CN101894188A - 一种岸桥案仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岸桥案仿真系统，该仿真系统包括系统输入模块、系统控制模块、系统评价模块以及统计输出模块；所述系统输入模块用于输入仿真岸桥所需的数据参数；所述系统控制模块仿真完成岸桥小车与吊具的作业位置、速度、加速度、作业状态；所述系统评价模块对岸桥不同的设计方案进行综合评价；所述统计输出模块用于统计和输出仿真产生的各种数据。本发明以系统仿真为技术手段，通过对不同的岸桥设计方案进行仿真，并从效率、能耗等角度对其结果进行对比分析，再综合考虑集装箱码头的船舶、潮汐等工况因素，以确定适合于集装箱码头的岸桥最佳设计参数。

Description

一种岸桥案仿真系统

技术领域：

本发明涉及一种系统仿真技术，具体涉及一种岸桥仿真系统。

背景技术：

岸桥(即岸边集装箱起重机)是集装箱船与码头前沿之间装卸集装箱的主要设备。个别码头还利用岸桥的大跨距和大后伸距直接进行堆场作业。岸桥的装卸能力和速度直接决定码头作业生产率，因此岸桥是港口集装箱装卸的主力设备。岸桥伴随着集装箱运输船舶大型化的蓬勃发展和技术进步而在不断更新换代，科技含量越来越高，正朝着大型化、高速化、自动化和智能化，以及高可靠性、长寿命、低能耗、环保型方向发展。

一、高参数和大型化

1)额定起重量成倍增长。吊具下的额定起重量逐步从30.5t增大到61t，最大已达65Lt。

2)外伸距越来越大。随着集装箱船的不断大型化，船宽已从第3代巴拿马集装箱船的13排增大到现在超巴拿马船的14～17排箱，甚至20排箱的船按计划将于下个世纪问世，22排箱的船也在设计中。而设想中的24排马六甲型船(用船的吃水深而不是船宽来定义船型)会在下世纪初叶出现。集装箱船舶的大型化，其宽度由载箱量600～1000箱时的26～28m增大到现在载货6000～8000箱的45m，几乎增大一倍。岸桥的外伸距也由32m逐渐增大到了现在的65m，将来会增加到70m，以适应24排的所谓马六甲型船的需要。

3)轨上的起升高度。巴拿马岸桥的轨上起升高度通常为27m以下，超巴拿马岸桥在27m～36m之间，而现在则要求达到40m。

4)自重越来越大。岸桥的自重，已从常规巴拿马型的600～800t，增大到现在超巴拿马型的1200～2000t。

二、高速化

1)起升速度从巴拿马型岸桥的50/120m/min，增加到现在的90/200m/min，电动机的功率已经大到690kW×2，若选为交流电机，则是目前起重用变频电动机的最大规格了，正逼迫电动机供货商研制开发更大容量的电动机。

2)小车速度已从常规巴拿马型的120m/min增加到现在的300m/min，并正在向350m/min的速度发展。它将带来如拖令小车箱供电电缆如何适应高速度等一系列新问题。

3)双箱吊具作业。据统计，一船集装箱中约60％以上是20′箱。双箱作业新型吊具的应用，使每次能同时装卸2个20′的集装箱，效率平均提高25％以上。

4)双小车双箱吊具作业。

集装箱运输船舶的大型化、特别是超巴拿马船型的发展，对岸边集装箱起重机提出了更新更高的要求：一是提高起重机的技术参数，起重机速度参数高速化，外伸距、起升高度增大；吊具下额定起重量提高；二是开发设计高效率的岸边集装箱装卸系统，以满足船舶大型化对起重机生产率的要求。

目前在针对集装箱码头设计岸桥时，一般都是依据岸桥本身固有的技术规格数据，再根据设计者的经验进行综合设计，形成岸桥最终的设计方案。通过这种方式形成的设计方案往往没考虑到岸桥运行的各种工况，一般不是适合于集装箱码头的最佳设置方案，根据这种方案形成的岸桥在实际运行过程中工作效率往往不高，而且能耗较大，极大的浪费资源。

发明内容：

本发明针对现有岸桥设计所存在的缺陷，而提供一种能够仿真岸桥设计方案的模型，通过对不同岸桥设计方案进行仿真，以确定岸桥的最佳设计方案。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种岸桥仿真系统，该仿真系统通过对不同的岸桥设计方案进行仿真，并对岸桥不同的设计方案在不同的工况下的运行情况进行综合评价，以确定适合集装箱码头的岸桥最佳设计参数。

进一步，所述仿真系统包括系统输入模块、系统控制模块、系统评价模块以及统计输出模块；

所述系统输入模块用于输入仿真岸桥所需的数据参数；

所述系统控制模块根据所述系统输入模块输入的数据参数仿真完成岸桥小车与吊具的作业位置、速度、加速度、作业状态；

所述系统评价模块根据所述系统控制模块的仿真结果对岸桥不同的设计方案在不同的工况下的运行情况进行综合评价，以确定合理的设计方案；

所述统计输出模块用于对各种指标、参数和评价结果进行收集与分析，并将其以图表的方式输出。

所述系统输入模块输入的数据参数包括岸桥技术规格数据、潮汐规律数据、船型分布数据、到港船舶规律数据；

所述岸桥技术规格数据包括速度参数、电机功率参数和岸桥外型尺寸参数；所述速度参数包括岸桥大车、小车、吊具在满载和空载下的运行速度，以及岸桥大车、小车、吊具在在满载和空载下的加速时间；所述电机输出功率参数包括岸桥大车、小车、吊具的电动机输出功率；所述岸桥外型尺寸参数包括总长、总宽、总高、轨面以上起升高度、轨面以下起升高度、前伸距、后伸距、轨距、基距；

所述潮汐规律数据包括历年最高潮位、历年最低潮位、多年平均高潮位、多年平均低潮位、最大水位差、设计高水位、设计低水位、岸桥轨面至设计高水位的距离、岸桥轨面至设计低水位的距离、潮峰的分布、潮谷分布；

所述船型分布数据包括船长、船宽、甲板上允许堆放的层高、舱内允许堆放的层高、每层层高、船舶吃水深；

所述到港船舶规律数据指不同船型船舶的到港频率和间隔时间分布。

所述系统控制模块包括潮汐产生模块、船舶产生模块、吊具目标位置计算模块、小车目标位置计算模块、小车与吊具联动模块；

所述潮汐产生模块根据所述系统输入模块输入的潮汐规律数据仿真产生相应的潮汐，并形成相应的潮峰、潮谷；

所述船舶产生模块根据所述系统输入模块输入的船型分布数据和到港船舶规律数据产生用于仿真的船舶；

所述吊具目标位置计算模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据于仿真计算岸桥吊具位于船舶处时在垂直方向上的位置和位于岸边前沿时在垂直方向上的位置；

所述小车目标位置计算模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据仿真计算岸桥小车位于船舶处时在水平方向的位置和位于岸边前沿时在水平方向的位置；

所述小车与吊具联动模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据仿真计算同时进行的小车水平移动和吊具起升或下降。

所述系统评价模块计算岸桥单箱平均能耗、岸桥总能耗、岸桥平均效率，并以此来综合评价岸桥设计方案。

所述统计输出模块对所述系统评价模块仿真评价中所涉及的各项参数进行统计，并通过仿真评价计算，将评价结果以图表的方式输出。

根据上述技术方案得到的本发明以系统仿真为技术手段，通过对对不同的岸桥设计方案进行仿真，并从效率、能耗等角度对其结果进行对比分析，再综合考虑集装箱码头的船舶、潮汐等工况因素，以确定适合于集装箱码头的岸桥最佳设计参数。

本发明以系统仿真为技术手段，通过对对不同的岸桥设计方案进行仿真，并从效率、能耗等角度对其结果进行对比分析，再综合考虑内河集装箱码头的船舶、潮汐等工况因素，以确定适合于集装箱码头的岸桥最佳设计参数。

本发明主要针对岸桥的起升高度、小车空载与满载速度、起升空载与满载速度、小车电动机输出功率、起升电动机输出功率等设计参数。

根据本发明能够确定岸桥最佳的设计参数，以实现岸桥以高效率、低能耗的状态运行，极大的节约资源。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明的模型框架图。

图2为小车与吊具联动示意图。

图3为小车与吊具联动逻辑流程图。

图4为本发明的仿真流程图。

图5为本发明实施的效果图。

图6为系统输入模块的运行效果图。

图7为系统初始化模块的运行效果图。

图8为潮汐及其船舶与集装箱产生模块的运行效果图。

图9为装卸船任务模块的运行效果图。

图10为系统评价模块的运行效果图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明提高的岸桥仿真系统100由系统输入模块101、系统控制模块102、系统评价模块103、统计输出模块组成104。

其中系统输入模块101用于输入仿真岸桥所需的数据参数，其主要包括岸桥设计方案和仿真涉及的其他相关因素(如不同船型的比例、潮汐规律等)。

系统控制模块102为整个仿真系统的核心，其根据系统输入模块101输入的数据参数仿真完成岸桥小车与吊具的作业位置、速度、加速度、作业状态。

系统评价模块103根据系统控制模块102的仿真结果对岸桥不同的设计方案在不同的工况下的运行情况进行综合评价，以确定合理的设计方案；

统计输出模块104用于对各种指标、参数和评价结果进行收集与分析，并将其以图表的方式输出。

系统输入模块101输入的数据对仿真结果准确性有着重要的影响，只有输入数据的正确性，才能保证仿真输出结果的误差较小，否则仿真将会失去本身的意义。在本发明中所需输入的数据包括岸桥技术规格数据、潮汐规律数据、船型分布数据、到港船舶规律数据。

其中岸桥技术规格数据包括速度参数、电机功率参数和岸桥外型尺寸参数。速度参数包括岸桥大车、小车、吊具的运行速度(满载、空载)，加速时间(满载、空载)。电机输出功率参数包括岸桥大车、小车、吊具的电动机输出功率。外型尺寸参数包括总长、总宽、总高、轨面以上起升高度、轨面以下起升高度、前伸距、后伸距、轨距、基距。由于本发明主要是对岸桥的设计方案进行仿真比较，所以应输入多种不同的岸桥技术规格。

对于潮汐规律数据，由于在岸桥设计中，特别是设计岸桥轨面上下起升高度，需要重点考虑潮汐的影响，因此需要收集的潮汐规律数据包括历年最高潮位、历年最低潮位、多年平均高潮位、多年平均低潮位、最大水位差、设计高水位、设计低水位、轨面至设计高水位的距离、轨面至设计低水位的距离、潮峰的分布、潮谷分布等。

由于船型对岸桥的前伸距、轨面上下起升高度有较大的影响，因此岸桥设计方案仿真需要充分考虑船型参数，本发明中的船型分布数据包括船长、船宽、甲板上允许堆放的层高、舱内允许堆放的层高、每层层高、船舶吃水深等。

到港船舶规律数据，主要是指不同船型船舶的到港频率和间隔时间分布，该数据对岸桥的能耗、效率的评价有较大的影响，到港船舶频率越高、间隔时间越短，其岸桥的总能耗也就越高。到港船舶规律要根据码头的历史数据进行统计，包括每条船的到港时间等。

系统控制模块102包括潮汐的产生模块、船舶产生模块、吊具目标位置计算模块、小车目标位置计算模块、小车与吊具联动模块。

潮汐的产生模块根据系统输入模块101输入的潮汐规律数据仿真产生相应的潮汐，并形成相应的潮峰、潮谷。

由于设计岸桥的目标码头的潮汐特征是半日潮，每天有2涨2落，所以仿真过程中，每12小时设置一次潮峰、潮谷值，设置时，需要根据输入的潮汐规律。然后再每小时调整一次潮汐，调整时，需要根据设置好的潮峰、潮谷值，并判断当前时间熟语涨潮还是落潮，来确定当前时间的潮位。潮峰潮谷值设置过程如下：

Step1：产生一个(0，1)之间的随机数；

Step2：搜索该随机数在潮汐频率表中对应的累积频率；

Step3：产生符合该累积频率对应的潮峰、潮谷。

船舶产生模型根据系统输入模块101输入的船型分布数据和到港船舶规律数据产生用于仿真的船舶。仿真过程中需要根据船舶的到达规律和船型分布，产生用于仿真的船舶，其过程如下：

Step1：根据船舶到港规律，判断是否执行船舶生成程序；如果是转入Step2，否则继续等待；

Step2：产生一个(0，1)之间的随机数；

Step3：搜索该随机数在船型分布表中对应的累积频率；

Step4：产生符合该累积频率对应船型的船舶。

Step5：产生对应的进口箱。

吊具目标位置计算模块根据系统输入模块101输入的岸桥技术规格数据于仿真计算吊具的目标位置。吊具的目标位置主要是指垂直方向的位置，包括船舶处的目标位置和岸边前沿的目标位置。在船舶处的目标位置计算模型如下：

P_top＝l_above+P_tide+d_waterline-N_tier×h    (1)

T_yv＝P_top+(N_tier-T_tier)×h                (2)

式中P_top-最顶层集装箱到前臂的距离；

l_above-轨面上起升高度；

P_tide-水面至轨面的距离；

d_waterline-船舶吃水深；

N_tier-船舶总层数；

h-船舶每层层高；

T_tier-目标位置所在的层；

T_yv-吊具在船舶处的目标位置。

吊具在岸边主要服务于集卡，因此集卡的高度即为吊具在岸边的目标位置，其计算模型为：

T_yq＝l_above-h_t    (3)

式中l_above-轨面上起升高度；

h_t-集卡的高度；

T_yq-吊具在岸边的目标位置。

小车目标位置计算模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据仿真计算岸桥小车的目标位置。小车的目标位置主要是指水平方向的位置，包括船舶处的目标位置和岸边前沿的目标位置。在船舶处的目标位置计算模型如下：

T_xv＝l_b+l_t+R×w_v    (4)

式中l_b-后伸距；

l_t-轨距；

w_v-船舶每排的宽度；

T_xv-小车在船舶处的目标位置。

小车在岸边主要服务于集卡，因此集卡的所在车道的位置即为小车在岸边的目标位置，其计算模型为：

T_xq＝l_b+T_t×w_t     (5)

式中l_b-后伸距；

T_t-集卡所在的车道；

w_t-岸桥下车道的宽度；

T_xq-小车在岸边的目标位置。

小车与吊具联动模块，根据系统输入模块输入的相关数据仿真计算同时进行的小车水平移动和吊具起升或下降。小车吊具联动是指在实际生产中，熟练司机同时进行小车水平移动和吊具起升或下降，这样吊具和小车的移动就形成了一个类似抛物线的运动，这样操作能有效地提高岸桥的操作效率。其中，小车和吊具的联动如图2所示，其逻辑过程如图3所示。

本发明主要目的是对不同的设计参数进行综合比较，以确定适合特定码头的岸桥设计方案，因此，需要设定仿真评价指标。对岸桥设计方案进行评价主要应从效率和能耗两方面着手，因此本发明中的系统评价模块103进行评价的指标包括岸桥单箱平均能耗、岸桥总能耗、岸桥平均效率。

其中岸桥单箱平均能耗主要是指装卸船时完成一次循环(Move)的耗电量，单位：kwh/move。岸桥装卸过程中的主要耗能包括吊具起升过程的耗能和小车水平移动的耗能。其岸桥起升能耗计算公式如下：

$E_h=(M_c+M_h)\×g\×h+\frac{1}{2}(M_c+M_h)V_h^2=P_h\·t_h---\left(6\right)$

式中E_h-吊具起升能耗；

M_c-集装箱重量；

M_h-吊具本身重量；

g-重力加速度；

h-吊具的起升高度；

V_h-吊具的起升速度；

p_h-吊具起升的输出功率；

t_h-吊具的起升时间；

岸桥小车移动能耗计算公式如下：

$E_t=(M_c+M_{\mathrm{ht}})\×g\×\mathrm{\μ}\×l_t+\frac{1}{2}(M_c+M_{\mathrm{ht}})V_t^2=P_t\·t_t---\left(7\right)$

式中E_t-小车移动能耗；

M_c-集装箱重量；

M_ht-吊具与小车的重量；

g-重力加速度；

l_t-小车的水平移动距离；

V_t-小车的速度；

P_t-小车移动的输出功率；

t_t-小车的移动时间；

岸桥每个循环的能耗为：

E＝E_h+E_t    (8)

岸桥总能耗是指在经过一段时间仿真后(一年)，岸桥装卸船所消耗的总能量，该指标可通过岸桥单箱能耗求和得到，单位：kwh。

岸桥平均装卸效率是指一小时内，岸桥连续作业所完成的循环次数，单位：move/h。该指标能够反应出岸桥设计方案是否能够在规定时间内完成相应的装卸量，这对码头提高服务质量，船舶按期离港有重要的意义。

统计输出模块104主要是指对仿真评价中所涉及的各项参数进行统计，包括装卸船循环次数、吊具起升时间、小车移动时间、装卸船总时间、吊具输出功率、小车输出功率进行统计，并通过仿真评价计算，将评价结果以图表的方式输出。

由于上述技术方案得到的仿真系统，其对岸桥设计方案具体仿真流程如图4所示。由于岸桥主要为装卸船服务，所以整个仿真的驱动可以认为是船舶的到达和离开。

实施例

在利用仿真系统进行仿真之间，先对仿真系统的正确性进行检验，其过程如下：

该检验主要涉及对仿真模型的输入数据、输出结果、不同作业工况下的输出结果进行正确性检验。正确性检验中所涉计的岸桥设计参数，将以采用对象码头已使用的岸桥为准(如表1所示)。

表1：正确性检验中的岸桥参数

输入数据正确性检验主要是检验潮汐分布、船型分布、船舶到达时间间隔是否符合岸桥作业码头的实际情况。正确性检验中，将对仿真系统连续运行一年时间，共运行3次。

1.潮汐分布正确性检验

通过比较分析实际的潮汐规律与仿真结果的误差，来验证潮汐分布的正确性，其分析结果如下表2和表3所示。

表2：潮峰值正确性检验结果

表3：潮谷值正确性检验结果

根据表2与表3可知，仿真过程产生的潮峰值和潮谷值的频率，同实际情况相比，误差均不超过3％。因此可认为仿真系统中产生潮汐规律符合实际情况。

2.船型分布正确性检验

通过比较分析实际的船型分布规律与仿真结果的误差，来验证船型分布的正确性，其分析结果如下表4所示。

表4：船型分布正确性检验结果

根据表4可知，仿真过程产生的不同船型的频率，同实际情况相比，误差均不超过3％，因此可认为仿真系统中船型分布符合实际情况。

3.船舶到达时间间隔正确性检验

通过比较分析实际的船舶到达时间间隔与仿真结果的误差，来验证船舶到达时间间隔分布的正确性，其分析结果如表5所示。

表5：船舶到达时间间隔分布正确性检验结果

根据表5可知，仿真过程产生的船舶到达规律，同实际情况相比，误差均不超过1％，因此可认为仿真系统中船舶到达时间间隔符合实际情况。

输出结果正确性检验主要指对岸桥单循环平均能耗、岸桥平均装卸效率进行正确性检验。输出结果正确性检验中，将对仿真系统连续运行一年时间，共运行3次，其结果与实际情况比较分析如6所示。

表6：输出结果正确性检验

根据表6可知，仿真产生的岸桥单循环平均能耗、岸桥平均装卸效率，同实际情况相比，误差不超过2％，因此可认为仿真系统中产生的结果与实际情况一致。

不同作业工况下的正确性检验。作业工况将根据船型和潮汐位置进行设置，如表7所示。

表7：作业工况设置表

作业工况	船型	潮位
			工况1	船型1	最高潮峰
工况2	船型1	最低潮谷
			工况3	船型1	平均潮峰
工况4	船型1	平均潮谷
			工况5	船型3	最高潮峰
工况6	船型3	最低潮谷
			工况7	船型3	平均潮峰
工况8	船型3	平均潮谷
			工况9	船型5	最高潮峰
工况10	船型5	最低潮谷
			工况11	船型5	平均潮峰
工况12	船型5	平均潮谷

对每种工况进行3次仿真，每次连续仿真1小时，其岸桥平均能耗、平均装卸效率，与实际情况相比，其分析结果如表8和表9所示。

表8：不同作业工况下岸桥平均能耗正确性检验结果

表9：不同作业工况下岸桥平均效率正确性检验结果

根据表8和表9可知，在各种不同作业工况下，仿真得出的岸桥平均能耗和平均装卸效率，与实际情况相比，误差不超过3％。且同样的船型时，潮峰的岸桥能耗小于潮谷，装卸效率高于潮谷，符合实际情况。因此可认为仿真模型在各种工况下的运行情况与实际一致。

通过对仿真系统的输入数据、输出结果、不同作业工况下的输出结果进行正确性检验，表明本仿真系统与实际情况基本一致，可用作于评价不同的设计方案。

基于上述仿真系统正确性进行检验后，利用岸桥仿真系统对对不同的岸桥设计方案进行仿真。该实施例中的岸桥仿真系统(如图5所示)，包括系统输入模块、系统控制模块、系统评价模块、统计输出模块。

如图6所示，系统输入模块主要采用表格的形式，输入仿真所需的各种参数，包括岸桥本身的设计参数和作业工况参数。如表10所示，本实施例中给出五种岸桥的设计方案。

表10：岸桥设计方案

系统控制模块共创建约20余个编程对象，主要分为系统初始化、潮汐产生、船舶与集装箱产生、装卸船任务产生、起升系统、小车系统、小车与起升联动等7个模块。

其中系统初始化模块主要用于设置岸桥仿真的初始状态，如小车、吊具的初始位置，岸桥作业的初始状态(装船、卸船)，小车、吊具的初始速度等。该系统初始化模块如图7所示。

潮汐产生模块主要用于设置船舶到达时，水面到轨面的距离。潮汐产生模块需要根据上述的潮汐产生步骤，产生对应船舶的潮位。

本实施例中的岸桥所针对的码头的潮汐属于半日潮，每天2涨2落(但不限于此)，其规律如表11所示，其相应的潮峰分布、潮谷分布如表12、13所示。

表11：码头潮汐特征值

	潮汐特征值
		历年最高潮位(m)	10.22
历年最低潮位(m)	1.54
		多年平均高潮位(m)	5.34
多年平均低潮位(m)	4.58
		设计高水位	9.22

设计低水位	2.2
		轨面至设计高水位的距离	0.78
轨面至设计低水位的距离	7.8
		最大水位差(m)	7.02
平均涨潮历时(h)	3:41
		平均落潮历时(h)	8:45

表12：码头潮峰分布情况

潮峰值	轨面之潮峰的距离	频率	累计频率
				4.00～4.49	5.50～6.00	0.14	0.14
4.50～4.99	5.00～5.50	0.14	0.28
				5.00～5.49	4.50～5.00	0.19	0.47
5.50～5.99	4.00～4.50	0.17	0.64
				6.00～6.49	3.50～4.00	0.15	0.79
6.50～6.99	3.00～3.50	0.06	0.85
				7.00～7.49	2.50～3.00	0.06	0.91
7.50～7.99	2.00～2.50	0.05	0.96
				8.00～8.50	1.50～2.00	0.02	0.98
8.50～9.22	0.78～1.5	0.02	1

表13：码头潮谷分布情况

潮谷值	轨面之潮谷的距离	频率	累计频率
				2.20～2.49	7.50～7.80	0.02	0.02
2.50～2.99	7.00～7.50	0.04	0.06
				3.00～3.49	6.50～7.00	0.08	0.14
3.50～3.99	6.00～6.50	0.15	0.29

4.00～4.49	5.50～6.00	0.18	0.47
				4.50～4.99	5.00～5.50	0.22	0.69
5.00～5.49	4.50～5.00	0.14	0.83
				5.50～5.99	4.00～4.50	0.07	0.9
6.00～6.49	3.50～4.00	0.06	0.96
				6.50～6.99	3.00～3.50	0.04	1

船舶与集装箱产生模块根据上述的船舶产生步骤，产生对应船型的船舶和进口箱。本实施例中的船型数据如表14所示。

表14：船型分布数据

船型	船长	船宽	甲板上排	甲板层数	舱内层数	每层层高	吃水	频率	累积频
										船型1	65.5	11.5	4	2	2	2.7	3.9	0.42	0.42
船型2	72.2	11.5	4	2	2	2.8	4	0.35	0.77
										船型3	81.64	13	5	2	2	2.7	4.3	0.13	0.9
船型4	155.6	25	10	5	5	2.7	6	0.07	0.97
										船型5	222.14	30	12	8	7	2.7	8	0.03	1

同时，本实施例中船舶到港规律(一年的数据)如表15所示。

表15：到港船舶时间规律

间隔时间下届	间隔上届	频数	间隔时间上届	间隔时间上届	频数
						0	0.422	245	8.862	29	9.284
0.422	0.844	173	9.284	21	9.706
						0.844	1.266	158	9.706	19	10.128
1.266	1.688	153	10.128	18	10.55
						1.688	2.11	148	10.55	26	10.972
2.11	2.532	105	10.972	17	11.394

2.532	2.954	104	11.394	4	11.816
						2.954	3.376	109	11.816	12	12.238
3.376	3.798	94	12.238	12	12.66
						3.798	4.22	82	12.66	8	13.082
4.22	4.642	69	13.082	6	13.504
						4.642	5.064	66	13.504	9	13.926
5.064	5.486	68	13.926	8	14.348
						5.486	5.908	52	14.348	8	14.77
5.908	6.33	47	14.77	4	15.192
						6.33	6.752	61	15.192	4	15.614
6.752	7.174	44	15.614	4	16.036
						7.174	7.596	41	16.036	3	16.458
7.596	8.018	24	16.458	5	16.88
						8.018	8.44	23	16.88	2	17.302
8.44	8.862	23	17.302	5	17.724

基于上述船舶的设置，经系统运行后，得到的潮汐及其船舶与集装箱产生模块的运行效果图如图8所示。

装卸船任务产生模块主要用于设置岸桥的卸船顺序、卸船目标位置、装船顺序、装船目标位置、岸桥下集卡的位置，具体设置如图9所示。

起升系统模块主要用于控制吊具的速度、启动和停止，确定吊具的目标位置。当有装卸船任务时，首先根据卸船任务的目标位置，计算出吊具应该移动的距离，然后启动吊具移动，当吊具到达目标位置时，使其停止，并执行取箱或落箱程序，完成后启动吊具相反方向移动。

小车系统主要用于控制小车的速度、启动和停止，确定小车的目标位置。当有装卸船任务时，首先根据卸船任务的目标位置，计算出小车应该移动的距离，然后启动小车移动，当小车到达目标位置时，使其停止，并等待吊具到达目标位置，完成后启动小车相反方向移动。小车与起升联动系统主要用于确定启动2者联动时，吊具的安全位置，确定停止联动时小车的位置。

系统评价模块主要是用于对不同的岸桥方案在不同的作业工况下进行综合评价，该模块需要采用仿真过程中收集到的各种特征参数(如吊具起升时间、岸桥完成的装卸次数等)，对所有的仿真评价指标进行计算，并将其以图表的方式输出(如图10)。

统计输出模块主要用于系统仿真后的各种数据的统计和输出，其结果可以以多种形式输出，便于用户使用，包括文本、报表、excel文件、图、HTML、XML等形式，还能通过ODBC、ORACLE、SQL接口，输出到数据库中。

通过上述各个模块的设置，本实施例的具体仿真如下：

本仿真实验对上述表10中给出的5种备选方案进行仿真，并对其结果进行对比分析。仿真共分为20个小型试验和1个综合试验。小型试验主要是对各种船型和潮汐情况分别进行仿真，并对备选方案进行综合评价；综合试验主要是根据目标输入的潮汐规律、船型分布、船舶到达规律，连续仿真一年，并对备选方案进行综合评价。每个试验各仿真3次，其结果取平均值。每个试验都要对5种岸桥备选设计方案进行仿真，并对其结果进行比较，每个试验里边的各次仿真初始情况都完全一致。20个小型试验设置如表16所示。

表16：仿真试验设置

试验	船型	潮位
			1	船型1	最高潮峰
2	船型1	最低潮谷
			3	船型1	平均潮峰
4	船型1	平均潮谷
			5	船型2	最高潮峰
6	船型2	最低潮谷
			7	船型2	平均潮峰
8	船型2	平均潮谷
			9	船型3	最高潮峰
10	船型3	最低潮谷
			11	船型3	平均潮峰
12	船型3	平均潮谷

13	船型4	最高潮峰
			14	船型4	最低潮谷
15	船型4	平均潮峰
			16	船型4	平均潮谷
17	船型5	最高潮峰
			18	船型5	最低潮谷
19	船型5	平均潮峰
			20	船型5	平均潮谷

备选方案仿真与结果分析

1.最高潮峰下不同船型的岸桥仿真

通过在最高潮峰和5种不同船型情况下，分别对5种岸桥备选设计方案进行仿真，每次各仿真1小时，其平均装卸效率和平均能耗如表17所示。

表17：最高潮峰下不同船型的岸桥作业仿真统计

通过表17可知，在最高潮峰下，方案3对于各种船型，在效率和能耗方面均优于其它方案，其中能耗分别较方案1、2、4和5，平均低37.26％、28.14％、14.74％和34.90％；效率分别较方案1、2、4和5，平均高6.18％、26.09％、14.44％和67.06％。因此，在最高潮峰情况下，岸桥设计方案3最为合适。

2.平均潮峰下不同船型的岸桥仿真

通过在平均潮峰和5种不同船型情况下，分别对5种岸桥备选设计方案进行仿真，每次各仿真1小时，其平均装卸效率和平均能耗如下表所示。

表18：平均潮峰下不同船型的岸桥作业仿真统计

通过表18可知，在平均潮峰下，方案3对于各种船型，在效率和能耗方面均优于其它方案，其中能耗分别较方案1、2、4和5，平均低44.17％、28.59％、17.84％和38.56％；效率分别较方案1、2、4和5，平均高22.37％、37.99％、28.30％和81.04％。因此，在平均潮峰情况下，岸桥设计方案3最为合适。

3.最低潮谷下不同船型的岸桥仿真

通过在最低潮谷和5种不同船型情况下，分别对5种岸桥备选设计方案进行仿真，每次各仿真1小时，其平均装卸效率和平均能耗如下表所示。

表19：最低潮谷下不同船型的岸桥作业仿真统计

通过表19可知，在最低潮谷下，方案3对于各种船型，在效率和能耗方面均优于其它方案，其中能耗分别较方案1、2、4和5，平均低36.84％、13.05％、12.56％和12.6％；效率分别较方案1、2、4和5，平均高9.48％、26.86％、16.21％和16.13％。因此，在最低潮谷情况下，岸桥设计方案3最为合适。

4.平均潮谷下不同船型的岸桥仿真

通过在平均潮谷和5种不同船型情况下，分别对5种岸桥备选设计方案进行仿真，每次各仿真1小时，其平均装卸效率和平均能耗如下表所示。

表20：平均谷下不同船型的岸桥作业仿真统计

通过表20可知，在平均潮谷下，方案3对于各种船型，在效率和能耗方面均优于其它方案，其中能耗分别较方案1、2、4和5，平均低37.24％、13.16％、13.08％和13.16％；效率分别较方案1、2、4和5，平均高10.19％、26.95％、17.00％和17.13％。因此，在平均潮谷情况下，岸桥设计方案3最为合适。

5.岸桥连续工作1年仿真

根据输入的潮汐规律、船型分布、船舶到达规律，对岸桥进行连续1年的仿真(仿真过程中岸桥不停止、不待机)并从吞吐量、平均能耗、平均效率等方面，对5种备选方案进行综合评价。仿真结果如下表所示。

表21：岸桥连续一年仿真结果

设计方案	吞吐量	平均能耗	平均效率
				方案1	177060	5.82	33.53
方案2	154458	4.21	29.25
				方案3	194225	3.67	36.79
方案4	167769	4.21	31.77
				方案5	118857	5.62	22.51

通过表21可知，连续仿真一年后，方案3在吞吐量、效率和能耗方面均优于其它方案，其中吞吐量分别较方案1、2、4和5低9.69％、25.75％、15.77％和63.41％；平均能耗分别较方案1、2、4和5低36.94％、12.83％、12.83％和34.70％；平均效率分别较方案1、2、4和5高9.72％、25.78％、15.8％和63.44％。

通过对各种不同作业工况进行仿真，可知备选方案3均好于方案1、2、4和5，再根据潮汐规律、船型分布和船舶到达规律，连续进行1年的仿真，发现方案3在吞吐量、平均能耗、总能耗、平均效率方面也都由于方案1、2、4和5，因此备选方案3应作为适合集装箱码头的岸桥的设计方案，该方案如下表所示。

表22：岸桥最终设计方案

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述仿真系统通过对不同的岸桥设计方案进行仿真，并对岸桥不同的设计方案在不同的工况下的运行情况进行综合评价，以确定适合集装箱码头的岸桥最佳设计参数。

2.一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括系统输入模块、系统控制模块、系统评价模块以及统计输出模块；

所述系统输入模块用于输入仿真岸桥所需的数据参数；

所述系统控制模块根据所述系统输入模块输入的数据参数仿真完成岸桥小车与吊具的作业位置、速度、加速度、作业状态；

所述系统评价模块根据所述系统控制模块的仿真结果对岸桥不同的设计方案在不同的工况下的运行情况进行综合评价，以确定合理的设计方案；

所述统计输出模块用于对各种指标、参数和评价结果进行收集与分析，并将其以图表的方式输出。

3.根据权利要求2所述的一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述系统输入模块输入的数据参数包括岸桥技术规格数据、潮汐规律数据、船型分布数据、到港船舶规律数据；

所述岸桥技术规格数据包括速度参数、电机功率参数和岸桥外型尺寸参数；所述速度参数包括岸桥大车、小车、吊具在满载和空载下的运行速度，以及岸桥大车、小车、吊具在在满载和空载下的加速时间；所述电机输出功率参数包括岸桥大车、小车、吊具的电动机输出功率；所述岸桥外型尺寸参数包括总长、总宽、总高、轨面以上起升高度、轨面以下起升高度、前伸距、后伸距、轨距、基距；

所述潮汐规律数据包括历年最高潮位、历年最低潮位、多年平均高潮位、多年平均低潮位、最大水位差、设计高水位、设计低水位、岸桥轨面至设计高水位的距离、岸桥轨面至设计低水位的距离、潮峰的分布、潮谷分布；

所述船型分布数据包括船长、船宽、甲板上允许堆放的层高、舱内允许堆放的层高、每层层高、船舶吃水深；

所述到港船舶规律数据指不同船型船舶的到港频率和间隔时间分布。

4.根据权利要求2所述的一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述系统控制模块包括潮汐产生模块、船舶产生模块、吊具目标位置计算模块、小车目标位置计算模块、小车与吊具联动模块；

所述潮汐产生模块根据所述系统输入模块输入的潮汐规律数据仿真产生相应的潮汐，并形成相应的潮峰、潮谷；

所述船舶产生模块根据所述系统输入模块输入的船型分布数据和到港船舶规律数据产生用于仿真的船舶；

所述吊具目标位置计算模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据于仿真计算岸桥吊具位于船舶处时在垂直方向上的位置和位于岸边前沿时在垂直方向上的位置；

所述小车目标位置计算模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据仿真计算岸桥小车位于船舶处时在水平方向的位置和位于岸边前沿时在水平方向的位置；

所述小车与吊具联动模块根据所述系统输入模块输入的岸桥技术规格数据仿真计算同时进行的小车水平移动和吊具起升或下降。

5.根据权利要求2所述的一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述系统评价模块计算岸桥单箱平均能耗、岸桥总能耗、岸桥平均效率，并以此来综合评价岸桥设计方案。

6.根据权利要求2所述的一种岸桥仿真系统，其特征在于，所述统计输出模块对所述系统评价模块仿真评价中所涉及的各项参数进行统计，并通过仿真评价计算，将评价结果以图表的方式输出。

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