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基于排队网络理论的集装箱码头设备配置优化研究

张莉  
【摘要】: 随着世界经济贸易的全球化带动集装箱货物量的迅速膨胀,我国港口在加入WTO后面临着前所未有的机遇,同时也面临了更大的挑战。 本文以集装箱码头的作业系统为研究对象,基于排队网络理论,利用仿真优化方法,通过对码头前沿的重要设备桥吊,堆场设备和集卡设备的配置等对港口运营效率影响重大的相关问题的探讨,以期能为我国集装箱码头作业的运营实践提供优化方案,提高港口的运营效率。 首先,论文逐一分析了集装箱港口作业中主要资源的特点,码头资源包括泊位、堆场、桥吊、堆场机械、水平运输机械、人力资源、信息资源、能源资源等各方面资源。通过对我国大型集装箱港口——宁波港集装箱码头运营情况的实地调研和对实际数据的统计,本文就到港船长分布情况、装卸箱量分布情况、各船平均单机效率情况、桥吊工作情况、堆场机械及龙门吊工作情况、集卡工作情况等分别进行了分析。统计发现,码头对船只的桥吊的数量配置有较大随意性,码头运营管理中存在着装卸和运输机械工作量分配普遍不均衡,有的机械有利用率过低的现象。 其次,论文第四章对于码头桥吊服务系统的配置问题引入排队理论和仿真方法,分析了桥吊服务系统的重要参数——集卡到达间隔时间和桥吊服务时间的实际统计分布形式,建立了M/M/m排队模型,发现随着桥吊数量的增大,排队系统的性能逐渐变好,桥吊繁忙率降低,排队队长和排队时间降低,系统服务集卡数量增多。模型仿真试验发现桥吊服务系统在桥吊数量变化时存在各指标最优的拐点,而该拐点就是桥吊配置数量的最佳值。研究发现,桥吊服务系统的配置须根据桥吊效率和集卡到达频率的关系确定;在确定桥吊设备数量后,可以通过合理配置和调度集卡,协同实现服务系统的高效率和减少集卡排队和码头前沿堵塞的现象。 在第五章中,论文建立了码头多船服务的并列式排队网络,以更全面研究集装箱码头作业系统,探讨了有限资源模式下多船之间的桥吊均衡分配问题。并建立了具有更好适应性的一般服务时间分布的M/G/1型排队网络模型。同时,针对包含桥吊与龙门吊在内的循环作业系统,首次建立了以集卡为顾客的二级循环排队模型,分析了不同情况下排队系统趋于稳态时的规律,给出码头前沿与堆场设备资源的联合配置优化的决策建议。 最后,论文基于大型集装箱码头实例建立了集装箱码头作业仿真系统,并采用该仿真系统,对码头作业系统中集卡的配置与调度问题进行研究,分析了作业时集卡的配置与船只作业时间的关系,发现集卡的数量须根据装卸的不同时段进行动态调配,集卡车速提高并不一定能加快整船的装卸效率。 本文对今后的研究方向进行了展望,如能根据码头实际情况进一步建立集装箱码头的作业仿真系统,开发嵌入的运营优化决策支持工具,实现与码头的管理信息系统(MIS)结合,可辅助码头运营决策,提高生产效率,降低运营成本。


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