自動(dòng)化集裝箱碼頭單小車自動(dòng)化岸橋與智能導(dǎo)引車協(xié)同裝卸作業(yè)工藝

鄭偉鴻，黃 爭(zhēng)

(廣州南沙聯(lián)合集裝箱碼頭有限公司，廣東 廣州 511466)

1 岸邊裝卸作業(yè)車道布置及IGV交通流

岸橋下設(shè)置6條智能導(dǎo)引車(Intelligent Guided Vehicle，IGV)車道，其中2、3、5為作業(yè)車道，1、4、6為通行車道，見圖1。結(jié)合IGV行駛軌跡要求，IGV上下檔通道(IGV上檔即IGV從堆場(chǎng)經(jīng)岸邊通道進(jìn)入岸邊裝卸作業(yè)車道，IGV下檔即IGV在岸橋裝卸作業(yè)車道完成作業(yè)后離開裝卸作業(yè)位置經(jīng)岸邊通道駛離岸邊)與岸橋之間需滿足以下條件：

圖1 IGV裝卸作業(yè)車道

1)使用2、5車道作為作業(yè)車道時(shí)，上下檔通道中心點(diǎn)與岸橋作業(yè)中心點(diǎn)距離需≥29 m。

2)同時(shí)使用2、3、5車道作為作業(yè)車道時(shí)，上下檔通道中心點(diǎn)與岸橋作業(yè)中心點(diǎn)距離需≥40 m。

2 IGV上下檔機(jī)制

2.1 岸邊通道

通道區(qū)分進(jìn)、出2種類型，在IGV上檔作業(yè)時(shí)需要選擇進(jìn)岸橋通道進(jìn)入，在IGV下檔時(shí)需要選擇出岸橋通道離開。為了確保IGV能精確選擇就近的通道進(jìn)入岸橋下，在班輪作業(yè)時(shí)，還需明確通道所屬船舶，在班輪作業(yè)時(shí)，IGV只選擇所屬船舶的通道進(jìn)出岸邊；駁船通道無所屬船舶，即IGV作業(yè)駁船時(shí)，所有駁船通道通用。

2.2 班輪緩沖位機(jī)制

已建成的自動(dòng)化碼頭多為“雙小車岸橋+AGV(自動(dòng)導(dǎo)引車)橋后裝卸作業(yè)+堆場(chǎng)端邊裝卸”[1]，堆場(chǎng)與岸邊之間有充足的位置可用于布置垂直于岸線的臨時(shí)停車位置，垂直于岸線的臨時(shí)停車位置更有利于AGV路徑的規(guī)劃，提高AGV作業(yè)效率[2]。但鑒于場(chǎng)地限制，有的自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)與岸邊之間無充足的位置，無法布置垂直于岸線的臨時(shí)停車位置，對(duì)此，提出一種平行于岸線的臨時(shí)停車位置，在班輪作業(yè)時(shí)啟用，稱為班輪緩沖位[3]。班輪緩沖位默認(rèn)在橫一路上，對(duì)應(yīng)岸邊通道處的緩沖位置默認(rèn)關(guān)閉，班輪緩沖位置可與岸橋綁定，IGV在選擇緩沖位置時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇所屬岸橋的班輪緩沖位，駁船作業(yè)無需使用班輪緩沖位。

2.3 岸邊通道及班輪緩沖位被選中的相關(guān)決策機(jī)制

IGV在執(zhí)行調(diào)度任務(wù)前往、離開岸橋時(shí)需要選擇合適的通道，但是受限于班輪通道由IGV獨(dú)占，以及岸橋申請(qǐng)?zhí)幚硗殡S著岸橋車道分配，故需要對(duì)通道選擇時(shí)機(jī)進(jìn)行合理控制，盡可能減少資源的浪費(fèi)[4]。

1)進(jìn)岸橋通道選擇時(shí)機(jī)應(yīng)該是在收到任務(wù)時(shí)初步判斷是否需要經(jīng)過通道，并在滿足路徑更新、軌跡要求的條件下盡可能在距離岸橋通道較近處進(jìn)行申請(qǐng)、選擇。

①具有空閑通道時(shí)，IGV應(yīng)該在預(yù)選通道(預(yù)選非占用，僅是車輛管理系統(tǒng)VMS內(nèi)部生成路徑的臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，在確定選擇通道或者繞行時(shí)將會(huì)內(nèi)部釋放)附近時(shí)申請(qǐng)通道；

②無空閑通道但具有緩存位置的IGV進(jìn)岸橋應(yīng)當(dāng)在到達(dá)緩存位置申請(qǐng)；

③無緩存位置的IGV應(yīng)在即將到達(dá)預(yù)選通道(預(yù)選非占用，僅是內(nèi)部為生成路徑的臨時(shí)目標(biāo)點(diǎn)，在確定選擇通道或者繞行時(shí)將會(huì)內(nèi)部釋放)附近時(shí)申請(qǐng)通道，如申請(qǐng)不到則去就近的停車場(chǎng)等待或經(jīng)最近的道路繞圈重新去預(yù)選通道。

2)出岸橋通道選擇時(shí)機(jī)為：①班輪IGV運(yùn)行到?jīng)Q策點(diǎn)附近后選擇合適的通道；②駁船IGV在離開時(shí)即選擇合適的通道；③無所屬船在收到任務(wù)時(shí)即選擇最近的通道。

3 IGV橋下作業(yè)位置判定及跟隨機(jī)制

IGV橋下作業(yè)位置判定機(jī)制指當(dāng)IGV接收到前沿作業(yè)任務(wù)后，如何判定橋下目標(biāo)位置，即進(jìn)入橋下作業(yè)車道后在何位置等待作業(yè)。IGV橋下跟隨機(jī)制指當(dāng)IGV作業(yè)岸橋狀態(tài)發(fā)生變化(含岸橋物理位置變化、岸橋設(shè)備號(hào)變化)，IGV需如何協(xié)同配合，即相當(dāng)于當(dāng)岸橋狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，IGV如何更新并行駛至新的等待作業(yè)位置。該功能邏輯設(shè)計(jì)的2個(gè)基本原則：一是為保證整體作業(yè)效率，當(dāng)IGV到達(dá)前沿后，如橋下有空余車位，要盡量保證IGV可駛?cè)霕蛳?；二是?dāng)IGV進(jìn)入橋下后，需有合理的控制邏輯滿足各類工況需求，即減少IGV頻繁移動(dòng)，減少IGV駛出橋下再重新進(jìn)入的幾率，提供方便可控、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜斯けO(jiān)控、調(diào)整功能。結(jié)合上述2個(gè)設(shè)計(jì)原則，提出3種設(shè)計(jì)思路。

3.1 船舶貝位、岸橋位置、IGV指令貝多重判定邏輯

岸橋在班輪執(zhí)行裝卸船任務(wù)時(shí)，大車對(duì)位后首先要選擇當(dāng)前位置對(duì)應(yīng)的船舶貝位，系統(tǒng)會(huì)記錄并存儲(chǔ)船舶貝位所對(duì)應(yīng)的物理位置信息，當(dāng)岸橋大車移動(dòng)超過一定距離(可視具體情況設(shè)定)，系統(tǒng)會(huì)要求作業(yè)人員重新確定船舶貝位，并在人員選擇確定后記錄儲(chǔ)存船舶貝位對(duì)應(yīng)的貝位位置[5]。

3.1.1IGV橋下作業(yè)位置判定

IGV到達(dá)前沿指定位置后申請(qǐng)橋下作業(yè)車道，當(dāng)IGV被允許進(jìn)入橋下作業(yè)時(shí)，實(shí)時(shí)讀取岸橋當(dāng)前選擇的貝位位置，以此作為進(jìn)入橋下后的停車位置。

3.1.2IGV跟隨機(jī)制

1)岸橋貝位位置變化。當(dāng)IGV確定等待作業(yè)位置后(運(yùn)動(dòng)中或已停車)，如岸橋貝位位置變化，則判定IGV指令貝位與岸橋新確定的船舶貝位信息是否一致，如一致則IGV以岸橋當(dāng)前貝位位置更新等待作業(yè)位置，如不一致則IGV仍在之前位置停車等待。特殊情況下會(huì)出現(xiàn)IGV指令貝位與岸橋新確定的船舶貝位信息一致，但岸橋當(dāng)前無空閑車道，此時(shí)IGV無法規(guī)劃至新位置的行車路徑，需在原位置等待，待車道空閑后再行車(可與IGV超時(shí)報(bào)警機(jī)制結(jié)合，對(duì)IGV等待超過一定時(shí)間的情況給予報(bào)警提示，同時(shí)在調(diào)度邏輯中應(yīng)考慮該情況下IGV優(yōu)先獲取車道)。

2)作業(yè)岸橋發(fā)生變化。當(dāng)IGV任務(wù)的執(zhí)行岸橋發(fā)生變化，先判定IGV指令貝位與當(dāng)前所在船舶貝位是否一致，如一致，則IGV繼續(xù)在原位置等待；如不一致，再判定IGV指令貝位與新岸橋船舶貝位是否一致，一致則IGV以岸橋貝位位置更新等待作業(yè)位置，規(guī)劃路徑行駛(路徑規(guī)劃失敗處理與上文相同)，不一致則繼續(xù)在原位置等待，顯示異常等待人工處理。

3.2 匹配船舶貝位位置

在作業(yè)過程中，系統(tǒng)會(huì)記錄船舶各貝位所對(duì)應(yīng)的物理位置?！捌ヅ浯柏愇晃恢谩敝府?dāng)IGV申請(qǐng)橋下等待位置時(shí)，以攜帶指令貝位信息尋找對(duì)應(yīng)的船舶貝位位置，無需考慮該貝位是否有岸橋及處于何種狀態(tài)，只要系統(tǒng)中有存儲(chǔ)船舶貝位位置，且位置上具備停車等待條件，即可以該位置作為目標(biāo)位置規(guī)劃路徑駛?cè)?，后續(xù)如IGV攜帶指令貝位發(fā)生變化，則重新按照該邏輯尋找新的等待作業(yè)位置。在具體功能邏輯處理時(shí)，需注意以下細(xì)節(jié)：

1)岸橋進(jìn)行船舶貝位選擇時(shí)，需操作便捷，對(duì)于距離異常的需有驗(yàn)證機(jī)制，要求重新確認(rèn)(例如對(duì)于兩個(gè)相鄰貝位間距小于12 m)。

2)考慮可能存在船舶漂移的情況，系統(tǒng)中可以對(duì)記錄的貝位位置進(jìn)行人工修正/刪除或邏輯調(diào)整。

3)IGV在申請(qǐng)橋下等待位置時(shí)，除判定系統(tǒng)中是否有貝位位置記錄，還需判定貝位位置是否滿足IGV進(jìn)入的行駛條件，例如相鄰貝位的同一作業(yè)車道同時(shí)只能停1臺(tái)IGV。

4)當(dāng)岸橋同時(shí)存在2個(gè)及以上貝的卸船任務(wù)時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)在分配IGV時(shí)會(huì)考慮卸船隊(duì)列的優(yōu)先順序，但不排除會(huì)出現(xiàn)因特殊原因?qū)е聢?zhí)行下一個(gè)作業(yè)貝位的IGV后車先到，并對(duì)相鄰貝位的可使用作業(yè)車道產(chǎn)生影響，因此在調(diào)度系統(tǒng)計(jì)算時(shí)需考慮如何保證IGV指令分配的合理性，或考慮在IGV申請(qǐng)橋下作業(yè)位置時(shí)對(duì)IGV任務(wù)進(jìn)行二次優(yōu)化分配。

3.3 匹配岸橋位置

3.3.1IGV橋下作業(yè)位置判定

增加岸橋確認(rèn)大車到位的功能，岸橋每次移動(dòng)大車超過0.5 m需確認(rèn)到位，則此時(shí)系統(tǒng)記錄下岸橋當(dāng)前位置作為該岸橋IGV橋下作業(yè)位置，當(dāng)岸橋移動(dòng)大車未重新確認(rèn)到位時(shí)，則IGV仍然以上一個(gè)確認(rèn)過的位置作為橋下作業(yè)位置。系統(tǒng)層面還需考慮以下2點(diǎn)：

1)IGV申請(qǐng)橋下作業(yè)位置時(shí)，系統(tǒng)先判定當(dāng)前岸橋是否有車道空閑，即通過當(dāng)前岸橋可使用車道數(shù)(2/3/5或者2/5)及車道上是否有等待IGV判定，如某一車道上當(dāng)前岸橋的IGV數(shù)量為0，才允許IGV進(jìn)行申請(qǐng)。

2)在班輪作業(yè)時(shí)，如岸橋進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)，還需在移動(dòng)大車后確認(rèn)所在貝位，理論上確認(rèn)貝位也具有該功能，但是對(duì)于駁船或其它非裝卸船任務(wù)，是無法確認(rèn)貝位的，故須確認(rèn)大車到位。

3.3.2IGV橋下跟隨機(jī)制

由司機(jī)人工選擇確認(rèn)IGV是否跟隨，即給司機(jī)提供一個(gè)“跟隨”的功能鍵，司機(jī)可對(duì)已經(jīng)申請(qǐng)車道成功的IGV(單選或多選)進(jìn)行選擇，選擇后點(diǎn)擊“跟隨”，系統(tǒng)層面則觸發(fā)以下邏輯：

1)對(duì)于IGV當(dāng)前申請(qǐng)的橋下作業(yè)位置與岸橋當(dāng)前確認(rèn)位置一致的不起任何作用。

2)對(duì)于IGV當(dāng)前申請(qǐng)的橋下作業(yè)位置與岸橋當(dāng)前確認(rèn)位置不一致的，且IGV可規(guī)劃路徑行駛至新的確認(rèn)位置的，變更IGV當(dāng)前申請(qǐng)的橋下作業(yè)位置。

3)對(duì)于IGV當(dāng)前申請(qǐng)的橋下作業(yè)位置與岸橋當(dāng)前確認(rèn)位置不一致的，且IGV當(dāng)前情況下不可規(guī)劃路徑行駛至新的確認(rèn)位置(目標(biāo)位置有物理障礙或行駛至目標(biāo)位置的路徑上有物理障礙)，該IGV對(duì)岸橋的車道進(jìn)行預(yù)占，不允許其它IGV再申請(qǐng)?jiān)摪稑虻膶?duì)應(yīng)車道(同時(shí)有多臺(tái)IGV預(yù)占1個(gè)車道的，確定為距離最近的預(yù)占)。此時(shí)前臺(tái)給出異常提示：“XXX號(hào)IGV已設(shè)定延遲跟隨；XXX號(hào)IGV無法跟隨，也無法延遲跟隨”。對(duì)于延遲跟隨的IGV在界面上有標(biāo)記顯示供人員查看，如滿足IGV路徑到達(dá)條件后，IGV則自動(dòng)向目標(biāo)位行駛，同時(shí)“跟隨標(biāo)記”消除。在IGV處于“延遲跟隨”狀態(tài)時(shí)，可人工選擇“取消跟隨”按鍵，則此時(shí)IGV取消對(duì)已經(jīng)跟隨的相應(yīng)車道的預(yù)占。

3.3.3其他注意事項(xiàng)

1)IGV層面無法規(guī)劃至目標(biāo)位置路徑須報(bào)異常信息。

2)對(duì)班輪裝船任務(wù)，如岸橋確認(rèn)貝位與IGV指令貝位不一致，則不能將IGV指令發(fā)送至ECS執(zhí)行。

以上述2個(gè)基本原則為主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)3種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較：

方案1：“船舶貝位、岸橋位置位、IGV指令貝多重判定邏輯”方案，優(yōu)點(diǎn)為IGV容易獲得橋下作業(yè)等待位置，缺點(diǎn)是IGV進(jìn)入橋下后再次調(diào)整作業(yè)等待位置的頻率較高，尤其在岸橋大規(guī)模移貝作業(yè)時(shí)(例如頂橋)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致IGV大規(guī)模調(diào)整。

方案2：“匹配船舶貝位位置”方案，優(yōu)點(diǎn)為IGV確定的橋下作業(yè)等待位置精準(zhǔn)，在不發(fā)生指令貝位變化的情況下，多數(shù)情況下IGV進(jìn)入橋下后不需二次調(diào)整位置，缺點(diǎn)是以船舶貝位位置的確定作為IGV進(jìn)入橋下的必要條件，限制性較高。

方案3：“匹配岸橋位置”方案，結(jié)合了前兩個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)，解決了“傳統(tǒng)卸船”模式下及IGV執(zhí)行岸邊非裝卸業(yè)務(wù)時(shí)，只有作業(yè)岸橋的信息，無任務(wù)船舶貝位信息，即類似于駁船作業(yè)的工況，也有利于避免班輪作業(yè)中岸橋移貝頂橋時(shí)橋下交通流混亂的情況。

4 結(jié)論

1)為了實(shí)現(xiàn)單小車自動(dòng)化岸橋與IGV的協(xié)同作業(yè)，需打破傳統(tǒng)集裝箱碼頭單條裝卸作業(yè)車道排隊(duì)的機(jī)制，采取2、3、5并行排隊(duì)機(jī)制。

2)為了適應(yīng)IGV的作業(yè)特點(diǎn)以及滿足班輪作業(yè)的需要，引入岸邊通道及班輪緩沖位置機(jī)制，以解決岸邊交通擁堵、IGV進(jìn)岸橋決策時(shí)間等問題。

3)通過方案比較，“匹配岸橋位置”的機(jī)制更能適應(yīng)“單小車自動(dòng)化岸橋+IGV橋底裝卸+堆場(chǎng)水平布置側(cè)面裝卸”的作業(yè)模式。