07届工科学生毕业论文文献综述(范文)

毕业设计（论文）文献综述

课题名称：集装箱自动化堆场物流系统仿真与分析

学 院：

专 业： 电气工程及其自动化

年 级：

指导教师： 学生姓名： 学 号： 起迄日期：____ 2009.11.15_--2009.12.15__

2009年 12月 15 日

集装箱自动化堆场物流系统仿真与分析

错误！未指定书签。1、前言

码头堆场是水陆集装箱的集散中转地，是连结码头前沿和后方大门的纽带，是整个码头物流系统连续、高效运行的保障，堆场的建设与管理是码头生产的重要环节。建设自动化码头，将最大限度的提高堆场和码头的作业效率，减少人为差错，缩短船舶在港停留时间，加大港口码头的通过能力和服务水平，最大限度的保障工人的安全和降低运营成本，为港口带来新的效益。因此，实现自动化堆场是现代集装箱港口装卸技术发展的必然趋势。

排队网络理论：集装箱自动化堆场的生产作业是一类典型的离散事件动态系统。排队网络方法的特点是，可以考虑实际DEDS问题中不可避免的随机因素，并且从统计平均的角度来分析DEDS的过程性能，属于在统计性能层次上研究DEDS的建模与主要分析方法之一。

Witness仿真软件，是一款由英国Lanner Group公司开发的数值仿真软件，采用面向对象方法建模，主要用于物流系统规划与仿真、人力资源规划、邮政系统规划、资产投资评估、生产计划与调度优化等领域。Witness仿真软件具有用户界面友好、模型单元丰富、交互式面向对象建模、工程友好性强、执行策略灵活、实时动画显示、输入输出方式灵活、模型柔性好、提供软件间的数据接口、模块化建模、统计性能参数动态显示等优点。

2、发展现状

随着世界经济的一体化，我国与世界各国贸易持续发展，集装箱港口吞吐量不断高速增长，这对集装箱港口装卸工艺和装卸技术装备提出了更新更高的要求，给码头的规划和管理带来了前所未有的挑战。如何利用码头有限的资源设施，高效地实现港口装卸作业，已经是码头建设者和管理者所面临的一个重大课题。

作为国际运输链与物流供应链的重要环节，集装箱运输在现代物流业的发展中起着不可替代的作用，一些发达国家甚至将其作为体现本国物流综合竞争力的重要标志。集装箱运输业不仅是国民经济的基础，同时也为国内外经济、贸易的发展做出了巨大的贡献。经济的全球化、跨国经营和现代信息技术的发展推动着国际集装箱与现代物流进一步融合发展[01]。进入全球物流时代以后，现代集装箱码头已从传统的装卸运输中心(装卸十储存+转运)发展成为配送中心(装卸十储存+转运十拆装箱+仓储管理十信息处理)，或进一步发展为如今的综合物流中心。现在的集装箱码头已经成为一个集商品流、资金流、技术流、信息流于一体的物

[02]流中心。

作为集装箱运输的枢纽—衔接水运和陆运的集装箱码头，在集装箱运输业中发挥着极其重要的作用。码头堆场是水陆集装箱的集散中转地，是连结码头前沿和后方大门的纽带，是整个码头物流系统连续、高效运行的保障，堆场的建设与

管理是码头生产的重要环节。随着生物、信息计算机网络、传感测试、EDI(电子数据交换Electronic Data Interchange) , GPS(全球定位系统Global PositionSystem), PDS(集装箱箱位检测系统Position Detection System), AGSS(轮胎吊自RM11偏系统Automated Guided Sling System)等现代高新技术和AGV(自动导引小车Automated Guided Vehicle) , ASC(自动堆跺起重机Automated Stowed Crane),OBC(高架桥式起重机Overhead Bridge Crane)等自动化机械设备在港口中的大量应用，装卸生产系统向大型化、高速化、自动化、数字化、信息化方向发展，码头规模越来越大，效率越来越高，吞吐量越来越大

[03]。因此，实现自动化堆场是现代集装箱港口装卸技术发展的必然趋势。

自动化、信息化和智能化集装箱堆场已经成为现代化国际枢纽港发展的必然趋势,正得到世界各大港口的重视。世界一些著名港口纷纷投资采用新型的自动化设备,建设集装箱自动化堆场,甚至全自动化集装箱码头。

早在上个世纪80年代中期,在劳动力成本昂贵和熟练劳动力匮乏的地区,自动化运转集装箱码头首先受到关注。英国泰晤士港、日本川崎港以及荷兰鹿特丹港纷纷规划建设自动化运转的集装箱码头。泰晤士港和川崎港自动化运转集装箱码头均计划采用分阶段建设的方法实施,但是由于后续的自动化设备开发的财政资助发生变化而搁浅。1993年全球第一个自动化运转集装箱码头———荷兰鹿特丹港ECT码头Delta Sealand建成投产,实践证明其自动化运转的集装箱码头建设达到了预期的目标。之后,ECT又分别于1997年和2000年建成了自动化运转码头Delta Dedi-cated(DDE)和DeltaDedicatedWest(DDW)。2002年德国汉堡Altenwerder自动化运转码头也建成投产[04]。

发展自动化堆场甚至是自动化码头，将最大限度的提高堆场和码头的作业效率，减少人为差错，缩短船舶在港停留时间，加大港口码头的通过能力和服务水平，最大限度的保障工人的安全和降低运营成本，为港口带来新的效益。而且建设自动化堆场和码头，可以很好的展示港口自身的开拓精神，带来良好的广告效益，树立港口的光辉形象，这又无疑为港口增添了一笔无形资产。各国的决策者们认为，当今的装卸自动化、管理信息化已成为影响港口装卸效率和通过能力的两大因素。 [05]

3、码头堆场装卸设备

堆场作业主要采用自动化轨道式或者轮胎式龙门起重机。自动化轨道式龙门起重机技术己发展成熟，现有的集装箱自动化码头均采用了这种设备。根据各自动化码头的装卸工艺出现了多种类型的轨道吊，例如在荷兰的鹿特丹ECT码头采用自动堆跺起重机(ASC)和自动导引小车(AGV)联合作业:采用AGV和自动化轨道式龙门起重机(RMG)或高架桥式起重机(OBC)协同实现码头自动化的技术;我国的上海港采用振华港机最新研制的高大跨的和低小跨的2台轨道吊(RailMounted Gantry Crane,RMGC)配合使用，交叉作业。轮胎式龙门起重机的自动化程度也得到了不断提高，如英国Morris Mechanical Handling公司开发了先进的轮胎式龙门起重机自动转向系统，可以提高龙门起重机机械性能，增加操作灵活性

[06];Sandersorl Logistics公司开发的集装箱定位系统(Dock Watch)以及Kalmar公司开发的轮胎式龙门起重机自动操作和集装箱定位系统(SMARTRAIL)等，均提高了轮胎式龙门起重机的自动化操作程度[07]。此外，Mitsui Engineering

&Shipbuilding公司声称已经开发出全自动的轮胎式龙门起重机，1996年就开始在日木Shimizu码头进行试验。该机采用箱垛断面检测装置、防碰装置、堆垛导引系统、底盘车位置检测装置、自动位置指示装置、无线天线、底盘车位置指示信号以及基于陀螺自动导引系统等一系列特殊设备，保证其与AGV能够协同工作于集装箱自动化码头。 [08]

4、排队网络理论

排队网络方法在离散事件动态系统(DEDS)的建模与分析方法中，是形成较早和应用较广的方法之一。排队网络方法的特点是，可以考虑实际DEDS问题中不可避免的随机因素，并且从统计平均的角度来分析DEDS的过程性能，属于在统计性能层次上研究DEDS的建模与主要分析方法之一[9]。

集装箱自动化堆场的生产作业是一类典型的离散事件动态系统[10]。在集装箱堆场设计中，首先要根据运量来确定箱区数、箱区作业能力等建设规模参数。箱区数、箱区通过能力、设备配置却受制于诸多因素，其中最关键的问题是如何保持港口物流系统的顺畅运行，这就要看堆场规模和能力确定是否合理，排队网络理论能够为解决这类问题提供科学依据和手段。

排队网络是由若干个服务中心按一定的网络结构所组成的一个系统。服务中心由顾客和服务台所构成，通常一个服务中心拥有一个或多个服务台，服务中心按某种约定的顺序规则，依次对到来的顾客提供服务，顾客则按一定的统计规律进入某个服务中心，等待并接受服务。在一个服务中心接受完服务的顾客，再以一定的统计规律，转移到另一个服务中心继续接受服务。按此过程，直至接受完成全部所需要的服务后，顾客离开网络。在排队网络中，“顾客”和“服务中心”已经抽掉了具体实体含义的一般性术语，对于不同的实体系统有着不同的含义。例如，在集装箱堆场的模拟系统中顾客和服务中心对应地表示为“等待作业的集卡”和“堆场前沿集装箱装卸点”，而服务则指的是堆场机械对集卡的装卸作业。

在集装箱堆场排队系统中，要研究的主要内容是:集卡排队的系统模型、集卡排队系统概率规律及最优化问题。在集卡到、离堆场装卸服务这一系统中，要进行分析研究，首先要判断该系统符合哪种数学模型，根据模型进一步研究其概率的稳态规律性及系统性运行指标，如集卡排队队长分布、等待时间分布、堆场装卸服务“忙期”分布，最终能得出静态最优化问题的求解，即合理的堆场能力的确定，堆场机械设备的合理配备和合理的调度方式的确定等问题[11]。

5、自动化堆场仿真

计算机仿真是借助于计算机手段对被研究的系统状态在一系列离散时间点上的变化规律进行模仿，并采用数字和动画图形方式记录状态变化的一种研究问

题的方法。计算机动态图形仿真就是构造出一个离散事件系统的“动画模型”来形象地模仿实际系统内所发生的运动过程。这种方式不仅对观测改变系统某些参数所产生的结果有用，而且对建模和仿真调试阶段也具有十分重要的作用。近年来，计算机动画模拟技术以其相对于数值模拟在系统动态描述、可视干涉、模拟真实感、模拟可靠性、模拟结果检验和确认中具有的明显优势，而在港口码头系统模拟方面获得较多的应用[12]。

WITNESS提供了一系列用于构造系统仿真模型的基本单元，这些基本单元可分为两类:物理单元和逻辑单元。物理单元用于描述实际存在的工具、设备等;逻辑单元用于表示模型中的概念性、逻辑性方面的关系。

WITNESS的主要特点是[13][14]

1)交互式面向对象的建模环境。将对象的图形与逻辑关系集成在一起。在模型建立的任何时刻，允许对某些单元进行修改和定义。修改完毕，模型将继续运行，不需要重新返回到仿真的初始时刻。

2)灵活的执行策略。允许通过交互界面定义各种系统执行的策略。如排队优先级、物料发送规则等，优先级层次不限。软件提供了14种基本的输入和输出规则，且允许规则间相互组合。

3)工程友好性强。WITNESS所提供的物理单元，充分考虑了可能遇到的各种工程实际需要。例如，对机器单元，提供加工周期、维修时间、操作工数量、工班等。机器类型有单件加工型、装配型、批量加工型、分离加工型等。

4)实时的彩色动画显示。系统逻辑单元建立的同时，可以建立相应的彩色图形模型，并显示在屏幕上。模型运行过程中可实时地动画显示出系统的运行过程，从而辅助建模和系统分析。

5)灵活的输入、输出方式。除了菜单引导下的输入方式和报表、曲线图、饼图和直方图四种方式实时输出外，还可以与写字板、ExceI等其他应用软件相连，相互配合使用。例如，利用这些软件进行数据输入和实时的输出，便于仿真分析。甚至可以利用VisualBasic来建立自己的用户界面。

6)丰富的模型单元。WITNESS提供了丰富的模型单元(11种物理单元，11种逻辑单元)。可以组成各种复杂的系统模型，从而可适应多种系统仿真的需要。

7)柔性。现实的码头作业不只由集装箱、道路、车子、起重机、起动时间、循环时间和维修时间来决定，码头决策者常需要采用一些特殊的策略。如，选择路径，批量分配，交通流平衡，劳力节省，采用新的作业模式和缩小集装箱堆存期等。WITNESS强大的功能使它能贴切地模拟这些变化。

8) OL〔自动服务(一种相关软件间数据共享的机制).允许WITNESS充当OLE自动服务器，从而被其它应用程序控制，如微软的VB和Excel.

9)子模型。整个WITNESS模型可以由许多不同人员开发的子模型组建而成，从而大大加快复杂模型的构造速度。

错误！未指定书签。6、小结

本文规划了集装箱自动化堆场物流系统的整体布局、机械配臂和作业规则。在理论分析的基础上，将排队网络理论应用于集装箱堆场排队系统中，并通过利用专业仿真软件WITNESS，对集装箱自动化堆场建立了计算机仿真模型，实时动态地显示了集装箱自动化堆场物流系统的运作流程，分析了自动化堆场机械匹配作业的协调性、机械的合理配置、堆场机械作业策略优化等问题，

为码头管理者提供了决策依据。

错误！未指定书签。7、参考文献

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