通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统建模与仿真研究

论文摘要

近年来，中国港口集装箱吞吐量增势迅猛。为了满足日益增长的集装箱运输的需要，上海、深圳、广州、宁波等主要沿海城市都在大力兴建和扩建集装箱码头。而集装箱码头工艺方案系统是否合理往往是集装箱码头建设水平的直接体现，因为港口装卸工艺方案的设定影响着未来码头对船舶的服务质量和码头的经营管理水平。因此，如何确定合理的集装箱码头工艺方案意义重大。但由于长期以来集装箱码头工艺方案设计的技术手段存在诸多问题，致使其对集装箱码头工程建设水平造成制约。 目前，集装箱码头工艺方案设计的技术手段主要是采用经验方法和利用非通用性的仿真系统设计工艺方案。前者存在的主要问题是：第一，建立在经验公式指标算法基础上的工艺设计和方案结果计算显得过于随意；第二，由于集装箱码头机械系统的不同组合的多样性，非仿真系统难以提供多样性的方案供备选。后者存在的主要问题是，仿真与建模研究往往以具体港口为背景展开，旨在为这些港口提供解决方案。由于该领域缺少通用性仿真系统，每次开发只能解决一个港口的部分问题，不仅对需求的响应较慢，而且不利于利用仿真系统设计集装箱码头工艺方案的经验积累和规律寻求。 鉴此，本论文围绕基于离散事件动态系统(discrete event dynamic systems，DEDS)的通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统的建模与仿真展开，主要研究通用性集装箱码头工艺方案设计的仿真建模理论及其仿真实现和仿真实验。其中仿真建模理论研究是本论文的核心内容 本论文主要的研究工作如下： 1) 归纳并提出基于DEDS的集装箱码头工艺方案设计仿真系统的实体、事件、活动、进程研究：实体的提出确定了集装箱码头工艺方案设计仿真系统边界内的对象；事件和活动的提出明确了系统内所有事件的类别和数量，以及每一个事件可以驱动的活动类型；进程的提出明确了系统中进程种类，同时展现了每一个进程所包含的事件及活动之间的逻辑关系和时序关系。 2) 提出基于DEDS的通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统建模与仿真的共性抽象研究方法，主要包括：辩识仿真系统建模的关键性问题；通过共性抽象关键性问题建立人为规则；提出提取系统中随机变量的方法以及确定其模型的方法；提出仿真系统参数的设定方法；提出建立基于通用性仿真系统的输出指标及其体系。 3) 在以上共性抽象研究基础上，提出通用性集装箱码头工艺方案设计系统的仿真模型。仿真建模主要是根据集装箱码头生产和物流系统随机发生的离散事件、代表系统中所描述主要对象的实体流以及仿真时间的推进机制，按照集装箱码头的生产及物流运行进程来建立模型。模型包括四个子系统模型：“船舶排队”子系统模型、“装卸船生产”子系统模型、“堆场——道口生产环节”子系统模型、“倒箱作业”子系统模型。四个子系统涉及船舶到达、码头装卸、堆场作业、进出道口集疏运作业各个环

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 问题提出
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 离散事件动态系统建模与仿真
• 1.2.2 国内外集装箱码头生产和物流系统建模与仿真的研究动态
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究的技术路线
• 第二章 通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统建模与仿真的对象与目的
• 2.1 集装箱码头工艺方案系统概述
• 2.2 集装箱码头工艺及其设计的行业规范
• 2.3 集装箱码头工艺方案设计仿真系统的通用性特征分析
• 2.4 通用性集装箱码头工艺方案仿真系统建模与仿真的对象
• 2.5 通用性集装箱码头工艺方案仿真系统建模与仿真的目的
• 2.5.1 确定工艺方案系统
• 2.5.2 确定工艺机械系统的机械数量和配机比例
• 2.5.3 数据分析及规律寻求
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于DEDS的集装箱码头工艺方案设计仿真系统的实体、事件、活动、进程研究
• 3.1 离散事件动态系统的基本要素
• 3.1.1 基于DEDS的集装箱码头工艺方案设计仿真系统
• 3.1.2 离散事件动态系统的基本要素
• 3.2 基本模型与集总模型
• 3.3 基本模型的实体、事件、活动与进程
• 3.3.1 实体
• 3.3.2 事件、活动与进程
• 3.3.3 “码头生产系统”事件、活动与进程的相互关系
• 3.3.4 “码头生产系统”基本模型构造的复杂性
• 3.4 集总模型的实体、事件、活动与进程
• 3.4.1 集总模型的事件、活动与进程的重构
• 3.4.2 事件、活动与进程相互关系
• 3.5 仿真子系统的实体、事件、活动与进程
• 3.5.1 “进程”的合并
• 3.5.2 “进程”的封装与“仿真子系统”的构建
• 3.6 本章小结
• 第四章 通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统的共性抽象研究
• 4.1 建模关键性问题的共性抽象及人为规则研究
• 4.1.1 建模关键性问题的辩识
• 4.1.2 机械效率的计算方法
• 4.1.3 机械及工艺系统的共性提取方法
• 4.1.4 堆场阻塞问题的处理方法
• 4.1.5 生产线生产能力的确定方法
• 4.2 系统随机变量提取及随机变量模型确定方法
• 4.2.1 系统主要随机变量
• 4.2.2 系统随机变量的分布类型假定
• 4.2.3 系统随机变量的拟合算法
• 4.3 通用性仿真系统的主要参数设定
• 4.3.1 主要参数组成
• 4.3.2 主要参数与通用性仿真系统之间的对应关系
• 4.4 基于通用性仿真系统的输出指标体系研究
• 4.4.1 经验公式及其存在问题
• 4.4.2 基于通用性仿真系统的输出指标
• 4.5 本章小结
• 第五章 通用性集装箱码头工艺方案设计仿真模型研究
• 5.1 通用性集装箱码头工艺方案设计仿真模型的特征
• 5.1.1 通用性
• 5.1.2 一体化
• 5.1.3 封装性与关联性
• 5.1.4 输入、输出变量相互映射
• 5.1.5 以流程图形式表达仿真模型
• 5.2 “船舶排队”子系统模型构建
• 5.3 “装卸船生产”子系统模型构建
• 5.3.1 “装卸船生产”系统总体模型构建
• 5.3.2 “泊位及装卸桥资源配置”模型构建
• 5.3.3 “装卸桥作业”模型构建
• 5.3.4 “水平搬运作业”模型构建
• 5.3.5 “堆场作业”模型构建
• 5.3.6 “为装卸船服务的瓶颈处理”模型构建
• 5.4 “堆场——道口生产环节”子系统模型构建
• 5.4.1 “堆存策略驱动的集疏运作业”模型构建
• 5.4.2 “基于道口效率的集疏运作业”及“堆场—道口”瓶颈处理模型构建
• 5.5 “倒箱作业”子系统模型构建
• 5.5.1 “卸船——疏运出堆场”倒箱作业模型构建
• 5.5.2 “集运入堆场——装船”倒箱作业模型构建
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于标准化图例集的通用性集装箱码头工艺方案设计仿真建模描述工具研究
• 6.1 标准化图例集
• 6.1.1 标准及标准化
• 6.1.2 标准化图例集及其应用
• 6.2 利用标准化图例集描述通用性集装箱码头工艺方案设计仿真建模的意义
• 6.3 通用性集装箱码头工艺方案设计仿真建模的标准化图例集设计
• 6.3.1 标准化图例集的标准化设计思想
• 6.3.2 基于建模思想的逻辑元素标准化图例集设计
• 6.3.3 基于仿真系统实体的实体元素标准化图例集设计
• 6.4 构建“建模描述图”描述仿真建模
• 6.4.1 集中描述各种工艺系统运作在所有实验框架下的仿真建模
• 6.4.2 分别描述各种工艺系统运作在某一实验框架下的仿真建模
• 6.5 本章小结
• 第七章 仿真系统构建、实施与案例研究
• 7.1 仿真系统的构建与实施
• 7.1.1 仿真系统整体设计
• 7.1.2 仿真实施系统框架结构
• 7.1.3 仿真系统实施
• 7.1.4 利用通用性仿真系统设计集装箱码头工艺方案的步骤与方法
• 7.2 案例研究
• 7.2.1 案例选取
• 7.2.2 输入参数值的确定
• 7.2.4 输出数据分析
• 7.2.5 仿真实验结论
• 7.3 仿真模型确认
• 7.4 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 主要研究成果
• 8.1.2 创新点
• 8.2 进一步研究的方向
• 博士就读期间参与的课题
• 博士就读期间发表的论文
• 参考文献
• 致谢
• 附录