由于國(guó)際貿(mào)易的全球化和快速增長(zhǎng)，許多集裝箱碼頭都在嘗試提高性能以跟上需求的增加。 集裝箱的運(yùn)輸量正在持續(xù)增長(zhǎng)，眾多碼頭都出現(xiàn)了擁塞和處理能力不足的問(wèn)題。 集裝箱碼頭的管理人員面臨著巨大的壓力，他們需要找到更加高效的集裝箱處理方法，并提高碼頭的處理能力。 所提出的一種技術(shù)就是在碼頭的集裝箱的搬運(yùn)中使用帶有自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (AGV) 或人員操縱集裝箱承運(yùn)工具 Translifter的載貨架。
AGV 的使用并不是最近才出現(xiàn)的。 第一個(gè) AGV 系統(tǒng)是在 1955 年為了水平輸送材料而推出的，而 AGV 首次用于輸送集裝箱是在 1993 年在阿姆斯特丹的 Delta/Sea-Land 集裝箱碼頭中進(jìn)行的。 隨后，人們對(duì)將 AGV 和集裝箱碼頭結(jié)合在一起而進(jìn)行了大量研究。 在兩個(gè)歐盟資助的項(xiàng)目（IPSI 和 INTEGRATION，即“改善港口船只接口”和“海洋陸地技術(shù)的綜合”）之后，開(kāi)發(fā)出了使用載貨架和 AGV 的優(yōu)化集裝箱搬運(yùn)系統(tǒng)，最近又在位于美國(guó)弗吉尼亞州樸次茅斯市的 APM Terminals 公司新的東海岸運(yùn)輸中心實(shí)施了它的人工型號(hào)（參見(jiàn)圖 1 中的照片；照片中顯示了一個(gè) 集裝箱承運(yùn)工具 Translifter，上面有數(shù)層載貨架，可運(yùn)輸一到四個(gè) TEU 的貨物）。
圖 1 與一個(gè)常見(jiàn)碼頭牽引車(chē)合并在一起的 Translifter 的照片
載貨架為鋼制平臺(tái)，它們能夠與可在上面安放集裝箱以進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?AGV 分開(kāi)。 集裝箱可以雙層疊放，這樣就可以運(yùn)輸 2 個(gè) 40 英尺集裝箱或 4 個(gè) 20 英尺集裝箱。 這種情況是可能的，因?yàn)檩d貨架能夠搬運(yùn) 80 噸的貨物（在鋼鐵工業(yè)中，使用過(guò)輸送 120 噸貨物的型號(hào)）。 使用載貨架的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它們能夠充當(dāng)一個(gè)“浮動(dòng)的”緩沖器，因?yàn)榭梢栽诓贿B接載貨架自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (C-AGV) 或 Translifter（用于人工操作的設(shè)備）的情況下，在它的上面放置集裝箱。 這樣，這種分離操作使得 C-AGV 可更加富有效率。
為了評(píng)估和測(cè)試這種新的技術(shù)，一個(gè)全球集裝箱運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)商與 TTS Port Equipment AB 公司聯(lián)系，并與一個(gè)第三方模擬技術(shù)公司 TBA Nederland 展開(kāi)合作以對(duì)四種水平輸送系統(tǒng)進(jìn)行比較，這四種系統(tǒng)為： 載貨架自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (C-AGV)、常規(guī)自動(dòng)導(dǎo)引車(chē) (AGV)、往返式載貨車(chē) (Shc) 和自動(dòng)往返式載貨車(chē) (AShc).
在所研究的問(wèn)題中，區(qū)分了船只在 24 小時(shí)時(shí)間內(nèi)到達(dá)碼頭并卸載和裝載 2000 個(gè)集裝箱的兩種情況。 第一種情況如圖 2 所示，它包括 6 個(gè)碼頭起重機(jī) (QC)，它們以 45 個(gè)起重循環(huán)/小時(shí) (ccph) 的速度來(lái)工作。 循環(huán)時(shí)間為 80 秒，從而工作速度可到達(dá) 297 箱-移動(dòng)/小時(shí)，36 個(gè) RMG（可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)）被分配給 18 個(gè) RMG 模塊。
圖 2 包含 6 個(gè)碼頭起重機(jī) (QC) 的情況
在第二種情況中（如圖 3 所示），共有 10 個(gè)碼頭起重機(jī) (QC)，平均工作速度為 45ccph。 循環(huán)時(shí)間也是 80 秒，從而工作速度達(dá)到 495 箱-移動(dòng)/小時(shí)，60 個(gè) RMG 被分配給 30 個(gè) RMG 模塊。
圖 3 包含 6 個(gè)碼頭起重機(jī) (QC) 的情況
在這兩種模擬中，在起重循環(huán)內(nèi)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)鎖定搬運(yùn)；20% 的集裝箱得以成對(duì)提升，所有車(chē)輛可進(jìn)行雙倍攜載（從而得到 11% 的雙提升循環(huán)）。 施加了一個(gè)相對(duì)較低的岸側(cè)負(fù)荷 (166 bx/h)，以避免這種負(fù)荷成為一個(gè)瓶頸問(wèn)題，并更多地集中于對(duì)水平輸送系統(tǒng)進(jìn)行比較。 碼頭起重機(jī) (QC) 后部的后伸距區(qū)域在循環(huán)時(shí)間上具有 10 秒的損失。 RMG 模塊被配置為 60 TEU 長(zhǎng)、8 TEU 寬和 5 TEU 高，裝箱率為 80%。 并且，在碼頭專(zhuān)家的幫助下，還在交通方面配置了一些轉(zhuǎn)移點(diǎn)和高速通道。 設(shè)計(jì)和實(shí)施的交通規(guī)則為：
? AGV 型有 4 個(gè)水邊 RMG 轉(zhuǎn)移點(diǎn) (TP)
? C-AGV 型有 5 個(gè)水邊 RMG 轉(zhuǎn)移點(diǎn) (TP)
? ShC 型有 5x4 個(gè) TEU TP 地面箱位
? AShC 型有 5x2 個(gè) TEU TP 地面箱位
? 4 條 ShC 高速通道
? 4 條 AGV/AShC/CAGV 高速通道
圖 4 中是針對(duì) C-AGV 所考慮的交通假設(shè)的一個(gè)例子，其中，C-AGV 可以在 QC 下面雙方向進(jìn)入或離開(kāi)。 請(qǐng)務(wù)必注意，C-AGV 是自由移動(dòng)的，在道路上沒(méi)有標(biāo)記固定路線。 C-AGV 上沒(méi)有安裝收發(fā)器，而是采用了由 Danaher Motion 公司所開(kāi)發(fā)的最新技術(shù)，該技術(shù)已在 1000 多個(gè)應(yīng)用中成功實(shí)施；導(dǎo)航是基于微型雷達(dá)和激光進(jìn)行的。 導(dǎo)航系統(tǒng)可幫助 C-AGV 執(zhí)行各種各樣的移動(dòng)動(dòng)作，如蟹行和雙方向移動(dòng)。 C-AGV 可以保留在載貨架上，或?qū)⑤d貨架拾取以到達(dá)可使用的 QC。 兩種 QC 配置的每個(gè) QC 使用了四個(gè) TP（轉(zhuǎn)移點(diǎn)，即將集裝箱在設(shè)備之間進(jìn)行互換的區(qū)域）。 這些 QC 的 TP 之間無(wú)法通行。 這樣做是為了保持作業(yè)中所有 QC 之間的平衡。 針對(duì)每個(gè)水平輸送系統(tǒng)還進(jìn)行了附加交通假設(shè)，以便在模擬中進(jìn)行比較。
圖 4 C-AGV 的交通假設(shè)示例
由碼頭專(zhuān)家針對(duì)各種水平設(shè)備所定義的附加輸入值為： 最大直線速度、轉(zhuǎn)彎速度、加速度和減速度、互換時(shí)間、定位時(shí)間等。 在模擬模型中所考慮的一些 RMG 值為： 臺(tái)架速度、加速度、減速度、小車(chē)速度、小車(chē)加速度和減速度、吊具速度、吊具加速度和減速度及交換時(shí)間。 圖 5 中的圖形顯示了使用 6 個(gè) QC 的第一種情況模擬結(jié)果的平均值，該模擬是為了找出保持 QC 以 42 箱-移動(dòng)/小時(shí)的速度工作所需的總車(chē)輛數(shù)。 常規(guī) AGV 的結(jié)果表明，需要使用 42 輛車(chē)；而對(duì)于 C-AGV，需要使用 24 輛車(chē)。 AShc 的結(jié)果與 C-AGV 的結(jié)果相似，需要 24 輛車(chē)。 最后，人員操縱往返式載貨車(chē) (Shc) 需要使用 18 輛車(chē)。
圖 5 使用 6 個(gè) QC 的第一種情況的模擬結(jié)果
圖 6 使用 10 個(gè) QC 的第二種情況的模擬結(jié)果
表 1 水平運(yùn)輸系統(tǒng)與情況的比較
用于分析 C-AGV 和 AGV 的附加模擬實(shí)驗(yàn)
還有一些其他問(wèn)題，例如對(duì)各種水平輸送系統(tǒng)的運(yùn)行成本進(jìn)行比較，并選擇 AGV 的分派方法。 為了分析這些問(wèn)題，建立了一個(gè)模擬模型。 該系統(tǒng)模型模擬了一個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭，對(duì)為一艘船服務(wù)的 C-AGV 和 AGV 進(jìn)行了比較。 我們集中于對(duì)涉及 QC 和 AGV 的操作進(jìn)行建模，它們負(fù)責(zé)將集裝箱或載貨架上的集裝箱在碼頭和貨堆之間轉(zhuǎn)移。 執(zhí)行一個(gè)輸送移動(dòng)所需的時(shí)間（包括不帶集裝箱的返回以及裝載和卸載的時(shí)間）稱為“AGV 循環(huán)時(shí)間”。 貨堆位于堆場(chǎng)中的不同區(qū)域，因此與 QC 的距離各不相同，從而需要不同的輸送時(shí)間。 我們是通過(guò)讓每次輸送都具有一個(gè)隨機(jī)的 AGV 循環(huán)時(shí)間來(lái)建立此模型的。 我們還考慮到通過(guò) QC 從船上卸載集裝箱和將集裝箱裝載到船上所需的時(shí)間（稱為集裝箱搬運(yùn)時(shí)間）。
表 2 中列出了兩種 AGV 系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格。
表 2： AGV 系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格
用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估和比較的性能標(biāo)準(zhǔn)：
? 服務(wù)時(shí)間： 完成船只的裝貨/卸貨所需的時(shí)間，在航運(yùn)業(yè)中也稱為“周轉(zhuǎn)時(shí)間”(turn-around time)。
? 利用率： 到達(dá)時(shí)間/服務(wù)時(shí)間（到達(dá)時(shí)間 + 空閑時(shí)間）。服務(wù)時(shí)間是一臺(tái)集裝箱碼頭設(shè)備投入工作的時(shí)間（例如將集裝箱從 QC 移動(dòng)到貨堆上），而空閑時(shí)間是該設(shè)備不工作的時(shí)間。 記錄下以下集裝箱碼頭設(shè)備的利用率： QC、AGV 和載貨架。
? 吞吐量： 以下設(shè)備的服務(wù)時(shí)間內(nèi)所處理的平均集裝箱數(shù)： QC、AGV 和載貨架。
? 總成本： 為一艘船服務(wù)的設(shè)備的成本以下列方式計(jì)算（OPEX = 單位集裝箱碼頭設(shè)備的運(yùn)行成本）：
– QC 成本： QC 數(shù) x QC 的 OPEX x 服務(wù)時(shí)間。
– AGV 成本： AGV 數(shù) x AGV 的 OPEX x 服務(wù)時(shí)間。
– 載貨架成本： 載貨架數(shù) x 載貨架的 OPEX x 服務(wù)時(shí)間。
– 總成本： QC 成本 +AGV 成本 + 載貨架成本
實(shí)際情況設(shè)置基于由工業(yè)伙伴所提供的數(shù)據(jù)。 來(lái)自模擬的結(jié)果基于平均值，它們需要進(jìn)行一定數(shù)量的模擬試驗(yàn)以獲得有效評(píng)估。 模擬中使用的循環(huán)時(shí)間是從以前的分析確定的，在以前的分析中，對(duì)貨堆距離和 AGV 的最大速度進(jìn)行了測(cè)試。 我們使用一種近似方法計(jì)算出，100 次運(yùn)行就足夠了。 在模擬實(shí)驗(yàn)中，我們使用表 3 中的設(shè)置以為一艘船服務(wù)。
表 3： 在模擬器中針對(duì)一艘船使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)置
使用的是一艘“平均船只”，要從它上面卸載或向上面裝載 493 個(gè)集裝箱。 從運(yùn)營(yíng)商提供的信息可知，服務(wù)于船只的 QC 數(shù)為 3 個(gè)。 AGV 具有 3 到 5 分鐘之間的隨機(jī)行進(jìn)循環(huán)時(shí)間。 C-AGV 的循環(huán)時(shí)間包括提升載貨架、將它從一個(gè) QC 輸送到一個(gè)貨堆、分離載貨架然后帶著空載貨架返回到 QC 的時(shí)間（或反方向的循環(huán)時(shí)間）。 AGV 循環(huán)時(shí)間與 C-AGV 相似，但沒(méi)有提升時(shí)間和輸送載貨架的時(shí)間。
所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是為了對(duì)為 3 個(gè) QC 服務(wù)的碼頭資源的各種組合進(jìn)行評(píng)估。 船只服務(wù)時(shí)間結(jié)果表明，當(dāng) 3 個(gè)或更多 C-AGV 中的每個(gè)帶有兩個(gè)或更多載貨架而工作時(shí)，服務(wù)時(shí)間接近于它的最小值，QC 的能力成為瓶頸。 當(dāng)被分配一個(gè)載貨架時(shí)，AGV 系統(tǒng)的船只服務(wù)時(shí)間結(jié)果與 C-AGV 相似。 當(dāng)兩個(gè)或更多 C-AGV 被分配有兩個(gè)或更多載貨架時(shí)，平均船只服務(wù)時(shí)間似乎要短一些（5.13 小時(shí)）。 在使用 5 個(gè)載貨架和 4 或 5 個(gè) C-AGV 時(shí)，船只服務(wù)時(shí)間最短，為 4.10 小時(shí)。 在使用 5 個(gè)載貨架時(shí)再使用一個(gè)附加的 C-AGV 似乎不會(huì)影響船只服務(wù)時(shí)間。
載貨架和 AGV 數(shù)量的增加為輸送集裝箱增加了額外能力。 載貨架所提供的額外能力可使 C-AGV 將一個(gè)載貨架上數(shù)目在 1-4 TEU 之間的集裝箱負(fù)荷分離，并去拾取另外一個(gè)載貨架。 這種操作可幫助縮短 QC 的空閑時(shí)間，使它們更加有效率。 這樣，從上面的結(jié)果可以得出結(jié)論，引入一定數(shù)目的 C-AGV 和載貨架是十分有用的，它們保持了整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中的起重機(jī)生產(chǎn)效率。 由于起重機(jī)的運(yùn)行成本高于 AGV 的運(yùn)行成本，因此這些結(jié)果可幫助集裝箱碼頭管理人員來(lái)決定將多少起重機(jī)、C-AGV 或 AGV 及載貨架分配給一艘船只。
表 4 中提供了使用三種類(lèi)型集裝箱碼頭設(shè)備的總運(yùn)行成本。 在下面的計(jì)算中所假設(shè)的每小時(shí)運(yùn)行成本包括折舊、維護(hù)、勞動(dòng)力和燃料成本：
? QC： 130 美元/小時(shí)
? AGV： 6 美元/小時(shí)
? C-AGV： 8.5 美元/小時(shí)
? 載貨架： 0.07 美元/小時(shí)
表 4： 碼頭設(shè)備總運(yùn)行成本（以美元為單位）
隨著更多 AGV 的使用，兩種 AGV 系統(tǒng)的運(yùn)行成本將會(huì)增加。 但是，隨著在每個(gè) C-AGV 上部署更多的載貨架，C-AGV 的運(yùn)行成本將會(huì)降低。 這里存在著一個(gè)折衷，即附加的載貨架會(huì)增加與載貨架相關(guān)的運(yùn)行成本，因此需要考慮總的成本。
表 5：為一艘船只服務(wù)的總運(yùn)行成本（美元）
在表 5 中的總運(yùn)行成本比較中，AGV 和載貨架的添加會(huì)使成本降低，直到使用 3 個(gè) C-AGV 和 3 個(gè)載貨架時(shí)。 再另外添加設(shè)備，總成本就會(huì)增加，即所贏得的時(shí)間不會(huì)補(bǔ)償產(chǎn)生的額外成本。 在所研究的情況中，對(duì)集裝箱碼頭設(shè)備進(jìn)行分配的一個(gè)可能選擇是使用 3 個(gè) C-AGV，每個(gè) C-AGV 帶有 3 個(gè)載貨架。
小結(jié)
基于載貨架的系統(tǒng) (C-AGV) 具有一些優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼮榧b箱碼頭管理人員提供了保持碼頭起重機(jī) (QC) 持續(xù)卸貨/裝貨而不必等待輸送設(shè)備可以利用的一種適宜方法。 QC 的等待時(shí)間變短，因此它們獲得了更高的利用率。 來(lái)自原型 C-AGV 模擬器的初步結(jié)果提供了一些有趣的觀察結(jié)果，它們對(duì)于確定分配給一艘船只以提供服務(wù)的設(shè)備數(shù)目十分有用。 所進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)還指出，在服務(wù)時(shí)間與購(gòu)買(mǎi)和運(yùn)行設(shè)備的成本之間存在著一種折衷。
（轉(zhuǎn)載）
