CN109816242A - 一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法，自动化集装箱码头作业区包括岸桥操作区、自动运输车运送区和集装箱堆存区，岸桥操作区设有多个岸桥QC，集装箱堆存区采用分体式自动储存系统SP‑AS/RS进行集装箱堆存，包括：S1，判断是否为装载作业，如是则进入S2，否则进入S3；S2，选择最早到达目的地的自动运输车运行至分体式自动储存系统，分体式自动储存系统对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至岸桥QC，并将集装箱放置于岸桥QC的缓存区，最后等待下一任务；S3，选择最早到达目的地的自动运输车运行至岸桥QC，岸桥QC对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将集装箱运行至分体式自动储存系统的缓存区，最后等待下一任务。
Description
技术领域
本发明涉及自动化码头的装卸设备集成调度领域，特别涉及一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法。
背景技术
在集装箱码头的研究中，由于现有的堆叠式堆场在进行装卸箱操作时需要考虑到翻箱操作，本设计在堆场装卸设备中采用分体式自动储存系统(SP-AS/RS)，通过仓储式存储方式避免了翻箱操作。
自动引导车(AGV)在装卸集装箱时需要AGV伴侣或辅助支架的协助以完成装卸操作，其中造成的等待延时影响了码头作业效率，而自动跨运车(ASC)能够不依靠辅助设备而自主的进行装卸集装箱操作并放置到指定位置，避免了装卸箱时的等待延时。
考虑到集装箱码头在任务执行过程中各装卸环节的耦合，以及各装卸设备之间存在完成时间的不同步，影响了码头工作效率，本设计采用QC、ASC、SP-AS/RS三种设备结合，给出集装箱装卸作业流程，并提出QC、ASC与SP-AS/RS的自动化码头集成调度方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法，以QC、ASC、SP-AS/RS三种设备工作的时间最小为目标，同时通过ASC自主装卸与SP-AS/RS的并行工作的优点，提出QC、ASC、SP-AS/RS三种设备的集成调度方法，进一步优化装卸流程减少集装箱装卸的工作时间。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法，自动化集装箱码头作业区包括岸桥操作区、自动运输车运送区和集装箱堆存区，其中所述的自动运输车运送区用于衔接岸桥操作区与集装箱堆存区，所述的岸桥操作区设有多个岸桥QC，所述集装箱堆存区采用分体式自动储存系统SP-AS/RS进行集装箱堆存，所述集成调度方法包括如下步骤：
S1，判断是否为装载作业，如是则进入S2，否则进入S3；
S2，选择最早到达目的地的自动运输车运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS，分体式自动储存系统SP-AS/RS对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至岸桥QC，并将集装箱放置于岸桥QC的缓存区，最后等待下一任务；
S3，选择最早到达目的地的自动运输车运行至岸桥QC，岸桥QC对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS的缓存区，最后等待下一任务。
所述的岸桥QC中用K代表岸桥QC的编号，QCk即表示第k台QC，此台QC的预计任务数量用QCk表示，Tki表示QCk的第k个QC的第i个任务，TQCki表示QCk在Tki上实际完成的时间，最后ESki表示QCk在Tki上最早完成的时间；TQ表示在QC中集装箱在海侧与陆地侧之间移动的时间，OQ表示QC与船之间拿取或放置集装箱的时间。
所述自动运输车采用ASC。
所述的分体式自动储存系统SP-AS/RS设有水平运行装置HP和垂直运行装置VP，当进行装卸操作时VP从上一任务的停留位置移动到当前任务的起点完成对集装箱的接收或存放，与此同时相应的VP也接收到信息开始从上一个任务的停留位置向当前任务的起点V完成集装箱的接收，最终存放在预定位置W，并且对于HP与VP，在完成一项运送集装箱操作后停留在所在位置不再回到起点。
所述的ASC首先由上一个任务的结束地点移动到当前任务开始的起点S，此段时间为当接收到集装箱后，应移动到当前任务的结束处F，此段时间为在完成一项运送集装箱操作后停留在所在位置不再回到起点。
所述的集成调度方法的集成调度模型目标函数为：
目标函数将ASC、SP-AS/RS的工作时间与QC的延迟时间取最小值作为优化的目标，其中α，β，γ均取1。
约束条件(2)和(3)表示同一个任务必须由同一辆ASC完成，约束条件(4)表示每台QC完成一件任务的时间不小于所有任务中最快完成的时间，约束(5)表示为一个二进制数。
在所述的步骤S2中，若所述分体式自动储存系统SP-AS/RS没有对集装箱进行提箱作业，则等待SP-AS/RS完成提箱作业。
在所述的步骤S3中，若所述岸桥QC没有对集装箱进行提箱作业，则等待QC完成提箱作业。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明针对自动跨运车自主装卸可减少等待延时、分体式自动储存系统并行作业避免翻箱的特性，设计了ASC、SP-AS/RS、QC三种设备的装卸作业流程，建立了自动化码头的集成调度模型，以提高码头作业效率。为今后的自动化码头装卸作业提供一种集成调度的方案。
附图说明
图1为本发明一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法的流程图；
图2为本发明SP-AS/RS的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法，自动化集装箱码头作业区包括岸桥操作区、自动运输车运送区和集装箱堆存区，其中所述的自动运输车运送区用于衔接岸桥操作区与集装箱堆存区，所述的岸桥操作区设有多个岸桥QC，所述集装箱堆存区采用分体式自动储存系统SP-AS/RS进行集装箱堆存，所述集成调度方法包括如下步骤：
S1，判断是否为装载作业，如是则进入S2，否则进入S3；
S2，选择最早到达目的地的自动运输车运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS，分体式自动储存系统SP-AS/RS对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至岸桥QC，并将集装箱放置于岸桥QC的缓存区，最后等待下一任务；
S3，选择最早到达目的地的自动运输车运行至岸桥QC，岸桥QC对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS的缓存区，最后等待下一任务。
在上述的步骤S2中，若所述分体式自动储存系统SP-AS/RS没有对集装箱进行提箱作业，则等待SP-AS/RS完成提箱作业。
在所述的步骤S3中，若所述岸桥QC没有对集装箱进行提箱作业，则等待QC完成提箱作业。
所述自动运输车采用自动跨运车(ASC)，在整个装卸流程中，ASC在装箱操作时需先向SP-AS/RS的位置运行，卸箱时先向QC处运行，因此在任务开始时首先选择到达起点最近的一辆ASC执行任务，在拾取集装箱后再向下一地点运行。图1是自动化码头装卸流程图，在ASC运行时QC与SP-AS/RS根据装卸任务的不同进行相应的装卸箱操作，由于SP-AS/RS的I/O站(缓冲区)用于放置集装箱，而没有其他辅助设备，相对AGV，ASC能够更快速进行装卸箱操作，并且在进行装船操作时，ASC在向SP-AS/RS运行同时，SP-AS/RS的水平运行装置(HP)和垂直运行装置(VP)也在进行取箱操作，由于VP与HP的并行运行，在堆场的装卸箱操作效率相对于龙门吊也有所提高。由于QC将集装箱放置在缓存区的时间与ASC到达QC的时间不同步性，通过设计SP-AS/RS、ASC与QC的调度方案也有利于ASC减少等待时间，提高码头的装卸效率。
本设计首先在堆场堆存方式中采用分体式自动储存系统(SP-AS/RS)对集装箱进行存放，它的整体结构图如图2所示，该SP-AS/RS设有集装箱存储单元5，在分体式自动储存系统的每一层都有一台水平运行装置(HP)3，用于水平传输集装箱6，同时在分体式自动储存系统的一端设有一台垂直运行装置(VP)4，其只能垂直运动的设备，工作原理为：如图2所示，当系统中的集装箱进行装船操作时，首先集装箱所在层的水平运行装置3负责将集装箱水平运往货架的一端，称为H/O站(附图标记1)，VP同时也向H/O站1进行垂直移动，将接收到的集装箱运往地面，称为I/O站(附图标记2)，等待运输车拾取集装箱进行装船，卸船操作即为上述流程的反顺序，这种垂直和水平并行操作的方式与传统的起重机来说不仅减少了工作时间，并且避免了翻箱的问题，能够提高堆场的装卸效率。
在运输车方面本设计采用自动跨运车(ASC)，与现有的自动引导式小车(AGV)相比，ASC能够自主的拾取或放置集装箱，在进行装卸操作时，运输车有可能会提前到达指定的装卸设备处准备对集装箱进行装卸，因此，ASC到达时就能够先将集装箱卸下或者拾取已经存放在等候区的集装箱，紧接着进行下一项任务，而AGV则需要等待其他装卸设备或额外的设备(如AGV伴侣)辅助装卸后才能进行接下来的任务，这在方面ASC通过减少了等待延时从而提高了堆场的装卸效率。
为了使本设计实现的技术手段、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，对本设计作进一步详细描述。
在自动化堆场进行装卸作业时，可以将工作区分为三个模块：岸桥操作区，自动运输车运送区，集装箱堆存区，其他区域本设计暂不考虑。
对于岸桥，由于对岸桥进行改造难度较大，成本较高，所以本设计仍采用现在自动化堆场中使用的岸桥本设计用K代表岸桥(QC)的编号，QCk即表示第k台QC，此台QC的预计任务数量用QCk表示，Tki表示QCk的第k个QC的第i个任务，TQCki表示QCk在Tki上实际完成的时间，最后，ESki表示QCk在Tki上最早完成的时间；TQ表示在QC中集装箱在海侧与陆地侧之间移动的时间，OQ表示QC与船之间拿取或放置集装箱的时间。
对于自动运输车，本设计采用ASC进行集装箱的传递，在运送过程中，为避免车辆逆行造成车辆碰撞，本设计采用运输车顺时针运行的方式进行在岸桥操作区与集装箱堆存区之间的集装箱传递，本设计中A代表自动跨运车ASC。
对于集装箱堆存区，本设计采用分体式自动储存系统进行集装箱堆存，在系统工作时由于HP与VP能够并行工作，当进行装卸操作时VP从上一任务的停留位置移动到当前任务的起点完成对集装箱的接收或存放，与此同时相应的VP也接收到信息开始从上一个任务的停留位置向当前任务的起点V完成集装箱的接收，最终存放在预定位置W，并且对于HP与VP，在完成一项操作后采用“停在原地”的策略，即运送完集装箱后停留在所在位置不再回到起点，此策略可提高分体式自动储存系统的装卸效率，TLUki表示SP-AS/RS系统在Tki上完成的时间。
在进行装卸操作时，ASC的工作可分为两部分，首先当一项任务开始时，ASC应首先由上一个任务的结束地点移动到当前任务开始的起点S，此段时间为当接收到集装箱后，应移动到当前任务的结束处F，此段时间为本设计优化了运输车拿到集装箱后等待下一设备操作的时间，所以这两部分的时间和即为一辆ASC的运输时间，并且ASC同样采用“停在原地”的驻留策略。
装卸设备的集成调度模型：
目标函数(1)将ASC、SP-AS/RS的工作时间与QC的延迟时间取最小值作为优化的目标，其中α，β，γ均取1。
约束条件(2)和(3)表示同一个任务必须由同一辆ASC完成，约束条件(4)表示每台QC完成一件任务的时间不小于所有任务中最快完成的时间，约束(5)表示为一个二进制数。
根据装载任务(L)与卸载任务(U)的不同，对QC与SP-AS/RS的工作时间计算方法由表1表示，表中max表示去括号内两值的最大值，对于同一台ASC连续完成的两个任务，Tki表示上一任务的QC进行的装卸操作，Tlj表示当前任务QC的装卸操作，Tl(j-1)表示当前任务操作的这台QC的上一个任务的装卸情况。
表1为不同任务下QC与SP-AS/RS的工作时间计算规则
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种用于自动化集装箱码头的集成调度方法，自动化集装箱码头作业区包括岸桥操作区、自动运输车运送区和集装箱堆存区，其中所述的自动运输车运送区用于衔接岸桥操作区与集装箱堆存区，所述的岸桥操作区设有多个岸桥QC，所述集装箱堆存区采用分体式自动储存系统SP-AS/RS进行集装箱堆存，其特征在于，所述集成调度方法包括如下步骤：
S1，判断是否为装载作业，如是则进入S2，否则进入S3；
S2，选择最早到达目的地的自动运输车运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS，分体式自动储存系统SP-AS/RS对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至岸桥QC，并将集装箱放置于岸桥QC的缓存区，最后等待下一任务；
S3，选择最早到达目的地的自动运输车运行至岸桥QC，岸桥QC对集装箱进行提箱作业后，自动运输车将所述集装箱运行至分体式自动储存系统SP-AS/RS的缓存区，最后等待下一任务。
2.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，所述的岸桥QC中用K代表岸桥QC的编号，QCk即表示第k台QC，此台QC的预计任务数量用QCk表示，Tki表示QCk的第k个QC的第i个任务，TQCki表示QCk在Tki上实际完成的时间，最后ESki表示QCk在Tki上最早完成的时间；TQ表示在QC中集装箱在海侧与陆地侧之间移动的时间，OQ表示QC与船之间拿取或放置集装箱的时间。
3.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，所述自动运输车采用ASC。
4.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，所述的分体式自动储存系统SP-AS/RS设有水平运行装置HP和垂直运行装置VP，当进行装卸操作时VP从上一任务的停留位置移动到当前任务的起点完成对集装箱的接收或存放，与此同时相应的VP也接收到信息开始从上一个任务的停留位置向当前任务的起点V完成集装箱的接收，最终存放在预定位置W，并且对于HP与VP，在完成一项运送集装箱操作后停留在所在位置不再回到起点。
5.如权利要求4所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，所述的ASC首先由上一个任务的结束地点移动到当前任务开始的起点S，此段时间为当接收到集装箱后，应移动到当前任务的结束处F，此段时间为在完成一项运送集装箱操作后停留在所在位置不再回到起点。
6.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，所述的集成调度方法的集成调度模型目标函数为：
目标函数将ASC、SP-AS/RS的工作时间与QC的延迟时间取最小值作为优化的目标，其中α，β，γ均取1。
约束条件(2)和(3)表示同一个任务必须由同一辆ASC完成，约束条件(4)表示每台QC完成一件任务的时间不小于所有任务中最快完成的时间，约束(5)表示为一个二进制数。
7.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，在所述的步骤S2中，若所述分体式自动储存系统SP-AS/RS没有对集装箱进行提箱作业，则等待SP-AS/RS完成提箱作业。
8.如权利要求1所述的用于自动化集装箱码头的集成调度方法，其特征在于，在所述的步骤S3中，若所述岸桥QC没有对集装箱进行提箱作业，则等待QC完成提箱作业。
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