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        內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案

        2016-04-27 11:17:00甄紀(jì)軍王秀臣許濤
        集裝箱化 2016年3期
        關(guān)鍵詞:作業(yè)線內(nèi)貿(mào)集卡

        甄紀(jì)軍 王秀臣 許濤

        目前,我國(guó)絕大多數(shù)集裝箱碼頭采用“岸橋+集卡+場(chǎng)橋”裝卸工藝,由集卡完成碼頭前沿與堆場(chǎng)間的水平運(yùn)輸,集卡配置和調(diào)度的合理性是影響碼頭裝卸效率、設(shè)備利用率和作業(yè)成本的重要因素。當(dāng)前,我國(guó)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭多采用傳統(tǒng)集卡調(diào)度模式,根據(jù)作業(yè)線靜態(tài)配置集卡,每輛集卡只為指定的1條作業(yè)線服務(wù),且集卡分配給固定的岸橋后,其運(yùn)行路線相對(duì)固定。由于各作業(yè)線作業(yè)進(jìn)度不一致,往往出現(xiàn)有的岸橋下無(wú)集卡而有的岸橋下集卡排隊(duì)等待的現(xiàn)象,造成集卡無(wú)序低效流動(dòng)及資源浪費(fèi),對(duì)碼頭裝卸效率產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。隨著碼頭集裝箱吞吐量的增長(zhǎng)及碼頭區(qū)集卡數(shù)量的增加,傳統(tǒng)集卡調(diào)度模式越來(lái)越不能滿足碼頭的控制和管理要求。當(dāng)前,上海港、青島港、天津港、廣州港等港口的大型集裝箱碼頭已通過(guò)應(yīng)用集卡全場(chǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)(Tractor Paging Subsystem,TPS)實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度,有效解決傳統(tǒng)調(diào)度模式下集卡調(diào)度不合理、集卡利用率低等問(wèn)題。不過(guò),受作業(yè)模式、人員操作水平等因素影響,多數(shù)中小型內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭未能有效利用TPS實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度。本文結(jié)合TPS工作原理及內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭作業(yè)特點(diǎn),提出內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案。

        1 TPS工作原理

        TPS是集裝箱碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的子系統(tǒng),其以中央控制室為指揮中心,以集卡上裝配的無(wú)線終端為通信手段,通過(guò)無(wú)線集群打包傳送控制信號(hào),根據(jù)碼頭生產(chǎn)對(duì)集卡的需求自動(dòng)向相關(guān)集卡發(fā)送作業(yè)指令。[1]TPS構(gòu)成示意如圖1所示。

        利用TPS實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度須解決2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:(1)各作業(yè)集卡的均衡分配問(wèn)題,系統(tǒng)可運(yùn)用規(guī)劃論、排隊(duì)論和模糊控制理論等數(shù)學(xué)模型根據(jù)作業(yè)需要自動(dòng)均衡分配集卡;(2)岸邊與堆場(chǎng)作業(yè)任務(wù)的匹配問(wèn)題,這需要通過(guò)業(yè)務(wù)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。

        在卸船作業(yè)時(shí),進(jìn)口箱裝到集卡上后,系統(tǒng)根據(jù)箱型、目的港(中轉(zhuǎn)箱)識(shí)別堆場(chǎng)計(jì)劃,并結(jié)合各堆場(chǎng)計(jì)劃等待作業(yè)的集卡數(shù)量來(lái)分配堆場(chǎng)堆存位置,從而實(shí)現(xiàn)卸船過(guò)程的集卡智能調(diào)度;在裝船作業(yè)時(shí),通過(guò)制訂配載計(jì)劃,使堆場(chǎng)出口箱與船上箱位一一對(duì)應(yīng),系統(tǒng)根據(jù)各岸橋等待作業(yè)的集卡數(shù)量分配集卡場(chǎng)地作業(yè)任務(wù)。裝船作業(yè)實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度的關(guān)鍵因素在于碼頭實(shí)配作業(yè),但我國(guó)多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭尚未實(shí)現(xiàn)實(shí)配操作,這是當(dāng)前內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭不能有效利用TPS進(jìn)行集卡智能調(diào)度的重要原因。由于當(dāng)前卸船作業(yè)集卡智能調(diào)度業(yè)已實(shí)現(xiàn),本文重點(diǎn)探討裝船作業(yè)集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案。

        2 內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案

        2.1 內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載特點(diǎn)

        由于內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載要求相對(duì)較低,多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭省去實(shí)配環(huán)節(jié),僅根據(jù)船舶大副的預(yù)配圖進(jìn)行裝船作業(yè)。內(nèi)貿(mào)集裝箱普遍偏重且質(zhì)量相差不大,一般按照船舶大副預(yù)配圖的箱型、目的港、空重要求等裝船即可滿足穩(wěn)心高度、強(qiáng)度、剪力、彎矩等船舶安全參數(shù)要求,吃水差可通過(guò)預(yù)留機(jī)動(dòng)箱來(lái)調(diào)整。

        2.2 集卡智能調(diào)度解決方案

        針對(duì)內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載特點(diǎn),參考卸船作業(yè)集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)原理,制訂裝船作業(yè)集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)流程(如圖2所示),通過(guò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)船舶裝載計(jì)劃,使出口箱與裝載計(jì)劃相匹配,實(shí)現(xiàn)裝船作業(yè)過(guò)程中的集卡智能調(diào)度。

        與實(shí)配模式不同,船舶裝載計(jì)劃是按照集裝箱碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的船舶配載過(guò)程來(lái)制訂的,其僅定義船上各箱位集裝箱的類(lèi)型(箱型、目的港、空重),并不實(shí)際分配出口箱的具體裝載位置。岸橋作業(yè)區(qū)域既可在制訂裝載計(jì)劃的環(huán)節(jié)劃分,也可在裝載計(jì)劃激活環(huán)節(jié)根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況靈活分配。

        出口箱與船舶裝載計(jì)劃相匹配的關(guān)鍵在于根據(jù)裝船進(jìn)度激活裝載計(jì)劃并實(shí)時(shí)發(fā)送場(chǎng)地發(fā)箱指令。為確保匹配的有效性,系統(tǒng)不識(shí)別待激活的裝載計(jì)劃,只識(shí)別當(dāng)前正在作業(yè)的已激活的裝載計(jì)劃,進(jìn)而分配作業(yè)集卡。堆場(chǎng)內(nèi)集卡根據(jù)裝船作業(yè)任務(wù)指令均衡分配;場(chǎng)橋?qū)⒊隹谙浯_認(rèn)到集卡后,系統(tǒng)根據(jù)箱型、目的港指定集卡裝船岸橋。當(dāng)多臺(tái)岸橋作業(yè)該類(lèi)型集裝箱時(shí),系統(tǒng)根據(jù)各岸橋下等待作業(yè)的集卡數(shù)量均衡分配集卡。

        內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)信息系統(tǒng)的支持,因此,有必要改進(jìn)和優(yōu)化TPS程序;此外,裝船控制方式也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整,碼頭中央控制室的工作人員必須根據(jù)船舶作業(yè)進(jìn)度激活裝載計(jì)劃,并實(shí)時(shí)發(fā)送場(chǎng)地作業(yè)指令,每條作業(yè)線發(fā)送指令數(shù)量應(yīng)控制在20~30個(gè)集裝箱為宜。本解決方案的創(chuàng)新點(diǎn)在于將實(shí)配過(guò)程分解為制訂裝載計(jì)劃、分配裝載位置這2個(gè)過(guò)程,既實(shí)現(xiàn)裝船過(guò)程中的集卡智能調(diào)度,又降低裝船操作難度,符合內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭作業(yè)需求。

        3 內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度的優(yōu)勢(shì)

        集卡智能調(diào)度的實(shí)現(xiàn)使內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭生產(chǎn)組織模式發(fā)生巨大改變,初步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化,突破傳統(tǒng)生產(chǎn)組織模式的瓶頸,提高碼頭作業(yè)綜合效率,從而確保內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭良性發(fā)展。

        3.1 實(shí)現(xiàn)集卡動(dòng)態(tài)調(diào)度,大幅提升集卡利用率

        如圖3所示,傳統(tǒng)集卡調(diào)度采用集卡綁定岸橋的模式,每臺(tái)岸橋綁定多輛集卡,綁定的集卡僅為固定的岸橋服務(wù)。此種模式操作簡(jiǎn)單,便于管理,但具有以下缺點(diǎn):由于各作業(yè)線進(jìn)度不一,往往出現(xiàn)有的作業(yè)線集卡不足而有的作業(yè)線集卡閑置的現(xiàn)象;各作業(yè)線配比失衡情況通常由調(diào)度員調(diào)整,這種解決方案嚴(yán)重滯后于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè),使集卡作業(yè)資源不能得到有效利用,對(duì)船舶作業(yè)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。

        在集卡智能調(diào)度模式下,通過(guò)設(shè)備組設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)各作業(yè)線集卡資源共享,系統(tǒng)根據(jù)各作業(yè)線或場(chǎng)地發(fā)箱任務(wù)的忙閑程度為集卡分配作業(yè)指令,在集卡使用方面打破固定作業(yè)線的限制,從而大大提高集卡利用率。單船動(dòng)態(tài)集卡調(diào)度模式如圖4所示。隨著碼頭生產(chǎn)組織水平的提高,還可通過(guò)多船間集卡資源共享實(shí)現(xiàn)多船動(dòng)態(tài)集卡調(diào)度模式。

        3.2 為裝卸工藝優(yōu)化提供技術(shù)支持

        在傳統(tǒng)作業(yè)線模式下,由于信息化水平低,為保證作業(yè)準(zhǔn)確率,集卡在某時(shí)間段內(nèi)僅進(jìn)行裝船或卸船作業(yè),集卡空載率高達(dá)50%以上。TPS的應(yīng)用為作業(yè)面生產(chǎn)模式提供技術(shù)支持:可通過(guò)綁定設(shè)備組、設(shè)定任務(wù)分配方式等實(shí)現(xiàn)單船甚至多船邊裝邊卸作業(yè),使裝卸工藝由作業(yè)線模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳂I(yè)面模式。在作業(yè)面模式下,集卡在1個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)既進(jìn)行裝船作業(yè)又進(jìn)行卸船作業(yè)(見(jiàn)圖5),從而實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸?shù)闹厝ブ鼗?,使集卡空?chē)運(yùn)行時(shí)間大幅縮短。

        3.3 解決生產(chǎn)過(guò)程中信息傳遞不暢的問(wèn)題

        在傳統(tǒng)作業(yè)模式下,各作業(yè)工種間的信息傳遞通過(guò)對(duì)講機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在泊船舶數(shù)量較多時(shí),對(duì)講機(jī)頻道擁堵問(wèn)題較為突出,尤其是集卡司機(jī)與場(chǎng)橋司機(jī)間的溝通問(wèn)題對(duì)生產(chǎn)影響較大。TPS通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)集卡調(diào)度指令,使作業(yè)信息的傳遞通過(guò)系統(tǒng)指令傳遞的方式自動(dòng)實(shí)現(xiàn),各工種按照指令作業(yè)即可。場(chǎng)橋司機(jī)按照?qǐng)龅匕l(fā)箱指令發(fā)箱,集卡司機(jī)根據(jù)車(chē)載終端指令進(jìn)行水平運(yùn)輸,從而大大降低對(duì)對(duì)講機(jī)的依賴(lài),徹底改變語(yǔ)音傳輸系統(tǒng)不能及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰地下達(dá)調(diào)度指令以及指令下達(dá)和執(zhí)行不可追溯等問(wèn)題。

        3.4 實(shí)現(xiàn)中央控制室對(duì)場(chǎng)地和船舶作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

        中央控制室是集裝箱碼頭的指揮中樞和生產(chǎn)作業(yè)信息的交匯點(diǎn),中央控制室發(fā)出的作業(yè)指令是否合理直接影響碼頭作業(yè)效率和生產(chǎn)成本。目前,我國(guó)絕大多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭的標(biāo)準(zhǔn)化操作水平不高,生產(chǎn)組織模式粗放,突出表現(xiàn)為中央控制室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和作業(yè)的掌控不夠,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制不到位,未能有效發(fā)揮生產(chǎn)指揮中心的功能。為保障TPS順暢運(yùn)行,中央控制室須掌控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)態(tài),分配設(shè)備作業(yè)任務(wù),根據(jù)生產(chǎn)需要靈活地進(jìn)行設(shè)備組綁定;現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員應(yīng)與中央控制室工作人員密切溝通,嚴(yán)格按照中央控制室的作業(yè)指令有條不紊地作業(yè),從而提升中央控制室對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的控制能力。

        3.5 打破裝船過(guò)程中指揮工要箱的局限性

        指揮工要箱意味著工班控制作業(yè)線的作業(yè)次序,其優(yōu)點(diǎn)在于指揮工對(duì)船舶情況比較了解;其缺點(diǎn)在于指揮工了解的信息局限于船舶,而其對(duì)場(chǎng)地情況、其他船舶作業(yè)進(jìn)度的了解有限,無(wú)法從場(chǎng)地與船舶作業(yè)協(xié)調(diào)配合的全局角度來(lái)組織作業(yè)。中央控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶和場(chǎng)地的實(shí)時(shí)監(jiān)控后,由船舶控制員根據(jù)船舶和場(chǎng)地的實(shí)際情況安排橋吊作業(yè)貝位,由此逐步改變指揮工要箱的作業(yè)模式,實(shí)現(xiàn)碼頭整體作業(yè)效率最優(yōu)化。

        3.6 提升碼頭作業(yè)效率

        碼頭場(chǎng)橋司機(jī)、集卡司機(jī)、工班人員多為臨時(shí)工或外包勞務(wù)工,其業(yè)務(wù)能力參差不齊且流動(dòng)性較大,碼頭生產(chǎn)作業(yè)對(duì)其依賴(lài)過(guò)大必然影響生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,不利于作業(yè)效率的持續(xù)提高。碼頭實(shí)現(xiàn)集卡智能調(diào)度后,上述人員基本不參與碼頭生產(chǎn)組織活動(dòng),其僅須按照中央控制室的作業(yè)指令做好具體工作即可,人員更替不會(huì)對(duì)碼頭生產(chǎn)造成很大影響。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        上述集卡智能調(diào)度實(shí)現(xiàn)方案能初步實(shí)現(xiàn)集卡動(dòng)態(tài)調(diào)度、集卡作業(yè)任務(wù)的均衡分配及指令傳遞的信息化,但未考慮集卡調(diào)度過(guò)程中集卡運(yùn)行路徑優(yōu)化問(wèn)題。在中小型內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭堆場(chǎng)面積有限、作業(yè)量不大的情況下,集卡運(yùn)行路徑問(wèn)題并不突出,對(duì)效率和成本的影響較小。隨著內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭規(guī)模的擴(kuò)展,可應(yīng)用全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù),優(yōu)化集卡運(yùn)行路徑,縮短水平運(yùn)輸距離,進(jìn)一步提高碼頭作業(yè)效率,降低碼頭作業(yè)成本。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 曹志偉. 集卡調(diào)度系統(tǒng)(TPS)在集裝箱碼頭上的應(yīng)用及優(yōu)化[J]. 水運(yùn)管理,2003,25(12):2-6.

        (編輯:曹莉瓊 收稿日期:2015-12-04)

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