【文章內(nèi)容簡介】 如上面提到的加拿大的Sandwell Inc，香港的China Light amp。 Power公司，荷蘭的Tebodin Consultants amp。 Engineers，德國Institute of Shipping Economics and Logistics外，還有美國的Jordan Woodman Dobson公司、意大利的Sistemie Telematica公司等。近年來，對模擬模型開發(fā)的需求在增加；模擬模型開發(fā)的要求在提高，應(yīng)用兩維或者是三維動畫模擬模型即視景仿真模擬技術(shù)呈發(fā)展趨勢；應(yīng)用于港口碼頭營運管理方面的模擬模型所占的比例越來越大[5]從國外公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，計算機(jī)模擬技術(shù)在港口仿真中的應(yīng)用大致可以分為以下幾類:1)用排隊理論和遺傳算法對船舶的到港情況進(jìn)行模擬分析，從而為港口的投資提供決策依據(jù)，并討論泊位動態(tài)分配對港口工作效率影響[18,19,20]。2)對到港船舶的裝、卸箱過程進(jìn)行了仿真模擬，研究了岸邊集裝箱起重機(jī)調(diào)度問題，同時通過模擬幫助制定了堆場集裝箱堆放計劃以減少翻箱率[21,22]。對集裝箱的卸船進(jìn)堆場和出口裝船進(jìn)行模擬，對堆場內(nèi)的交通情況進(jìn)行分析，討論了港口交通工具配置問題以及自動化小車的應(yīng)用問題[23,24,25]。3)對港口(特別是集裝箱港口)在堆場內(nèi)的堆放情況進(jìn)行模擬，分析了對于進(jìn)口箱和出口箱的處理策略問題，主要討論了集裝箱在堆場內(nèi)的堆放策略以提高堆場的利用率的問題[10,26,27]4)對集裝箱港口進(jìn)行模擬分析，討論了在新的作業(yè)方法或者管理模式下集裝箱港口通過能力的問題；為集裝箱港口的一些計劃的制定提供決策支持；對集裝箱在港口內(nèi)部的運輸過程進(jìn)行合理物流規(guī)劃；對港口的作業(yè)流程的優(yōu)化以及港口設(shè)備的合理計劃；通過模擬對新港口的管理方法進(jìn)行分析等[28,29,30,31] 國內(nèi)計算機(jī)仿真模擬技術(shù)在港口碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)方面的應(yīng)用研究現(xiàn)狀港口碼頭系統(tǒng)計算機(jī)仿真模擬技術(shù)早就被引進(jìn)介紹到國內(nèi)。從公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，目前。作者從閱讀的大量的文獻(xiàn)中，從港口的建模仿真技術(shù)和港口仿真的應(yīng)用層面上大致可以做出以下的關(guān)于港口生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真的歸納：一、仿真建模方法在建立仿真模型前，做系統(tǒng)的實體及屬性分析，活動分析，模型指標(biāo)分析，模型的輸人、輸出分析以及仿真模型方法選定分析，通過如上分析確定各組成要素以及表征這些要素的狀態(tài)變量和參數(shù)之間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造仿真模型。港口仿真系統(tǒng)是典型的離散事件系統(tǒng)，對港口系統(tǒng)進(jìn)行仿真，建立可信的系統(tǒng)模型是最重要的前提。概括地講，這些建模方法可分為兩大類:形式化建模技術(shù)和非形式化建模技術(shù)。離散事件系統(tǒng)的形式化建模。所謂形式化建模技術(shù)是只采用大量的數(shù)學(xué)工具，通過狀態(tài)方程對系統(tǒng)進(jìn)行描述和分析，包括:(1)循環(huán)排隊網(wǎng)絡(luò)法。通過排隊網(wǎng)絡(luò)模型，可以分析港口物流系統(tǒng)的生產(chǎn)率、平均作業(yè)時間、港口泊位利用率等。由于排隊網(wǎng)絡(luò)模型沒有考慮系統(tǒng)的實際布局，因此只適應(yīng)于對系統(tǒng)的定性分析。如文獻(xiàn)[36]將排隊網(wǎng)絡(luò)理論應(yīng)用到集裝箱港口排隊系統(tǒng)中，并且利用witness仿真軟件,對集裝箱港口的整個生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真并實現(xiàn)了二維的計算機(jī)動畫模擬,可以模擬集裝箱船舶的到港、靠泊、裝、卸箱、,通過對集裝箱港口生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)模擬指標(biāo)的提取和分析,完成了在一定吞吐量的情況下港口合理泊位數(shù)量的確定和港口機(jī)械設(shè)備配備的研究,以及在不同的船舶到港模式下集裝箱岸邊起重機(jī)的調(diào)度策略研究。文獻(xiàn)[48]把港口生產(chǎn)視為隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)，建立了模擬港口營運狀況的計算機(jī)仿真系統(tǒng)．港口吞吐量、船舶的平均等待時問、平均服務(wù)時間和平均排隊長度等港口營運參數(shù)的模擬計算值與實際統(tǒng)計值基本一致，表明該仿真系統(tǒng)能夠客觀地反映港口的實際營運狀況，可為港口建設(shè)和發(fā)展提供決策依據(jù)。（2）極大代數(shù)法。以極大代數(shù)為工具，將系統(tǒng)視為確定性系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的運行關(guān)系建立起一系列事件發(fā)生時間的狀態(tài)方程、分析其特征值，得出加工設(shè)備、運翰設(shè)備的工作周期、利用率等指標(biāo)。顯然當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模增大，方程的維數(shù)也增大，使其對復(fù)雜系統(tǒng)的應(yīng)用受到限制。（3）擾動分析法。擾動分析法其核心是研究系統(tǒng)參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響，以此對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)多參數(shù)變化時，用狀態(tài)方程描述，擾動大時，系統(tǒng)分析的誤差太大。（4） PetriNet技術(shù)。由于PetriNet對帶有并發(fā)性、異步性、分布式、非確定性、并行性系統(tǒng)的有力描述，已成為目前最有前途的離散動態(tài)系統(tǒng)建模工具。在Petri Net建模技術(shù)的應(yīng)用過程中，各種各樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出來，比較典型的有條件/事件網(wǎng)，庫所/變遷網(wǎng)，有色網(wǎng)，賦時網(wǎng)。遞階網(wǎng)等。如文獻(xiàn)【35】采用了WITNESS對集裝箱碼頭物流系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真。該文獻(xiàn)結(jié)合集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的特點,利用Petri網(wǎng)的基本理論和特征建立了集裝箱碼頭物流系統(tǒng)及集箱、卸船、裝船、提箱四個子系統(tǒng)的層次模型和動態(tài)模型,歸納了它們的變遷事件表。盡管PetriNet建模技術(shù)已得到極大發(fā)展，Petri Net模型在實際應(yīng)用中仍存在以下缺陷:封閉問題、狀態(tài)空間的指數(shù)爆炸問題、模型的轉(zhuǎn)化非常困難。離散事件系統(tǒng)的非形式化建模。非形式化建模技術(shù)是指采用圖形符號或語言描述等較貼近人們思維習(xí)慣的方式對系統(tǒng)進(jìn)行描述和分析，這種分析主要借助計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。（1）活動循環(huán)圖?；顒友h(huán)圖(又稱ACD圖)認(rèn)為系統(tǒng)中的每一個實體都按各自的方式循環(huán)地發(fā)生變化，活動循環(huán)圖以圖形方式，直觀地顯示系統(tǒng)。通過系統(tǒng)中的狀態(tài)變化，有利于理解和分析。但對于較復(fù)雜的系統(tǒng)，活動循環(huán)圖十分復(fù)雜。這方面的文章有上海海事大學(xué)的真虹教授根據(jù)并行工程的理論，利用Visual Basic ，通過程序運行結(jié)果和一些實際的港口的調(diào)度方案進(jìn)行比較，對集裝箱碼頭的合理調(diào)度方案作了深入的研究。該系統(tǒng)主要的研究工作集中在港口碼頭的前沿，對于港口碼頭的堆場部分作了簡化[33,40]。還有作者利用計算機(jī)成像技術(shù)，通過數(shù)碼相機(jī)拍攝實際的港口情況，利用專業(yè)軟件將其輸入計算機(jī)仿真模擬系統(tǒng)，并通過設(shè)置不同的天氣情況，對集裝箱裝卸系統(tǒng)進(jìn)行了視景仿真，文章主要是講述如何將現(xiàn)實中的實物利用專業(yè)軟件處理為仿真程序中的三維視景，以到達(dá)逼真的效果。模擬了整個集裝箱裝卸的真實的視景系統(tǒng)和操作環(huán)境，給人一種虛擬現(xiàn)實的身臨其境的感覺。但是文章的仿真模擬只能夠是在作者已經(jīng)設(shè)定的程序下（各種裝卸工具數(shù)量、裝卸速度、整個運作流程為既定情況）對現(xiàn)實系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真，但是在在現(xiàn)實情況，各種因素都是隨機(jī)的（比如機(jī)器維修、工人休假、集裝箱超重等等），這篇文章的仿真模擬缺乏在模擬運行的過程中對參數(shù)進(jìn)行實時修正，同時該模擬系統(tǒng)對計算機(jī)的內(nèi)存要求很高，模擬速度較慢[32]。（2）流程圖法。流程圖法一直是計算機(jī)程序設(shè)計時所用的系統(tǒng)的模型，它通過信息的傳遞和轉(zhuǎn)移來描述系統(tǒng)。這種方法主要是用來做程序設(shè)計，對系統(tǒng)的狀態(tài)缺乏直接的描述。（3） 面向?qū)ο蠹夹g(shù)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)最初是由一組面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概念發(fā)展起來的，這種技術(shù)如分解、抽象、遞階等特性非常適用于復(fù)雜問題的求解。最新一代的離散系統(tǒng)通用仿真軟件如WITNESS, ARENA等也都采用面向?qū)ο蟮慕：途幊痰姆椒?，打破了以往仿真軟件面向過程的方式，因而建模更加靈活方便。面向?qū)ο蠼Ｔ趹?yīng)用中還存在以下不足:對建模后的系統(tǒng)缺乏有效的分析、驗證手段。目前仿真方法在港口生產(chǎn)營運系統(tǒng)中的研究常集中在以下幾個方面：對干擬議中、設(shè)計中的尚未實現(xiàn)的系統(tǒng)仿真；對現(xiàn)實系統(tǒng)的改進(jìn)，如港口的改建、擴(kuò)建、現(xiàn)代化改造等；還有通過仿真試驗達(dá)到優(yōu)化的目的；對港口系統(tǒng)作業(yè)流程運行機(jī)制進(jìn)行分析及把港口仿真作為提供培訓(xùn)和具體分析的港口仿真模擬器等。但是目前國內(nèi)關(guān)于計算機(jī)仿真模擬技術(shù)在港口碼頭生產(chǎn)設(shè)備整體最優(yōu)配置及現(xiàn)有港口改造方面的定量分析研究還不是很多，目前較多的文獻(xiàn)集中在利用仿真來對港口流程作業(yè)、裝卸橋作業(yè)優(yōu)化配置等等方面的優(yōu)化研究，如文獻(xiàn)[51]對港口運輸布局優(yōu)化問題的研究，運用Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性優(yōu)化理論和組合優(yōu)化理論,設(shè)計和編制了礦物需求量非線性數(shù)學(xué)模型優(yōu)化仿真計算程序,[48]采用系統(tǒng)分析方法,利用計算機(jī)仿真技術(shù)研究港口服務(wù)系統(tǒng)仿真與港口規(guī)模優(yōu)化。探討了港口泊位利用率和錨地保證率的合理取值,得到了最優(yōu)泊位利用率與泊位數(shù)的關(guān)系和合適的錨地保證率,為綜合性港口的優(yōu)化設(shè)計提供了參考數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[52]針對港口碼頭的營運特點,提出了多控制因素的船舶到港模擬方法，編寫了計算機(jī)仿真語言，利用仿真界面模擬了船舶到港、裝船卸船、裝卸設(shè)備調(diào)度管理等過程，通過對模擬結(jié)果進(jìn)行研究和對比分析,提出了合理的營運管理策略,并進(jìn)行了優(yōu)化，為工程建設(shè)單位提供了比較可靠的決策依據(jù)。文獻(xiàn)[34]將仿真優(yōu)化方法應(yīng)用到了港口的拖輪總體的配置中，文獻(xiàn)[51]集中在優(yōu)化港口生產(chǎn)運營流程,革新碼頭裝卸工藝方面進(jìn)行了研究，論文討論了集裝箱港口的設(shè)施設(shè)備、進(jìn)出口作業(yè)流程,以及中國集裝箱港口裝卸工藝模式的發(fā)展,集裝箱港口生產(chǎn)效率提高的主導(dǎo)因素、,并應(yīng)用BPR在港口生產(chǎn)運營優(yōu)化的方面進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上應(yīng)用ABC的分析方法,對目前港口的生產(chǎn)運營進(jìn)行了分析。并采用WITNESS仿真工具,對集裝箱港口的岸橋作業(yè)系統(tǒng)及集卡作業(yè)系統(tǒng)分析模型進(jìn)行仿真并實現(xiàn)了二維計算機(jī)動畫模擬。對集裝箱港口岸橋作業(yè)系統(tǒng)及集卡作業(yè)系統(tǒng)模擬指標(biāo)的提取和分析,實現(xiàn)對不同方案的優(yōu)化。還有上海海事大學(xué)的張婕姝副教授采用離散仿真技術(shù)分析了集裝箱碼頭的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)，為集裝箱碼頭的調(diào)度人員的進(jìn)行集裝箱的調(diào)度作業(yè)提供了決策支持[39]。上海海事大學(xué)的秦永宏、陳強(qiáng)努、沙梅對港口集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)的計算機(jī)仿真進(jìn)行了研究，介紹了港口集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)仿真的分析、建模、實現(xiàn)以及同步動畫。將傳統(tǒng)的裝卸工藝和先進(jìn)的計算機(jī)仿真相結(jié)合，為決策者提供者提供了最優(yōu)的決策方案[40]。還有上海海事大學(xué)的王朝瑞研究了基于組態(tài)化工控網(wǎng)絡(luò)的散貨裝卸控制仿真系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，以集成于工控網(wǎng)絡(luò)中的工控機(jī)虛擬生成的設(shè)備模型為外部驅(qū)動力系統(tǒng)；以組態(tài)軟件平臺上設(shè)計的操作管理模型為內(nèi)部驅(qū)動系統(tǒng)；以PLC控制規(guī)范設(shè)備的控制律，動態(tài)生成關(guān)于某個系統(tǒng)的仿真。其組態(tài)化工控軟件解決了包括實時在線監(jiān)控，實時數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢、統(tǒng)計、報表打印，故障報警及記錄等在內(nèi)的各種強(qiáng)大功能[42]。目前，集裝箱港口規(guī)劃方面的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，文獻(xiàn)[55]針對港口集裝箱物流系統(tǒng)的特點,對港口集裝箱物流系統(tǒng)規(guī)劃與仿真建模的理論方法及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[56]離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真語言eMPlant,建立了集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的計算機(jī)仿真模型,指出碼頭潛在的作業(yè)瓶頸.為生產(chǎn)實際提供了決策基礎(chǔ). 這方面的文章還有如還有作者把計算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到了集裝箱港口系統(tǒng)的規(guī)劃中[36]。目前國內(nèi)港口營運系統(tǒng)仿真中存在的不足及仿真在港口營運系統(tǒng)研究中的發(fā)展動向目前對集裝箱港口營運系統(tǒng)優(yōu)化的計算機(jī)仿真方面的研究已經(jīng)比較成熟。但是對于集裝箱港口的營運系統(tǒng)及作業(yè)流程的各個環(huán)節(jié)對整個港口的作業(yè)績效的影響的定量分析還不是很多。從公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，絕大多數(shù)的優(yōu)化設(shè)計要么是在港口仿真的結(jié)果（即，通過流程建模，建立相關(guān)的仿真模型，通過仿真運行的結(jié)果來進(jìn)行分析）來分析優(yōu)化，其模型是否得到了優(yōu)化，往往從營運總成本（包括港口使費、滯期費、裝卸費等等），從是否采用了最小的裝船延誤時間，裝卸時間是否最節(jié)省，或者從是港口中的服務(wù)機(jī)構(gòu)的最優(yōu)配合等等來進(jìn)行評價。這些都是在基于流程仿真的優(yōu)化分析，不能夠從根本上給出解決影響優(yōu)化的各個因素之間的相互關(guān)系，在港口港口設(shè)備更新研究過程中，不能夠直觀的了解當(dāng)港口中的某個設(shè)備配置變化時，港口營運績效的變化。而且，由于港口是一個復(fù)雜系統(tǒng)，其涉及到的因素較多且繁雜，港口做擴(kuò)建或者是更新時（實際上就是組成港口各個因素所處的環(huán)境發(fā)生改變），其可以選擇的方案很多，如何從諸多方案中選擇最優(yōu)的方案及從定量化分析方面進(jìn)行研究，這方面的研究文獻(xiàn)還不是很多。而目前大多數(shù)的優(yōu)化仿真只是基于現(xiàn)有設(shè)施、管理水平及各種生產(chǎn)力要素固定不變的情況下的優(yōu)化，而不是在最優(yōu)港口配置下的優(yōu)化。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，中國的沿海、內(nèi)河港口勢必也會相應(yīng)的更新，所以分析影響港口績效的因素研究對于中國現(xiàn)階段的港口改、擴(kuò)新建有相當(dāng)重大的意義。國內(nèi)計算機(jī)仿真模擬技術(shù)在港口碼頭生產(chǎn)營運系統(tǒng)方面的研究存在的問題分析。綜觀國內(nèi)外港口碼頭生產(chǎn)營運系統(tǒng)方面的研究的現(xiàn)狀表明，國內(nèi)應(yīng)用的深度和廣度與國外相比較，還有一定的差距，特別是在該技術(shù)應(yīng)該具有較大潛在應(yīng)用市場的港口碼頭系統(tǒng)的營運管理服務(wù)方面；相對比較復(fù)雜的港口碼頭仿真模擬模型的開發(fā)方面做的工作也比較少[5]。造成上述這些情況的原因主要是國外運用仿真軟件進(jìn)行仿真建模研究時，國內(nèi)主要采用數(shù)值參數(shù)模型開發(fā)的模擬模型，其開發(fā)周期比較長，同時也部分的限制了潛在的模型客戶對該技術(shù)的接受。體現(xiàn)的特點是科研設(shè)計部門對該技術(shù)一頭熱，只能用在港口碼頭系統(tǒng)的設(shè)計上或者做一些案例，而不能被港口碼頭的管理人員接受來解決有關(guān)碼頭服務(wù)及港口管理等問題，從而導(dǎo)致難以培育這一技術(shù)應(yīng)用的最大的潛在市場。其次就是收集和處理信息方面的不足。建模和采集所需的輸人信息兩者是相互聯(lián)系的，信息采集的類型取決于研究的目標(biāo)。信息的正確性直接影響仿真結(jié)果的正確性，正確地收集和整理信息成為系統(tǒng)仿真的重要組成部分。它包括估計輸入?yún)?shù)和獲得模型中采用隨機(jī)變量的概率分布。一些研究在建模前要對數(shù)據(jù)的概率分布進(jìn)行估計，確定了需要的假設(shè)和模型參數(shù)。例如:橋吊、龍門吊、空箱區(qū)機(jī)械裝卸時間分布；船進(jìn)、離泊時間分布；船到達(dá)時間間隔分布；貨運量分布及箱型分布；泊位到堆場的距離分布；翻箱率分布；生產(chǎn)線均衡度；集卡的速度等。研究中常涉及的隨機(jī)理論有:排隊論、蒙特卡羅仿真、馬爾可夫鏈、Erlang分布、指數(shù)分布、泊松分布、Chisquamd和KohnogomvSmimov (K一S)檢驗。目前建立可靠的模擬模型所必要的港口碼頭的有關(guān)信息不足一方面是由于我國的港口發(fā)展、管理等各個方面的不完善所造成的，另一方面是既懂港口又懂港口仿真建模的專業(yè)人才的缺乏。港口碼頭系統(tǒng)應(yīng)用計算機(jī)仿真模擬技術(shù)解決有關(guān)問題的過程，是一個模型開發(fā)人員和港口籌建(對于新建港口而言)或者管理人員(對于已建港口)密切協(xié)作的過程。定義問題、建立和測試模擬模型等環(huán)節(jié)既非常重要，而它的完成又特別依賴于港口碼頭在提供信息方面的協(xié)作?？傮w看來，目前對于港口碼頭服務(wù)、營運系統(tǒng)及港口規(guī)劃改造方面的研究有下面這樣的一些發(fā)展趨勢：