程进行了模拟分析，找出系统瓶颈并提出优化方案。论文最后以中铁快运 为背景进行了p e t r i 网描述和仿真。通过研究得出结论：海铁联运业务流程的优化对 提高海铁联运物流企业的管理效率和水平起到了十分重要的作用【2 1 7 1 。 陈思云、刘天竹分析了一个典型的现代仓储物流系统的运作流程，运用p e t r i 网对该简化了的仓库物流系统进行建模，并且运用基于p e t r i 网的仿真软件e x s p e c t 对其仓储系统进行了仿真，最后简单地分析了仿真的运行结果，在此基础上提出 了一种物流系统实际运作的仿真方法【2 8 】。 张煌、张新艳等利用m u l t i g e n 建模工具，构建了一个具有丰富纹理和光照的 堆场数据库，其中，运动实体为装卸桥、轮胎式集装箱龙门起重机、拖挂车、集 装箱船和被装卸的集装箱。通过相应的参数设置，生成缺省的视景仿真文件。用 m f c 通过调用v e g a 函数库，引入a d f 文件，实时切换视点，从而对装卸作业过 程进行交互控制，实现起重机装卸作业的仿真【2 9 1 。 李锋运用排队网络理论，对集装箱自动化堆场的装卸系统进行了分析，建立 了相应的数学模型，之后采用w i t n e s s 仿真语言建立了自动化堆场物流系统仿 真模型。该模型可以实时、动态的显示堆场的装卸作业流程、堆场生产能力和机 械作业性能参数【3 0 1 。 田颖辉在其硕士论文中建立了码头设施模型，实现场景的虚拟环境三维模型 5 库。论文中结合外高桥五期集装箱码头的实际情况建立了虚拟仿真模型，使其在 设计阶段便可显示港区功能的布局构成和设备的配置情况，以及码头前沿各个泊 位的生产作业过程等【3 l 】。 李俊，罗呈从企业仓储作业中出入库调度策略的需求出发，利用面向对象建模 理论和f l e x s i m 仿真软件进行入库策略的建模【3 2 】。 汪长飚在其硕士论文中分析了立库的发展阶段以及国内外的研究及应用状况， 并对自动化立体仓库做了深入的分析，建立了拣选路径的数学模型，利用专业仿真 软件e mp l a n t 建立立库的分拣系统模型，并分别对不同的任务单的作业进行了仿 真分析【3 3 】。 李暄、洪怡恬等通过运用f l e x s i m 仿真软件，对配送中心分拣系统进行了建 模、仿真。提出拆零拣货区为复杂多路的分拣系统，需要优化其通道数量和通道 分配，以得到最佳的分拣效率。通过对一个分拣系统平面布局、货物类型的假设， 定义了实体及参数，建立了分拣系统仿真模型。最后分析了仿真结果，提出解决 方案【3 4 】。 舒国云、涂桂禄等在f l e x s i m 基础上，对两种不同工况下的转弯型堆垛机效 率问题进行了研究。论文在假定堆垛机等概率拣取货物的条件下，分别推求了两 种堆垛机的平均单一作业和复合作业循环周期和作业效率的计算公式。利用 f l e x s i m 仿真软件对仓库的作业效率进行了仿真验证，得出所得公式的结论与仿真 结果吻合较好【3 5 】。 高明、周三元根据配送中心分拣过程中，订单并行处理数量与人员分工的不 同，提出了四种分拣策略，并且对每一种策略分别建立了f l e x s i m 模型，在模型 运行的基础上对四种分拣策略的运行效率进行了比较，从而确定了不同情况下最 优的分拣策略【3 6 1 。 1 3 论文研究思路 本文以港口仓储作业过程的优化为目标，以系统工程理论与方法为基础，建 立优化仿真模型，然后运用先进的虚拟仿真技术，将物理模型用三维动画方式表 现出来，对结果进行直观的分析和评价，最终达到优化目的。 如图卜1 所示，本论文具体研究思路为： ( 1 ) 确定研究对象，运用系统工程基本理论与方法，分析港口仓储作业系统。 主要包括港口仓储系统的组成、功能分区、仓储工艺及作业流程、明确论文要达 到的目标，即实现仓储作业过程最优化、运营效率的最大化。 ( 2 ) 仓储物流系统作业过程优化建模，