1．目的及意义

随着经济全球化和国际贸易的发展，世界海运量不断增加，资料显示，海运方式在国际贸易中起着主导作业，约有90%^[1]以上是采用这种方式实现，其中有80%^[1]的运量是采用集装箱运输的。集装箱运输自上个世纪50年代以来得到了快速发展，在国际贸易中的重要性日益显现。集装箱的迅速发展促使专门供集装箱船舶停靠及装卸作业码头的形成，这在提高集装箱装卸效率的同时也为该区域的经济带来突飞猛进的发展。

近年来，中国经济迅猛发展，中国海运业也达到了前所未有的高度。据统计数据显示，中国的集装箱吞吐量己连年位居全球各国首位。迅速增长的集装箱吞吐量要求码头经营管理者对码头资源进行合理的规划配置，以提高码头设施设备利用和作业效率。

物流系统是一个复杂的系统，也是一个典型的离散事件系统。随着社会的发展，物流系统正在变得越来越复杂，而实际的物流系统投入建成成本之高，风险大对于企业来说并不是好的选择。因此，我们在研究物流系统时，选取建模的方式对物流系统进行一个前期的模拟，为企业做出合适的大型方案决策提供有效的参考。由于物流系统的关联性渐强，建模是工程领域应用于投资巨大风险高的系统的一种辅助决策的方法，先在模型上检验可以大大降低风险，因此建模仿真成为了研究系统的主要手段，并大量应用于航空工业，制造业，流通企业等各个方面。

集装箱码头物流作业系统是由若干相互影响、相互制约的动态要素组成的复杂系统，是离散、随机动态系统。若单纯地利用数学解析方法则很难解决集装箱码头物流作业系统的规划、管理、资源配置优化等诸多问题。这是因为采用数学解析方法存在一定的局限性，一是很难建立准确的数学模型，二是即使建立的数学模型相对准确，但却得不到解析解。近年来，计算机仿真技术因具有能够更加直观地显示界面，且能考虑较多的随机因素而被广泛应用。码头物流作业系统作为动态随机的复杂系统，更多的研究人员及码头运营者将计算机仿真技术引入到该系统的规划、建立、实施、管理等各个方面。这种方法具有物流成本低、设计周期短的优点，为码头的规划、管理提供了有效的、合理的科学依据，是码头物流系统决策分析的重要手段。港口集装箱物流系统是一个非常复杂的离散随机系统,在优化理论、算法以及仿真建模等方面取得了一定进展,但是距离现实中的港口集装箱物流系统依然有一定的差距，需要更加深入进行多方面的的研究，以提高仿真建模的逼真度。

总之，通过对港口集装箱物流系统这一类复杂动态系统的仿真，有助于改进现有港口的生产调度与管理，使各种设备的配置更加合理，充分挖掘港口装卸的生产潜力；同时，能快速有效地评价和分析港口的运营方案，最大限度地提高集装箱港口运作的效益。

2. 国内外研究现状

随着码头作业技术水平的提高以及模拟技术的发展，建模仿真技术越来越多地被应用到码头系统中。集装箱码头系统的规划设计和营运管理越来越多地使用建模与仿真方法获得决策信息。从国内外的研究现状来看，码头物流系统仿真研究的内容大致分为港区航道系统、码头前沿系统、堆场作业系统、闸口作业系统、港内交通系统等及码头物流系统的整体规划与布置的仿真研究。

在建模方法方面，Petri网有很好地处理复杂关系及描述系统结构的特点，在仿真建模领域越来越受到重视。作为系统建模的重要工具之一，Petri网在码头物流领域中也得到了应用，如:邱跃龙等^[2]利用时间Petri网对集装箱码头自动导引车AGV系统建模并进行性能分析；容芷君等^[3]在Petri网的基础上提出了AGV的避碰策略；张新艳等^[4]采用Petri网，结合面向对象的方法对码头装卸系统进行建模研究:唐臣^[5]以集装箱码头通过能力为仿真目的，利用随机Petri网结合仿真软件进行了建模分析；黄国梁等^[6]分析了散货码头工艺系统的特点，研究了基于Petri-Net理论的建模方法并在Witness平台上实现仿真；张玉洁^[7]基于赋时着色Petri网，针对铁路集装箱各个作业过程流程建立了模型，以流程周期时间为指标，采用Exspect软件包进行仿真；陈秋琳等^[8]针对集装箱码头进口箱作业流程采用赋时Petri网进行建模，并对所建模型进行仿真验证;蔡芸^[9]为分析堆场起重机的运作过程，利用Petri-Net理论建立了堆场起重机的OPN模型，并用eM-Plant软件进行仿真，验证了模型的正确性，为堆场装卸工艺性能分析提供依据；Liu Chin I.等^[10]采用赋时Petri网对自动化集装箱码头进行建模与分析；Kia M等^[11]采用仿真分析装卸技术对码头作业及容量的影响；美国的DAS等^[12]以跨运车为研究对象，以最小化其空驶距离与客户等待时间为目标，设计了仿真调度程序为码头调度人员提供调度方法上的参考；美国的BISH把堆场水平搬运问题分为两类，一类采用的是“基于船舶的调度策略”(ship-based vehicle dispatchingpolicies)^[13]，该策略相对简单，同一时间每辆集卡只服务一艘船，存在集卡有段空驶里程的缺陷，另一类为“共同分担模式”(vehicle pooling policies)^[14]，同一时间车辆可以服务多艘船，针对两种模式，采用仿真方法进行了比较。