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原文传递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

论文题名：	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
关键词：	集装箱码头;工艺方案设计;标准化图例集;系统建模;系统仿真
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覆盖了集装箱码头生产与物流系统各主要环节，使通用性仿真系统建立在完整的集装箱码头生产和物流系统而不是部分系统或单环节生产和物流系统基础之上。 4)基于集装箱码头运营的特点，在研究仿真建模理论的基础上，创建出一套系统的、完整的、规范化的标准化图例集，作为通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统的建模描述工具。通过高度归纳、抽象该仿真系统的核心元素，使得不同的仿真系统如标准工程图一样被不同的参与者正确理解。这样既可以提供给程序设计人员对程序逻辑进行建模，也可以提供给非程序设计人员对业务过程进行建模。有效地解决了由于离散系统建模的个人风格特点而带来的建模经验积累和继续深化研究方面的困难。随着进一步研究的仿真系统复杂度的增加，多个研究小组异地合作进行并行设计的增加，这种方法会显得越发有意义。此外，建立基于标准化图例集的仿真建模描述工具将为可视化编程奠定基础。 5)构建和实施仿真系统使得仿真建模理论得以实现。通用性集装箱码头装卸工艺方案设计仿真系统主要包括参数输入、模拟运算、结果输出以及模拟计算结果的可视化及时展示四部分；辅助功能包括随机分布拟合、港口场景设计等。在仿真实施系统建立的基础上，选取上海洋山深水港一期集装箱码头作为案例研究对象，研究如何设定输入参数、如何分析输出结果和比选主要机械数量的配比，并获得仿真实验规律。本论文的主要研究结论如下： 1)由于集装箱码头生产和物流系统是一个离散事件动态系统，具有随机性、复杂性和动态性特征，因而通用性建模与仿真的难度较大。尽管如此，通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统仍然是可以实现的。 2)所开发的通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统是仿真建模理论的实现。通过借助仿真系统对案例进行仿真实验，证明所提出的通用性集装箱码头工艺方案设计仿真建模理论的有效性。 3)由于集装箱码头装卸工艺仿真系统的建模描述工具既可以提供给程序设计人员对程序逻辑进行建模，也可以提供给非程序设计人员对业务过程进行建模，因而有效地解决了由于离散系统建模的个人风格特点而带来的建模经验积累和继续深化研究方面的困难。因此具有实际应用价值。 4)本论文的研究成果将为通用性集装箱码头工艺方案设计系统仿真建模提供理论支持和仿真实验平台，利用通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统可为各种集装箱码头工艺方案设计提供决策支持。
作者：	沙梅
专业：	交通运输规划与管理
导师：	真虹
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海海事大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文