1、11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8基于Flexsim的湛江港化肥装卸工艺流程研究 邵薪润 郑禹 周妍 周梅杰 梁振聪 刘新亮 广东海洋大学船舶与海运学院 通讯作者：刘新亮 摘 要：现代技术的快速发展使港口装卸工艺得到了迅猛发展，智能化设备成为港口发展的方向，传统港口与新建港口之间的差距也随之加大。对港口装卸工艺进行改进优化成为传统港口企业节约经营成本、提升市场竞争力的主要发展方向。本文以湛江港霞山港区通用码头的化肥装卸工艺为研究对象，针对码头存在的装卸效率不高、设备老旧等问题，以降本增效为目标，基于虚拟仿真软件，提出港口作业中的改进方案
2、。根据湛江港的港区布局、港口设备、泊位条件等实际情况，利用Flexsim构建了化肥装卸工艺流程模型，确定在不同吞吐量条件下的装卸设备的效率，并通过反复运行分析和数据导出求解得到优化结果，为湛江港化肥装卸工艺提供优化方案，具有一定的参考价值。关键词：化肥装卸工艺；件杂货；Flexsim随着我国经济的快速发展,进出口量的不断增加,我国港口建设规模逐年增加,传统港口升级改造也迫在眉睫,智能化、大型化的装卸机械设备在新建港口中得到大规模应用。在大型散货机械设备研制方面,我国技术提升,逐步成为国内港口设备的主流,并通过本身优异的性能使得它为世界各国所认可,且使用范围广,这一现状,无疑极大增强了国产大型设
3、备在国际上的地位,并产生了大量的经济效益。散货型设备的特点逐步多样化,在满足各种港口环境需要的条件下,要与客户所要设计规范配套。虽然当前海港大宗货运机械高速发展,不过,今后仍有很大成长空间,必须继续推动工艺的革新和提高。推动我国海港大宗货运机械研发的发展,对海港装备的继续开发,海港装备工艺流程效率改善等领域也有着重要的作用。在国内外对进口原材料需求日益增加的大环境下,对新的海港吞吐能力提出了越来越现实的要求,在当前对我国进行的巨大投资中,为保障海港可持续性发展,必须通过政府投资去促使原料的需求量不断提高。特别是在改革开放后,虽然我国海港开发速度逐渐提高,但基建与发达国家比较,仍停留在一种相对低
4、的发展阶段。但伴随着国内外大宗运输机械制造的逐渐成长,在新时代,港口在大型干散货及机械市场上得到了更为广泛的发展空间,机械的设计、生产、装配等流程以及售后服务环节质量明显改善,也推动了知识产权自主和逐渐走向体系化1。尽管当前中国港口散货机械工业尽管已经达到相对高的水平,但是,其发展历程不长,机械工业在技术、功能等方面都有必要进行革新,未来主要向大型化发展、并以节能环保为目标,这样必须考虑自动化与信息化的关系。通过运用不同装卸机械搭配使用和运用新型的港口装卸机械,提高港口装卸工艺流程的装卸效率,在提高新时期港口的吞吐能力方面,具有十分重要的实际意义。1.基于Flexsim的湛江港化肥装卸工艺流程
5、确定仿真模型实体上述场景的Flexsim模型主要包括二个部分,第一部分为化肥船进港搬运操作过程,另外一部分为散货船驻泊搬运化肥过程。Flexsim中的主要实体与作业现场要素关系如表1所示。为了减少实际操作流的复杂性,此次装卸模拟实验只观察一艘船在一个特殊港口泊位的装卸。在Flexsim中,发生器表示在仓库中等待处理的货物,临时实体分别表示不同形式的化肥,任务执行器表示水平搬运机械,暂存区表示化肥储存,吸收器则表示临时实体的散货船。2.基于Flexsim的湛江港化肥装卸工艺流程建立各实体间的逻辑关系仿真系统的驱动机制是任务序列规则。在港口水平和垂直运输的操作流程中,尤其针对该散货港口来说,单艘船
6、只的装卸通常要求三台门机一起操作。当化肥被运出仓库时,系统就会指定水平运输车将其运送,珠江水运 2023 0273DOI:10.14125/ki.zjsy.2023.02.01211mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8料临时进行运送。在临时实体流中向下一个口发送的模式被设定为随机接口,也就是货物由任一可使用的自卸车或者平板车转运操作,由任一可用门机执行装船操作,通过建立数学模型和算法实现对该问题求解。按照“创建触发”中各种比例设定暂时实体类型,“离开触发”按暂时实体类型的差异,设定了对应的颜色,加以区别。使得可以通过建立堆场与散货船之间的关系
7、,利用堆场内的相而此时的任务分配器中将有部分自卸式卡车和平板车从码头前沿、原料堆场和仓库的中间运送。执行任务时除仓库以及码头的前沿作业区中的暂存区,与任务分配器的连线都是没有方向的以外,剩下的逻辑线路是有走向的,这个走向也就是化肥流向。反映于Flexsim的逻辑关系见表2。3.设置机械设备的工作参数3.1设置机械设备的工作参数船舶装卸及化肥散货情况说明船舶到达时间是指根据港口模型制定出的港口船舶的装卸和作业的规划时间表,在港口模型中,所谓“数量”就是指港口船舶到达时所需要的装载的化肥数量2。一个临时的实体可以指代250t的化肥散货；通过建立化肥临时的实体流与货物流这条流动渠道,把每袋化肥都分配
8、在一个相应的流动的方向点上,并分别在沿该流动的方向点作为一个出口端来对这些肥对象Flexsim中的实体数量实际意义仓库发生器3在仓库进行装卸作业斗机装货区暂存区3仓库斗机装车叉车装货区暂存区3仓库叉车装车前沿作业区暂存区1在作业区进行装卸作业袋装化肥堆场暂存区1散装化肥堆场暂存区1平板车任务执行器3自卸车任务执行器3门机机器人3散货船吸收器1门机装船作业表1 装卸设计的对象与Flexsim实体的对应关系表2 Flexsim模型工作逻辑表发送者接收者发送条件实际意义1仓库斗机装货区/叉车装货区化肥等待装车区分散装化肥和袋装化肥2斗机装货区散装化肥堆场前沿堆场容量已达最大值将散装化肥存放在堆场3叉
9、车装货区袋装化肥堆场前沿堆场容量已达最大值将袋装化肥存放在堆场4散装化肥堆场/袋装化肥堆场前沿作业区前沿堆场已经空余便于门机进行装船作业5门机化肥在前沿作业区进行装船作业6自卸车在斗机装货区与散装化肥堆场直接进行水平运输7平板车在叉车装货区与袋装化肥堆场直接进行水平运输74学术ACADEMIC11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8关信息对散货运输过程中可能出现的情况进行分析和预测。各个种类的装船化肥表示：60%是散装化肥,以红色表示；40%是袋装化肥,以绿色来表示。3.2门机相关参数装 船 的 时 间 在 门 机 装 载二千二百五十吨的时候
10、,时间设定为60s（可以根据设备具体实际情况进行合理的设置或者设置为服从于某一特定的函数分布）。3.3水平搬运参数1）分配器参数调整。在实际中的港口装卸作业中,门机的作业中通常要求一个一定数量的自卸车和平板车来进行水平装卸,所以从堆场至港口前沿的水平装卸需要分配器指派作业所需要数量的自卸车和平板车。2）建立水平运输机械。设定一台水平可移动的机械设备的设计最高车速一般为大于2m/s,加速度最大为大于1m/s,减速最大为大于1m/s,加载工作时间和卸载工作时间均可选择按照该设备的实际的工作状况进行合理的选择,也都可以任意选择并遵循其中某种函数的分布;自卸车和平板车的平均装载时间和平均卸载时间分别服
11、从一个正态随机分布函数Normal(8,2,0),其中,第1个参数为正态随机分布平均值,参数2是正态分布标准差,第三个参数是随机数（通常取值为0）。3.4交通运输节点,堆场和仓库参数设定1）不同种类化肥分区域 堆 放于堆场,在Flexsim环境下,通过建立临时实体流,依据返回值的item.Type,选择输出端口,从而完成分类存放。2）堆场的最大容量设为100,装卸2250t化肥的作业时间设置为60s。仓库的最大容量设为200,装卸250t化肥的作业时间设置为6s到10s。3）在暂存区之间设置适当的交通运输节点,模拟实际情况中自卸的运输过程,同时将部分节点之间设置为单向程。以上参数设置以外的参数
12、使用系统默认值进行设置。仿真模型在运行前和运行后的运行状态见图2。4.确认仿真优化结果仿真结果的导出主要分为二种方法,一类既是即时在线的结果输出,可以作为阶段性的模拟结果。另一个方法是当模拟完成后,再统一输出每个输出变量的数值。通过多次模拟操作后,便能够对整个化肥装卸工艺流程中所涉及的各要素的模拟结果,加以统一输出与评估。4.1不同化肥装船量条件下的设备利用率通过改变发生器内临时实体数量设定化肥装船量的差异,并在其他各种机械设备参数相同的条件下,将化图1 化肥装卸工艺流程图图2 Flexsim自带实体建模图珠江水运 2023 027511mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17m
13、m9mm标题4mm4mm署名 8以,当该港口的每日化肥装船货物总量在1500t以上至25000t以下时可使各机械效率指标最优。4.2不同自卸车和平板车数量条件下设备利用率Flexsim的Dashboard模块可肥装船量设置为10万吨、15万吨、25万吨、30万吨,观察自卸车与平板车作业情况,其最后作业结果见表3。由表3可知,肥料处理时间随着到港口化肥数量增长而逐步减少。当化肥装船量为15000t到25000t时,港口各装卸搬运设备利用率较高；当化肥装船量为15000t以下或25000t以上时,因化肥装船时间太短或数量过多导致了港口作业瓶颈,从而导致各机械的产能利用率增幅显著下降,或发生了小幅下
14、降的状况。所表3 不同装载量下水平运输工具的工作效率图3 基于港口布局的Flexsim建模运行过程表4 不同数量水平运输工具的工作情况化肥装船量100000t150000t250000t300000t门机平均闲置率6.36%4.133%2.49%2.075%自卸车平均闲置率8.676%5.892%9.372%9.493%平板车平均闲置率1.736%1.1316%0.676%0.5656%自卸车数量和平板车总数量自卸车和平板车总的工作距离自卸车和平板车的平均工作距离自卸车和平板车总的装卸的临时实体数量自卸车和平板车的平均装卸的临时实体数量44871712179.25661165.25668132
15、11355.3925154.168788149851.75970121.2510849928499.29709776学术ACADEMIC11mm17mm9mm标题4mm4mm署名 811mm17mm9mm标题4mm4mm署名 8参考文献：1徐卫兵.港口散货机械设备的发展趋势及关键技术J.设备管理与维修,2018(24):3.2张程,乐婉.基于Flexsim的集装箱码头装卸仿真J.水运管理,2018,40(8):5.能化平台,増设现代化的设施不仅可以提高港口的运行效率,更是减小了港口管理的难度,一定程度上将优化湛江港的工作和服务水平。以在仿真运行过程中实时地显示每个实体在每一时间内的变化,其中包
16、括空闲时间,工作时间和空返时间。从而可计算某一化肥装载量时载具的平均工作效率,以便对整个系统进行考核。从运行图中同样可发现货物堆积的现象存在于系统暂存区中,这表明这里的系统已经遭遇瓶颈,应进行优化。控制化肥装载量为242500t时,选择合理的设备配置数量情况见表4。门机之利用率随车辆配置次数的增加有上升之趋势,但是车辆总数增加至6台后利用率并没有显著改变。对门机而言,随着配置车辆数量增加,其利用率呈先升后降趋势,门机1利用率在配6台水平运输车时达到最高。门机2、门机3利用率在配置8台水平运输车时达到最高。由于在配置八台自卸车时,门机2和门机3利用率和最高利用率相近,但这时其他机械能达到很高利用率,所以配置6台自卸车是比较合理的。通过Flexsim的导出数据设置门机,自卸车和平板车工作路径后,减少了作业中路径不合理的情况,提升了装卸效率,有利于提高码头整体的工作能力,同时也减少了维护成本。5.结论本论文将我国港口的件杂货装卸工艺作为研究对象,构建了港口件杂货装卸作业工作模型。借助专业物流仿真软件,进一步构建化肥装卸全过程的系统仿真模型,经过多次系统仿真操作并输出结果,完成可视化模拟与测试
