驳船运输系统模拟

驳船运输占美国 GDP 的比重超过350 亿美元，为美国经济创造了超过30 万个就业岗位。预计驳船运输物流的经济活动将会增长。这是由于驳船运输的几个显着优势：

减少拥堵，减少公路和铁路系统的交通量
成本效益高；廉价的运输方式，尤其是散装材料
省油更环保
更高的安全性（例如与其他运输方式相比死亡率更低）

在本文中，我将解释如何使用仿真来提高驳船运输系统的经济效益。我重点介绍商业和开源工具，并讨论我过去开发的定制驳船运输模拟项目。

驳船运输系统的特点和优点

驳船运输发生在河流系统上，主要由一艘拖船和几艘由该船运输的驳船组成。船只和驳船在装货站和卸货站之间运输。还可以存在分配点，其中船只（例如交换驳船）被合并成更大的组，或者分成单独的更小的驳船组。下面是谷歌地图的快照，取自美国俄亥俄河。在美国，驳船运输主要用于路易斯安那州、德克萨斯州、肯塔基州、佛罗里达州和纽约州。例如在密西西比河上。而且在欧洲，驳船运输在工业物流中也发挥着重要作用。例如德国的莱茵河。

驳船运输主要用于促进散装货物的经济高效运输，例如谷物、煤炭、水泥、矿石、废料等。根据美国国家水道基金会的数据，15 艘驳船相当于 216 节轨道车，或 1,050 辆大型半牵引拖车。

模拟驳船运输以节省成本

驳船运输系统的主要挑战是确定配送点的数量和位置，以及确定拖船和驳船的最佳数量。一艘驳船的投资需要在20万至40万美元之间，而拖船的价格远高于此。由于散装物料的运输量很大，真正的挑战是确保装货点有足够的空驳船用于装载操作，并确保它们按照预定的交货时间运送到卸货点。

简而言之，驳船运输作业的主要优化杠杆是：

分配点的数量、容量和位置。每个装载点都有固定的设置成本和年度运营费用。分配点的优点是，较小的驳船组可以合并为较大的组，从而提高拖船利用率和每艘拖船的吞吐量。
拖船数量。拖船数量越多，可能的运输频率就越高。船只越少，每艘拖船的平均驳船运输量就越高。
驳船数量。系统中的空驳船越多，就越容易确保在各个装载点有足够数量的空驳船。
调度决定工作分配的政策和策略，并将拖船分配给驳船及其目的地。
路由策略决定通过分发点的驳船组路由，哪些驳船组将被拆分、重新分组或合并。

动态离散事件仿真模型可以整合所有这些优化杠杆，同时正确反映系统行为和动态，例如装载点的装载和生产计划、卸货站的订单交付计划和需求模式以及物料流。

驳船运输系统仿真工具

有许多工具可用于驳船运输系统的仿真建模。AnyLogic是一种拥有广泛用户群的流行商业工具。然而，AnyLogic没有特定的驳船运输模拟库。可以使用 AnyLogic 对自定义库进行建模，并且使用这种方法可以实现自定义驳船运输模拟库。然后可以将该库应用于特定的驳船运输系统。

然而，使用免费工具也可以实现同样的效果。例如Python 中的SimPy和salabim或JaamSim。JaamSim 有一个拖放工具箱建模框架，包含队列、路由、事件处理等。使用这种方法，无需任何编码即可实现驳船运输过程模拟。另一方面，使用 SimPy 或salabim需要 Python 编程和面向对象编程经验。这使得这些工具更加复杂，但也更加全面和灵活。

SimPy 中的案例研究应用示例

我在 SimPy 中开发了驳船运输仿真模型。它可以在 SCDA 商店购买。您可以通过下面的链接找到详细说明。

链接：SimPy 中的驳船运输仿真模型

该仿真模型实施了密西西比河案例研究，其中驳船从装货站运输到卸货站。装货站和卸货站均按规定的处理速度和持续时间运行。仿真模型跟踪河流上船只和驳船的位置，并报告装卸站的吞吐量以及驳船的总体利用率。下图总结了我作为敏感性分析的一部分进行的许多模拟中的一个。敏感性分析使用不同数量的拖船和驳船进行河流模拟。