金建明，夏 劍

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海 200125）

引言

裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計是自動化集裝箱碼頭規(guī)劃設(shè)計的“龍頭”，對整個碼頭的功能實現(xiàn)和生產(chǎn)效率起著決定性作用[1]。自動化集裝箱碼頭前沿作業(yè)區(qū)的布局設(shè)計直接影響到碼頭系統(tǒng)作業(yè)效率及碼頭陸域縱深的需求。本文在總結(jié)目前國內(nèi)外自動化集裝箱碼頭前沿作業(yè)區(qū)布局設(shè)計特點的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了一種AGV 裝卸位非平行于碼頭岸線的前沿作業(yè)區(qū)布局，可為未來集裝箱碼頭的規(guī)劃設(shè)計提供參考。

1 自動化集裝箱碼頭前沿作業(yè)區(qū)常規(guī)布置

傳統(tǒng)集裝箱碼頭的港內(nèi)水平運輸設(shè)備多數(shù)采用在岸橋大車軌間進行裝卸作業(yè)的方式，此方式通常要求水平運輸設(shè)備排隊從船尾方向進入船頭方向離開，且裝卸完成后須向前繞行駛向堆場，從而影響裝卸效率。為了規(guī)避上述布置方式的缺點，當前國內(nèi)外已經(jīng)實施的以AGV 作為水平運輸設(shè)備且堆場垂直于岸線的自動化集裝箱碼頭，其前沿作業(yè)區(qū)通常布置在岸橋陸側(cè)軌后區(qū)域；該作業(yè)區(qū)在縱向方向從海側(cè)向陸側(cè)依次劃分為裝卸區(qū)、緩沖區(qū)和高速道區(qū)三大區(qū)域[2-3]，見圖1。

圖1 典型AGV 前沿作業(yè)區(qū)域劃分示意圖

上述布置方式中，AGV 從前沿裝卸區(qū)駛向堆場目標裝卸位，單程通常至少要經(jīng)過3 個轉(zhuǎn)彎。其中，與裝卸道和通行道互相垂直的緩沖區(qū)的布置方式[4]，作為實現(xiàn)整個裝卸過程的必經(jīng)之路，增加了AGV 轉(zhuǎn)彎次數(shù)，不僅造成了AGV 循環(huán)能耗的增加[5]，而且也不利于AGV 效率的提升[6]，更是前沿作業(yè)區(qū)寬度占用大的主要原因之一。

這種典型的AGV 前沿作業(yè)區(qū)布置方式，雖然實現(xiàn)了裝卸區(qū)內(nèi)AGV 車長方向與岸線保持平行，但是該區(qū)域占地面積通常較大。以近年國內(nèi)建成的洋山四期、青島新前灣自動化碼頭為例，其對應(yīng)的占用寬度如表1 所示。

表1 岸橋陸側(cè)軌至堆場裝卸位的距離

從表1 可以看出，前沿作業(yè)區(qū)的寬度為123～125 m，而傳統(tǒng)集裝箱碼頭前沿作業(yè)區(qū)的寬度通常只有40～50 m，因此該種布置形式對碼頭場地的占用面積要遠遠高于傳統(tǒng)碼頭[7]。

2 裝卸位非平行于岸線的作業(yè)區(qū)布置方式

2.1 裝卸設(shè)備配置

目前現(xiàn)有雙小車岸橋的主小車或門架小車在水平面內(nèi)的主運動方向均垂直于岸線，在平行岸線方向上吊具只能實現(xiàn)厘米級的微量位移；自動化碼頭普遍使用的AGV 僅能沿車長方向直線行走、斜行或轉(zhuǎn)彎，而無90 °橫向行走功能。

為滿足AGV 裝卸位非平行于岸線的裝卸作業(yè)要求，結(jié)合現(xiàn)有岸橋和AGV 已經(jīng)具有的功能特點，裝卸設(shè)備和水平搬運設(shè)備的功能配置需要考慮作如下改變：

1）在岸橋小車或吊具上增加0～180 °回轉(zhuǎn)功能，以實現(xiàn)吊具下的集裝箱可回轉(zhuǎn)至相應(yīng)的角度，并在岸橋小車或吊具上增加厘米級橫向移動的功能，以實現(xiàn)在不移動或少移動岸橋大車時實現(xiàn)對地面多個AGV 的裝卸作業(yè)；

2）在AGV 上增加橫向行走功能，以實現(xiàn)AGV的橫移功能。

2.2 前沿作業(yè)區(qū)布置

前沿作業(yè)區(qū)從海側(cè)向陸側(cè)依次布置為裝卸區(qū)、低速進出區(qū)和高速道區(qū)三個區(qū)域，典型布置圖見圖2 所示。

圖2 前沿作業(yè)區(qū)劃分示意圖

1）裝卸區(qū)布置

裝卸區(qū)由一系列并排布置的裝卸位組成。根據(jù)裝卸位與岸線之間所形成的夾角不同，AGV 非平行于岸線的裝卸位可具體分為兩種典型形式：一種是AGV 裝卸位與岸線垂直（即夾角=90 °），另一種是AGV 裝卸位與岸線呈銳角（即0 °＜夾角＜90 °）。

受AGV 自身寬度及運行避障要求，相鄰裝卸位間隔不宜小于4 m。裝卸位的長度需充分考慮AGV 轉(zhuǎn)彎進出的空間要求。受到岸橋結(jié)構(gòu)尺寸限制，同一臺岸橋下可分配作業(yè)的裝卸位數(shù)量不宜過多。附近未被占用的裝卸位可作為臨時緩沖區(qū)使用。

裝卸區(qū)的寬度與AGV 裝卸位與岸橋夾角的大小密切相關(guān)。當AGV 裝卸位垂直于岸線時，裝卸區(qū)的寬度約26 m；當AGV 裝卸位與岸線呈銳角時，所需的裝卸區(qū)寬度將會更小些。

AGV 進出裝卸位的方式與AGV 是否具有橫向行走功能具有密切關(guān)系?？煞謨煞N以下情況：

①當AGV 無橫向行走功能時，AGV 只能沿裝卸位方向進出。雖然附近未被占用的空閑裝卸位可以兼用作臨時緩沖位，但由于AGV 無橫移功能，當該處AGV 被調(diào)用時，只能原路后退離開臨時緩沖位后再進入指定裝卸位。圖3 是AGV 沿一定夾角進出某一裝卸位的示意圖。需要注意的是，AGV以小夾角進出裝卸位時會影響到較多的區(qū)域，因此夾角不宜過小。

圖3 AGV 進出裝卸位方式1 示意圖

當AGV 無橫向行走時，岸橋吊具所需的橫移距離與裝卸位夾角大小和大車不動時所要求覆蓋的裝卸區(qū)域密切相關(guān)。以AGV 裝卸位與岸線夾角α=45 °為例（見圖4），在滿足岸橋能作業(yè)相鄰AGV上的前20 尺和后20 尺箱的工況條件下，岸橋吊具需沿岸線方向的橫移范圍L1=±5.5 m 左右。當AGV 裝卸位與岸線夾角α 越小，滿足相鄰裝卸位裝卸所需的岸橋吊具橫移范圍值L1 就越大；反之，當夾角α 越大，則所需的岸橋吊具橫移范圍值L1就越小?？紤]岸橋門框結(jié)構(gòu)尺寸的限制，裝卸位與岸線的夾角不宜過小。

圖4 裝卸位呈45°夾角時的布置示意圖

因此，綜合考慮AGV 進出裝卸位便利性及岸橋吊具橫移范圍等因素，AGV 裝卸位與岸線的夾角不宜過小，以垂直岸線為最佳。

②當AGV 具有橫向行走功能時，同一臺岸橋所能覆蓋的裝卸位將不再完全受限于岸橋吊具的最大橫移范圍，對AGV 的調(diào)度也將更加靈活。如果岸橋所覆蓋區(qū)域的某一裝卸位正好空閑時，AGV可直接進入該空閑裝卸位進行裝卸作業(yè)，任務(wù)完成后再后退離開。如果岸橋吊具覆蓋區(qū)域內(nèi)的裝卸位全被占用時，此時AGV 可先進入附近的臨時緩沖位，然后按先進先出原則通過AGV 橫移方式從側(cè)面到達裝卸位，裝卸完成后再后退離開裝卸位（見圖5）。

圖5 AGV 進出裝卸位方式2 示意圖

因此，在AGV 具有橫移功能的作業(yè)模式下，AGV 的進出方式更為靈活，但也對AGV 的路徑規(guī)劃和調(diào)度協(xié)調(diào)能力提出了更高的要求[8]。

2）高速通道區(qū)布置

高速通道是岸橋與堆場之間水平運輸?shù)闹鞲傻?。高速通道一般仍按雙向6 車道布置，總寬度約為26 m。

3）低速進出區(qū)布置

為盡量減少或避免AGV 進出裝卸區(qū)時與高速道區(qū)產(chǎn)生互相等待或干擾，在裝卸區(qū)與高速道區(qū)之間設(shè)置了低速進出通道區(qū)。在裝卸作業(yè)繁忙時期，低速進出道也可兼作AGV 轉(zhuǎn)彎進入裝卸位前的緩沖等待位。低速進出區(qū)一般可考慮按雙向兩車道布置。單車道寬度為4 m，總寬度為8 m。

通過上述裝卸區(qū)、高速通道區(qū)和低速進出區(qū)的布置，岸橋陸側(cè)軌至堆場裝卸位之間的寬度約為104 m，比現(xiàn)有AGV 裝卸位平行于岸線的布局方式可節(jié)約20 m 左右。即在同等規(guī)模碼頭條件下，前沿作業(yè)區(qū)的占地面積可比現(xiàn)有碼頭節(jié)省16 %；或者說，在同等碼頭縱深條件下，可比現(xiàn)有碼頭增加約7 %的堆場容量。

2.3 對AGV 循環(huán)效率和能耗的影響

與目前普遍采用的AGV 裝卸位平行于岸橋的前沿作業(yè)區(qū)循環(huán)路徑（見圖6）相比，采用AGV 裝卸位非平行于岸線的前沿作業(yè)區(qū)循環(huán)路徑（見圖7）可以顯著減少轉(zhuǎn)彎次數(shù)、縮短循環(huán)路徑、提高效率和降低能耗。經(jīng)粗略估算，在某一循環(huán)路徑下，后者AGV 的循環(huán)距離可減少12 %，轉(zhuǎn)彎次數(shù)減少33 %，循環(huán)效率提高15 %，相應(yīng)可節(jié)約能耗13 %。

圖6 裝卸位平行于岸線的AGV 循環(huán)路徑示意圖

圖7 裝卸位非平行于岸線的AGV 循環(huán)路徑示意圖

3 結(jié)語

AGV 裝卸位非平行于岸線方向的前沿作業(yè)區(qū)布置，不僅克服了傳統(tǒng)碼頭前沿作業(yè)水平運輸設(shè)備在岸橋軌間排隊進出、裝卸前后需從船尾、船頭方向繞行進出作業(yè)區(qū)的不足，而且在繼承了自動化集裝箱碼頭AGV 在岸橋軌后作業(yè)能快速進出裝卸位的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，進一步減少了AGV 的轉(zhuǎn)彎次數(shù)，縮短了AGV 的循環(huán)路徑，提高了AGV 的運行效率，節(jié)約了土地或提高了堆場通過能力，具有顯著的經(jīng)濟效益。