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标题 基于实体流程图和Witness仿真的航空货运离港系统仿真分析与优化研究
范文 崔华春 尹纯建 贾焜 石学刚



摘 要：航空货运离港作业是航空公司地面作业中最重要的环节，航空公司货运离港系统的优化对提高航空货运系统的运作效率至关重要。以国内某典型枢纽机场航空货站为例，根据航空货运离港流程，利用实体流程图对航空货运离港系统流程进行建模，直观地展现货物离港的作业流程。在此基础上，运用Witness软件进行仿真，得到离港系统流程中的瓶颈环节，并对其进行优化，从而提高了航空货运离港系统的效率。以期对其他新兴的枢纽机场以及中小型机场的航空货运离港作业有些许借鉴意义。
关键词：航空货运离港系统；实体流程图；仿真软件；仿真优化
中图分类号：F560 文献标识码：A
Abstract： The air cargo export handling operation is the most important system of the airport ground operations to airlines. And the optimization of the air cargo export handling system is crucial to improve the operation efficiency of air cargo system. Taking a typical domestic airline hub's air cargo as an example， establishes physical flow diagram based on the work flow of air cargo export handling system， which intuitively exhibits the flow of air cargo export handling. On this basis， the bottleneck segment resulting in the low efficiency of air cargo export handling system was obtained by simulation using the Witness software， followed by an optimization to enhance the efficiency of air cargo export handling system. This study plays a significant role to improve the overall operational efficiency of the air cargo export handling system. There is a great reference to many other emerging hub airport and small and medium sized airports to optimize their air cargo export handling system.
Key words： air cargo export handling system； physical flow diagram； simulation software； simulation and optimization
0 引 言
近年来，我国航空货运业务迅速增长，国内各大航空公司、门户机场对航空货运业务的重视程度显著提升。大力发展航空货运是我国民航“十二五”期间的重要任务，民航“十三五”规划中也把航空货运提升到了非常重要的地位。
在航空货运流程中，地面作业起着衔接空中航线的作用，如果没有地面作业的有效衔接，空中运输的优势将逐渐减弱。因此，航空货运中心地面作业的优化对提高航空货运的效率至关重要。航空货运离港作业是地面作业中最重要的内容，航空货运作业中离港作业的有效衔接是缩短地面作业时间、发挥空中运输优势、促进高效航空物流服务的必要前提。
目前，国外针对航空货运系统的研究主要采用运筹学、系统工程的方法，对货运中心的操作流程进行数学建模、设计算法并利用优化软件提出改进。Khan（2000）应用流程再造的方法对某一航空公司的航空货运速度、质量、服务和成本等关键标准进行改进[1]。Paul与Joseph（1992）运用Siman/Cinema4.0和Fortran仿真软件对美国航空货运中心的操作流程进行仿真，评价分析了其操作流程和资源配置的效率，并对不同的配置方案进行对比[2]。Minnie H. Patel（2006）等对航空货运配送的p中位问题进行数学建模并利用仿真技术进行求解[3]。Nsakanda与Turcotte（2004）应用仿真建模的方法对航空货站新设施的引进进行预先评价和分析，对不同的策略和流程量化做对比分析[4]。国内，周泓（2007）等通过eM-Plant7.0仿真平台找出航空货运操作流程中的瓶颈，通过对不同资源配置方案的仿真评价提出改进的建议[5]。周卓丹（2006）运用随机Petri网对国际航空货运流程进行分析研究并提出了改进意见[6]。白杨与朱金福（2012）根据航空货运离港流程建立了随机Petri网模型和同构的马尔柯夫链，分析了系统的运作效率并提出了建议[7]。
但是，上述研究选取的模型大多对航空货运流程做了大量的简化。部分研究运用数学模型，难以理解，计算过程繁琐；部分研究借助仿真平台，但却不能直观的再现复杂的货运作业流程。虽然有部分研究采用了随机Petri网建模再现流程，但模型会变得十分复杂[8]。
基于此，本文采用将实体流程图和Witness相结合的方法对航空货运系统进行研究。实体流程图具有界面简单直观、易理解以及流程清晰的特点，但却无法满足数据量的要求[8]。Witness软件具有模型单元丰富、交互式面向对象建模、提供软件间的数据接口以及统计性能的优点[9]。且相对其他仿真软件更容易学习掌握。但是界面直观度和易理解程度较实体流程图差。将二者结合对航空货运系统进行研究则综合了二者的优点，更好地实现系统的仿真建模。目前，此二者结合的方法大多用于生产型物流系统的仿真研究，有关于其用于航空货运系统研究的文献较少。
本文以国内航空货运离港系统为研究对象，首先，利用实体流程图对航空货运离港系统流程进行建模，直观地展现货物离港的作业流程。然后，运用Witness软件进行仿真，得到离港系统流程中的瓶颈环节，最后对其进行优化，从而提高了航空货运离港系统的效率。
1 航空货运离港流程描述
航空货运离港主要包括两个部分（由于某些类型的航空货物处理流程较复杂，本文只选择将普通货物作为研究对象），如下所示。
（1）货运单证与信息处理，其步骤可总结如下：
①货主根据托运货物情况向航空公司订舱，填写托运书，若危险品则需提供专业的检测报告。
②根据中国民航货物国内运输规则，航空货运单应由托运人填写，连同货物交给承运人。如承运人依据托运人提供的托运书填写货运单并经托运人签字，则该货运单应当视为代托运人填写。
③根据运价类别，货主或托运人（代理人）进行缴费。
（2）货物的装运作业，其步骤可总结如下：
①确定舱位后，交货。根据离港货物的数量多少分为集装型飞机所载货物（以下简称批量货物）和散货，两种货物需进入不同的收货口。
②货物经过收货口进行安检、称重环节。
③安检、称重后，核对托运货物的重量、尺寸、数量等相关信息并入库（货物贴有标注其质量以及需要运达的目的地信息的运货标签）。
④批量货物进入仓库后，暂存在预组装的缓存区内。该区的员工按运单将批量货物组装进集装箱或集装板上，然后通过自动导轨将集装器存在集装货物立体货架上。散货进入离港仓库后，根据外形规则、体积大小的不同将部分货物存放在散货缓存区，然后该区员工将其存放在散货立体货架上。其他散货被放在异型货架上。
⑤航班组装的员工根据配载室下达的舱单进行货物的配载出仓。从集装货物立体货架上将集装货物卸载下来，其中满箱货物直接贴上其航班信息（挂吊牌）运往离港装运区。没有装满的拼箱货被运到配载区，该区员工将放在散货立体货架或异型货架上的散货卸下，并将其与拼装货放在一起装进集装箱或者集装板上，亦或者直接将散货放进一个散货拖斗里。然后，贴上其航班信息后运到离港装运区（研究期间，研究的机场复重环节正在调整，且根据实际情况了解，此环节不会对离港流程的整体效率产生大的影响。因此本文中暂时不涉及该环节）。
⑥机坪驳运人员负责将离港货物运至机下。
⑦装机，起飞。
2 航空货运离港系统的实体流程图模型
2.1 实体流程图
对系统进行仿真研究，首先要建立系统的模型。离散事件系统的时间是连续变化的，但系统的状态仅发生在一些离散的时刻，由随机事件的驱动而发生。因此，离散事件系统的模型很难用数学方程来描述。所以，逐渐形成一些与连续系统不同的建模方法。实体流程图方法就是其中之一。该方法可以描述临时实体产生、流动、消亡及其被永久实体加工、处理的过程和逻辑关系，应用比较广泛。
2.2 实体流程图方法
采用与计算机程序流程图类似的图示符号和原理，建立表示临时实体产生、在系统中流动、接受永久实体服务以及消失等过程的流程图。其步骤可总结如下：
（1）辨识组成系统的实体和属性。将队列作为一种特殊的实体考虑。
（2）分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影响。队列实体的状态是队列的长度。
（3）确定引起实体状态变化的事件。
（4）分析各种事件发生时，实体状态的变化规律。
（5）在一定的服务流程下，分析与队列实体有关的特殊操作。
（6）通过以上分析，以临时实体为主线，画实体流程图。
2.3 某航空货站离港系统的实体流程模型
航空货运离港作业具有时间方面的严格限制。因此，对该作业的各个环节进行优化和有效地衔接能极大地提升航空货运的运输效率。本文只针对航空货运离港作业流程进行研究，忽略货主订舱，航空公司出具货运单，货主或代理人缴纳运费，货物的报关、通关以及相关书面材料的准备工作。默认这些工作在货物送达前已经完成。将要离港的货物视为临时实体，各个作业环节中的工作人员以及机器视为永久实体，货物在每个环节排队的队列长度视为特殊实体。根据航空货运离港流程描述和实体流程图建模方法，建立航空货运离港系统的实体流程模型。如图1所示。
3 基于Witness的航空货运离港系统的仿真与优化
3.1 仿真目标
由于每天航空货运离港业务量大，且离港作业环节复杂，大多数环节又主要依靠人工完成，因此就有可能造成机器、人工配置方面的问题，以及各作业环节衔接方面的问题。根据某枢纽机场航空货站离港的实际情况，现提出以下仿真研究目标：
（1）针对目前研究的航空货站离港作业的实际情况，通过Witness仿真判断该离港系统设备、人员配置是否合理，以及各作业环节衔接是否存在问题；
（2）通过仿真结果的分析，找出制约货站离港系统运作效率的瓶颈，并就瓶颈环节尝试改变参数进行改进优化；
（3）对优化后的方案进行仿真；
（4）将优化前后的方案进行对比，证明优化方案的有效性。
3.2 仿真模型的基本假设
对于复杂系统的建模分析无法反映全部现实系统，仿真模型也不是全部现实系统的重复和预演，因此必须对模型进行合理的简化假设。本文对根据某枢纽机场航空货站离港的实际情况，现对仿真模型做出如下假设：
（1）由于本文研究的是航空货运站正在办理离港的整个地面作业流程，不考虑一天中没有货物离港的那段时间。因此假设该条工作线上在仿真时间段（离港作业总时间）货物总数一定。
（2）仿真时间采用全天24小时制，假定系统开始时间为零点。
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更新时间：2025/3/22 16:49:23