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干散货码头系统分合机理及仿真建模方法研究

朱本飞  
【摘要】:经济的快速发展带来对干散货需求量不断增加,同时由于煤炭和矿石等资源分布的不均匀性,形成了目前大宗干散货的跨区域运输局面。干散货码头是干散货水路运输网络中的重要节点,发挥着不可替代的作用。干散货码头是一个涵盖海侧、堆场和陆侧等多个作业环节的物流系统,呈现出多输入、多输出、动态性、非线性等复杂特征。对于干散货码头设计、建设和运营等过程中出现的工程实际问题,依靠传统方法来解决变得越来越困难。对此,论文将系统仿真方法引入到干散货码头物流系统,讨论了干散货码头系统分合机理及其模块化建模方法与应用。论文的工作主要包括两方面:其一,站在复杂系统建模思想体系的层面,提出了一个基于系统分合机理的模块化仿真建模方法,搭建面向干散货码头的仿真子模块库和建模框架库,为模块化建模方法的实现提供了基础。其二,从工程应用角度出发,针对传统方法在解决码头工程问题的局限性,结合所提的基于系统分合机理的建模方法,将改造HLA建模法、分块-集成建模法、MAS建模法等应用到这些工程问题中,以提供可行的定量化解决方案。总的来看,论文的主要研究内容和创新点如下:(1)通过分析码头系统的耦合关系和分合机理,提出了一个基于系统分合机理的模块化仿真建模方法,并开发了子模块库和建模框架库。基于DEVS的层次化模型的构建过程,将DEVS离散事件系统规范中耦合模型的组合过程迁移到干散货码头仿真模型的建立过程中,分析了干散货码头的系统分合机理及其模块化建模方法。它的核心是基于标准化的子模块,以特定的模块组合的方式形成仿真模型。建模框架库和子模块库是基于系统分合机理的建模方法的两大基础。为推动这种建模方法的应用,开发了一个子模块库和一个建模框架库。(2)提出了基于改造HLA建模的散货码头通过能力分析方法。目前码头通过能力的计算往往采用经验公式。它将海侧区域的通过能力直接作为码头的综合通过能力。而事实上码头通过能力受到码头的海侧、堆场、陆侧三个环节的影响。论文结合干散货码头的系统分合机理的成果,将改造HLA建模方法应用到散货码头建模过程中,建立了一个考虑干散货码头全部生产环节的仿真模型。基于流程和规则,通过模拟码头的运营过程来分析码头的通过能力。(3)提出了基于分块-集成建模法的散货码头生产效能评估方法。码头的生产效能受到多种复杂因素的非线性综合影响。目前生产效能评估更多的是基于专家经验的静态评估和事后评估。论文将分块-集成建模法应用到生产效能评估过程中。它通过建立干散货码头全部作业环节的仿真模型,研究生产效能指标与输入因素之间的动态变化关系,实现了生产效能的事前评估和动态评估。(4)提出了基于MAS建模法的水水中转码头设计方案定量化比选方法。以往的方案比选主要依靠工程人员的经验进行定性和静态地比较。论文提出了一种基于MAS建模法的定量化分析评价方法。它以系统分合机理的建模方法为基础,所建立的MAS模型特点是模型体系中既覆盖了码头不同环节的诸多功能性实体Agent,又包括很多管理决策Agent。基于这种综合性MAS的仿真模型分析获得不同方案的生产作业性能,实现对不同设计方案的定量化比选。综上所述,论文通过分析干散货码头装卸工艺系统的分合机理,提出了基于系统分合机理的建模方法。该方法是一种基础性方法,它提供了建模所需的子模块和建模框架。基于系统分合机理的建模法可以与改造的HLA建模、分块-集成建模、MAS建模法等进行结合,作为这些建模方法开发仿真模型的基础。


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