1、圖解集裝箱碼頭自動(dòng)化全球首個(gè)第四代自動(dòng)化碼頭落戶廈門近日，中交集團(tuán)振華重工與中遠(yuǎn)太平洋、廈門海投在京簽約，標(biāo)志著由中國企業(yè)自主研 發(fā)的全球首個(gè)第四代全自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)將落戶中遠(yuǎn)廈門遠(yuǎn)海集裝箱碼頭。據(jù)振華重工董 事長宋海良介紹，全自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)由振華重工自主研發(fā)的中央控制室計(jì)算機(jī)控制，是 真正意義上的無人化全自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)。兩年內(nèi)，該碼頭將投入使用并樹立全球全自動(dòng)化碼 頭裝卸系統(tǒng)的升級(jí)換代標(biāo)準(zhǔn)。占領(lǐng)技術(shù)高地新型自動(dòng)化碼頭應(yīng)運(yùn)而生據(jù)介紹，在整個(gè)無人碼頭”中，最大的亮點(diǎn)是一個(gè)與岸邊平行、以鋼筋構(gòu)筑的低架橋水 平分配機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)上方有起重小車，下面有平板車，起重小車、平板車以及堆場里的軌道 吊等

2、都在特定軌道上運(yùn)行，通過中央控制室控制，現(xiàn)場不需要裝卸工人。與國外的全自動(dòng)化 碼頭系統(tǒng)相比，“無人碼頭”有著獨(dú)特的優(yōu)勢。首先，它不再依賴GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而是 采取更方便、更準(zhǔn)確的軌道定位。通過港口多年的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于環(huán)境條件和障礙物影響， GPS導(dǎo)航定位難以做到十分精確，這使得在集裝箱裝卸過程中，每一次集裝箱吊起、放下 的定位耗時(shí)長，影響效率，但無人碼頭”采取更有效的軌道定位，其低架橋、平板車等都通 過設(shè)置軌道來精確定位，速度更快。其次，“無人碼頭”中所有平板車通過電驅(qū)動(dòng)，在軌道上 運(yùn)行，改變了傳統(tǒng)碼頭和國外自動(dòng)化碼頭用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的地面水平運(yùn)輸方式，環(huán)保省油。此 外，由于采取雙40英尺集裝

3、箱起重機(jī)作配合，橋吊對(duì)應(yīng)的裝卸路徑各自互不干涉，使得它 的效率有很大提升，原本，1臺(tái)橋吊1小時(shí)可裝卸35個(gè)集裝箱，在“無人碼頭”上，一臺(tái)橋 吊1小時(shí)最高效率可裝卸70個(gè)集裝箱以上。目前，該系統(tǒng)經(jīng)過3年的開發(fā)已申請(qǐng)了 8項(xiàng)專 利。上海振華重工集團(tuán)主辦的港口機(jī)械新技術(shù)交流會(huì)在滬舉行，重點(diǎn)介紹由該公司研發(fā)的 4種集裝箱自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)，包括水平運(yùn)輸采用自動(dòng)化引導(dǎo)小車（AGV）的自動(dòng)化碼頭、 水平運(yùn)輸采用跨運(yùn)車的自動(dòng)化/半自動(dòng)化碼頭、水平運(yùn)輸采用立體裝卸系統(tǒng)的自動(dòng)化碼頭、 水平運(yùn)輸采用集卡的半自動(dòng)化碼頭。來自20多個(gè)國家的260位港機(jī)及航運(yùn)界人士，出席了這場代表全球港口機(jī)械最高水平 的交流會(huì)。與會(huì)業(yè)

4、內(nèi)人士認(rèn)為，全球港機(jī)新技術(shù)將向環(huán)保、自動(dòng)、智能化的方向加快升級(jí)換 代。振華重工研究院表示，早在1998年已研究集裝箱自動(dòng)化碼頭；2000年參與德國漢堡 CTA集裝箱自動(dòng)化碼頭建設(shè)；2005年為上海外高橋碼頭交付國內(nèi)首個(gè)集裝箱自動(dòng)化堆場； 2006年在振華長興基地建成自動(dòng)化碼頭示范線。截至目前，振華已有超過100名設(shè)計(jì)和調(diào) 試工程師，組成自動(dòng)化碼頭控制系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，整體水平居全球第一位。2000年至今，振華已參與了全球多個(gè)自動(dòng)化/半自動(dòng)化碼頭的建設(shè)，水平和數(shù)量都是 全球首位。這些碼頭按照水平運(yùn)輸系統(tǒng)的方式，主要包括3類：第1類是水平運(yùn)輸系統(tǒng)以 AGV為代表的自動(dòng)化碼頭，如德國漢堡的CTA、荷蘭鹿

5、特丹的Euromax、ECT；第2類是 以跨運(yùn)車為代表的半自動(dòng)化碼頭，如美國弗吉尼亞的APM、西班牙韓進(jìn)的TTI；第3類是采 用集卡的碼頭，如韓國的韓進(jìn)、現(xiàn)代、PNC，臺(tái)灣地區(qū)的TPCT和KMCT等。振華方面表示，自動(dòng)化碼頭除碼頭管理系統(tǒng)（TOS） 外，核心設(shè)備還包括運(yùn)輸控制系 統(tǒng)、自動(dòng)化軌道吊控制系統(tǒng)、岸橋自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子識(shí)別系統(tǒng)、遠(yuǎn)程操作控制系統(tǒng)、堆垛 控制系統(tǒng)、TOS接口、SCADA等，上述系統(tǒng)中國都已實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)，水平領(lǐng)先全球。在已建成的自動(dòng)化碼頭基礎(chǔ)上，振華在此次交流會(huì)發(fā)布的4種集裝箱自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)， 都已具備成熟技術(shù)及整套裝卸系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的提供能力。至于全球各個(gè)碼頭究竟該

6、選擇那種系統(tǒng)，振華方面指出：需考慮的因素主要包括實(shí)際需 求和習(xí)慣、碼頭規(guī)模和形狀、吞吐量、成本（投資、維護(hù)、運(yùn)行）等。自動(dòng)化集裝箱碼頭傳送系統(tǒng)建模與仿真研究目前對(duì)集裝箱港口裝卸工藝進(jìn)行有效規(guī)劃的方法之一是仿真。在設(shè)計(jì)新的港口裝卸工藝 或?qū)υ械母劭谠O(shè)施改造之前，把集裝箱港口裝卸系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為仿真模型，通過仿真對(duì)不 同的裝卸工藝方案進(jìn)行預(yù)演，選擇最合理的方案，從而避免資源的浪費(fèi)，提高港口作業(yè)效率。為了適應(yīng)超巴拿馬時(shí)代船舶大型化對(duì)集裝箱港口快速裝卸的要求，上海振華港機(jī)集團(tuán)研 究了效率高、投資經(jīng)濟(jì)的自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)。本文針對(duì)振華港機(jī)提出的立體裝卸自動(dòng)化集 裝箱碼頭的傳送分配系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，通過仿

7、真確定自動(dòng)化碼頭傳送分配系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)。一、自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)仿真框架自動(dòng)化立體裝卸系統(tǒng)與當(dāng)前的非自動(dòng)化港口和自動(dòng)化港口的主要區(qū)別是取消了集卡和 AGV水平運(yùn)輸設(shè)備，而采用立體軌道式電動(dòng)小車傳送分配系統(tǒng)，見圖1。自動(dòng)化碼頭傳送分配系統(tǒng)中主要有橋吊、低架橋平板小車、低架橋起重小車、地面平板 小車、堆場起重機(jī)五種機(jī)械。其工藝布局具有如下特點(diǎn)：在岸邊集裝箱起重機(jī)后伸距下布置有若干條平行于岸橋大車軌道的低架橋，低架橋 長度和對(duì)應(yīng)的裝卸堆場相匹配，見圖2：圖1自動(dòng)化集裝箱碼頭立體裝卸系統(tǒng)圖圖2低笨橋小意圖,中卜裝婚比也平板小I .是杏到笙？嵯拓龍門油 是否g花柴斯甲夜年 是帝重地敝電門輪笥子 放吾茄定,

8、中卜裝婚比也平板小I .是杏到笙？嵯拓龍門油 是否g花柴斯甲夜年 是帝重地敝電門輪笥子 放吾茄定F智(與5吝堡牒迪含I也費(fèi)趣 OFftd40)池so脅i眼陣場呂牌 時(shí)提起墮叫放和平T.AJfcF&OL 退回史金區(qū)雄i地而平板牛蝦可廣 話歪指恕蝠1N-麗祀M 髭起相于(1心二麗麗車商 到帝定伸置伊6)圖3自動(dòng)化集裝箱碼頭中卸船的作業(yè)流程每個(gè)泊位上每條低架橋?yàn)橐粋€(gè)裝卸線，每個(gè)岸橋?qū)?yīng)一條裝卸線；每條低架橋上一高一低成組布置有電動(dòng)小車，高的為起重小車，低的為平板小車， 它們?cè)诟髯攒壍郎峡梢曰ゲ桓缮娴慕徊孢\(yùn)行。每臺(tái)橋吊對(duì)應(yīng)二組電動(dòng)小車作業(yè)，一個(gè)管左側(cè)箱區(qū)的作業(yè)，一個(gè)管右側(cè)箱區(qū)的作業(yè)；低架橋下對(duì)應(yīng)每垛堆

9、箱區(qū)布置有地面電動(dòng)平板車，該平板車軌道垂直于低架橋并延伸至堆箱區(qū)的海側(cè)端部裝卸區(qū)；堆場采用軌道式集裝箱起重機(jī)，其軌道垂直于岸邊集裝箱起重機(jī)的大車軌道，海側(cè) 端部為地面平板車的裝卸區(qū)，用于前方集裝箱的轉(zhuǎn)接；后方陸側(cè)端部為集卡的裝卸區(qū)，用于后方集裝箱的中轉(zhuǎn)。堆場每個(gè)箱區(qū)有兩臺(tái)堆場起重機(jī)，分別承擔(dān)近端和遠(yuǎn)端的作業(yè)；有一長一短兩條地面平 板車軌道，每條軌道上有一輛地面平板小車。此外，低架橋軌道上還有一臺(tái)低架橋起重小車， 用于將低架橋平板小車上的進(jìn)口箱移至地面平板小車(卸船作業(yè))或?qū)⒌孛嫫桨逍≤嚿系某?口箱移至低架橋平板小車(裝船作業(yè))。圖3所示為自動(dòng)化集裝箱碼頭中卸船的作業(yè)流程，裝船的作業(yè)流程與卸船正

10、好相反。 從中可以看出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化碼頭裝卸作業(yè)仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)出合理的各港口機(jī)械的相互 控制機(jī)制，即橋吊與低架橋平板車的相互作用機(jī)制、低架橋平板車與低架橋起重小車的相互 作用機(jī)制、低架橋起重小車與地面平板車的相互作用機(jī)制等。二、自動(dòng)化碼頭裝卸作業(yè)仿真系統(tǒng)eM-Plant是一款由Tecnomatix公司研制開發(fā)的面向?qū)ο蟮男乱淮抡孳浖?，本文?用eM-Plant仿真軟件實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化碼頭立體裝卸仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)中使用的eM-Plant對(duì)象主要有：Transporter對(duì)象。Transporter的功能就像車子一樣，可以設(shè)定長度、速度以及 負(fù)載能力等，本身具有動(dòng)力。模型中用此對(duì)象表示港口中具

11、備動(dòng)力可以移動(dòng)的設(shè)備，如低架橋平板小車、低架橋起重小車、地面平板車、堆場起重機(jī)等。Track對(duì)象。eM-Plant中的Rack對(duì)象表示日常生活中的道路、軌道，本身不具 備動(dòng)力，需要和Transporter對(duì)象搭配使用。模型中用此對(duì)象表示自動(dòng)化碼頭中的各種軌道。Store對(duì)象。Store對(duì)象是eM-Plant中物料流基本對(duì)象中的一種，可以作為日常 生活所見的倉庫，作為倉儲(chǔ)物體所用。本模型中，利用Store對(duì)象表示集裝箱堆場。Method對(duì)象。仿真系統(tǒng)中各種對(duì)象之間的復(fù)雜的邏輯事件關(guān)系，通過Method對(duì)象編程可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。三、性能指標(biāo)仿真計(jì)算公式橋吊是集裝箱港口裝卸作業(yè)的直接設(shè)備，其作業(yè)效

12、率是影響港口作業(yè)效率的關(guān)鍵。因此 本文主要從橋吊平均單機(jī)效率這個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行考察，其定義如下：橋吊平均單機(jī)效率：E(t)=W(t)/t其中，W(t)為仿真時(shí)間W(t)內(nèi)橋吊的作業(yè)集裝箱數(shù)量，t為仿真時(shí)間。四、傳送系統(tǒng)軌道長度設(shè)計(jì)自動(dòng)化港口堆場中有一長一短兩條軌道，每條軌道上有一輛地面平板小車，長軌道用于 遠(yuǎn)端箱區(qū)的作業(yè)，短軌道用于近端箱區(qū)的作業(yè)。港口在規(guī)劃建設(shè)過程中需要確定短軌道的合 理長度，使遠(yuǎn)端箱區(qū)和近端箱區(qū)作業(yè)均衡，從而使得港口的作業(yè)效率更高。1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)假設(shè)，根據(jù)分析已知自動(dòng)化碼頭分配系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如表1所示。表1仿真實(shí)驗(yàn)參數(shù) TOC o 1-5 h z 參數(shù)值橋吊作業(yè)周期60s橋吊提放箱20s低架橋小車速度5m/s低架橋起重小車提箱10s低架橋起重小車放箱20s地面平板車帶箱轉(zhuǎn)體10s地面平板車速度5m/s堆場起重機(jī)提箱20s堆場起重機(jī)放箱20s龍門吊的分配采取劃分責(zé)任區(qū)策略，即遠(yuǎn)端堆場起重機(jī)負(fù)責(zé)遠(yuǎn)端箱區(qū)裝卸，近端堆場起 重機(jī)負(fù)責(zé)近端箱區(qū)裝卸。將堆場地面平板車短軌道的長度依次設(shè)為2, 4, 6,，40個(gè)倍