传统AGV和顶升AGV对自动化码头作业效率有何影响_知识_资讯

随着船舶日益大型化、港口吞吐量不断增加，自动化集装箱码头成为未来集装箱码头发展的必然趋势，因此越来越多的学者开始研究如何提高集装箱装卸效率，以提升码头的运营效率。

码头运营效率与AGV调度策略、码头装卸工艺、各个设备之间的工作衔接流程密不可分。顶升AGV的使用可以使AGV与自动化轨道吊（ARMG）之间实现柔性衔接，减少两者之间互相等待的时间。评价各种装卸工艺是否适合码头作业、能否提高码头作业效率需要考量多种指标，例如任务结束时间、岸桥之间任务量的均衡性、岸桥等待时间、AGV总的移动时间、场桥总的移动时间等。任务结束时间决定船舶离港时间，岸桥之间任务量的均衡性决定装卸作业过程中是否有瓶颈现象出现。这些指标之间相互制约，共同影响码头运营效率，因此必须统筹兼顾各个指标，设置相应的权重以达到最优资源配置。

1自动化集装箱码头装卸工艺流程

自动化码头装卸工艺流程为岸桥←→AGV←→ARMG。对于卸船任务，岸桥将集装箱装载到指定AGV上，由AGV水平运输到堆场中交由ARMG放箱；对于装船任务，ARMG将集装箱装载到指定AGV上，由AGV水平运输到岸桥作业区交由岸桥装船。如果通过支架交接，即采用顶升AGV；如果不通过支架交接，即采用传统AGV。

码头水平运输采用顶升AGV。若为卸船任务，AGV在岸桥作业区装箱并将其运输到堆场作业区，如果ARMG尚未前来提箱，则AGV将集装箱顶升到支架处，这样可以减少AGV等待场桥前来提箱的时间；若为装船任务，ARMG将集装箱提到堆场作业区，如果AGV尚未到达堆场作业区，则ARMG可以落箱到支架上，由AGV顶升到支架处取箱，这样可以减少ARMG等待AGV前来装箱的时间。但采用支架交接的方式会增加AGV顶升集装箱到支架处或AGV顶升到支架处取集装箱的时间。

码头水平运输采用传统AGV。若为卸船任务，AGV在岸桥作业区装箱并将其运输到堆场作业区，ARMG恰好抵达或已经抵达堆场作业区，此时ARMG直接从AGV上抓箱；若为装船任务，ARMG将集装箱提到堆场作业区，AGV恰好抵达或已经到达堆场作业区，此时ARMG直接落箱到AGV上。但如果执行卸船任务时ARMG未能及时抵达堆场作业区或执行装船任务时AGV未能及时抵达堆场作业区，采用传统AGV的方式会增加AGV或ARMG的等待时间。

2自动化集装箱码头作业调度

自动化集装箱码头作业主要分为3个环节：岸桥装卸船作业、AGV水平运输作业和ARMG装卸箱作业。3个作业环节都存在调度问题。

岸桥调度是指基于已知的船舶泊位计划进行岸桥的分配计划。由于岸桥之间是共同进行船舶装卸作业的，最晚完工的岸桥决定船舶离港的时间，所以在遵循发箱顺序等约束的前提下，最晚完工的岸桥越早完成作业，船舶就可以越早离港。岸桥作业需要考虑均衡性，即各个岸桥的作业量应尽量均衡，避免出现某些岸桥作业量过多的情况。

AGV水平运输调度是指根据岸桥装卸任务顺序和ARMG装卸任务顺序进行AGV的分配计划。在AGV分配计划中，顶升AGV工艺需要考虑ARMG到达堆场作业区和AGV到达堆场作业区的先后顺序，传统AGV工艺不需要考虑ARMG、AGV到达堆场作业区的先后顺序，AGV和ARMG直接衔接作业。AGV水平运输调度应尽量缩短AGV的总移动时间，减少能源消耗。

ARMG调度是指将集装箱装卸任务合理地分配给各个ARMG，使ARMG总的移动时间最少，ARMG能源消耗最少。

3AGV指派原则

3.1遵循作业顺序优先原则

AGV按照岸桥作业任务顺序执行箱任务，即如果前一个箱任务尚未完成，即使负责后一个箱任务的AGV已经到达岸桥作业区也仍然需要等待。

3.2先到先指派策略

对于某个装卸船任务，选择最先完成前一个箱任务且回到初始位置的AGV。如果是卸船任务，初始位置为岸桥作业区；如果是装船任务，初始位置为堆场作业区。如果同时有多个AGV到达，选择累计服务时间较少的AGV，以平衡AGV的任务量。

3.3 AGV是否通过支架交接策略

卸船任务。如果AGV早于ARMG到达堆场作业区，则通过支架交接，即AGV将集装箱顶升到支架处，ARMG在支架处接箱；如果ARMG早于AGV到达堆场作业区，则不通过支架交接，即传统AGV方式交接，ARMG直接从AGV上取箱。

装船任务。如果ARMG早于AGV到达堆场作业区，则通过支架交接，即顶升AGV方式交接，ARMG直接落箱到支架处，AGV顶升到支架处提箱；如果AGV早于ARMG到达堆场作业区，则不通过支架交接，ARMG直接落箱到AGV上。

4仿真试验

假设船舶配载计划、岸桥调度计划都是已知的，将箱任务分为不同的簇任务，1个簇任务代表1组属性相同的箱任务。通过MATLAB软件仿真试验研究不同的因素变化对码头作业的影响，以及码头适宜采用哪种装卸工艺：不通过支架交接的传统AGV工艺和通过支架交接的顶升AGV工艺。3个影响因素分别为箱任务数量、AGV数量和ARMG数量。由于该试验的数据具有随机性，所以每组试验运行5次，取每组试验结果的平均值提高试验数据的准确性和可靠性。在试验过程中AGV采用先到先指派策略。

4.1箱任务数量变化影响分析

在试验过程中，只改变箱任务数量，AGV数量保持不变为8台，ARMG数量保持不变为8台，岸桥数量保持不变为4台。试验可以得出AGV总的移动时间、ARMG总的移动时间、岸桥总的等待时间和适应度函数值。不同箱任务数量的仿真试验结果见表1。

表1 不同箱任务数量的仿真试验结果

适应度函数值综合考虑了AGV移动时间、ARMG移动时间、岸桥等待时间和岸桥作业任务的均衡性。不同箱任务数量的适应度函数值见图1。从图1可以看出：当箱任务数量小于44个时，2种工艺对应的适应度函数值差别不大，即2种工艺码头作业效率无明显优劣之分；当箱任务数量大于44个时，传统AGV工艺表现出更好的适应度。

图1不同箱任务数量的适应度函数值

4.2AGV数量变化影响分析

在试验过程中，只改变AGV的数量，箱任务数量保持不变为44个，ARMG数量保持不变为8台，岸桥数量保持不变为4台。不同AGV数量的仿真试验结果见表2。

表2不同AGV数量的仿真试验结果

不同AGV数量的适应度函数值见图2。从图2可以看出，当AGV数量小于6台时，传统AGV工艺的适应度函数值比顶升AGV工艺的适应度函数值低很多，适应度函数值越低，表明码头整体作业性能更高。因此，在箱任务数量、ARMG数量和岸桥数量不变的情况下：当AGV数量小于6台时，码头宜采用传统AGV工艺；当AGV数量大于6台时，码头宜采用顶升AGV工艺。