集装箱码头AGV概述Word格式.docx

1、目前随着航运经济的复苏，未来数年内，我国集装箱码头的吞吐量增长速度仍然为年均 8%到 30%，为了满足货物装卸需求，港口作业要从优化作业方式和采用先进的自动化装卸设备等方面进行改进。港口是集装箱的集散地,特别是大型港口,集装箱在装船前或卸船后都需要临时堆放在多个不同分类的暂存区（货场）。港口集装箱每天的装卸量很大,搬运频率很高。目前国内采用的是人工操控的机械化、半自动化作业方式,实现在船岸桥货场（往往还分前方和后方2级）收发货点之间的频繁装卸、往返搬运作业。往返搬运一般用牵引车带平板挂车、跨运车、吊运车、集装箱叉车等,均为人工操作。缺点是:（1）种类杂,数量多,管理成本高;（2）除集装箱叉车外

2、,其他设备每次搬运都需吊具重复抓持或夹持,故障率高,可靠性差,维护成本高;（3）集装箱叉车的平衡能力有限,大吨位的少;（4）完全要人工操作,准确率低,劳动强度大,工作环境差,箱、车、人的安全性均不好；（5）昼夜生产,每个作业环节都离不开人,人力成本高;（6）机械化、自动化、电子化、信息化等技术只能在独立单元内实现,形不成系统。能力、速度、可靠性、安全性、效率、效益的提高受制约。为了满足集装箱船舶装载能力最大化和集装箱船舶停靠港口时间最小化的要求，集装箱码头需要不断提高集装箱码头装卸作业水平，如果配备大量人员、集卡和堆场，将会导致增加营运成本，同时也会加大管理难度。由于集装箱码头吞吐量日益增长，

3、提高集装箱码头竞争力迫在眉睫，自动化和半自动化采用的趋势显而易见。随着计算机技术的发展和普及,特别是条码、电子标签、光电探测、图像识别、激光扫描、网络通讯等相关技术的进步,为集装箱自动化奠定了技术基础。实现港口集装箱物流自动化是广泛达成的共识,具体方法很多。高度自动化集成的装卸和搬运作业设备将逐渐代替传统集装箱码头普遍采用的拖挂车设备。自动导引小车（AGV，Automated Guided Vehicles）作为一种比较先进的自动化搬运装备，在效率，自动化水平和统一调度方面都要强于传统的集卡运输方式。AGV作为一种新型的中间搬运设备,近年来正逐渐应用于国际大型港口的集装箱自动化搬运，如鹿特丹港

4、、伦敦港、汉堡港、哥德堡港。AGV的技术特点如下：（1） 先进性技术含量高,完全在计算机控制下工作,全自动、带一定智能、快捷高效、准确无误地实现集装箱自动搬运;能有效地减轻劳动强度,节约人力、物力、财力;能优化生产结构,改善生产环境,建立人机一体、和谐友好、科学文明的生产关系。（2） 可靠性在AGV系统的工作过程中,每一步都有一系列数字信息的通讯交换,后台有强大的数据库支持,消除了人为因素,充分保证AGV作业过程的可靠性、完成任务的及时性、信息数据的准确性。（3） 兼容性AGV不仅能独立工作,而且更善于与其它执行系统、控制管理系统等紧密结合,很容易进行重组或扩充,具有良好的兼容性。（4） 独特

5、性AGV作为无人驾驶的自动车辆,能够在某些人工操作很困难的场合发挥优势,如AGV可准确地钻到集装箱下面进行托举作业。（5） 安全性AGV的行驶和作业安全保护是一个严格受控的系统,包含机电PLC逻辑控制、车辆调度、任务管理、交通管理、充电管理等。比人工操作搬运集装箱更精确、更灵活、更安全。AGV技术从20世纪50年代就开始推出,现已在全世界的各行各业中广泛应用。从统计资料看,至少有70%用于物料搬运,但AGV的应用近年来才开始在国外大型港口兴起,其主要原因是:（1）早期的AGV导引技术水平有限。如早期应用最多的电磁导引技术,由地面埋的感应线导引,适合路径简单,距离不远的场合,对在港口宽大面积的露

6、天环境下保障有效导引控制很困难;而激光导引和图像识别导引近些年才推出。（2）早期的AGV系统控制水平有限。这主要指计算机性能,软件开发工具和编程水平。（3）早期的AGV通讯技术水平有限。像无线网络、红外通讯都是后来发展的新技术。（4）早期的AGV工程实践经验有限。AGV的工程特性很突出,许多问题与实际环境条件相关,只能在现场发现,在现场解决,经验积累大有帮助,但需要一个过程。（5）早期的AGV系统设计水平有限。只有对AGV技术的正确理解和准确把握,才能对传统工艺进行科学分析,设计出先进适用的AGV系统,这也需要长期的实践锻炼。（6）早期的AGV相关技术发展有局限。推出激光障碍物探测系统后,才使

7、AGV安全避碰有了质的飞跃;有了高能动力碱性电池及其充电系统的完善才使得AGV重量减轻,体积缩小,有效工作时间加长,同一系统的AGV数量减少,总投资降低。二 国内外研究现状 水平运输设备在集装箱码头装卸作业过程中的主要作用是将集装箱从岸边运输到堆场或将集装箱从堆场运输到岸边。AGV 具有自动导航、准确定位、无人操作、路径优化以及安全避碰等智能化特征，在自动化集装箱码头中逐渐代替集装箱卡车成为码头集装箱水平运输的主要工具。集装箱码头水平搬运设备的调度是一个随机、复杂的系统，一直贯穿于整个码头前沿和堆场之间，承担着集装箱运载的作用。外国的专家和学者主要对自动化或半自动化集装箱码头的水平运输设备进行

8、研究，研究重点主要集中在自动化码头 AGV 调度系统上，该系统十分利于调度算法的实施，国外的专家和学者从不同的角度研究分析了 AGV 的调度系统。 柏林科技大学的 Hans Otto 等探讨了进口集装箱装载和卸载操作时集卡的最优路径问题，同时还研究了集卡最优路径求解问题和进口集装箱在堆场上的箱位安排问题，并且运用启发式算法求解和分析了所建立的模型。QIU 等研究和分析了自动化的集装箱码头的 AGV 调度问题，对所建立的模型利用启发式算法进行求解。 Kap Hwan Kim 和 Jong wook Bae 研究 AGV 调度问题是采用事件发生时间方法，并且以船舶延误时间和 AGV 车辆运行时间最

9、小为目标建立数学模型，利用整数规划和启发式算法进行分配 AGV 的数量。Gobal 和 Kasiligam 建立的关于 AGV 在集装箱码头运行中空驶时间和等待机械装卸时间最短的仿真模型，并求解 AGV 在任务量恒定的情况下的最优配置数辆。Vis 以 AGV 的分配数量最小化为目标，建立了带有时间窗约束的车辆动态调度模型，并进行求解。Bish 等运用启发式算法建立了集装箱码头的集卡分配数量模型，从不同的角度分析了集装箱的装卸顺序问题以及集装箱与集卡运输中的匹配问题，使得集装箱装卸船舶靠港时间最短。Nishimura 等，首先分析了集卡的静态调度模型和动态调度模型的优缺点，并且建立了集卡路径动态

10、优化数学模型。Chin-I.Liu,Hossein Jula 建立了自动化码头作业调度模型，该模型优化了 AGV、岸桥以及堆场的龙门吊的作业顺序。由于国内集装箱码头的自动化程度不高，对集装箱码头水平运输设备的研究主要集中在单挂集卡上，对 AGV 的调度系统的研究甚少。邱跃龙通过分析自动化集装箱码头的 AGV 运作的状况，提出了基于时间 Petri网对 AGV 调度系统进行建模和性能分析，并且建立了 AGV 的路线运输模型。康志敏首先对集装箱自动化码头 AGV 的物流系统进行分析，并且提出了基于无效时间最短的 AGV 调度模型，利用遗传算法进行求解，着重研究了模糊控制策略在交通路口 AGV 交通

11、控制中的应用。潘常虹不单纯的考虑集卡在“作业线”情况下的作业情况，通过分析集装箱码头的水平运输系统，建立了集装箱卡车调度优化模型，并利用遗传算法对所建立的调度模型进行求解和分析。 高玮、周强从对集卡在码头前沿作业时，出现的排队等待作业现象，造成了集卡资源浪费，这个角度进行研究，利用排队论的思想建立数学模型，并且利用所建立的数学模型进行了仿真模拟。陈方鼎研究了采用“大作业面”工艺时集卡的调度问题，将集卡调度同岸桥作业相结合，建立了协调岸桥的集卡调度优化模型，同时采用了群体智能算法进行求解，最后进行实例分析证明所提出的模型和算法求解调度模型的优越性。陆游利用集装箱码头内的 RFID 监控系统，以集

12、卡的调度为优化目标，提出了内集卡的共享式动态调度模式和外集卡的分离式调度模式，并对两种调度模式分别使用变邻域禁忌搜索算法和基于 QEA 的算法进行求解。张海青主要研究集装箱码头的集卡调度的优化算法，并以传统调度算法、最小等待时间算法、最短路径调度算法为基础进行研究，并采用仿真软件对青岛前湾港集卡调度进行仿真。王军、许晓雷基于“作业面”和“作业线”调度模式建立了混合调度数学模型，充分考虑了岸桥的作业时间、场桥时间、集卡的运输时间，基于时间最短建立了集卡调度模型，并进行了数值仿真分析。杨静蕾基于集卡行驶路径最短，建立了集装箱码头物流作业系统路径优化模型，并进行了算例分析。曾庆成一方面是建立装船和卸

13、船的协同调度模型，并设计了求解调度方案的两阶段禁忌搜索算法；另一方面是对调度方法的研究，提出了集装箱码头作业调度仿真优化方法。综上所述，国内外的专家学者都已经在集装箱码头的布局、车辆的调度、任务的调度，交通管理、路径的规划等几方面进行了研究。但AGV调度问题还有很长的路要走。三 集装箱码头AGV运输系统集装箱码头的水平运输系统是由码头前沿的水平运输、堆场内的水平运输以及进出大门的水平运输系统组成。集装箱自动化码头内的水平运输设备多为 AGV，其中集装箱码头的总体布置设计、装卸设施的密切配合程度以及调度模式的科学性等因素都会影响到 AGV 的路径优化设计。图3.1 AGV在搬运集装箱 AGV的系

14、统构成如图3.2所示：图3.2 AGV的系统构成3.1集装箱码头布置形式集装箱码头管理工作的规范化、标准化、现代化以及装卸机械作业的高效化、自动化，加快了集装箱船舶、水平运输车辆、集装箱的周转速度，为了使港口能够适应集装箱运输的要求，为此发展了集装箱专用码头。集装箱专用码头的建设应满足以下几个条件:（1） 具备足够的前沿水深和水域面积，以及所必需的泊位宽度和岸线长度，确保集装箱船舶安全的航行、靠港和离港。（2） 具备能够保证堆场堆存作业以及车辆运行道路所需要的码头前沿宽度、码头纵深、以及堆场面积，还应该具有前瞻性发展所需的陆域面积。（3） （为实现集装箱码头内各项作业高效化、自动化、机械化的要求，应该具备适应堆场堆存作业、水平运输作业、岸桥装卸作业所需的机械设施和装备。（4） 具有完善的集疏运系统，以