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作者烩臼:未知

  摘要靶承晶:   为提高件杂货码头作业效率蜂,在对件杂货码头装卸作业进行分析的基础上捌徐帕,借鉴集装箱码头集卡交叉作业工艺模式梳渴侣,提出基于“拖车共享肪,拖板归线”的件杂货水平运输混合作业工艺模式差裁,主要包括岸边交叉作业模式和全场交叉作业模式撂赡。针对全场交叉作业模式伴铝赏,提出“货垛同场+堆场相邻”的拖车交叉作业原则少爆。针对两种混合交叉作业模式切境,提出相应的拖车调度算法蹿死。利用Plant Simulation对传统固定作业模式和两种混合交叉作业模式进行仿真建模羞,并结合实际生产数据进行仿真宽闪。仿真结果表明渤破聘,在减少门机作业等待时间汰、提高门机作业效率方面虱崎访,两种混合交叉作业模式是有效的胖。相比固定作业模式蚂黄敌,岸边交叉作业和全场交叉作业模式下的单船门机装船作业等待时间分别减少1.0%和3.3%饭痊。
  关键词丹孝:
  水路运输; 拖车共享; 件杂货; 水平运输; 混合作业
  中图分类号思琶怒: U691.31
  文献标志码疮鼻说: A
  Abstract慕酬玻:
  To improve the operation efficiency of general cargo terminals疥鲍, based on the analysis of the loading and unloading operation of general cargo terminals熟寡, referring to the container terminal truck crossoperation mode捍, the mode of the general cargo horizontal transportation hybrid operation based on the “truck sharing and trailers fixed to operation line” is proposed. It mainly includes the coast crossoperation mode and the whole crossoperation mode. The principle of truck crossoperation of “stacking in the identical yard and handling among the adjacent yards” is put forward based on the whole crossoperation mode. The truck scheduling algorithms are proposed respectively for two hybrid crossoperation modes. Simulation modeling of the traditional fixed operation mode and two hybrid crossoperation modes are carried out by Plant Simulation沥场参, and the simulation is carried out with the actual production data. The simulation results show that舌裸送, the two hybrid crossoperation modes are effective in reducing the waiting time and improving the operation efficiency of portal cranes. As to the coast crossoperation mode and the whole crossoperation mode猜信达, the portal crane waiting time on loading operation for one ship is respectively reduced by 1.0% and 3.3% compared with the fixed operation mode.
  Key words米筷蠢:
  waterway transportation; truck sharing; general cargo; horizontal transportation; hybrid operation
  0引言
  港口件?s货码头船舶装卸作业线上的机械配置一般如下莆:岸边装卸采用门座式起重机(简称门机);堆场装卸采用轮胎式起重机(简称轮胎吊)或叉式装卸车(简称叉车);水平运输采用拖车(即牵引车)与拖板(即平板半挂车)的组合配置郊参奴。其中逞歇,水平运输主要采用基于循环甩挂的固定作业模式纪,即拖车拖板组合和门机固定配置方式径兜盆,进行船舶装卸作业捶乒。在这种传统作业模式下躬案熔,装卸货类差异遍寥籍、作业堆场距离远近瓣履吝、不同作业环节装卸效率差异等可能导致岸边或堆场装卸机械的闲置等待鄙搞理。一旦船舶装卸作业线的水平运输环节不能及时衔接鹤蠕敢,就会造成岸边机械暂停等待兔缉档,船舶装卸中断俄侣,进而影响船舶装卸效率介。
  对件杂货装卸作业的研究比对港口集装箱和散货装卸作业的研究少秆牛忱,已有研究主要集中在装卸设备配置鲤、作业线建模分析节尚卞、作业仿真分析等方面倒泼诽。薄万明[1]从定性和定量角度分析了件杂货装卸作业系统;李静泉[2]皮、郑斐城[3]客、宓为建等[4]对件杂货码头作业线和整个作业系统的机械配置问题进行了分析;张鹏[5]结合实际生产数据分析了各种机械的装卸效率;董明望等[6]对单一作业机械和单条装卸作业线效率进行了研究纳颊峨,建立了相应的数学模型并对其进行了分析;刘志雄等[7]提出了以拖板为作业单元的装卸作业线建模分析方法;莫之平等[8]基于对件杂货码头装卸工艺成本的调查晃化,提出了分析装卸工艺成本的方法;易应强等[9]结合实际生产数据分析了件杂货码头货场运行情况;樊勇春等[10]从泊位和库场分配角度对件杂货装卸作业能耗优化问题进行了研究;贾智勇等[11]和贺晶晶[12]分别利用Witness和Plant Simulation仿真建模软件对件杂货装卸作业过程进行了仿真建模分析渤沛。有关件杂货装卸作业工艺模式改进的研究还比较少勉诫。目前玻妒恭,针对港口水平运输混合交叉作业的相关研究[1315]主要集中在集装箱装卸作业方面尝许,且研究成果在集装箱码头已经得到应用帝。   件杂货装卸工艺模式的革新和发展一直都是码头运营管理者非常关注的问题荣恃。然而蛔,件杂货码头信息化水平较低里,“信息孤岛”现象较为严重铂幻,装卸作业各环节的信息交流与沟通基本上依赖人工完成肝汝。近年来熬席,无线网络诚睫楞、地理信息系统(geographic information system浆摩快,GIS)淋经、物联网丹燃、移动终端等技术逐步被应用到件杂货码头生产中别俺糜。港口信息化的推广和应用为件杂货装卸作业工艺模式的改进提供了良好的基础和机遇蔽。基于件杂货装卸作业的特点和现状呐估湍,本文借鉴集装箱码头集卡交叉作业工艺模式喂,提出面向水平运输环节的件杂货混合作业工艺模式品糜,探讨水平运输混合交叉作业工艺对件杂货装卸性能的影响和作用捕,为件杂货码头作业工艺模式的改进提供决策支持背妨酷。
  1件杂货码头混合作业工艺分析
  1.1件杂货固定模式装卸作业分析
  在件杂货船舶装卸作业中付软,门机聘、拖车乾雄冻、拖板亩系翱、轮胎吊(或叉车)组成了一条固定的船舶装卸作业线添,如图1中的作业线1或作业线2癸。水平运输作业一般由1辆拖车和3台拖板完成秒钒松,采用循环甩挂方式纲,在岸边与堆场之间完成运输任务称皆。为保证岸边与堆场机械作业的连续性谎风陆,在水平运输甩挂作业中一般要保证岸边和堆场各自都有1台拖板憾,拖车在岸边与堆场之间的往返运行必须带有空载拖板或重载拖板琴。以装船作业为例眠唾,拖车从堆场将重载拖板拖至岸边后胁睹妊,必须将已经或者即将卸载完的空载拖板拖至堆场改。一旦某个货垛作业完毕剁卑兽,拖车就会将空载拖板拖至新的货垛枪。每条作业线上的拖车只固定地服务本作业线附吴堆,不会服务其他作业线斯伙。
  在船舶装卸作业中墓通外,要保证门机作业的连续性就要保证水平运输环节能够与门机作业及时有效地衔接赡函。水平运输环节能否与门机作业有效衔接时,与装卸货物种类吹噶、门机效率肃、堆场机械效率怯欺们、岸边与堆场货垛的距离宏、拖车的运行速度(空载与重载速度)等密切相关爆。
  以装船作业为例分析门机作业等待时间俄扮化。假设一艘船装船作业线有2条(2台门机)狈秤弘。如果不考虑作业中的转场等待时间喀绰,那么装船作业全过程中门机作业等待总时间W可以描述如下花告:
  Tkij=bkijfki肥碍,
  T′kij=bkijf′ki啊,
  Mki=LkiVe+LkiVl
 ∪馗寤 (1)
  Tki(j-1)>Mki碌朔邓,Wkij=Tki(j-1)-Mki
  Tki(j-1)≤Mki疾闪,Wkij=0 (2)
  T′kij>Mki伪撇,W′kij=T′kij-Mki
  T′kij≤Mki溃权,W′kij=0 (3)
  Vkij=Mki+W′kij+Wkij=
  LkiVe+LkiVl+W′kij+Wkij
 ∨洹(4)
  Tki(j-1)>Vkij脆,Wkij=0
  Tki(j-1)≤Vkij覆,Wkij=Vkij-Tki(j-1) (5)
  Wki=skij=1Wkij磺,
  ski=Gkigki (6)
  W=2k=1nki=1Wki=2k=1nki=1skij=1Wkij (7)
  式中形俯笑:k为作业线数量科,k=1及,2;i为每条作业线对应的作业货垛婆,i=1溪,2凑,…杏牢骨,nk;bkij为第k条作业线第i个货垛第j次作业的拖板装载量凡奥,gki为第k条作业线第i个货垛的拖板满载量(拖板的满载量也因货物种类而存在差异[13])弥,即有bkij≤gki;fki为第k条作业线第i个货垛的门机装卸效率朴,f′ki为第k条作业线第i个货垛的堆场机械装卸效率;Tkij为第k条作业线第i个货垛第j次作业的单拖板门机作业时间烩,T′kij为第k条作业线第i个货垛第j次作业的单拖板堆场机械作业时间;Lki为第k条作业线第i个货垛与岸边的距离;Ve为拖车的空载运行速度帮悸散,Vl为拖车重载运行速度;Mki为拖车在岸边与堆场之间往返一次的运输时间臀,Vkij为拖车在岸边与堆场之间往返一次的实际作业时间;Wkij和W′kij分别为拖板在第k条作业线第i个货垛进行第j次作业时拖车在岸边和堆场的等待时间;Gki为第k条作业线第i个货垛的装卸量;ski为第k条作业线第i个货垛的拖车往返次数(即拖板装载次数);Wki为第k条作业线第i个货垛的门机作业等待时间码筷镜。
  当门机前一次作业时间Tki(j-1)大于Mki时舞嚎,拖板在岸边的等待时间为Tki(j-1)-Mki凄剖,否则等待时间为0;当堆场机械作业时间T′kij大于Mki时遍塘戮,拖板在堆场的等待时间为T′kij-Mki斧谎鲍,否则等待时间为0桶鸥。
  当门机前一次作业时间Tki(j-1)大于Vkij时品芭汗,门机的作业等待时间为0枫卷,否则等待时间为Vkij-Tki(j-1)铺。
  综上灸辆耻,作业线上门机垮、拖车和堆场机械的作业等待时间是由货类权阿、货垛位置和机械效率等因素综合决定的剩促,存在不确定性和动态性行。对于同船相邻作业线而言柑,如果能够共享水平运输促,实现水平运输在两条作业线之间的混合交叉作业歪陪,就有可能避免或者减少上述门机或堆场机械等待拖车的情况的发生遂,既可以保证水平运输的有效衔接疏美,又可以提高拖车的利用率逗,从而提高水平运输的效率哭。
  1.2混合作业工艺分析
  混合作业工?主要采用“拖车共享峨,拖板归线”的作业模式切霞馅,即3台拖板在各自作业线内部流转汤猾铝,拖车资源在同船相邻作业线之间共享呻。
  在相邻作业线之间考虑拖车共享氏,主要是为了缩短水平运输时间葡,充分利用拖车资源戈,减少岸边门机和堆场机械的作业等待时间盒猛掳。混合交叉作业需要考虑拖车在作业线之间的运行距离大小辅倾。运行距离过大会导致水平运输时间增加碾,使得门机和堆场机械作业等待时间更长颇。例如姆堪,如果相邻作业线的堆场货垛相距较远惊睡,在堆场实施拖车共享对于水平运输环节是不利的撮搂。因此呕眉倡,本文提出的基于拖车共享的混合作业工艺主要包括岸边交叉作业和全场交叉作业两种模式佳。
  1.2.1岸边交叉作业模式   相邻作业线的两台门机分别针对同艘船的不同舱口进行装卸作业取氏,相隔距离较短惋谐,拖车在两台门机之间交叉作业参玖。堆场拖车只服务当前作业线麻糖频,不考虑交叉作业茶苯坷。
  图2为装船作业的拖车岸边交叉作业模式示意图马枷驴。两条作业线上的拖车从堆场将重拖板拖至岸?时储痊,会根据两条作业线的作业状态动态分配空拖板独林份,以达到拖车岸边共享切。
  1.2.2全场交叉作业模式
  在岸边交叉作业模式的基础上进一步实施堆场拖车作业共享苦,即为全场交叉作业模式豹。
  件杂货堆场一般采用“场―区―位”的三级划分方法廊图,即整个堆场由多个场地组成幂袒,每个场地又可划分为多个区鸿醋磷,一个区划分为多个货位税。具体的货垛根据货物类型拎捌虎、垛型大小等占用一个或多个货位谜奠汕,见图3逢巴仍。相邻作业线的堆场货垛可能位于堆场中的同一个场地卵胜献,也可能分散在不同的场地烹磐绒。
  在堆场拖车交叉作业时免醛冕,为避免拖车运行距离过大斤蜕,采用“货垛同场+堆场相邻”的作业原则劳,即在堆场拖车交叉作业时颓憋,要对两条作业线的作业堆场位置进行判断嫡挥悄。
  对相邻堆场的设定如下添:若某一堆场刚好位于另一堆场的旁边侗赐,则判定两堆场为相邻堆场憋垫。本文将相邻堆场设定为如图4所示的3种结构俊垦,分别表示与堆场A相邻的堆场贯输、与堆场B相邻的堆场和与堆场C相邻的堆场错铝伶。
  基于上述“货垛同场+堆场相邻”的堆场作业原则婪襄和,全场交叉作业模式见图5投。
  在堆场中粹材酪,当一条作业线的堆场机械完成装货作业灌柒,产生重拖板时糠晦掸,若刚好有相邻作业线的拖车在相邻堆场等待重拖板的产生槽交篱,则相邻堆场处于等待状态的拖车便挂上该堆场中处于等待状态的重拖板螺餐隆,前往码头前沿铣。全场交叉作业模式下的岸边作业拖车共享与岸边交叉作业模式下的相同惹械。
  2件杂货码头混合作业工艺仿真建模
  结合传统作业工艺和上述水平运输混合作业工艺立梁,利用Plant Simulation烽澎版,采用模块化设计方法对件
  杂货装卸作业进行仿真建模葡汕撩,仿真流程见图6喊第。
  2.1陆运集港作业
  在仿真模型中欠钙沁,货物集港包含汽车集港和火车集港两种方式幸络。汽车和火车集港时卡即婆,仿真模型调用作业机械椿吴础,建立动态的陆运装卸作业线挪能绣。作业完毕后幢,作业线撤销燎,汽车和火车离港垢狗瞥,机械返回车队谎唤吧。集港作业时雾,堆场数据随着作业进程实时更新潘盆。
  2.2船舶到离港作业
  在仿真模型中锣,船舶进出港遵循先入先出(FIFO)原则丰。结合实际生产数据生成船舶装卸量法鲤,并根据堆场现有货物情况生成船舶装卸货物明细讳熄柿,包括货场分布和货量分布久疽。
  通过连续的装卸船作业捐咸狭,当泊位对应的门机完成所有的作业后疙,堆场机械和拖车返回车队曙耽抄,作业线撤销铣建敢,船舶离港墒。
  2.3船舶装卸作业
  仿真模型采用先卸后装原则峨缓辞,动态调用门机挂辣寒、堆场机械和拖车建立船舶装卸作业线入士。堆场机械根据货类和机械空闲情况刻,随机选择轮胎吊或叉车唇。在装卸作业线建立后码,根据作业线所对应的装卸量和货场分布蓉,依次进行装卸船作业础配。船舶装卸作业时醛替,堆场数据随着作业进程实时更新璃。
  2.4堆场分配
  仿真模型考虑进口和出口双向流程谋,以出口为主烘。堆场分配时进口长俗醒、出口货物独立堆存虽,互不混堆唤绵世。因为进口货物量占比信蓝鹿獭,所以进口货物集中堆放在少量场地上椽盲拌,堆场分配主要考虑出口货物(集港货物)凰贤胳。货物集港时的堆场分配策略如下乡驹涩:分析历史数据得出主要货物比例和周转率以及每种货物的主要货主所占份额蜗俩贯,以此份额来分配每个货主每种货类的堆场区域大小捆虹。
  2.5转场作业
  在本模型中惦,由于装船货物在堆场中分散存放鞠稗,装船作业阶段会出现转场作业盗苇港。转场作业时剑,装卸作业线暂时中断浅碧,当前作业场地的装卸作业线自动撤销森,轮胎吊自动寻址至新作业场地绩施沉,并建立新作业场地的作业线佛。
  2.6拖车调度
  拖车共享交叉作业时附阔,需要结合岸边交叉作业和全场交叉作业模式对拖车实施动态调度免茫纪。岸边和堆场作业时的拖车调度分别见图7和8车导秒。
  3仿真
  3.1仿真数据
  收集并分析天津港某件杂货码头相关生产数据完毖簿,确定如下仿真参数呢究九:主要货类为吞吐量累计占比95%的前14种钢材货物磁莱,汽车集港与火车集港的货物量之比为7∶3始,进口与出口货物量之比为95∶5船蓉烷。汽车舶弥、火车和船舶到港分布根据实际生产数据统计分析得到虑诉。设置6个泊位廷踏,每个泊位设置2台门机掇剑。堆场作业机械共设置40台怠达拎,其中桨膝仍:轮胎吊为主要装卸机械谩戒,覆盖所有装卸货类;叉车配置数量较少库芦,其能装卸的货类数量也有限溪尖。结合现场调研喷慨歧,门机和叉车作业效率统计情况分别见表1和2蜂斗起。
  3.2仿真模型布局
  结合码头实际布局固,布置仿真模型中的堆场场地袭焊、铁路轨道高、码头道路壁捆、泊位等部分沧,仿真模型布局见图9清脯。
  上述仿真模型中的船舶到港规律伯比、船舶载重规律拳、码头货物占比情况落困胃、货物单件质量铅光吐、门机装卸效
  率露镰辖、轮胎吊装卸效率碗荤赎、拖板载货数量等数据均是由码
  头实际调研得到的慷。在仿真模型细节方面冕抱,从模型道路框架的搭建到码头设施设备(包括门机隋、轮胎吊裴拐茫、叉车烘届诧、拖车唬、拖板等)的配置劝,再到码头作业情况(包括码头装卸作业线的限制蜜、装卸作业线的动态建立与撤销疟、拖板上货物按数量进行装卸作业锣耗雇、循环甩挂运输施憋梦、转场作业净沉勘、不同货类的不同作业时间等)的模拟均按照件杂货码头的实际作业情况进行建模灵盗,以求更贴近码头实际生产作业情况赴泪疏。
  3.3仿真结果分析
  在水平运输固定作业模式和两种混合交叉作业模式下进行仿真痪告埠,在仿真软件中设置码头作业时间为360 d净,得到3种作业模式下的仿真结果毯,见表4孩蒂省。表5为在固定作业模式下仿真运行后集港货物分货类统计情况歇俄菠。
  结合表4和5中固定作业模式下的仿真计算结果磊,集港货物中各货类的货物量比例与实际生产统计数据基本吻合波驼般。在集港货物中雀卵静,汽车集港货物总量为6 041 785 t缸,火车集港货物总量为2 691 871 t摧獭鸵,汽车集港与火车集港的货物量之比为2.24呕,与统计数据(7∶3)接近酮童吃。表4中深,固定作业模式下的单船作业转场作业次数逻纷篱、门机作业效率与文献[7厕,12]中根据实际生产估算的数据较为吻合墩横鲤。因此揣欢伦,从仿真数据嘶促、仿真模型细节和仿真结果看喝,上述仿真模型基本实现了对码头作业情况的模拟峡蛇。   从表4中3种作业模式的仿真结果看刃,固定作业模式下的集港货物质量比其他两种混合交叉作业模式下的少速,但出港货物质量比其他两种混合交叉作业模式下的多簿嗡膝,出港船舶数量也比其他两种混合交叉作业模式下的多痉忱探,因此溺蔼,固定作业模式下的在港货物周?D快胆脆羡,堆存期和堆场利用率也比其他两种混合交叉作业模式下的低鸥。从作业效率看闲,3种作业模式下的门机效率和轮胎吊作业效率相差不大剑。在仿真模型中犀轨抢,陆运作业中的汽车和火车集港均不涉及交叉作业帕。由于进口货物数量占比邪骸,并在少数几个场地集中堆放夹绰改,仿真模型中并未涉及卸船作业的交叉作业九,混合交叉作业模式主要涉及装船作业幌。因此漓扯郊,进一步针对装船作业的3种作业模式进行分析建饰。表6为装船作业的仿真结果强碧祈,图10为不同作业模式下门机作业等待时间与装船作业总时间的比值蹬悼。
  表6中苛奸挡,门机装船作业时间为门机的单纯装卸作业时间颓,门机作业效率也是针对门机装船作业时间的单纯作业效率蔑美泪,并未考虑门机作业过程中的等待时间旁燎。门机综合作业效率反映的是门机的实际作业效率绅箍毛。由表6可知豹闯污:固定作业模式下的门机单纯作业效率比混合作业工艺模式下的高瞧踩,说明在固定作业模式下的仿真模型中充雾,门机作业效率高的货类出港数量在出港货物总量中的比例较大(门机单机效率因货类不同而存在差异性);相对应地茂哄圈,该模式下的门机装船作业量也比混合作业模式下的高槽。
  从图10可以看出幸颓:与传统固定作业模式相比撑便斤,两种交叉作业模式下的门机作业等待时间占装船作业总时间比例较兴苹?,门机综合作业效率较高;全场交叉作业模式下的门机作业等待时间占比比岸边交叉作业模式下的低伺,门机综合作业效率较高擞。如果以固定作业模式下的装船货物量和门机装船作业时间为基准甲枚,根据两种混合作业模式下门机装船作业时间与门机作业等待时间的比例折算出相应的装船作业总时间歪牛,可以得到同一基准下3种作业模式的门机综合作业效率拌担,具体见表7回零。
  从表7可知遍溪,混合作业工艺的使用痘供,使得门机综合作业效率有了较为明显的提升尘落。另外单恒,表6中3种作业模式下的单船门机作业平均等待时间分别为39.712 h烤戌、39.034 h和38.414 h九艰,与固定作业模式下的单船门机作业平均等待时间相比尘,岸边交叉作业和全场交叉作业模式下的作业时间分别减少1.0%和3.3%痪嫩技。
  4结束语
  本文在分析了件杂货装卸作业的特点后添金,提出基于拖车共享的件杂货混合交叉作业模式娇嘶乏,并通过仿真建模对传统作业工艺和混合作业工艺进行比较分析泄强分,得出岸边交叉作业模式与全场交叉作业模式在单船门机作业平均等待时间方面优于固定作业模式的结论驴嗽钩,交叉作业模式使得门机等待时间减少扁孺毫,从而提高了门机的作业效率扁缔貌。未来的工作主要包括两个方面凹邦:一方面是在本文模型的基础上韶,增加同船作业的门机数量;另一方面是改进和优化全场交叉作业模式中的相邻堆场结构恢坡赣,进一步对混合作业工艺进行分析睬零。
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