JP2004520250A - 自動化コンテナ用岸壁クレーンの運転方法および操作装置 - Google Patents

Abstract

クレーン操縦室におけるモニター付きＰＣによるコンテナ船の船積みおよび陸揚げのためのコンテナ用岸壁クレーンの運転方法において、運転方法がタッチ画面により実施され、運転方法が全自動または部分自動の設定に基づいてクレーンの目標点に到達することを可能にする。

Description

【技術分野】
【０００１】
コンテナ用岸壁クレーンにおいては、クレーン操縦者を自動運転装置に置き換えることは、なおも長年にわたって不可能であると思われている。それゆえ、コンテナ用岸壁クレーンは今日では部分自動運転で走行されている。この部分自動運転は成功裡に実現されている。
【０００２】
しかしながら、このクレーンの運搬能力が期待に達していないことが分かった。原因は、多くのクレーン操縦者にとって自動運転機能の扱いが難しい点にある。つまり、従来においては、クレーン操縦者と自動運転装置との間の相互作用を最適に構成するマンマシンインタフェースおよび適当な運転方法が不足している。
【０００３】
従来においては、自動運転装置の操作のために、クレーン操縦席の制御卓に多数のスイッチ、キーおよび光表示器がある。もちろん、この簡単な手段は、クレーン操縦者に、自動運転装置の運転状態、自動運転装置によって次に到達すべき目標点、障害通知または警戒通知、または自動運転装置のその他の運転状態に関する情報を非常に僅かしか与えない。さらに、この簡単な手段は自動運転装置に対して僅かしか関与できない。
【０００４】
次のようにして、本発明は上述の技術的問題を解決する。
ａ）すべての操作要素および表示要素をほとんどタッチ画面に集中させる。タッチ画面はクレーン操縦席そばのハンドル幅内の右側にある。従来においてクレーン操縦席の制御卓上にしばしば困惑させられる不統一なやり方で配置されていた操作ボタン、キーおよび光表示器をなくす。
ｂ）自動運転装置へのすべての主要な制御指令はタッチキーに軽く触れることによってこのタッチ画面に入力する。
ｃ）自動運転装置のすべての主要な情報はこのタッチ画面上に表示する。
ｄ）タッチ画面にはコンピュータを付属させる。コンピュータは、表示すべき信号をクレーン操縦者にとって人間工学的な形式で処理する。
ｅ）同コンピュータは、とくに自動走行の目標点設定の計算もする。この課題が従来クレーン制御に委ねられていた従来の解決法とは異なる。これが多数の種々の不統一な、しばしば誤動作する解決法につながっていたのである。
【０００５】
タッチ画面の人間工学的に構成された操作面は、クレーン操縦者に、一方では自動運転装置の動作を最適に観察し、必要な場合には簡単かつ確実に関与することを可能にする。他方では、ＭＭＩ（マンマシンインタフェース）のタッチ画面は視覚的通知および場合によっては音響的通知によるクレーン操縦者への指示も可能にする。これにより、自動運転と手動運転との間の切替動作が最適に可能にされる。
【０００６】
クレーン操縦者はしばしば異なる自動化システムを持つ別のクレーンに交替させられるが、クレーン操縦者は本発明によれば自動化クレーンを用いた作業前に自動運転のための操作マニュアルを徹底的に勉強する必要がない。操作マニュアルの通読は、クレーン操縦者においては嫌われ、そのためにしばしば行なわれない。クレーン操縦者は自分の記憶をあてにする結果、間違いを犯す。
【０００７】
本発明によれば、どのようにして都合よく進行するか？
クレーンにおける作業開始時に、クレーン操縦者はタッチ画面をスイッチオンする。それからクレーン操縦者はタッチ画面における図１による画面を目にする。
【０００８】
色選択
白地 表示（テキスト、数）
オレンジ地 タッチキー、不動作状態
緑地 タッチキー、動作状態
淡青 目標点表示
灰 クレーン略図
赤 最終位置
淡紫 船影像
黄 通知バー
【０００９】
背景は識別性の理由から濃青色に保つのが好ましい。選択された色による光学的識別が重要である。なぜならば、労働時間中のクレーン操縦者の高い負担のためにクレーン操縦者の集中がゆるむからである。背景としての青色は次の理由から特に好ましい。
クレーン操縦者にとって夜間にタッチ画面がまぶしくなるのを避けること。
表示フィールドおよび操作キーを強調すること。
【００１０】
作業態様
１． クレーン操縦者の作業開始は基礎設定画面によって行なわれる。
まず、クレーン操縦者は自動運転のための基礎設定を行なわなければならず、その際に次の作業ステップが実施可能である。
【００１１】
１．１ 主運転様式の設定
安全性の理由から唯一の操作要素としてタッチ画面上にないスイッチにより、クレーン操縦者は自動運転を投入または遮断することができる。タッチ画面は、図１の最上行に、その都度の表示面の緑色変化によって、どれがこの外部スイッチにて選択されたかを示す。
【００１２】
１．２ 運転様式の選択
ここでは、クレーン操縦者は次の３つの可能性を持つ。
全自動走行（とりわけ、陸側と水側との間の広い距離の振れのない横断のための運転）と、在来の運転(一般に、目標点上への、とりわけ船上への荷物の精密位置決めのための運転)との間の切替動作。
自動運転（ここでも広い距離の横断のための運転）と、振れ制御の手動運転、つまり荷物速度制御の手動運転（同様に荷物の精密位置決めのための運転）との切替動作。
「振れ止」機能（直前の揺れ制御なし運転後における荷物の掴みおよび目標点位置決め）
【００１３】
１．３ 運搬様式
垂直／循環
船上において常に同一の列へコンテナを船積みまたは陸揚げ。
水平
コンテナの積み重ねの除去または積み重ね
【００１４】
１．４ 中間停止
中間停止機能を選択した場合、コンテナは自動運転装置によって直接にその都度の目標点に運ばれるのではなくて、それより前に中間停止位置で止められる。この中間停止位置はクレーン下部の陸側にある。そこではコンテナの関税封印検査が実施されるか、および／または自動ツイストロックがコンテナに差し込まれるかまたは外される。この仕事の遂行後、自動運転装置はコンテナを本来の目標点へさらに運搬する。
【００１５】
１．５ コンテナ置場における列の数
ここで、クレーン操縦者は自動運転装置に、処理すべき船上コンテナ置場に何列のコンテナがあるかを通知する。「増」もしくは「減」のラベル文字を持った押しボタンキーを介して列の数が増減される。両押しボタンキーの間の表示フィールドは、クレーン操縦者が何列を設定したかをクレーン操縦者に示す。
【００１６】
１・６ 船首
ここで、クレーン操縦者は自動運転装置に、クレーン操縦者の前にいる船の船首がクレーン操縦者の左側にあるか右側にあるかを通知することができる。コンテナ置場における列の数についての情報と合せてこの情報により、自動運転装置は船上におけるコンテナ位置の番号付けを図２による画面において正しく登録することができる。この詳細は図２に対する説明から明らかになる。
【００１７】
１．７ 訓練運転
訓練運転を選択した場合、クレーン操縦者は自動運転制御に対して適当な押しボタンキーを介して、船上または陸上のコンテナが降ろされたかまたは積み込まれたかを装うことができる。このために、コンテナの船積みまたは陸揚げをする船が存在しないときにも、船側と陸側との間で目標点をあちらこちら切替えることができる。クレーン操縦者が自動運転装置による運搬運転を開始する前に船なしでまず一度訓練をしなければならないから、この機能は必要である。
【００１８】
基礎設定の終了後、クレーン操縦者は図１の右下のキー「自動運転画面へ」に触れ、それにともない、図２による本来の動作画面に達する。
【００１９】
２． 「自動運転」画面
クレーン操縦者は船上作業中持続的に「自動運転」画面を投入状態にしておく。他の画面への切替えはクレーン操縦者にその作業を止めさせるであろうし、危険な状況がもたらされたことになるであろう。したがって、「自動運転」画面上には、すべての重要な情報および操作要素が人間工学的な形で含まれている。
【００２０】
画面は主として次の３つの部分に分けられている。
画面の上半分（黄色の通知バーの上側）には、クレーンの水側（船側）がある。
下半分の右側にはクレーンの陸側が表示されている。
下半分の左側にはクレーン操縦者が持続的に制御することができなければならない運転データが表示されている。
【００２１】
２．１ 水側
２．１．１ クレーン台
灰色でクレーン台が表示され、右下角には岸壁縁部が表示されている。
【００２２】
２．１．２ トロリおよび巻上装置の走行方向
クレーン台における白い三角は矢印を表す。矢印はクレーントロリがそれぞれの方向へ移動する際に緑色に染まる。同じことが垂直なクレーン脚における矢印に対しても荷物の昇降方向移動の際に当てはまる。
【００２３】
２．１．３ リミットスイッチ
矢印の前の白い小さな矩形は、トロリもしくは巻上装置がそれぞれのリミットスッチに到達するとき赤色に染まる。
【００２４】
２．１．４ コンテナ位置および目標点設定
水側のクレーンブームの下側に淡紫色で船の断面が様式化されている。船の上側には船上または船中のコンテナ置場が中に数字を持つ矩形フィールドによって表示されている。つまり、矩形はデッキ下のコンテナ収容室またはデッキ上に置かれたコンテナの上面にあたる。その下にあるコンテナの表示はクレーン操縦者による処理にとって重要ではないから意図的に放棄されている。余計な情報の表示は、クレーン操縦者を混乱させ、それによって運転安全性に影響を及ぼすであろう。
【００２５】
矩形の個数は、クレーン操縦者が図１の基礎設定における「置場における列の数」において設定した置場の列の数に相当する。
【００２６】
矩形の中央には白地の表示フィールドがある。これは国際規格にしたがう列番号を示す。船の右舷側の列は船中央から外側に向かって増大していく奇数番号を備える。船の左舷側の列は船の中央から外側に向かって増大していく偶数の数字を付されている。船が奇数の列数を持つ場合には中心の列が０の番号を持つ。しかしながら、それぞれの船内の置場における列数が偶数である場合には０の番号は除かれる。タッチ画面に付属するコンピュータは矩形の中の表示フィールドに番号を書き入れるが、それは、置場における列数と、船内の置場が右側にあるかどうか、すなわち右舷が岸壁縁側にあるのか又はその逆かという事情とに応じて行なわれる。これによって、クレーン操縦者は自分の積荷計画とタッチ画面上表示との間の直接の対応関係を得る。
【００２７】
目標点設定
コンテナ矩形はクレーン操縦者に自動運転装置が次にどの目標点に向かうかを示す。自動運転装置が当該列を船側における次の自動走行方向のための次の目標点として決定した場合、矩形中の番号フィールド周囲の境界部は灰色から淡青へ色変化をする。列番号表示フィールドの内部も同様に淡青色になる。この色変化によって自動運転装置によって最後に到着された目標点が特徴付けられる。これによって、クレーン操縦者は自動走行の前の目標点と次の目標点との間における方向付けを得る。
【００２８】
目標点変更
タッチ画面に付属するコンピュータは、水平と垂直のどちらの運搬運転が選択されているのかに応じて、あるいは船の陸揚げ運転と船積み運転のどちらが行なわれるのかに応じて、次の目標点を計算する。垂直運転の場合、次の目標点はふたたび最後の到着と同じ目標点となる。水平な陸揚げの場合、先行の目標点よりも陸側に遠い方向の列が次の目標点になる。水平な船積みの場合、次の目標点は最後の目標点に比べて水側に遠い方向の列である。
【００２９】
クレーン操縦者が目標点を変更したいときには、クレーン操縦者にはそのためにラベル文字「＋」もしくは「−」を持つタッチキーが用意されている。「＋」キーを操作すると、目標点が１列だけ水側方向に遠ざけられる。「−」キーを操作すると、目標点が１列だけ陸側方向に遠ざけられる。キーを複数回押すことによって目標点は複数列ずらされる。その場合に、番号フィールドの淡青への変化は、新しく選択された目標点へ飛ぶ。これによりクレーン操縦者は、どこへ目標点を設定したかを完全な管理下に置くことができる（図３参照）。
【００３０】
２．１．５ 目標点位置の直前静止
右上角にはタッチキー「直前静止ＬＳ」（直前静止陸側）がある。
水平な運搬運転の場合にクレーン操縦者はしばしば次のことを望む。すなわち、自動運転装置が、荷物を直接に目標点位置における到着すべきコンテナ列の上方に正確に運ぶのではなく、陸側のほぼ半メートルの距離で停止することである。（停止とは、静かに目標点上で吊下げている、すなわち振れのない状態を意味する。）これはクレーン操縦者に手動運転で荷物を簡単に隣のコンテナに軽くもたせかけることを可能にする。自動運転装置が荷物を直接に目標点上に運んだ場合、クレーン操縦者はしばしばまず荷物をふたたび手動で少し陸側の方へ引き戻し、それから下降させ、そしてそれから再び手動で水側の方へ運び隣のコンテナにもたせかけなければならないである。これは次の理由から必要である。荷物はたいてい多かれ少なかれ強いゆがみ振動（垂直軸線のまわりの回転振動）を有するので、荷物下降時に角の１つが隣のコンテナに衝突する危険があるからである（機能作動化は図４参照）。
【００３１】
逆の場合、すなわち水側からコンテナを隣のコンテナにもたせかける場合のために、さらに画面の左上にタッチキー「直前静止ＷＳ」（直前静止水側）
【００３２】
２，１，６ 船の水側または陸側の終端へ向けた目標点跳び越し
水平運搬運転の場合には一般に、船の陸側または水側の縁で船積みもしくは陸揚げが続けられるべきであることが生じる。このために、図１による基礎設定において水平運搬運転を選択した場合、図２による画面上に別の２つのタッチキー「ＬＳへ」（陸側へ）および「ＷＳへ」（水側へ）が現れる。それにより、クレーン操縦者は、いちばん陸側に置かれたコンテナ列か、いちばん水側に置かれたコンテナ列かのいずれかへ目標点の飛び越しをさせることができる。
【００３３】
２．１．７ ティーチ機能
コンテナ矩形の上側の中央に大きなタッチキー「船における目標点高さ設定」がある。これは２つのティーチ機能を持っている。
【００３４】
２，１，７，１ 船における目標点高さの設定
作業プロセス開始時にクレーン操縦者は荷物を船上に所望の高さに運搬し、このタッチキーを押す。この高さはこれからの自動走行のために目標点高さとして受け入れられる。この高さは、すべての他の走行時においてこのキーを新たなに押すことによって新たに設定することができる。
【００３５】
２．１．７．２コンテナ列の設定
目標点高さの設定後、このタッチキー上のテキストは「現在のコンテナ列の設定」に切り替わる。この経過は船への最初の走行のときにのみ行なわれる。その際に、自動運転装置は幾何学的データに基づいて実際の位置に相当するそれらしい列を算定し、これを該当の矩形の黄色への色変化によって表示する。しかし、自動運転装置がこの最初に到着された列を誤って算定した場合、「＋」キーまたは「−」キーを押すことによって修正することができ、その結果はタッチキーを押すことによって確認することができる（図５参照）。後続の全走行のために、タッチキーは再び「船における目標高さ設定」というテキストを持つ。それにより、クレーン操縦者はあらゆる走行の場合において望めば船上における目標点高さを修正することができる。
【００３６】
２．１．８「ロック解除−ロック」のシミュレーションおよび表示
図２による画面においてテキスト「ロック解除」と共に緑色で示されているこのタッチキーは、図１において「訓練運転」を選択した場合にのみ見ることができる。この機能は、自動運転装置にコンテナの着脱、すなわちロック解除−ロックを本当と思い込ませる。これにより、自動運転装置は陸側と水側との間で目標点を切替える。通常のごとく、「ロック解除」は緑色への色変化によって表されるのに対して、ロック状態は赤色への色変化によって表される。したがって、このタッチキーは緑色か赤色のどちらかになっている。接触によって状態がロックからロック解除へ、あるいはその逆へ切り替わる（図６参照）。
【００３７】
２．２陸側
２．２．１走行方向、リミットスイッチ、トロリ位置
クレーンの陸側は図２による画面において画面の下部右側に表示されている。ふたたび灰色でクレーン台および岸壁が様式化されている。岸壁面には「基礎設定」画面（図１による）への切替のためのタッチキーがある。さらに、クレーン台の部分には、既に２．１．２および２．１．３に記載したように、トロリおよび巻上装置の移動およびリミットスイッチの到達のための三角矢印およびリミットスイッチバーがある。陸側のクレーンブームの上部右側にはトロリの位置に赤色矩形によってマークを付けられている。この矩形はトロリの移動とともにクレーンブーム上を移動し、クレーンの水側到達時に上方の画面部分におけるクレーンブーム上に飛び移る。陸側への逆走行の場合には赤色矩形は陸側のブーム部分へ飛び戻る。
【００３８】
トロリにぶら下がっている荷物の表示は意図的に除かれている。というのは、クレーン操縦者はこの情報をクレーン操縦室の窓から目視にてより良く得られるからである。
【００３９】
２．２．２待機位置
クレーン脚の中央にはタッチキー「ＰＡＲＫＰ」（待機位置）がある。このキーに触れると自動運転装置は次の自動走行の目標点としてクレーントロリの待機位置を得る。
【００４０】
２．２．３陸側目標点
画面の右下にここでもコンテナ記号があり、これはパネル文字「ＶＣ−Ｐｏｓ」（バン・キャリア位置）で表されている。灰色の内部面の淡青色への色変化は、自動運転装置が次の自動走行のための次の目標点としてこの陸側の目標点を定めたことを意味する。
【００４１】
図１による「基礎設定」画面において、機能「中間停止」を作動させると、自動運転装置は、船側の方から陸側の走行をする際に、本来の目標点「バン・キャリア位置」へ走行する前に、特定の位置で中間停止を間挿する。
【００４２】
２．３データ表示フィールド
画面（図２）の左下には、クレーン操縦者が持続的にいつでも用意していなければならない運転データが表示される。
巻上装置１（ＨＷ１）、巻上装置２（ＨＷ２）における荷物重量（ｔ）および巻上装置１＋２の合計重量
巻上げ高さ−巻上装置１および２の実際値
風力
スプレッダー位置（トロリ方向における、すなわち水平成分）およびトロリ自体の位置
自動運転装置のオンオフ、オン時における自動制御のステップ経過
コンテナ運搬の作動様式（垂直か水平か、中間停止の有無、船積みか陸揚げか）
参照：船積みか陸揚げかのどちらか行なわれるかは自動運転装置自体が決定する。作業開始後、最初のコンテナが船上で掴まれた場合には陸揚げ運転が行なわれ、陸側で掴まれた場合には船積み運転が行なわれる。
自動運転装置によって選択された次の目標点の座標
【００４３】
２．４通知バー
画面中央における水平の通知バーはクレーン操縦者にクレーン自動運転装置のすべての状態について通知する
【表１】

【００４４】
タッチ画面に付属するコンピュータにサウンドカードを装備する場合、光学的信号はテキストのアナウンスによって補足される。
【００４５】
さらに、本発明も含めて詳細が請求項および図面から得られる。
図面の内容は専門家（クレーン操縦者、クレーン設計者）にとって自ずと明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明によるタッチ画面における基礎設定の説明図
【図２】本発明によるタッチ画面における自動運転設定の説明図
【図３】本発明によるタッチ画面における目標点設定の説明図
【図４】本発明によるタッチ画面における直前静止設定の説明図
【図５】本発明によるタッチ画面におけるコンテナ列設定の説明図
【図６】本発明によるタッチ画面におけるロック解除−ロックの説明図

Claims (18)

1. クレーン操縦室におけるモニター付きＰＣによるコンテナ船の船積みおよび陸揚げのためのコンテナ用岸壁クレーンの運転方法において、運転方法がタッチ画面およびコンピュータにより実施され、運転方法がコンピュータへの設定に基づいて全自動または部分自動でクレーン目標点に到達すること可能にすることを特徴とするコンテナ用岸壁クレーンの運転方法。
2. 選択された目標点設定は調整可能であることを特徴とする請求項１記載の運転方法。
3. 自動運転装置によって予め与えられた、タッチ画面における目標点設定がクレーンによって追従実行可能であることを特徴とする請求項１または２記載の運転方法。
4. 複数の運転様式、例えば全自動走行や精密位置決めのための複数の運転様式があり、運転様式間の切替が可能であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の運転方法。
5. コンテナのために種々の運搬様式が設定可能であることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の運転方法。
6. 訓練運転の運転様式が設定可能であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の運転方法。
7. 直前静止の運転様式が設定可能であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の運転方法。
8. 学習機能が設定可能であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の運転方法。
9. クレーン操縦者によって実施される動作が表示されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の運転方法。
10. タッチ画面は、好ましくは濃青色である暗い背景色および信号色のタッチフィールドを有することを特徴とする、とりわけ請求項１乃至９の１つに記載の運転方法を実施するためのコンテナクレーン操作用タッチ画面。
11. タッチ画面は記号的に表示された船細部およびクレーン細部を含むことを特徴とする請求項１０記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
12. 色切替えによって、現在の目標点設定、コンテナ位置およびシステム状態が表示されることを特徴とするコンテナクレーン操作用タッチ画面。
13. タッチフィールドと記号的に表示された船およびクレーンの細部のほかに、テキスト形式および数値にて指示を与えるためのフィールドが存在することを特徴とする請求項１０乃至１２の１つに記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
14. タッチ画面は、少なくとも１つの、説明文を付された、特にタッチ画面上を横方向に延びる目立つ通知バーを有し、その通知バーはその都度の運転状態または運転指示の通知を有することを特徴とする請求項１０乃至１３の１つに記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
15. 通知バーは作業ステップの開始前にクレーン操縦者への作業指示も与えることを特徴とする請求項１４記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
16. 通知バーは次に必要な作業ステップについての指示のようなクレーン操縦者のための通知も与え、その与えた内容の種類に応じてその色を変化させることを特徴とする請求項１４または１５記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
17. タッチ画面はタッチによってまたはＰＣマウスのマウス矢印によって操作可能であることを特徴とする請求項１０乃至１６の１つに記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。
18. タッチ画面のプログラムは目的指向にプログラムされ、とくにシーメンス社のプログラム「Ｗｉｎ ＣＣ」により目的指向に変更可能であることを特徴とする請求項１０乃至１７の１つに記載のコンテナクレーン操作用タッチ画面。

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