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摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视计算机模拟技术，计算机模拟技术在港口工程设计中具有重要的意义。本文主要介绍计算机模拟技术在港口工程设计中的应用的有关内容。
关键词：计算机；技术；港口；设计；应用；模拟；
Abstract: With the social development and progress, increasing emphasis on computer simulation technology, computer simulation technology in port engineering design is of great significance. This paper describes the computer simulation technology in port engineering design applications.
Keywords：computer; technology; port; design; application; simulation;
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
模拟是以影响系统行为的主要元素及其相互关系来建立系统模型，研究和运行模型从而对系统的行为做出可靠预测的模型化方法。对于简单的系统，可以建立具有解析解的数学模型进行模拟研究；而具有多个相互关联随机变量或动态行为非常复杂的系统，往往难以或不可能建立这样的模型。随着计算机技术的发展，在50年代初，计算机模拟技术开始被用来建立这类系统的模拟模型。目前，在发达国家，计算机模拟技术已经成为广泛使用的为系统提供决策信息的有效手段之一。
1、模拟技术简介
模拟(simulation)也称作仿真，传统意义上的模拟包括连续型模拟和离散型模拟2类，本文中的“模拟”专指离散型模拟(discrete event simulation)。近年来模拟技术在国外的应用涉及工业、商业、交通运输、军事等诸多领域。被用于系统的分析、设计、诊断评估和预测等各个方面。模拟技术研究的是“系统”，其通常具有复杂性(构成元素多且动态联系复杂)、随机性(系统中包括大量随机因素)和不可试验性(在设计阶段不可能通过物理模型进行试验研究)等特点。在应用模拟技术对某个系统进行研究时，大致可概括为以下步骤：
1)系统分析。對构成系统的每个元素进行数学规律上的描述及系统规则的定量化；
2)模型构造，基于系统分析结果提出概念模型。并利用计算机语言将其转变为仿真模拟模型；
3)模拟试验．仿真模拟模型一般需要通过多次试验的对比来寻求问题的最佳答案．可结合求最小综合成本的方法实现设计方案的优化．当计算成本有困难时．也可通过直接考察系统的运行效果来进行设计方案的比选。
建立模拟模型时所需的辅助支撑软件包括：用于复杂编程的一般高级语言。如VC、VB等；用于简单编程的专用语言，如GPSS、SIMAN等；无需编程的可视化建模技术。如Arena等。从表现形式上可分为数值模拟和动画模拟．动画模拟又可分为二维动画和三维动画。与普通动画软件(如3DS)不同。其显示画面由仿真模拟模型驱动．随系统中各构成单元状态的变化而改变，形成动画的效果。
2、港口码头系统计算机模拟技术的应用要求及开发语言
反映实际系统内部的逻辑和数量关系，通过操作或改变这些关系，可以得到确定的运算结果的数学关系，即是通常意义上的数学模型。通常所说的系统模拟模型有别于这类模型，其具有一个或多个与时间相关或者随机变化的变量，给出的结果具有一定的随机性，只是模型所代表的实际系统的真实特性的近似反映。港口码头系统计算机模拟就是，要在综合考虑影响港口运作的随机性因素和动态变化的因素的基础上，建立反映港口内部实际操作和管理规则的逻辑和数量关系的模型，在模型上进行有关试验，以研究港口的有关问顾。
2.1用户与用户要求
一般说来，港口码头系统模拟模型有两类用户，一类是港口码头的设计规划和营运管理人员；另一类是港口码头集疏运工具所有者为代表的港口码头客户。设计规划人员利用模拟模型对规划设计中的系统进行研究，以合理配置各有关系统元件，选定各有关要素的值，使系统各部分完全协调和整体效益充分发挥，并确认系统的性能。营运管理人员可利用模拟模型做以下几方面的工作：对现有系统进行分析，剖析系统的运行过程，分析运行过程的合理性，找出系统的“瓶颈”所在，为优化系统的各个环节提供依据；可作为预测器，在系统运行前，向港口码头客户提供系统运行后关于系统服务水平和可能产生的现象的有关信息，以便用户修订计划或决策；可作为观测器，在系统运行时，向港口码头系统客户提供有关系统过去、现在或未来的运行信息，以便港口码头系统客户能够实时作出正确的决策:可作为训练器，训练管理决策能力。对港口码头系统而言，设计规划、营运管理人员关心的是以系统效益的最佳发挥作为决策依据，设计规划人员进行多方案比较时，关心的是图1所示盈亏平衡点A；营运管理人员关心的是图2所示的最佳港口吞吐量位置B；港口码头系统客户关心的是以集疏运工具在港时间为主要衡量标准的港口服务水平。
2.2模拟支撑语言
综观计算机模拟技术的发展历史，它所依赖的理论基础并没有多大的发展和变化，主要是建立计算机模拟模型的工具和手段的发展变化推动着计算机模拟技术的应用和普及。建立计算机模拟模型的重要工具是计算机语言，据统计，1982年以前的一段时期，所有模拟模型都以通用语言FORTRAN和专用模拟语言GPSS完成。1982年以后，出现了许多新的计算机模拟语言，而且可视化交互模拟技术应用渐渐广泛。与通用计算机语言相比较，计算机模拟专用语言提供了大部分建立模拟模型所需要的手段，如随机数发生、模拟时间推进、从事件表中确定下一个事件并将其置于合适的程序模块控制之下等；更自然的描述模型的方法；运行过程中的动态存储配置功能；程序的可读性进一步加强。可视化交互模拟技术应用使得开发动画模拟模型成为可能。
据近年有关统计，共有54种完全商业化的计算机模拟专用语言，其中的37种具有程度不同的动画模拟功能。表1列出了适用于交通系统的计算机模拟语言的有关情况(其中AUDTION目前还没有完全商业化)，表中Y表示具有该项功能，N表示不具有该项功能。
AUDITION是一个具有动画和基于对象等特点的模拟专用语言系统。该系统由加拿大的KMA技术公司于80年代初开发，后经交通工程部长期应用和改造，现已成为一个可以比较方便地应用来开发交通系统动画模拟模型的支撑语言工具。因为AUDITION具有基于对象的特点，利用AUDITION开发模拟模型时，可以将被模拟系统划分为彼此相互独立的一系列的对象分别进行处理。这除了使得对系统的描述更加自然外，还使得模型易于按用户要求扩展、修改；复杂模型的开发周期缩短；模型对象的移动、增删和移植变得极其方便；程序更具可读性。此外，这一技术更使得开发适应一类系统的通用计算机模拟模型成为可能。加拿大Sandwell Inc.利用AUDITION开发的有关港口码头系统模拟模型列于表2。
3、计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状与发展
计算机模拟技术在港口码头系统上的应用，是伴随着模拟技术本身的发展而深入的。尽管这种应用有较长的历史，但直到80年代初，在发达国家仍然有很多人致力于鼓吹这种应用闭，可见那个时期这种应用被理解和接受的程度仍然有限。最近几年，越来越多的模拟模型成功地应用来为港口码头的规划设计和营运管理提供决策信息。计算机模拟技术在国内也早己应用于港口码头的规划设计领域，但在营运管理方面应用较少。主要原因：一是潜在用户对模拟方法的认识不够；二是不易得到建立可靠的模拟模型所需的信息。
3.1国外计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状
在国外，计算机模拟技术在港口码头系统上的应用得到越来越多的重视，应用也越来越普遍。例如，香港的China Lightpower公司，曾委托sandwell Ine.利用模拟模型研究增加何种的设备或设施，以及以何种方式增加这些设备或设施，才能以最经济的方式适应港口吞吐能力增长的要求；荷兰Tebodin B.V.Consultants Engineers曾为印度某港口利用数值模拟模型研究港口的设计和卸船机的选型；用来评估在整个集装箱运输链中发挥作用的一些新设想和新概念的计算机模拟器E-Tool，亦己用来跨运车堆码输送、自装输送机械与有轨龙门起重机配合、利用具有堆码和输送能力与跨运车类似的新型机械作业的三种作业方案进行评估；由德国Institute of shipping Eeonomies and Logisties开发的集装箱装卸系统模拟器SCUSY，已经成功地应用于研究集装箱的不同堆码方式对整体布局的影响、比较采用不同设备组合的堆场作业方式、分析不同设备的适用对码头营运的影响等:以色列的学者开发出用于研究多个港口同时营运的相互影响以及与劳动力有关问题的模拟模型。目前，在发达国家从事港口码头系统模拟模型开发的人员和公司很多。除了上文提到的外，还有美国的Jordan Wood man Dobson公司、意大利的Sistemie Telematiea公司等。为从模拟模型开发者的角度说明国外港口码头系统模拟技术应用的现状，表3列出了1991年以来Sandwell Inc.利用其它模拟语言开发的计算机动画模拟模型，结合表2，可以发现模拟模型开发的需求在增加；模拟模型开发的要求在提高，应用动画模拟模型呈发展趋势；应用于港口码头营运管理方面的模拟模型占相当大的比例。
从模拟模型的用户方面看，国外管理先进的港口码头，也是比较容易接受应用计算机模
拟技术研究其面临的有关问题的方法的。加拿大的Westshore Terminal是北美西海岸最大的煤炭出口码头。
1985年以来，该码头通过建立模拟模型研究的问题包括：码头堆场布置形式的选择；码头运作规划；码头通过能力评估；码头通过能力扩大方法探讨；火车操作迟缓原因分析；码头职员与设备数量变化的影响。其中对码头运作规划进行过两次；对码头通过能力扩大方法探讨过三次。此例也说明，计算机模拟技术在港口码头系统上有广泛的应用，特别是在港口码头管理方面具有较大的应用潜力。
3.2国内计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状
港口码头系统计算机模拟技术早就被引进介绍到国内。从公开发表的文献看，国内交通部第一航务工程勘察设计院开发过煤炭码头装卸系统和散粮码头的计算机模拟模型；武汉交通科技大学开发过集装箱码头装卸系统的模拟模型；天津大学开发过油码头的计算机模拟模型；交通部水运科学研究所开发过用于研究堆场容量的散货码头计算机模拟模型；交通部第三航務工程勘察设计院与上海海运学院联合开发了马迹山矿石中转码头的计算机模拟模型；上海海运学院做过一个应用于港口生产调度的动画模拟案例上述模拟模型中，有些是为解决港口码头的规划设计问题而开发的，有些仅仅是研究案例。这些模型的开发说明，国内科研设计部门己经意识到应用计算机模拟技术来研究解决港口码头系统上有关问题的可行性，并且掌握了一些开发模拟模型的方法，具有了一定的开发模拟模型的能力。
结束语
近年来，国内各港口为适应航运市场激烈竞争的形势开始重视信息，加强了包括信息管理在内的港口码头基础管理的规范化和科学化，为港口码头基础信息的利用创造了较好的条件。在这样的背景下，计算机模拟技术在国内港口码头系统上的应用水平和应用普及程度都将会进一步提高，从而使国内港口码头的规划设计和营运管理水平进一步提高。
参考文献
1.杨兴晏,陈宝谦.随机模拟在煤码头装卸系统设计中的应用.系统工程理论与实践,2011(3)
2.杨兴晏.散粮码头系统计算机仿真研究.港口装卸,2010(4)
3.罗德润.集装箱码头装卸系统的模拟研究.港口科技动态2009(12)
4.王鹏,杳红武.港口系统的仿真研究.港工技术,2007(4)
5.王精勇.港口建设规模的确定.港工技术,1993(l~3)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：计算机；技术；港口；设计；应用；模拟；
Abstract: With the social development and progress, increasing emphasis on computer simulation technology, computer simulation technology in port engineering design is of great significance. This paper describes the computer simulation technology in port engineering design applications.
Keywords：computer; technology; port; design; application; simulation;
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
模拟是以影响系统行为的主要元素及其相互关系来建立系统模型，研究和运行模型从而对系统的行为做出可靠预测的模型化方法。对于简单的系统，可以建立具有解析解的数学模型进行模拟研究；而具有多个相互关联随机变量或动态行为非常复杂的系统，往往难以或不可能建立这样的模型。随着计算机技术的发展，在50年代初，计算机模拟技术开始被用来建立这类系统的模拟模型。目前，在发达国家，计算机模拟技术已经成为广泛使用的为系统提供决策信息的有效手段之一。
1、模拟技术简介
模拟(simulation)也称作仿真，传统意义上的模拟包括连续型模拟和离散型模拟2类，本文中的“模拟”专指离散型模拟(discrete event simulation)。近年来模拟技术在国外的应用涉及工业、商业、交通运输、军事等诸多领域。被用于系统的分析、设计、诊断评估和预测等各个方面。模拟技术研究的是“系统”，其通常具有复杂性(构成元素多且动态联系复杂)、随机性(系统中包括大量随机因素)和不可试验性(在设计阶段不可能通过物理模型进行试验研究)等特点。在应用模拟技术对某个系统进行研究时，大致可概括为以下步骤：
1)系统分析。對构成系统的每个元素进行数学规律上的描述及系统规则的定量化；
2)模型构造，基于系统分析结果提出概念模型。并利用计算机语言将其转变为仿真模拟模型；
3)模拟试验．仿真模拟模型一般需要通过多次试验的对比来寻求问题的最佳答案．可结合求最小综合成本的方法实现设计方案的优化．当计算成本有困难时．也可通过直接考察系统的运行效果来进行设计方案的比选。
建立模拟模型时所需的辅助支撑软件包括：用于复杂编程的一般高级语言。如VC、VB等；用于简单编程的专用语言，如GPSS、SIMAN等；无需编程的可视化建模技术。如Arena等。从表现形式上可分为数值模拟和动画模拟．动画模拟又可分为二维动画和三维动画。与普通动画软件(如3DS)不同。其显示画面由仿真模拟模型驱动．随系统中各构成单元状态的变化而改变，形成动画的效果。
2、港口码头系统计算机模拟技术的应用要求及开发语言
反映实际系统内部的逻辑和数量关系，通过操作或改变这些关系，可以得到确定的运算结果的数学关系，即是通常意义上的数学模型。通常所说的系统模拟模型有别于这类模型，其具有一个或多个与时间相关或者随机变化的变量，给出的结果具有一定的随机性，只是模型所代表的实际系统的真实特性的近似反映。港口码头系统计算机模拟就是，要在综合考虑影响港口运作的随机性因素和动态变化的因素的基础上，建立反映港口内部实际操作和管理规则的逻辑和数量关系的模型，在模型上进行有关试验，以研究港口的有关问顾。
2.1用户与用户要求
一般说来，港口码头系统模拟模型有两类用户，一类是港口码头的设计规划和营运管理人员；另一类是港口码头集疏运工具所有者为代表的港口码头客户。设计规划人员利用模拟模型对规划设计中的系统进行研究，以合理配置各有关系统元件，选定各有关要素的值，使系统各部分完全协调和整体效益充分发挥，并确认系统的性能。营运管理人员可利用模拟模型做以下几方面的工作：对现有系统进行分析，剖析系统的运行过程，分析运行过程的合理性，找出系统的“瓶颈”所在，为优化系统的各个环节提供依据；可作为预测器，在系统运行前，向港口码头客户提供系统运行后关于系统服务水平和可能产生的现象的有关信息，以便用户修订计划或决策；可作为观测器，在系统运行时，向港口码头系统客户提供有关系统过去、现在或未来的运行信息，以便港口码头系统客户能够实时作出正确的决策:可作为训练器，训练管理决策能力。对港口码头系统而言，设计规划、营运管理人员关心的是以系统效益的最佳发挥作为决策依据，设计规划人员进行多方案比较时，关心的是图1所示盈亏平衡点A；营运管理人员关心的是图2所示的最佳港口吞吐量位置B；港口码头系统客户关心的是以集疏运工具在港时间为主要衡量标准的港口服务水平。
2.2模拟支撑语言
综观计算机模拟技术的发展历史，它所依赖的理论基础并没有多大的发展和变化，主要是建立计算机模拟模型的工具和手段的发展变化推动着计算机模拟技术的应用和普及。建立计算机模拟模型的重要工具是计算机语言，据统计，1982年以前的一段时期，所有模拟模型都以通用语言FORTRAN和专用模拟语言GPSS完成。1982年以后，出现了许多新的计算机模拟语言，而且可视化交互模拟技术应用渐渐广泛。与通用计算机语言相比较，计算机模拟专用语言提供了大部分建立模拟模型所需要的手段，如随机数发生、模拟时间推进、从事件表中确定下一个事件并将其置于合适的程序模块控制之下等；更自然的描述模型的方法；运行过程中的动态存储配置功能；程序的可读性进一步加强。可视化交互模拟技术应用使得开发动画模拟模型成为可能。
据近年有关统计，共有54种完全商业化的计算机模拟专用语言，其中的37种具有程度不同的动画模拟功能。表1列出了适用于交通系统的计算机模拟语言的有关情况(其中AUDTION目前还没有完全商业化)，表中Y表示具有该项功能，N表示不具有该项功能。
AUDITION是一个具有动画和基于对象等特点的模拟专用语言系统。该系统由加拿大的KMA技术公司于80年代初开发，后经交通工程部长期应用和改造，现已成为一个可以比较方便地应用来开发交通系统动画模拟模型的支撑语言工具。因为AUDITION具有基于对象的特点，利用AUDITION开发模拟模型时，可以将被模拟系统划分为彼此相互独立的一系列的对象分别进行处理。这除了使得对系统的描述更加自然外，还使得模型易于按用户要求扩展、修改；复杂模型的开发周期缩短；模型对象的移动、增删和移植变得极其方便；程序更具可读性。此外，这一技术更使得开发适应一类系统的通用计算机模拟模型成为可能。加拿大Sandwell Inc.利用AUDITION开发的有关港口码头系统模拟模型列于表2。
3、计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状与发展
计算机模拟技术在港口码头系统上的应用，是伴随着模拟技术本身的发展而深入的。尽管这种应用有较长的历史，但直到80年代初，在发达国家仍然有很多人致力于鼓吹这种应用闭，可见那个时期这种应用被理解和接受的程度仍然有限。最近几年，越来越多的模拟模型成功地应用来为港口码头的规划设计和营运管理提供决策信息。计算机模拟技术在国内也早己应用于港口码头的规划设计领域，但在营运管理方面应用较少。主要原因：一是潜在用户对模拟方法的认识不够；二是不易得到建立可靠的模拟模型所需的信息。
3.1国外计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状
在国外，计算机模拟技术在港口码头系统上的应用得到越来越多的重视，应用也越来越普遍。例如，香港的China Lightpower公司，曾委托sandwell Ine.利用模拟模型研究增加何种的设备或设施，以及以何种方式增加这些设备或设施，才能以最经济的方式适应港口吞吐能力增长的要求；荷兰Tebodin B.V.Consultants Engineers曾为印度某港口利用数值模拟模型研究港口的设计和卸船机的选型；用来评估在整个集装箱运输链中发挥作用的一些新设想和新概念的计算机模拟器E-Tool，亦己用来跨运车堆码输送、自装输送机械与有轨龙门起重机配合、利用具有堆码和输送能力与跨运车类似的新型机械作业的三种作业方案进行评估；由德国Institute of shipping Eeonomies and Logisties开发的集装箱装卸系统模拟器SCUSY，已经成功地应用于研究集装箱的不同堆码方式对整体布局的影响、比较采用不同设备组合的堆场作业方式、分析不同设备的适用对码头营运的影响等:以色列的学者开发出用于研究多个港口同时营运的相互影响以及与劳动力有关问题的模拟模型。目前，在发达国家从事港口码头系统模拟模型开发的人员和公司很多。除了上文提到的外，还有美国的Jordan Wood man Dobson公司、意大利的Sistemie Telematiea公司等。为从模拟模型开发者的角度说明国外港口码头系统模拟技术应用的现状，表3列出了1991年以来Sandwell Inc.利用其它模拟语言开发的计算机动画模拟模型，结合表2，可以发现模拟模型开发的需求在增加；模拟模型开发的要求在提高，应用动画模拟模型呈发展趋势；应用于港口码头营运管理方面的模拟模型占相当大的比例。
从模拟模型的用户方面看，国外管理先进的港口码头，也是比较容易接受应用计算机模
拟技术研究其面临的有关问题的方法的。加拿大的Westshore Terminal是北美西海岸最大的煤炭出口码头。
1985年以来，该码头通过建立模拟模型研究的问题包括：码头堆场布置形式的选择；码头运作规划；码头通过能力评估；码头通过能力扩大方法探讨；火车操作迟缓原因分析；码头职员与设备数量变化的影响。其中对码头运作规划进行过两次；对码头通过能力扩大方法探讨过三次。此例也说明，计算机模拟技术在港口码头系统上有广泛的应用，特别是在港口码头管理方面具有较大的应用潜力。
3.2国内计算机模拟技术在港口码头系统上的应用现状
港口码头系统计算机模拟技术早就被引进介绍到国内。从公开发表的文献看，国内交通部第一航务工程勘察设计院开发过煤炭码头装卸系统和散粮码头的计算机模拟模型；武汉交通科技大学开发过集装箱码头装卸系统的模拟模型；天津大学开发过油码头的计算机模拟模型；交通部水运科学研究所开发过用于研究堆场容量的散货码头计算机模拟模型；交通部第三航務工程勘察设计院与上海海运学院联合开发了马迹山矿石中转码头的计算机模拟模型；上海海运学院做过一个应用于港口生产调度的动画模拟案例上述模拟模型中，有些是为解决港口码头的规划设计问题而开发的，有些仅仅是研究案例。这些模型的开发说明，国内科研设计部门己经意识到应用计算机模拟技术来研究解决港口码头系统上有关问题的可行性，并且掌握了一些开发模拟模型的方法，具有了一定的开发模拟模型的能力。
结束语
近年来，国内各港口为适应航运市场激烈竞争的形势开始重视信息，加强了包括信息管理在内的港口码头基础管理的规范化和科学化，为港口码头基础信息的利用创造了较好的条件。在这样的背景下，计算机模拟技术在国内港口码头系统上的应用水平和应用普及程度都将会进一步提高，从而使国内港口码头的规划设计和营运管理水平进一步提高。
参考文献
1.杨兴晏,陈宝谦.随机模拟在煤码头装卸系统设计中的应用.系统工程理论与实践,2011(3)
2.杨兴晏.散粮码头系统计算机仿真研究.港口装卸,2010(4)
3.罗德润.集装箱码头装卸系统的模拟研究.港口科技动态2009(12)
4.王鹏,杳红武.港口系统的仿真研究.港工技术,2007(4)
5.王精勇.港口建设规模的确定.港工技术,1993(l~3)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。