自動化集裝箱碼頭AGV調(diào)度研究

王 斐

(威海海洋職業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系，山東 威海 264300)

隨著智能化理念的不斷發(fā)展及成熟，自動化碼頭也逐漸走進(jìn)人們的視野。自動化碼頭經(jīng)歷了20余年的發(fā)展[1]，雖然我國在自動化碼頭方面發(fā)展起步比國外的港口晚，但是發(fā)展速度并不落后。目前，各行各業(yè)都在追求綠色化和智能化發(fā)展，實現(xiàn)人機(jī)隔離的自動化碼頭將成為我國港口未來的發(fā)展趨勢[2]。我國第四代集裝箱港口已建成的青島新前港、上海洋山港四期和廈門遠(yuǎn)海都是自動化碼頭[3]。與傳統(tǒng)的集裝箱碼頭相比，自動化集裝箱碼頭有著多方面的優(yōu)勢，其具有超高的工作效率、更精確的操作以及人機(jī)分離的優(yōu)點，可以實現(xiàn)超低意外事故發(fā)生率。

圖1 遠(yuǎn)海全自動化集裝箱碼頭Fig.1 Complete automation container terminal of high seas

1 自動化碼頭研究

宓為建等[4]在研究了傳統(tǒng)的集裝箱碼頭的基礎(chǔ)上，重新定義了梭車式自動化集裝箱碼頭，并對碼頭的作業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，開拓了自動化集裝箱碼頭的研究。自動化碼頭相較于傳統(tǒng)的碼頭，裝卸工藝發(fā)生了很大的改變，文獻(xiàn)[5-11]主要研究了自動化碼頭的主要裝卸工藝。何繼紅[12]在充分研究集裝箱自動化碼頭相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，對碼頭上的平面布局和碼頭上的機(jī)械進(jìn)行了平面布局的分析研究。Seyed等[13]以裝卸集裝箱使用的時間最短作為衡量指標(biāo)，研究了自動化集裝箱碼頭的效率問題。高延輝等[14]提出了一種全新的集裝箱碼頭的概念體系，這一系統(tǒng)將雙軌輪小車、橋吊和堆場區(qū)域做了雙回字形的布置，具有較高的抗干擾能力。

圖2 自動化碼頭整體布局Fig.2 Overall allocation of automated terminal

近幾年，隨著仿真技術(shù)的不斷成熟，眾多學(xué)者開始通過仿真對自動化碼頭進(jìn)行研究，大大降低了研究成本，也為自動化碼頭的發(fā)展提供了許多指導(dǎo)性意見。He J[15]對自動化集裝箱碼頭進(jìn)行了系統(tǒng)仿真，在仿真的基礎(chǔ)上對其運(yùn)作效率進(jìn)行分析并提出了具有針對性的改進(jìn)意見。Petering M E H[16]分析了集裝箱碼頭的生產(chǎn)力和堆場規(guī)劃之間的必然聯(lián)系，并進(jìn)行了優(yōu)化，最后通過建模仿真驗證了優(yōu)化方案的可行性。黃國梁等[17]在Petri 網(wǎng)的理論基礎(chǔ)之上，對散貨碼頭工藝系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，找到了該系統(tǒng)的瓶頸位置并針對瓶頸提出了相應(yīng)優(yōu)化措施。

2 自動化碼頭AGV調(diào)度研究

自動化集裝箱碼頭最重要的機(jī)械是自動導(dǎo)引車(AGV)，所以AGV的研究成為眾多學(xué)者的關(guān)注點。

曾慶成等[18]考慮了對AGV路徑規(guī)劃時遇到的擁堵或沖突問題，對AGV路徑進(jìn)行實時的動態(tài)監(jiān)測，以作業(yè)時間最短為優(yōu)化目標(biāo)建立模型，并設(shè)計了多種蟻群算法對模型的可行性進(jìn)行了驗證。石楠路[19]考慮到AGV小車需要進(jìn)行充電這一實際情況，通過優(yōu)化換電策略，降低AGV小車充電過程對整個自動化碼頭工作效率的負(fù)面影響，最后通過遺傳算法驗證了該模型確實有效提高了AGV小車的效率。包曉瓊等[20]考慮在計劃中可以優(yōu)先選擇部分任務(wù)，而對于沒能按時完成即延后完成的任務(wù)做出懲罰的原則，建立混合整數(shù)規(guī)劃模型，對自動化集裝箱碼頭 AGV的調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化。張崢煒等[21]對AGV的任務(wù)級別進(jìn)行劃分，在考慮優(yōu)先級和路徑地圖中的先驗信息的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的Dijkstra 動態(tài)路徑規(guī)劃模型，優(yōu)化了后續(xù)AGV小車的運(yùn)行路徑并使得整個任務(wù)完成過程使用的時間最少。梁承姬等[22]通過設(shè)計多學(xué)科變量的耦合優(yōu)化方法，以岸邊等待時間最短和使用AGV小車數(shù)量最少為目標(biāo)，研究了AGV調(diào)度和AGV配置問題。丁一等[23]以碼頭的運(yùn)作效率、船舶等待時間和AGV的重在率作為研究目標(biāo)，建立了混合整數(shù)規(guī)劃模型對AGV小車的調(diào)度問題展開研究。添玉等[24]考慮到自動化碼頭上各種裝卸設(shè)備的相互配合，對自帶提升功能的AGV小車的調(diào)度進(jìn)行建模優(yōu)化，并設(shè)計了雙層遺傳算法對模型進(jìn)行了求解。楊勇生等[25]將自動化集裝箱碼頭的AGV小車和軌道式龍門起重機(jī)的調(diào)度協(xié)調(diào)起來，考慮 AGV 和 RMG 任務(wù)的分配情況，建立了模型并通過GA進(jìn)行求解取得了良好的效果。

AGV的調(diào)度研究成果有很多，考慮的約束條件、實際情況都很全面，不僅考慮到AGV小車自身的約束，還充分考慮了整個自動化碼頭的機(jī)械配合。

3 結(jié)語

自動化集裝箱碼頭是港口未來重要的發(fā)展方向，是眾多學(xué)者的研究對象。AGV小車的調(diào)度影響著整個自動化碼頭的效率，學(xué)者們研究了AGV小車與碼頭上其他裝卸裝備的配合、先驗信息對后續(xù)路徑的影響、AGV小車自身需要充電的實際情況、AGV小車之間的相互影響。但是，碼頭的硬件裝備對自動化碼頭AGV小車調(diào)度的影響研究得不夠，可以作為未來研究的重點。