码头装卸工艺系统是码头运营的核心技术内容。码头的设计、建设、改造、资源整合等，无不围绕码头装卸T艺来进行。码头装卸工艺系统又是一个复杂的物流系统，具有非线性、不确定性、状态变化的异步性等特点，往往规模大、结构复杂、层次界限不确定。运用复杂系统科学理论和系统建模技术，对码头装卸工艺系统进行深入研究，提高装卸工艺的理论研究水平，非常必要。
当前对于复杂系统的分析和研究，缺少完善、有效的数学理论，最有效的方法就是利用计算机仿真技术，建立系统模型，通过仿真试验来研究和分析港口装卸工艺这个复杂系统的问题。
一、港口装卸工艺仿真软件
秦皇岛港装卸工艺仿真平台选用了witness仿真软件。Witness仿真软件是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续流体(如液压、化工、水力)系统的仿真。它具有交互式而向对象的建模环境，数据分析功能全面，工程友好性强．灵活的输入、输出方式，灵活的执行策略等特点，最能体现离散事件动态系统的建模思想而独树一帜，特别适用于解决复杂工程系统的物流问题。
二、系统仿真技术在港口装卸工艺研究中的作用
1．有利于分析随机因素对港口装卸工艺的影响
港口装卸工艺系统是一种随机干扰因素非常多的系统。系统仿真技术的一个特点就是要建立多个随机变量模型，系统的事件受随机因素的影响在模型中得到充分体现。
2．应用仿真技术可寻求在一定条件下较优的装卸工艺系统
表面上看，仿真模型的一次运行，只是对码头系统的一次抽样试验。，从这点米说，系统仿真技术不是一种系统优化方法，即它不能求系统的最优解。但是，仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果，多次修改参数，反复仿真。或者说，仿真是一种间接的系统优化方法。现在，人们越来越认识到，对于象港口这样的多目标、多因素、多层次的复杂系统，并不存在绝对意义上的最优解，优化只是相对而占的，应用系统仿真技术去寻求改善系统行为的途径和方法，应该说是更加实际、有效。
3．利用计算机仿真技术建立港口装卸工艺系统模型．可以分析和解决港口管理者所关心的问题
比如：①分析比较码头设计规划平面布局的多种方案，推荐较优的选择；②分析比较设计规划中的码头装卸工艺方案，推荐较优的选择；③分析码头交通流，识别交通瓶颈；④建立码头集装箱吞吐量的增长与码头设备配嚣的动态关系；⑤分析在一定的基础设施和机械配置下，码头可达到的极限吞吐量；⑥分析装卸设备的调度策略对码头生产的影响，寻求最优调度策略；⑦预演码头生产作业计划，优化作业安排；⑧回放码头已完成的装卸生产过程，分析存在的问题；⑨分析堆场管理策略，研究不同策略对码头装卸效率的影响；⑩分析码头货物堆存期的不确定性对码头通过能力的影响。
4．仿真对各种复杂的港口系统具有良好的适应性
用仿真技术所建立的港口装卸工艺模型，完全是实际系统的映像，它既反映码头系统的物理组成、几何特征，又可以反映码头系统工艺流程的逻辑特性。因此，对于各种复杂的港口物流系统，都可以用仿真技术来研究。
三、秦皇岛港码头装卸工艺仿真模型建设
秦皇岛港主要从事煤炭、矿石、集装箱、件杂货等货物的装卸，以煤炭码头和杂货码头为例，建立两个仿真模型。
1．煤炭码头仿真模型
秦皇岛港煤炭装卸工艺分为卸车 堆存、取料 装船、卸车 装船3个系统，共44个流程。
煤炭码头封闭堆场工艺系统的仿真模型的主要模块如下：
A．流程管理模块：维护一个流程表，负责管理码头流程的分配和运作，包括启动流程，关闭流程并监控流程的运行状态。
B．堆场调度作业模块：负责制订合适的堆存策略，根据火车到港信息，为不同品种的煤炭分配堆存垛位、并监控堆场各垛位的状态，管理已分配的垛位，清理使用完的垛位。
C．设备控制管理模块：管理皮带输送机、堆取料机、装船机等主要设备，以便在仿真时可以设置设备的参数和控制设备的状态。
D．煤种管理模块：管理垛位煤炭的各种信息，包括各煤种的数量、所占用的垛位位置及预计要堆存的时间等。
E．集港平台模块：按照一定的分布规律产生运煤火车，根据码头集港作业策略产生集港作业指令，完成煤炭的集港作业。
F．装船平台模块：按照一定的分布规律产生船舶，根据码头装船作业策略产生装船作业指令，完成煤炭的装船操作。
G．参数统计模块：统计翻车机、堆场垛位、泊位的利用率、各皮带机、装船机、堆料机、卸料机的利用率、港口的煤炭吞吐量、火车进港等待时间等。
整个仿真模型主要由以上七个模块组成的，仿真的运行就是靠这几个模块之间的相互作用，相互影响及各自状态的改变来推动的。下面以卸车进场流程为例，来说明仿真模型的推进流程：
a．火车到达港口，调用 集港平台模块 把火车推进一个排队队列。
b．火车在排队队列中等待。
c． 集港平台模块 监控翻车机状态，如果翻车机被占用，则执行第2步。如果翻车机空闲，则根据火车的煤炭种类信息，调用 堆场调度作业模块 和 煤种管理模块 ，搜寻与其对虚煤种及其垛位位置。如果找不到满足条件的垛位或者垛位的剩余堆存容量不足以容纳火车的运载量，则执行第2步。如果找到满足条件的，则为其分配卸车流程。
d．调用 流程管理模块 来给火车分配卸车流程。如果流程分配成功，则调用 设备控制管理模块 启动该流程，实现火车的卸车作业，如果分配失败，则执行第2步。
e．调用 堆场调度作业模块 更新堆场垛位内煤炭种类、容量等信息，调用 参数统计模块 统计各参变量的值。
f．卸车完成，流程结束，调用 流程管理模块 关闭流程，释放资源。
2．杂货码头仿真模型
以秦皇岛港杂货码头为对象，开发杂货码头工艺系统仿真模型。
根据杂货码头的平面布局、杂货码头的装卸系统流程模型、杂货码头道路交通模型等，建立杂货码头物流系统仿真模型：
(A)模型边界：海域以到离港船舶为边界，陆域以集疏运货物的卡车到离码头大门为边界。
(B)模型总体布局：整个杂货码头各主要组成部分，岸边、道路、堆场、库房、大门、停车场等，其位置、方向、数量、尺寸均依据现在的平面布置图进行布局，再分别根据仿真目的要求，建立仿真模型。
(C)岸边装卸：岸边装卸模型由多个模块组成，每个泊位是一个子模块，根据杂货码头的各个泊位的功能确定泊位模块的功能。
(D)主十道交通：最高车速限制为30km／h。根据原设计图纸的道路宽度确定车道数及行驶方向。
(E)堆场和库房：在堆场内的装卸车道上，集卡平均车速限制为18km／h。货物分种类堆放，白货(无污染性的货物)与黑货(有污染性的货物)分开堆放。粮食类货物放入筒仓或库房内。矿石、钢材堆放在露天场地。货物都分垛堆放。
(F)流动机械：根据杂货码头装卸工艺需要，流动机械模块向码头派出装卸运输设备，包括：叉车、汽车吊、轮胎吊、等。
(G)大门进出：大门服务时间均设定为负指数分布。可设定不同目的的车辆进出大门的检查时间。比如，大门的平均检查时间可设定为重车为2min，空车为1min；出大门的平均检查时间重车为1．3min，空车为0．8min。
(H)船舶计划：船舶计划是一个临时实体，它不断产生，进入杂货码头仿真模型，推动杂货码头仿真模型的装卸生产过程动态运行，最后离开仿真模型。船舶计划的属性包括船舶装卸货物的种类、装卸量、船舶序号、货物在场地或库房堆放位置、预靠泊位等。
(I)参数统计：根据仿真目的，统计有关数据。如交通流量、完成装卸的船舶数量、吞吐量、泊位利用率、装卸设备利用率等。码头道路交通分析，主要统计各交通路口和主要路段的车辆密度、流量、车辆在堆场滞留时间、车辆在前沿滞留时间等。
秦皇岛港杂货码头仿真模型的主要模块有根模块、进出大门模块、堆场模块、泊位模块、流动机械模块、火车运输模块、门座起重机模块、参数统计模块、道路模块、船舶模块、十字路口模行优化算法安排各类货物的堆放场地。堆场模块和泊位模块均为多数量模块。
模型可以在某设定的初始状态下开始运行，也可以从零状态开始运行，以设定的仿真时间结束。仿真钟时间单位为分钟。根据仿真目的，设定仿真时间长度。
港口、码头本身是一个复杂的物流系统，它随着科学技术的发展而不断发展，现在或将来都会有许多问题需要深入研究，而港口系统建模与仿真技术将为港口的发展、创新提供有效的研究平台。因此，系统仿真技术在港口具有广阔的市场空间和应用环境。