Проектирование работы контейнерных терминалов в морских портах с помощью имитационного моделирования

Проблема

В период с 2000 по 2016 год объем грузопотока в российских портах увеличился в 4 раза. Рост грузопотока ведёт к необходимости строительства новых современных терминалов. Другой задачей в связи с возрастающим товарооборотом является выбор между созданием новых терминалов и модернизацией уже существующих. Этот выбор во многом зависит от качества предпроектных решений, позволяющих, кроме того, снизить затраты при конструировании, а также избежать значительных материальных издержек при дальнейшей эксплуатации.

Управляющая компания Новороссийского морского порта планировала расширение существующего торгового терминала, чтобы в будущем его мощность бы увеличилась до 1,2 млн тонн в год. Для осуществления этого проекта управляющая компания наняла инжиниринговую компанию «Морстройтехнология», занимающуюся исследованиями и проектированием инфраструктуры морского транспорта.

Анимация имитационной модели (нажмите для увеличения)

При технологической разработке моделей подобных объектов, как правило, необходимо определить требуемые технические характеристики грузового терминала: вместимость складов, их пропускную способность, пропускную способность грузовых фронтов и более частные характеристики конкретного типа терминала, например, среднюю ярусность складирования для контейнерного терминала. Эти параметры определяются в соответствии с объёмом и структурой годового грузопотока.

Ранее при проектировании использовались аналитические методы, но они имеют ряд существенных ограничений. Во-первых, они позволяют учесть лишь основные вероятностные распределения и на выходе дают только средние показатели. Вероятностные распределения не предполагают возможности работать с расписанием судов, а также учитывать случайные факторы (отказ оборудования, локальное нарушение расписания прибытия судов (опоздание в рамках временного окна), ухудшение погодных условий). Во-вторых, они не предлагают инструментов для учёта распределения ресурсов между транспортными операциями, а значит, и для определения оптимального количества транспортных средств. Так, неравномерность в расписании судов и объёмах партий приводят к неравномерному распределению груза на складе, что в случае затаривания увеличивает время забора товара и накладывает дополнительные требования на сам транспорт и логистику внутри терминала.

Имитационное моделирование позволяет учесть подобные недочёты и произвести более точные расчёты, максимально приближенные к жизни. Поэтому для того, чтобы создать имитационную модель контейнерного терминала, "Морстройтехнология" обратилась за помощью к консультантам.

Специалистам по AnyLogic в первую очередь было необходимо согласовать качественное обслуживание грузопотока с эффективным использование терминальных мощностей. Для этого они должны были:

• определить технические характеристики объектов внутри терминала;
• определить оптимальную локальную логистику внутри терминала;
• включить в модель структуру и состав грузопотока;
• проверить эффективность предлагаемых решений.

Решение

При создании модели были заданы следующие структурные элементы терминала:

• морской грузовой фронт;
• железнодорожный грузовой фронт (ЖГФ);
• автомобильный грузовой фронт;
• склад;
• КПП;
• буферная зона ЖГФ.

В модели консультанты задали следующие параметры:

• расписания движения внешних транспортных средств по грузовым фронтам;
• структуру контейнерного грузопотока для судоходных линий с разделением на импорт и экспорт с учётом типа контейнеров;
• параметры внутрипортовой логистики; модель позволяла указывать допустимые длины очередей, учитывать различные варианты построения склада, количество складирующего оборудования, интенсивность работы и площадь складирования).

Преимуществом имитационного моделирования в среде AnyLogic стала дополнительная возможность внесения данных с помощью таблиц MS Excel. Это позволяет работать не только с простыми численными параметрами (скорость передвижения транспорта), но и со сложными структурами данных (расписанием прибытия судов, распределением объёма грузопотока).

Работая с моделью, специалисты могли наблюдать изменение ряда динамических параметров:

• объём экспортного и импортного грузопотока;
• ярусность складирования контейнеров;
• время пребывания транспорта на терминале;
• уровень использования технологического оборудования;
• время ожидания обслуживания для магистрального транспорта;
• длины очередей магистрального и внутрипортового транспорта.

Результаты моделирования представлялись в трех форматах: графическом, текстовом и табличном, что является дополнительным преимуществом. Использование временных диаграмм и гистограмм сделало результаты более наглядными. Кроме того, результаты могут быть сохранены во внешние файлы.

Задание основных параметров модели
(нажмите для увеличения)

Отображение результатов моделирования
(нажмите для увеличения)

Результаты

По итогам прогона модели и анализа результатов экспериментов специалистам удалось:

• выявить недочёты текущей топологии терминала (в частности, эффект «зарывания» контейнеров при их многоярусном хранении);
• предложить алгоритмы их устранения (например, оптимальная высота складирования для различных складских систем);
• уточнить некоторые технические параметры терминала;
• получить представление о поведении процесса при случайных и не случайных изменениях грузопотока.

Моделирование, максимально соответствующее реальным процессам, позволяет принимать обоснованные решения по наполнению терминала внутренними объектами. Проигрывание модели помогает выбрать наиболее оптимальную конфигурацию, что значительно повышает пропускную способность терминала, а, значит, ведёт к росту товарооборота и повышению уровня сервиса.

Так как моделирование терминала оправдало ожидания заказчика и позволило решить ряд задач по оптимизации объекта, специалисты компании "Морстройтехнология" решили создать универсальную модель морского терминала. Она может использоваться в качестве технологической базы для создания имитаций терминалов других типов (наливного, насыпного, навалочного и т.п.). Структура и степень детализация могут изменяться в зависимости от потребностей конкретного проекта.

По материалам статьи из журнала «Контейнерный бизнес», номер 4 (33), 2010 г.