ps系統(tǒng)在集裝箱作業(yè)邊裝邊卸中的應(yīng)用

ps系統(tǒng)在集裝箱作業(yè)邊裝邊卸中的應(yīng)用

外高橋岸橋區(qū)域4個(gè)集裝箱碼頭的設(shè)計(jì)能力為180萬(wàn)噸。橋梁懸掛計(jì)劃最終安裝16臺(tái)。每輛橋的懸掛卡為6張卡。除了內(nèi)部工作卡外，還增加了卡護(hù)。由于規(guī)模生產(chǎn)而引發(fā)的繁忙程度，采用傳統(tǒng)的管理方法已無(wú)法適應(yīng)。在裝卸過(guò)程，作業(yè)路之間的生產(chǎn)節(jié)奏也不相同，在集卡的靜態(tài)調(diào)度分配上，會(huì)存在作業(yè)時(shí)間比較緊張的作業(yè)路得不到空閑的集卡，造成集卡資源不能充分利用。若簡(jiǎn)單地通過(guò)增加集卡來(lái)解決矛盾的話，同樣會(huì)引發(fā)交通流量和場(chǎng)地管理問(wèn)題。要解決這一問(wèn)題，首先必須打破現(xiàn)有的按作業(yè)路靜態(tài)安排集卡的模式，采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地調(diào)度集卡，將裝船、卸船和轉(zhuǎn)堆等一系列需要集卡參與的多條作業(yè)路來(lái)共享所有的集卡，使每輛集卡同時(shí)對(duì)應(yīng)多條作業(yè)路，保證集卡在卸載后可就近投入其他需要的作業(yè)路中，大大縮短集卡的空載行駛時(shí)間和距離，實(shí)現(xiàn)大船作業(yè)邊裝邊卸，從而在不增加集卡數(shù)量的基礎(chǔ)上大幅度提高生產(chǎn)效率和減低裝卸成本。1集卡調(diào)度系統(tǒng)要在碼頭生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)充分利用好集卡資源，必須解決每條作業(yè)路按實(shí)時(shí)作業(yè)情況動(dòng)態(tài)就近分配集卡，既要保證作業(yè)路的效率，又確保集卡行駛路線的安全及行駛路線最短。要提高橋吊的裝卸效率，集卡調(diào)度系統(tǒng)必須滿足橋吊裝卸工藝改革的要求，如：邊裝邊卸、雙箱吊。針對(duì)上述要解決的問(wèn)題，首先要分析集卡在碼頭前沿和在箱區(qū)行駛路線，找出集卡行駛路線的規(guī)律，為提高集卡裝卸轉(zhuǎn)接的比例，必須通過(guò)一定的算法，尋找到一條最佳路徑。其次要評(píng)估作業(yè)路上的作業(yè)效率，考慮在作業(yè)的某一時(shí)刻集卡的最大需要量，平衡每條作業(yè)路所分配的集卡，確保重點(diǎn)作業(yè)路。為了提高集卡的利用率，縮短集卡的空載行駛時(shí)間和距離，必須要在集卡就近原則的基礎(chǔ)上提高集卡裝卸轉(zhuǎn)接的比例。集卡在完成卸船卸箱的過(guò)程后，按集卡行駛路徑就近原則和作業(yè)路的集卡分配原則，盡量尋找堆場(chǎng)裝船發(fā)箱的作業(yè)路；集卡在完成裝船卸箱的過(guò)程后，按集卡行駛路徑就近原則和作業(yè)路的集卡分配原則，盡量尋找碼頭卸船作業(yè)路（圖1）。為了解決以上問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了集卡調(diào)度系統(tǒng)TPS(TractorPagingSystem），通過(guò)電腦根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算后，將各作業(yè)指令實(shí)時(shí)地自動(dòng)分配給當(dāng)前最佳位置的集卡，并通過(guò)無(wú)線信號(hào)將指令發(fā)送到對(duì)應(yīng)集卡上去，司機(jī)根據(jù)指令進(jìn)行操作，使現(xiàn)場(chǎng)所有集卡合理、有序、靈活地參與到各項(xiàng)需要拖運(yùn)的作業(yè)中去。由于集卡司機(jī)根據(jù)作業(yè)指令進(jìn)行拖箱作業(yè)，改變了傳統(tǒng)的靜態(tài)分配方式，大大地提高了集卡的利用率，橋吊的作業(yè)效率也有了改觀。集卡調(diào)度系統(tǒng)目前經(jīng)過(guò)了SCT、外高橋港區(qū)二期、四期集裝箱碼頭的運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足了不同碼頭的運(yùn)行環(huán)境。如SCT軍工路碼頭由于鐵路貫穿整個(gè)堆場(chǎng)所引起的集卡行駛走向與正規(guī)的集裝箱碼頭不同，以及外二期和外四期大規(guī)模的集裝箱碼頭的運(yùn)行，在調(diào)度算法以及操作簡(jiǎn)便性方面充分吸收了SCT、外高橋港區(qū)二期和四期碼頭業(yè)務(wù)人員的建議，進(jìn)行不斷的優(yōu)化，來(lái)滿足高效運(yùn)作的現(xiàn)代化集裝箱碼頭發(fā)展的需要。2無(wú)線雙向上傳系統(tǒng)目前在世界各國(guó)的碼頭上，采用集卡調(diào)度系統(tǒng)還很少，大部分沿用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行作業(yè)。上海港外四期采用了目前最先進(jìn)的技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無(wú)線雙向傳送技術(shù)（表1）。此系統(tǒng)的基本思路就是將所有的有效資源整合統(tǒng)盤(pán)考慮，動(dòng)態(tài)的合理去調(diào)配，故當(dāng)碼頭的規(guī)模越大，其產(chǎn)生的效果越好。此在國(guó)內(nèi)是第一家開(kāi)發(fā)集卡調(diào)度系統(tǒng)，并在功能上、性能上以及在使用規(guī)模、應(yīng)用范圍是全國(guó)第一。2.1通訊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)外高橋港區(qū)集裝箱碼頭采用2.4G無(wú)線全場(chǎng)覆蓋，TPS也借此無(wú)線資源加以利用。故車(chē)臺(tái)終端與系統(tǒng)的通訊方式由車(chē)載無(wú)線終端的通訊方式相同，采用TCP/IP方式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用三層結(jié)構(gòu)，如圖2所示：通訊服務(wù)器1與通訊服務(wù)器2任何其中一個(gè)作為主通訊服務(wù)器，哪個(gè)先啟動(dòng)，哪個(gè)就作為主通訊服務(wù)器，另一個(gè)作為備份通訊服務(wù)器。當(dāng)主通訊服務(wù)器機(jī)器發(fā)生故障后，另一臺(tái)通訊服務(wù)器會(huì)自動(dòng)接替數(shù)據(jù)的收發(fā)任務(wù)，車(chē)臺(tái)終端自動(dòng)相應(yīng)切換到另一臺(tái)通訊服務(wù)器上，切換后，接替任務(wù)后的通訊服務(wù)器變成主通訊服務(wù)器，故障的一臺(tái)經(jīng)修復(fù)后變成備份服務(wù)器。車(chē)臺(tái)終端與通訊服務(wù)器之間的通訊采用TCP/IP通訊方式進(jìn)行通訊。采用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：(1）應(yīng)用服務(wù)器執(zhí)行故障時(shí)的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題集裝箱碼頭是晝夜連續(xù)運(yùn)行的，那么在碼頭上運(yùn)行的任何系統(tǒng)必須具有晝夜連續(xù)運(yùn)行的能力。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，已經(jīng)考慮到了采用應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)，應(yīng)用時(shí)間的雙機(jī)熱備份，一旦擔(dān)任任務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把任務(wù)切換到另一臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器上，用戶不會(huì)感覺(jué)到由于應(yīng)用服務(wù)器的切換而引起的停頓，數(shù)據(jù)不會(huì)應(yīng)系統(tǒng)的切換而發(fā)生丟失現(xiàn)象。由于系統(tǒng)采用了高可靠性的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)在需要連續(xù)運(yùn)行的碼頭運(yùn)行環(huán)境中得以使用。(2）加和減少方便由于系統(tǒng)采用的三層結(jié)構(gòu)，TPS調(diào)度終端的增加和減少比較方便。TPS調(diào)度終端的增加和減少與系統(tǒng)運(yùn)行效率間沒(méi)有很明顯的關(guān)系。通過(guò)調(diào)整應(yīng)用服務(wù)器的參數(shù)，跟蹤、調(diào)整應(yīng)用服務(wù)器的性能。2.2在流程重建中分析(1）未采用tps的作業(yè)流程由于TPS在實(shí)時(shí)發(fā)送每一條指令前都對(duì)當(dāng)前箱區(qū)情況進(jìn)行綜合分析，某箱區(qū)一旦因車(chē)流量過(guò)大或機(jī)械故障造成交通堵塞后，系統(tǒng)一方面將暫時(shí)切斷該箱區(qū)作業(yè)指令的發(fā)送，避免進(jìn)一步加重堵塞程度；另一方面會(huì)改發(fā)其他箱區(qū)的作業(yè)指令，確保集卡“物盡其用”，使其他作業(yè)路更順利地進(jìn)行，等堵塞或故障排除后，TPS將重新發(fā)送該箱區(qū)的作業(yè)指令，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)該箱區(qū)的作業(yè)，所有這一切都將由系統(tǒng)自動(dòng)完成。而未采用TPS時(shí)，發(fā)生上述情況后該條作業(yè)路上的集卡只能待時(shí)，造成資源浪費(fèi)，如果要調(diào)整也只能等現(xiàn)場(chǎng)管理人員匯報(bào)控制室后，由控制員在系統(tǒng)中修改原設(shè)定，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)指揮員一輛輛車(chē)口頭通知，情況排除后仍需重復(fù)上述步驟，既不方便及時(shí)，也容易出錯(cuò)。此外在未采用集卡調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)流程中，集卡與裝卸機(jī)械之間存在著信息無(wú)法直接溝通的弊端，箱區(qū)作業(yè)已基本處于無(wú)人化狀態(tài)，輪胎吊司機(jī)一般靠喇叭口頭通知集卡，但是很容易受周?chē)鷻C(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)或行車(chē)噪音干擾而發(fā)生誤聽(tīng)。在碼頭上盡管有橋邊作業(yè)員，但由于需要核對(duì)箱號(hào)、驗(yàn)箱體，所以站位不可能離集卡司機(jī)很近，加上冬、夏兩季司機(jī)一般不開(kāi)車(chē)窗，實(shí)際上橋邊作業(yè)員大多采用手勢(shì)傳遞信息，受光線條件影響看錯(cuò)的可能也同樣存在。采用了TPS后，集卡與裝卸機(jī)械之間的信息可通過(guò)無(wú)線終端直接溝通，不但上述問(wèn)題迎刃而解，而且進(jìn)一步完善了無(wú)線終端的功能，使之發(fā)揮更大的效益。(2）中小型集裝箱船拖運(yùn)性能測(cè)試由于TPS可根據(jù)集卡當(dāng)前位置和行駛方向，自動(dòng)選擇最近箱區(qū)或橋吊的作業(yè)指令提示給集卡司機(jī)，從而可將現(xiàn)場(chǎng)的裝卸船和轉(zhuǎn)堆作業(yè)路形成一個(gè)整體，使得集卡行駛路線達(dá)到最優(yōu)化，確保集卡的空載行駛距離和時(shí)間壓縮到最低限度，進(jìn)而提高集卡拖運(yùn)效率。圖3所示的是采用TPS后現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)混合拖運(yùn)的集卡行駛線路，顯然采用混合拖運(yùn)后集卡的空駛距離和空駛時(shí)間大大縮短，以下就可能存在的幾種裝卸方式進(jìn)行實(shí)地測(cè)算，并據(jù)此對(duì)拖運(yùn)效率的提高進(jìn)行分析。測(cè)試一：不同泊位和不同箱區(qū)的測(cè)試圖4顯示為當(dāng)前碼頭不同泊位、不同箱區(qū)裝卸船拖運(yùn)過(guò)程，作業(yè)中集卡各自按作業(yè)路獨(dú)立分開(kāi)拖運(yùn)，據(jù)測(cè)算完成一個(gè)裝船循環(huán)集卡共耗時(shí)1分56秒左右；完成一個(gè)卸船循環(huán)集卡共耗時(shí)2分20秒左右（均以一個(gè)UNIT計(jì)算），兩者共計(jì)4分16秒。同樣以上述裝卸條件為例，如果采用TPS由集卡按指令對(duì)上述裝卸船作業(yè)進(jìn)行聯(lián)合拖運(yùn)，形成裝卸船大循環(huán)的行駛路線，如圖5。圖5顯示為采用TPS后集卡按指令完成一次裝卸船大循環(huán)的過(guò)程（均以一個(gè)UNIT計(jì)算），共計(jì)耗時(shí)3分07秒，相對(duì)于圖1的拖運(yùn)方式提高效率36.90%，相當(dāng)于原來(lái)作業(yè)路上安排的6輛集卡實(shí)際可以起到8輛集卡的作用。由圖5還可看出：在上述裝卸條件下集卡在跨箱區(qū)和跨泊位時(shí)的空載行駛距離仍比較長(zhǎng)，因此如果縮短此距離，其拖運(yùn)效率還可進(jìn)一步提高。測(cè)試二：同泊位和同箱區(qū)測(cè)試圖6顯示如果采用同船同箱區(qū)裝卸，從二泊位（915英尺裝、1190英尺卸）到25箱區(qū)（35位卸、15位裝）完成一次裝卸循環(huán)，據(jù)測(cè)算集卡拖運(yùn)僅耗時(shí)2分12秒，其相對(duì)于圖1的拖運(yùn)方式其效率將提高75.76%，相當(dāng)于原來(lái)作業(yè)路上安排的6輛集卡實(shí)際可發(fā)揮10.5輛集卡的作用。由于該種方式可以進(jìn)一步縮短集卡空駛距離，使得集卡效率大幅提高。(3）控制車(chē)輛數(shù)量和員工配置，降低成本采用TPS意味著在不增加集卡的情況下，可以勝任比以前更多、更復(fù)雜的作業(yè)量，同時(shí)可節(jié)約大量的人員，達(dá)到降低成本，多快好省的目的。(4）船舶裝卸效率和服務(wù)質(zhì)量的提高由于集卡的運(yùn)行效率提高了，碼頭的整體裝卸效率會(huì)相應(yīng)提高，在船舶裝卸計(jì)劃的安排更緊湊，船舶在港時(shí)間會(huì)減少，船公司的成本會(huì)大大減低，碼頭的服務(wù)質(zhì)量會(huì)有明顯的提高。(5）橋吊的現(xiàn)行保養(yǎng)制度被嚴(yán)重制約橋吊是現(xiàn)代化集裝箱碼頭裝卸生產(chǎn)的靈魂，其工作正常與否直接影響到生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)度。然而由于目前生產(chǎn)任務(wù)的繁重，生產(chǎn)節(jié)奏己越來(lái)越快，橋吊的例行保養(yǎng)檢修制度幾乎名存實(shí)亡，因?yàn)樽鳂I(yè)間隙時(shí)間已越來(lái)越少。機(jī)械在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行極易造成損壞，一旦橋吊故障將給公司經(jīng)濟(jì)上、信譽(yù)上帶來(lái)巨大的損失，TPS的使用較好的解決生產(chǎn)作業(yè)與保養(yǎng)檢修的矛盾，橋吊效率的提高將使原先需要10h完成的裝卸任務(wù)，現(xiàn)在可能只需8h、9h，多出的1個(gè)多小時(shí)即可供工程部進(jìn)行檢修、保養(yǎng)，如此可達(dá)到兩全其美的效果。(6）橋吊實(shí)現(xiàn)同路垂直裝卸，將提高集卡拖運(yùn)效率從圖3、圖4、圖5中我們可以看到，事實(shí)上橋吊裝卸時(shí)間并沒(méi)有縮短，因此光靠單方面提高集卡拖運(yùn)效率還是不夠的，應(yīng)該同時(shí)考慮如何提高橋吊的裝卸效率。在這點(diǎn)上有國(guó)外不少先進(jìn)港口的裝卸方式可供我們借鑒，其中單船邊裝邊卸和橋吊“重上重下”的垂直裝卸必將成為今后生產(chǎn)發(fā)展的方向，此舉可望將橋吊臺(tái)時(shí)量進(jìn)一步提高到40UNIT左右。如果橋吊實(shí)現(xiàn)同路垂直裝卸，完成一次裝卸箱（裝一箱、卸一箱）過(guò)程僅需耗時(shí)2h，將比現(xiàn)在的裝卸效率提高50.83%，同時(shí)還可反過(guò)來(lái)促進(jìn)集卡拖運(yùn)效率的提高，據(jù)測(cè)算實(shí)現(xiàn)同路垂直裝卸后，集卡拖運(yùn)效率可比現(xiàn)在提高達(dá)81.25%。而實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的基礎(chǔ)就是TPS———集卡調(diào)度系統(tǒng)，可以說(shuō)TPS為提高橋吊的裝卸效率在技術(shù)上提供了保障。(7）tps可實(shí)現(xiàn)對(duì)箱區(qū)的靈活作業(yè)實(shí)施TPS后在相同的工作量情況下，所使用的集卡數(shù)相對(duì)較少，這樣可以減少箱區(qū)車(chē)流量，改善箱區(qū)通行狀況，而且TPS可按照當(dāng)前箱區(qū)交通狀況靈活提供作業(yè)指令，并且完全遵循規(guī)定的行車(chē)方向，可有效地防止交通事故的發(fā)生，給安全生產(chǎn)帶來(lái)了保證。(8）評(píng)估出口船圖準(zhǔn)確性目前有不少船公司對(duì)本公司出口船圖的準(zhǔn)確率表示不滿，其原因在于裝船時(shí)橋吊邊作業(yè)員必須站在岸邊提示集卡作業(yè)去向，造成不能指揮橋吊按船圖裝船，也不能根據(jù)實(shí)際箱位修改船圖，因此出現(xiàn)出口船圖準(zhǔn)確