洋山深水港四期自動(dòng)化碼頭自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)

上海國際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司尚東集裝箱碼頭分公司

1 引言

國內(nèi)外自動(dòng)化碼頭大都采用AGV(Automated Guided Vehicles，自動(dòng)引導(dǎo)車)作為主要的水平運(yùn)輸機(jī)械。對(duì)于衡量水平運(yùn)輸機(jī)械運(yùn)行情況，傳統(tǒng)方式只使用周轉(zhuǎn)率一個(gè)指標(biāo)。AGV有別于其他的水平運(yùn)輸機(jī)械，是基于車輛控制系統(tǒng)下的全自動(dòng)運(yùn)行機(jī)械，其中調(diào)度原則、路徑規(guī)劃、交通控制全部由車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度和控制，周轉(zhuǎn)率指標(biāo)不能全面地分析AGV運(yùn)行狀況。因此，需要用到其他指標(biāo)去評(píng)價(jià)調(diào)度、路徑規(guī)劃等方面的模塊。

目前，對(duì)AGV評(píng)價(jià)指標(biāo)研究的相關(guān)文獻(xiàn)還不多見。陸睿[1]提出指標(biāo)體系選定應(yīng)該具備完備性、可操作性、獨(dú)立性、可比性原則，同時(shí)對(duì)于指標(biāo)的評(píng)價(jià)和分析，應(yīng)建立在對(duì)生產(chǎn)直接有影響的前提上，以及對(duì)決策的質(zhì)量和效率有明顯提高的基礎(chǔ)上。傅熒[2]提出了指標(biāo)評(píng)價(jià)要建立在科學(xué)、全面、完整的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)方法需要綜合考慮，復(fù)雜的、很難客觀計(jì)量的屬性需要通過主觀判斷和定量分析的方法將屬性變換成相應(yīng)的價(jià)值。

通過數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場(chǎng)觀察洋山深水港四期自動(dòng)化碼頭AGV運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)AGV的周轉(zhuǎn)率偏低，僅為3.8車/h，與要求的5車/h的周轉(zhuǎn)率存在很大的差距，單臺(tái)橋吊每小時(shí)等待AGV的次數(shù)多達(dá)4次。本文在上述的評(píng)價(jià)原則和評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)AGV的研究，制定出更適用于自動(dòng)化碼頭AGV設(shè)備的評(píng)價(jià)原則和方法。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)觀察及數(shù)據(jù)反映的AGV運(yùn)行的問題，初步建立一套全面、完善、實(shí)用的AGV運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)這些指標(biāo)數(shù)據(jù)的研究分析，尋找相對(duì)應(yīng)的影響因素，為后續(xù)的AGV調(diào)度和路徑規(guī)劃的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)指導(dǎo)計(jì)劃模塊(如堆存計(jì)劃、配載計(jì)劃)的優(yōu)化方向[3]。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)建立的目的與原則

2.1 AGV運(yùn)行評(píng)價(jià)目的

(1)系統(tǒng)合理地分析AGV運(yùn)行情況。評(píng)價(jià)指標(biāo)能更直接、更精確的對(duì)整體AGV任務(wù)中運(yùn)行的路徑、運(yùn)行的時(shí)間、在橋吊車道和箱區(qū)車道的等待時(shí)間進(jìn)行分析。

(2)準(zhǔn)確定位AGV指標(biāo)的影響因素。評(píng)價(jià)指標(biāo)能較為準(zhǔn)確地定位影響AGV運(yùn)行的因素。

(3)指導(dǎo)其他自動(dòng)化碼頭對(duì)于AGV運(yùn)行情況的分析。為其他自動(dòng)化碼頭的AGV運(yùn)行分析提供參考。

2.2 AGV運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)建立的原則

AGV運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)建立應(yīng)遵循4個(gè)基本原則。

(1)科學(xué)性原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)定確切科學(xué)，指標(biāo)含義準(zhǔn)確無誤，數(shù)據(jù)來源和計(jì)算范圍保持一致。

(2)可比性原則。AGV評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)該具備可比性和可測(cè)性，定性的指標(biāo)需要有一定的量化手段與之相對(duì)應(yīng)。

(3)獨(dú)立性原則。AGV評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)具有獨(dú)立性，各指標(biāo)應(yīng)該互不相關(guān)、彼此獨(dú)立。這樣可以使整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有一個(gè)清晰的結(jié)構(gòu)。

(4)系統(tǒng)可優(yōu)化原則。評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)能全面的反映AGV運(yùn)行狀況，主要是針對(duì)AGV調(diào)度和路徑規(guī)劃功能目前運(yùn)行的狀況，通過對(duì)核心指標(biāo)的細(xì)分、對(duì)數(shù)據(jù)的分析，確定影響核心指標(biāo)的因素，為這兩項(xiàng)功能提供明確可優(yōu)化的方向[4-5]。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)定義

3.1 AGV周轉(zhuǎn)率

AGV每小時(shí)完成任務(wù)的周轉(zhuǎn)次數(shù)。周轉(zhuǎn)率指標(biāo)為衡量AGV效率最重要的指標(biāo)，AGV作為水平運(yùn)輸機(jī)械，連接著堆場(chǎng)軌道吊和碼頭前沿橋吊的作業(yè)。周轉(zhuǎn)率高低決定了作業(yè)是否連貫，同時(shí)也影響著橋吊作業(yè)效率?？赏ㄟ^如下公式計(jì)算：

周轉(zhuǎn)率=60/AGV平均周轉(zhuǎn)時(shí)間

周轉(zhuǎn)時(shí)間=AGV任務(wù)完成時(shí)間-AGV收到任務(wù)時(shí)間

統(tǒng)計(jì)方式以小時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，收集每小時(shí)內(nèi)所有AGV的周轉(zhuǎn)時(shí)間，排除AGV故障情況下計(jì)算平均周轉(zhuǎn)時(shí)間。平均周轉(zhuǎn)時(shí)間可分為卸船作業(yè)平均用時(shí)和裝船作業(yè)平均用時(shí)，卸船和裝船作業(yè)可再細(xì)化到送箱及收箱周轉(zhuǎn)時(shí)間(見表1)。

表1 AGV平均周轉(zhuǎn)時(shí)間指標(biāo)定義

3.2 AGV利用率

利用率指標(biāo)可衡量AGV出勤數(shù)量是否滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，同時(shí)衡量AGV調(diào)度是否均衡。衡量AGV出勤數(shù)量的公式為：計(jì)劃周轉(zhuǎn)率=晝夜總作業(yè)車數(shù)/有效作業(yè)時(shí)間/AGV出勤數(shù)量。計(jì)劃周轉(zhuǎn)率應(yīng)大于實(shí)際平均周轉(zhuǎn)率，才能保證AGV的出勤數(shù)量滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

衡量AGV調(diào)度是否均衡的方式為： 計(jì)算出勤每一臺(tái)AGV平均任務(wù)數(shù)和行駛時(shí)間，通過標(biāo)準(zhǔn)差和CV值(變異指數(shù))的計(jì)算，評(píng)價(jià)AGV調(diào)度是否均衡。

例如，通過統(tǒng)計(jì)出勤獲得某自動(dòng)化碼頭AGV在一晝夜內(nèi)的任務(wù)行駛時(shí)間和任務(wù)數(shù)量，經(jīng)過計(jì)算得出：任務(wù)數(shù)平均值為90.42車，標(biāo)準(zhǔn)差為9.87車，CV值為10.92%，CV值低于15%，AGV調(diào)度每一臺(tái)AGV的次數(shù)較為平均。AGV行駛時(shí)間平均值為405 s，標(biāo)準(zhǔn)差為32.65 s，CV值為8.06%，CV值低于15%，AGV任務(wù)行駛時(shí)間相差較小，說明AGV調(diào)度基本能均等分配較近的任務(wù)。

3.3 AGV空車平均閑置時(shí)間

AGV空車閑置時(shí)間即AGV空車等待新任務(wù)的時(shí)間，在每小時(shí)任務(wù)數(shù)量>AGV計(jì)劃周轉(zhuǎn)率×出勤基準(zhǔn)下，衡量AGV調(diào)度分配任務(wù)的連續(xù)性。去除AGV調(diào)度本身的運(yùn)算耗時(shí)，一般空車閑置時(shí)間小于3 s的比例應(yīng)在90%以上。平均空車閑置時(shí)間應(yīng)控制在10 s以內(nèi)。

3.4 AGV準(zhǔn)點(diǎn)率

AGV準(zhǔn)點(diǎn)率即AGV是否按計(jì)劃要求時(shí)間準(zhǔn)時(shí)或提早到達(dá)任務(wù)位置的比例，是分析時(shí)間矩陣是否準(zhǔn)確的重要指標(biāo)。

橋吊作業(yè)車道、箱區(qū)作業(yè)車道以及AGV停車緩沖區(qū)都是邏輯位置，將所有邏輯位置之間的AGV運(yùn)行時(shí)間形成一個(gè)時(shí)間矩陣，做為AGV調(diào)度的依據(jù)。準(zhǔn)點(diǎn)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)為：(AGV實(shí)際到達(dá)作業(yè)車道時(shí)間)-(計(jì)劃要求到達(dá)時(shí)間)<0；準(zhǔn)點(diǎn)率=準(zhǔn)點(diǎn)次數(shù)/總次數(shù)

4 影響因素初步分析

由表1可知，AGV的運(yùn)行時(shí)間可細(xì)分為8個(gè)時(shí)間，根據(jù)定義的時(shí)間，羅列影響行駛時(shí)間和等待時(shí)間的因素以及評(píng)價(jià)方式(見表2)。

表2 影響AGV運(yùn)行時(shí)間的因素及評(píng)價(jià)方式

由表2可知，影響AGV運(yùn)行時(shí)間和等待時(shí)間的因素很多，其中有AGV調(diào)度、路徑規(guī)劃、交通控制自身的問題，有來自作業(yè)鏈兩端橋吊效率、軌道吊調(diào)度的影響，同時(shí)又有堆存計(jì)劃、配載計(jì)劃的影響。表3為各影響因素所占比例統(tǒng)計(jì)。

表3 各影響因素所占比例

通過對(duì)現(xiàn)象觀察和數(shù)據(jù)分析，對(duì)每個(gè)定義時(shí)間過長的原因進(jìn)行分析，著重去解決占比較大的影響因素。

5 結(jié)語

通過建立AGV運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以清晰地分析出目前AGV在運(yùn)行過程中存在的問題，找出每個(gè)定義時(shí)間過長的原因及影響因素，以便有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化。