一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法

2023-10-05 22:03:19

專利名稱：一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法
技術領域：
本發明涉及貨櫃碼頭的貨櫃裝卸技術，尤其是涉及一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法。
背景技術：
20世紀90年代，歐洲荷蘭鹿特丹和德國漢堡港相繼建成了先進的自動化港口貨櫃搬運和傳輸系統，其水平運輸系統均採用AGV即自動導航小車系統。但存在兩個問題
(I)投資昂貴，AGV小車成本高達百萬美金；(2)實際使用效率仍然低於傳統的人工操作的碼頭效率。雖然這兩個自動化碼頭仍在運行，但其方案技術未能廣泛應用，目前在國內還沒有應用實例。
近年來，國內在港口設備製造和碼頭建設過程中，取得了快速的發展，針對基於AGV小車自動化碼頭的缺陷，國內一些公司提出了一些自動化碼頭方案。如申請號為200610025860. 6的中國專利公開了一種貨櫃碼頭布置方案，用於堆場貨櫃排列方向垂直於船上貨櫃排列方向的貨櫃碼頭，包括岸邊起重機，其裝卸的貨櫃始終處於第一方向；低架橋系統，包括沿第一方向的低架橋軌道、低架橋起重小車和低架橋平板車，低架橋起重小車可對低架橋平板車進行裝卸，低架橋系統可由岸邊起重機實現裝卸；轉送小車系統，沿第二方向的轉送小車軌道和轉送小車，轉送小車可使得其裝載的貨櫃進行90的轉動，轉送小車系統可由低架橋系統進行裝卸；堆場起重機，具有第二方向的堆場起重機軌道，堆場起重機可對轉送小車系統進行裝卸。該方案用低架橋和轉動小車代替昂貴的AGV，將原來由AGV進行的運輸分解為低架橋上平板車(TC)的水平運輸、低架橋起重小車(OBC)的垂直運輸和地面轉動小車(GC)的水平運輸3個動作，藉助一個空中交叉成功的解決了二維平面上AGV的運輸問題。然而，各設備分配是決定自動化碼頭裝卸效率的關鍵環節。在現有技術方案中，設備分配存在的主要缺陷為岸橋與低架橋軌道採用一一對應綁定機制，在一定情況下會導致低架橋軌道忙率差異很大，即某條低架橋軌道一直繁忙，而另一條一直空閒的情況。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可以大大提高裝卸效率的自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟1)檢查自動化貨櫃碼頭立體軌道所包括的岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、箱區、地面軌道小車、堆場起重機的狀態，並將設備的狀態進行匯總，建立總空閒設備集C ;2)檢查總空閒設備集C中是否包括裝卸貨櫃所必須的各種設備，若缺少任一種設備，延遲時間D，返回第一步，否則，進入下一步；3)從總空閒設備集C中選擇岸橋到設備集Cl，規則為岸橋編號I彡QC(i) ( [M+1J/2,選擇低架橋軌道小車、升降梯到設備集Cl，規則為低架橋軌道小車編號、升降梯編號分別為mod(TC(i)) = Umod(0BC(i)) = 1，選擇箱區到設備集Cl，規則為箱區編號I ( BA⑴([(P+1)/2]，選擇地面軌道小車、RMG到設備集Cl，規則為地面軌道小車編號、RMG編號I彡GC⑴，RMG⑴([(P+D/2] □ 2 ；4)將設備集Cl中的各種設備進行組合以滿足將貨櫃從船上卸下並運送到箱區或將貨櫃從箱區運送到船為原則，設備組合中需滿足 TC ⑴=OBC(i)、GC(i)，RMG(i) = 2*BA ⑴-I 或 GC ⑴，RMG (i) = 2*BA ⑴，計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合MINCl {GC(i),TC(i),OBC(i)，GC(i)，RMG(i)，BA(i)} ；5)利用時間最小的設備組合執行貨櫃運輸。所述的步驟2)中的所必須的各種設備為岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、地面軌道小車和堆場起重機。所述的步驟4)計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合MINCl {GC⑴，TC⑴，OBC⑴，GC⑴，RMG⑴，BA⑴}具體為， I)建立設備分配的數學模型如下
STj * TTM1 ij+ TQ + SQi* SQi* TTM2ij> I χ ο * jMinT= Max * VT_，St, * V T_j J 。Ti $+Tr
c * c * t
0Bj 1RMijJS. t.
_] T _feyT 丨￥< JxQj-xQiI
L 」1TMlij 一 vATM2ij 一 v1OMij 一 v
VTEVTFV0
YgtYJ YBrYTi ΥΒ -Υκ T = Q It ■■ = J Trm.. = J
GMlij - rGM2ij - ΤRMij xt
VGEVGFN RE
io--岸樹忙Β2/=<^_一其他· ·· .BTi，BM，BGi，BKi，BBi 也為 0-1 變量，定義類似

l^1μY g = V 51 Σ ST(ij) = Σ SQi Z ΛΠ2>-1) L· ,=, ,=[^1]
,M,fA/+l.pMy 5 _ 5 Σ sBj = Σ .SQiScf2j^1)+SG(2J) SBj_Sbj-模型中各符號的含義如下M-岸橋數；N-低架橋軌道數；P-箱區數；
TQ—岸橋一次操作時間；T0-升降梯一次豎直升降操作時間；Twiij-低架橋軌道小車j向岸橋i的移動時間；Tw2ij-低架橋軌道小車由岸橋i向地面軌道小車j的移動時間；T0MiJ—升降梯i向地面軌道小車j的移動時間；Temij-地面軌道小車j向低架橋軌道小車i的移動時間；TGM2iJ—地面軌道小車由低架橋軌道小車i向箱區j空位的移動時間；Tfflij-RMG i向箱區j空位的移動時間；
Xgi-岸橋i水平位置坐標；Xtj-低架橋軌道小車j水平位置坐標；Ytj-低架橋軌道小車j垂直位置坐標；X0i-升降梯i水平位置坐標；Xgj-地面軌道小車j水平位置坐標；Ygj-地面軌道小車j垂直位置坐標；YEi—RMG j垂直位置坐標；Ym-箱區i空位垂直位置坐標；Vte-低架橋軌道小車空載移動速度；VTF—低架橋軌道小車滿載移動速度；V0-升降梯水平移動速度；VeE—地面軌道小車空載移動速度；VeF—地面軌道小車滿載移動速度；Vee-RMG空載移動速度；2)帶入所選取的設備組合，計算得出時間最小值Tl以及對應的設備組合。與現有技術相比，本發明具有以下優點I、摒棄了傳統的的岸橋與低架橋軌道一一對應綁定機制，轉而採用混合分配機制，解決設備忙率參差不齊，即某低架橋軌道小車一直繁忙而其他一直空閒的問題，從而提高裝卸效率；2、各設備採用總體同步移動策略，即接到裝卸任務後，設備組合中各設備同時向目標位置移動，而非目前採用的分步移動，使得裝卸效率也得到了很大提高。


圖I為本發明的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例通常貨櫃從船舶運往堆場的卸載過程中，首先岸橋(QC)取箱，放到低架橋軌道小車(TC)上，然後TC往目標位置地面軌道移動，與此同時，升降梯(OBC)往也往目標位置地面軌道移動，接著由OBC取起TC上的貨櫃垂直放到地面軌道小車(GC)上，最後GC移動到目的位，由RMG把箱子提起放到目標箱位上。反之，貨櫃從堆場運往船舶的裝載過程中，首先RMG取箱，放到GC上，然後GC往已分配好低架橋軌道移動，與此同時，TC、OBC往GC移動，接著由OBC取起GC上的貨櫃垂直放到TC上，最後TC移動往QC移動，由QC把箱子提起放到船上的目標箱位上。本發明是應用於申請號為200610025860. 6的中國專利上，因此硬體部分連接關係省略，岸橋(QC)相當於岸邊起重機；低架橋軌道小車(TC)相當於低架橋平板車；升降梯(OBC)相當於低架橋起重小車；地面軌道小車(GC)相當於轉送小車；RMG相當於堆場起重機；如圖I所示，一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，該方法包括以下步驟步驟I)檢查自動化貨櫃碼頭立體軌道所包括的岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、箱區、地面軌道小車、堆場起重機的狀態，並將設備的狀態進行匯總，建立總空閒設備集C；
步驟2)檢查總空閒設備集C中是否包括裝卸貨櫃所必須的各種設備，若缺少任一種設備，延遲時間D，返回第一步，否則，進入下一步；步驟3)從總空閒設備集C中選擇岸橋到設備集Cl，規則為岸橋編號l^QC(i) ( [M+l]/2，選擇低架橋軌道小車、升降梯到設備集Cl，規則為低架橋軌道小車編號、升降梯編號mod(TC(i)) = Umod(OBC(i)) = 1，選擇箱區到設備集Cl，規則為箱區編號I ( BA⑴([(P+1)/2]，選擇地面軌道小車、RMG到設備集Cl，規則為地面軌道小車編號、RMG 編號 I 彡 GC ⑴，RMG ⑴彡[(P+1) /2] □ 2 ；步驟4)計算設備集Cl中可能的設備組合,設備組合中需滿足TC(i) = OBC(i)、GC⑴，RMG(i) = 2*BA⑴-I或GC⑴，RMG(i) = 2*BA(i)，計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合MINCl {GC(i)，TC⑴，OBC⑴，GC⑴，RMG⑴，BA(i)}；步驟5)從總空閒設備集C中選擇岸橋到設備集C2，規則為岸橋編號[M+l]/2彡QC(i)彡M，選擇低架橋軌道小車、升降梯到設備集C2，規則為低架橋軌道小車編號、升降梯編號m0d(TC(i)) =0、mod(0BC(i)) = 0，選擇箱區到設備集C2，規則為箱區編號[(P+D/2] ( BA⑴(P，選擇地面軌道小車、RMG到設備集C2，規則為地面軌道小車編號、RMG 編號[(P+1) /2] □ 2 彡 TC ⑴，RMG ⑴彡 2P ；步驟6)計算設備集C2中可能的設備組合,設備組合中需滿足TC(i) = OBC(i) >GC⑴，RMG(i) = 2*BA⑴-I或GC⑴，RMG(i) = 2*BA(i)，計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值T2以及對應的設備組合MINC2{GC(i)，TC⑴，OBC⑴，GC⑴，RMG⑴，BA(i)}；步驟7)比較Tl與T2，返回時間最小值T以及對應的最優設備組合MINC{GC⑴，TC ⑴，OBC ⑴，GC ⑴，RMG ⑴，BA ⑴}。步驟8)依次類推，最終比較得出時間最短的設備組合；步驟9)利用時間最小的設備組合執行貨櫃運輸。步驟2)中的所必須的各種設備為岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、地面軌道小車和堆場起重機。所述的步驟4)計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合 MINC I {GC (i)，TC (i)，OBC (i)，GC (i)，RMG (i)，BA (i)}具體為，I)建立設備分配的數學模型如下
權利要求
1.一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 . 1)檢查自動化貨櫃碼頭立體軌道所包括的岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、箱區、地面軌道小車、堆場起重機的狀態，並將設備的狀態進行匯總，建立總空閒設備集C ； .2)檢查總空閒設備集C中是否包括裝卸貨櫃所必須的各種設備，若缺少任一種設備，延遲時間D，返回第一步，否則，進入下一步； . 3)從總空閒設備集C中選擇岸橋到設備集Cl，規則為岸橋編號I彡QC(i)( [M+1J/2,選擇低架橋軌道小車、升降梯到設備集Cl，規則為低架橋軌道小車編號、升降梯編號分別為mod(TC(i)) = I、mod (OBC (i)) = 1，選擇箱區到設備集Cl，規則為箱區編號I彡BA⑴([(P+1)/2]，選擇地面軌道小車、RMG到設備集Cl，規則為地面軌道小車編號、RMG 編號 I 彡 GC ⑴，RMG ⑴彡[(P+1) /2] □ 2 ； . 4)將設備集Cl中的各種設備進行組合以滿足將貨櫃從船上卸下並運送到箱區或將貨櫃從箱區運送到船為原則，設備組合中需滿足TC(i) = OBC(i)、GC(i)，RMG(i)=2*BA⑴-I或GC⑴，RMG⑴=2*BA(i)，計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合MINCl {GC⑴，TC⑴，OBC⑴，GC⑴，RMG⑴，BA⑴}； . 5)利用時間最小的設備組合執行貨櫃運輸。
2.根據權利要求I所述的一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，其特徵在於，所述的步驟2)中的所必須的各種設備為岸橋、低架橋軌道小車、升降梯、地面軌道小車和堆場起重機。
3.根據權利要求I所述的一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，其特徵在於，所述的步驟4)計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值Tl以及對應的設備組合MINCl {GC (i)，TC (i)，OBC (i)，GC (i)，RMG (i)，BA (i)}具體為， .1)建立設備分配的數學模型如下
全文摘要
本發明涉及一種自動化貨櫃碼頭立體軌道設備混合分配方法，該方法包括以下步驟1)檢查自動化貨櫃碼頭立體軌道每個設備的狀態，建立總空閒設備集C；2)檢查總空閒設備集C中是否包括裝卸貨櫃所必須的各種設備，若缺少任一種設備，返回第一步，否則，進入下一步；3)從總空閒設備集C中選擇岸橋到設備集C1，選擇低架橋軌道小車、升降梯到設備集C1，選擇箱區到設備集C1，選擇地面軌道小車、RMG到設備集C1；4)將設備集C1中的各種設備進行組合，計算各設備組合的裝卸時間，獲得時間最小值T1以及對應的設備組合；5)利用時間最小的設備組合執行貨櫃運輸。與現有技術相比，本發明具有可以大大提高裝卸效率等優點。
文檔編號B65G63/00GK102807103SQ201110185718
公開日2012年12月5日 申請日期2011年7月4日 優先權日2011年7月4日
發明者石小法, 梁林林 申請人:同濟大學