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

鄭偉鴻，黃 爭

(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從堆場經(jīng)岸邊通道進入岸邊裝卸作業(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，上下檔通道中心點與岸橋作業(yè)中心點距離需≥29 m。

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

2 IGV上下檔機制

2.1 岸邊通道

通道區(qū)分進、出2種類型，在IGV上檔作業(yè)時需要選擇進岸橋通道進入，在IGV下檔時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入岸橋下，在班輪作業(yè)時，還需明確通道所屬船舶，在班輪作業(yè)時，IGV只選擇所屬船舶的通道進出岸邊；駁船通道無所屬船舶，即IGV作業(yè)駁船時，所有駁船通道通用。

2.2 班輪緩沖位機制

已建成的自動化碼頭多為“雙小車岸橋+AGV(自動導(dǎo)引車)橋后裝卸作業(yè)+堆場端邊裝卸”[1]，堆場與岸邊之間有充足的位置可用于布置垂直于岸線的臨時停車位置，垂直于岸線的臨時停車位置更有利于AGV路徑的規(guī)劃，提高AGV作業(yè)效率[2]。但鑒于場地限制，有的自動化碼頭堆場與岸邊之間無充足的位置，無法布置垂直于岸線的臨時停車位置，對此，提出一種平行于岸線的臨時停車位置，在班輪作業(yè)時啟用，稱為班輪緩沖位[3]。班輪緩沖位默認(rèn)在橫一路上，對應(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在選擇緩沖位置時會優(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)決策機制

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

1)進岸橋通道選擇時機應(yīng)該是在收到任務(wù)時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行申請、選擇。

①具有空閑通道時，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)部生成路徑的臨時目標(biāo)點，在確定選擇通道或者繞行時將會內(nèi)部釋放)附近時申請通道；

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

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目標(biāo)點，在確定選擇通道或者繞行時將會內(nèi)部釋放)附近時申請通道，如申請不到則去就近的停車場等待或經(jīng)最近的道路繞圈重新去預(yù)選通道。

2)出岸橋通道選擇時機為：①班輪IGV運行到?jīng)Q策點附近后選擇合適的通道；②駁船IGV在離開時即選擇合適的通道；③無所屬船在收到任務(wù)時即選擇最近的通道。

3 IGV橋下作業(yè)位置判定及跟隨機制

IGV橋下作業(yè)位置判定機制指當(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，即進入橋下作業(yè)車道后在何位置等待作業(yè)。IGV橋下跟隨機制指當(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，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)計的2個基本原則：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，減少IGV駛出橋下再重新進入的幾率，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個設(shè)計原則，提出3種設(shè)計思路。

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，大車對位后首先要選擇當(dāng)前位置對應(yīng)的船舶貝位，系統(tǒng)會記錄并存儲船舶貝位所對應(yīng)的物理位置信息，當(dāng)岸橋大車移動超過一定距離(可視具體情況設(shè)定)，系統(tǒng)會要求作業(yè)人員重新確定船舶貝位，并在人員選擇確定后記錄儲存船舶貝位對應(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橋下作業(yè)車道，當(dāng)IGV被允許進入橋下作業(yè)時，實時讀取岸橋當(dāng)前選擇的貝位位置，以此作為進入橋下后的停車位置。

3.1.2IGV跟隨機制

1)岸橋貝位位置變化。當(dāng)IGV確定等待作業(yè)位置后(運動中或已停車)，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超時報警機制結(jié)合，對IGV等待超過一定時間的情況給予報警提示，同時在調(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)會記錄船舶各貝位所對應(yīng)的物理位置?！捌ヅ浯柏愇晃恢谩敝府?dāng)IGV申請橋下等待位置時，以攜帶指令貝位信息尋找對應(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，需注意以下細(xì)節(jié)：

1)岸橋進行船舶貝位選擇時，需操作便捷，對于距離異常的需有驗證機制，要求重新確認(rèn)(例如對于兩個相鄰貝位間距小于12 m)。

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

3)IGV在申請橋下等待位置時，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進入的行駛條件，例如相鄰貝位的同一作業(yè)車道同時只能停1臺IGV。

4)當(dāng)岸橋同時存在2個及以上貝的卸船任務(wù)時，調(diào)度系統(tǒng)在分配IGV時會考慮卸船隊列的優(yōu)先順序，但不排除會出現(xiàn)因特殊原因?qū)е聢?zhí)行下一個作業(yè)貝位的IGV后車先到，并對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)計算時需考慮如何保證IGV指令分配的合理性，或考慮在IGV申請橋下作業(yè)位置時對IGV任務(wù)進行二次優(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，岸橋每次移動大車超過0.5 m需確認(rèn)到位，則此時系統(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)岸橋移動大車未重新確認(rèn)到位時，則IGV仍然以上一個確認(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：

1)IGV申請橋下作業(yè)位置時，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進行申請。

2)在班輪作業(yè)時，如岸橋進行自動化作業(yè)，還需在移動大車后確認(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橋下跟隨機制

由司機人工選擇確認(rèn)IGV是否跟隨，即給司機提供一個“跟隨”的功能鍵，司機可對已經(jīng)申請車道成功的IGV(單選或多選)進行選擇，選擇后點擊“跟隨”，系統(tǒng)層面則觸發(fā)以下邏輯：

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

2)對于IGV當(dāng)前申請的橋下作業(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)前申請的橋下作業(yè)位置。

3)對于IGV當(dāng)前申請的橋下作業(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對岸橋的車道進行預(yù)占，不允許其它IGV再申請該岸橋的對應(yīng)車道(同時有多臺IGV預(yù)占1個車道的，確定為距離最近的預(yù)占)。此時前臺給出異常提示：“XXX號IGV已設(shè)定延遲跟隨；XXX號IGV無法跟隨，也無法延遲跟隨”。對于延遲跟隨的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則自動向目標(biāo)位行駛，同時“跟隨標(biāo)記”消除。在IGV處于“延遲跟隨”狀態(tài)時，可人工選擇“取消跟隨”按鍵，則此時IGV取消對已經(jīng)跟隨的相應(yīng)車道的預(yù)占。

3.3.3其他注意事項

1)IGV層面無法規(guī)劃至目標(biāo)位置路徑須報異常信息。

2)對班輪裝船任務(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個基本原則為主要評價標(biāo)準(zhǔn)，對3種設(shè)計方案進行比較：

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)點為IGV容易獲得橋下作業(yè)等待位置，缺點是IGV進入橋下后再次調(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(例如頂橋)時可能會導(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進入橋下后不需二次調(diào)整位置，缺點是以船舶貝位位置的確定作為IGV進入橋下的必要條件，限制性較高。

方案3：“匹配岸橋位置”方案，結(jié)合了前兩個方案的優(yōu)點，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，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)中岸橋移貝頂橋時橋下交通流混亂的情況。

4 結(jié)論

1)為了實現(xiàn)單小車自動化岸橋與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)車道排隊的機制，采取2、3、5并行排隊機制。

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

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