CN110516976A - 一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头agv调度方法 - Google Patents

一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头agv调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法，包括：提取待装卸集装箱的位置、数量和岸桥、场桥的平均作业效率及AGV的运行速度；利用AGV在码头行驶过程中的基本信息预设各阶段的缓冲时间并对AGV调度系统进行建模；利用数据实验对每个阶段的模型求解可行的AGV调度方案集；评估每种方案的完工时间和AGV利用率后选择可在计划装卸时间内完工的AGV利用率最高的调度方案；根据每阶段实际装卸时间调整下一阶段的计划装卸时间。本发明主要利用分段思想，根据每阶段实际装卸时间变动下一阶段的计划装卸时间，以减少不确定因素对完工时间的影响，使得三个阶段实际完工时间小于要求装卸完工时间。

Description

一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法
技术领域
本发明涉及自动化集装箱码头资源调度优化领域，特别涉及AGV调度方法。
背景技术
随着航运经济的不断发展，现有港口规模不断扩大，有效的港口装卸调度方案亟待应用。现有的调度方案在制定过程中没有考虑船舶对装卸时间的要求，实际完工时间早于或晚于船舶装卸时间要求都会对码头造成损失，最小化每艘船的装卸完工时间不能提高总的客户满意度。另外，由于忽略了AGV在运输过程中，因路径冲突造成的实际交箱时间的不确定性对后续运输作业的影响。这类不确定因素使得在给定方案下，船舶实际装卸时间较计划装卸时间有延迟。此外，现有调度方案很少考虑AGV利用率问题。在码头实际运营过程中，AGV资源有限且有较高的使用和闲置等待成本，现有调度中为了提高效率配置多辆AGV服务岸桥，这就造成多AGV路径冲突且AGV利用率较低。
发明内容
根据上述提出现有调度方案中AGV利用率较低的技术问题，而提供一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法。本发明主要利用分段思想，根据每阶段实际装卸时间变动下一阶段的计划装卸时间，以减少不确定因素对完工时间的影响，使得三个阶段实际完工时间小于要求装卸完工时间。
本发明采用的技术手段如下：
一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法，包括：
提取待装卸集装箱的位置、数量和岸桥、场桥的平均作业效率及AGV的运行速度，将所有装卸作业划分为卸船阶段、装卸同步阶段、装船阶段三个阶段，输出每个阶段的计划装卸时间及AGV在岸桥和场桥下的可作业时间；
利用AGV在码头行驶过程中的基本信息预设各阶段的缓冲时间并对AGV调度系统进行建模；
利用数据实验对每个阶段的模型求解可行的AGV调度方案集；
评估每种方案的完工时间和AGV利用率后选择可在计划装卸时间内完工的AGV利用率最高的调度方案；
根据每阶段实际装卸时间调整下一阶段的计划装卸时间。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明考虑靠港船舶装卸时间要求约束，提供的AGV配置与调度方案可以确保船舶在要求完工时间内结束装卸作业。同时，本发明还考虑AGV运输中路径冲突对岸桥作业时间的影响，不是从增加AGV数量入手，而是通过优化调度方案提高了AGV利用率。
基于上述理由本发明可在自动化集装箱码头资源调度优化领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自动化集装箱码头AGV调度方法流程图。
图2为本发明实施例中自动化集装箱码头布局图。
图3为本发明实施例中路径冲突示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明提供了一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法，包括：
确定待装卸集装箱的基本信息和岸桥、场桥、AGV的作业能力，如图2所示为自动化集装箱码头的布局图。基本信息包括集装箱的位置和数量，作业能力指的是平均作业效率。
将所有装卸作业划分为卸船阶段、装卸同步阶段、装船阶段三个阶段，利用已知信息预设各阶段的缓冲时间并对AGV调度系统进行建模，生成在岸桥下的可作业时间。
具体地，定义卸船阶段为船舶靠泊后所有岸桥卸船作业的时间段；定义装卸同步阶段为卸完部分贝位后，部分岸桥开始装船且至少有一台岸桥依然卸船的时间段；定义装船阶段为所有岸桥开始装船的时间段。根据码头现有的装卸作业效率和待装卸船舶上集装箱的位置信息，确定卸船阶段、装卸同步阶段和装船阶段的计划装卸时间。集装箱码头信息控制系统根据集装箱所在位置及岸桥和场桥的调度方案，生成每个集装箱在岸桥和场桥下的可作业时间。在AGV运行过程中，当重载送箱AGV到达卸船箱区的时间早于场桥计划作业时间，若缓冲支架全被占用，即缓冲空间已满，则AGV在场桥下等待；若缓冲空间未满，AGV将卸船箱放置到缓冲支架上后继续作业下一集装箱。当空载取箱AGV到达箱区的时间晚于场桥作业时间，场桥可将集装箱放置在缓冲支架上继续下一作业，AGV到达后在缓冲支架上提箱。若AGV到达岸桥或场桥时间晚于其相应的计划放/提箱时间，则会导致岸桥和场桥的作业时间发生延误。
利用数据实验对每个阶段的模型求解可行的AGV调度方案集。
具体地，建立最小化完工时间和最大化AGV利用率的双目标函数，每阶段的计划装卸时间和缓冲时间为约束条件，求解模型得到一组满足约束条件的可行调度方案集。
实际装卸完工时间受到AGV运载过程中的冲突和拥堵、船舱及堆场集装箱分布、港湾自然环境差异及操作人员临时介入等诸多不确定因素的影响，为了减少实际装卸时间较计划装卸时间的延迟，设置合理的缓冲时间并将其加入约束条件中。
虽然影响实际完工时间的因素很多，但AGV运载过程中的冲突时间可根据AGV在冲突点的等待时间、冲突发生概率等统计值来估算其对AGV调度方案的影响，进而减少实际完工时间的延迟。为了设置合理的缓冲时间，采用多AGV系统下冲突点等待的调度策略(冲突点如图3所示)，利用爱尔朗分布模拟实际作业过程中AGV经过冲突点的额外作业时间，则在一次送/取箱过程中，已知单个AGV经过m个冲突点时额外作业时间服从均值为mθ的埃尔朗分布，假设n个集装箱在运输过程中，发生冲突的概率为β，预设缓冲时间为：
t0＝β×n×m×θ (1)
评估每种方案的完工时间和AGV利用率后选择可在计划装卸时间内完工的AGV利用率最高的调度方案；
根据每阶段实际装卸时间变动下一阶段的计划装卸时间，以减少不确定因素对完工时间的影响，使得三个阶段实际装卸时间小于要求装卸完工时间。
具体地，在卸船要求完工时间和缓冲时间的约束下求解模型，选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的卸船阶段调度方案，依据卸船阶段实际装卸时间修正装卸同步阶段和装船阶段的计划装卸时间值；更新约束条件求解模型，选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的装卸同步阶段调度方案，依据装卸同步阶段的实际装卸时间修正装船阶段的计划装卸时间值；更新约束条件求解模型，选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的装船阶段的调度方案。
需要说明的是，上述方法应用以下述假设为前提：
1、所有待作业集装箱箱型一致，待作业集装箱位置信息及装卸顺序已知；
2、堆场每个箱区均可放卸船集装箱和装船集装箱，每个箱区有且只有一台场桥作业海侧集装箱；
3、每个装卸设备有相同的作业能力，均不能同时作业两个集装箱。
上述方案中，计划装卸时间以及实际装卸时间是针对各个阶段而言的时间区间；实际完工以及要求完工时间是针对整个装卸过程而言的时间区间；可作业时间是针对每个集装箱而言的时间区间。计划作业时刻以及实际作业时刻是针对每个集装箱的某一时间点。
本发明考虑靠港船舶装卸时间要求约束，提供的AGV配置与调度方案可以确保船舶在要求完工时间内结束装卸作业。同时，本发明还考虑AGV运输中路径冲突对岸桥作业时间的影响，不是从增加AGV数量入手，而是通过优化调度方案提高了AGV利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种可选择装卸完工时间的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，包括：
提取待装卸集装箱的位置、数量和岸桥、场桥的平均作业效率及AGV的运行速度，将所有装卸作业划分为卸船阶段、装卸同步阶段、装船阶段三个阶段，输出每个阶段的计划装卸时间及AGV在岸桥和场桥下的可作业时间；
利用AGV在码头行驶过程中的基本信息预设各阶段的缓冲时间并对AGV调度系统进行建模；
利用数据实验对每个阶段的模型求解可行的AGV调度方案集；
评估每种方案的完工时间和AGV利用率后选择可在计划装卸时间内完工的AGV利用率最高的调度方案；
根据每阶段实际装卸时间调整下一阶段的计划装卸时间。
2.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，所述卸船阶段为船舶靠泊后所有岸桥卸船作业的时间段；
所述装卸同步阶段为卸完部分贝位后，部分岸桥开始装船且至少有一台岸桥依然卸船的时间段；
所述装船阶段为所有岸桥开始装船的时间段。
3.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，所述利用AGV在码头行驶过程中的基本信息预设各阶段的缓冲时间并对AGV调度系统进行建模生成在岸桥和场桥下的AGV可作业时间，包括：根据集装箱所在位置、数量及岸桥和场桥的作业效率，生成每个集装箱在岸桥和场桥下的计划作业时刻。
4.根据权利要求1或2所述的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，所述利用数据实验对每个阶段的模型求解可行的AGV调度方案集，包括：
建立最小化完工时间和最大化AGV利用率的双目标函数，以每阶段的计划装卸时间和缓冲时间为约束条件，求解模型得到一组满足约束条件的可行调度方案集。
5.根据权利要求3所述的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，所述缓冲时间的设定包括：
已知单个AGV经过m个冲突点时额外作业时间服从均值为mθ的埃尔朗分布，则n个集装箱在运输过程中的预设缓冲时间：
t0＝β×n×m×θ (1)
其中，β为运输过程中发生冲突的概率。
6.根据权利要求1所述的自动化集装箱码头AGV调度方法，其特征在于，所述根据每阶段实际装卸时间变动下一阶段的计划装卸时间，包括：
选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的卸船阶段调度方案，依据卸船阶段实际装卸时间修正装卸同步阶段和装船阶段的计划装卸时间值；
更新约束条件求解模型，选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的装卸同步阶段调度方案，依据装卸同步阶段的实际装卸时间修正装船阶段的计划装卸时间值；
更新约束条件求解模型，选用AGV利用率高且满足装卸时间要求的装船阶段的调度方案。
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