CN114781761A - 一种采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，利用计算机通过作业计划仿真***实现，包括步骤：基于己知船舶装卸作业的进口图数据和出口预配图数据，在满足集装箱码头作业工艺和作业规则的基础上，对各桥机的作业顺序（作业贝位和作业时间）和作业任务量规划，形成岸桥作业计划方案；确定船舶贝位作业计划方案。本发明实现了岸桥作业贝位、作业时间以及作业任务量的精确设定，保证了各作业线任务量的均衡性以及船舶作业的安全性，提高了装卸船作业效率。

Description

一种采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法
技术领域
本发明涉及岸桥作业计划仿真技术领域，具体涉及一种采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法。
背景技术
集装箱运输是以集装箱作为运输单位进行货物运输的一种现代化运输方式。具有安全、快速、价廉等特点，有利于减少运输环节，简化运输流程。同时也可以综合利用铁路、公路、水路和航空等多种运输方式，组织多式联运，实现一站式运输服务。
装卸船作业是指从堆场把集装箱装上船或从船上把集装箱卸下的作业过程，包括出口装船作业、进口卸船作业等。传统集装箱码头装船作业的大致流程为：（1）船只到达指定泊位后，内集卡根据作业指令，在堆场装载指定集装箱运送至装卸岸桥下；（2）岸桥根据船上理货员指令，将集装箱摆放在正确位置。卸船作业的大致流程为：（1）船只到达指定泊位后，船上理货员指挥岸桥卸箱；（2）岸桥司机在桥下工人指挥下将集装箱卸在内集卡上，同时桥下工人完成解锁作业；（3）内集卡将集装箱运送到堆场指定位置卸箱。上述过程中，岸桥司机根据理货员指令进行集装箱的装卸船作业，集装箱装卸次序通常根据个人经验进行人为设定及调整，该方法容易造成集装箱装卸过程的捣箱现象及岸桥下集卡交通拥堵问题。
发明内容
本发明的目的是要解决传统集装箱装卸作业过程存在的作业次序混乱问题，提供一种应用于全自动化集装箱码头的装卸船作业计划实时调整方法，基于码头岸桥作业计划方案（CWP）和船舶贝位作业计划方案（PWP）实现岸桥作业贝位、作业时间以及作业任务量的精确设定，保证各作业线之间任务量的均衡性，提高装卸船作业效率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，用于码头操作管理***TOS***根据装卸船作业数据，调度岸桥设备装卸船作业时，利用计算机通过岸桥作业计划仿真***对装卸船作业计划实时调整，包括步骤：
S1. 作业计划仿真***根据船舶贝位作业任务，基于装卸作业实时约束以及预设仿真分配策略仿真分配岸桥作业任务与岸桥作业顺序，生成岸桥作业计划方案；
S2.根据岸桥作业计划方案以及船舶作业模式、船型约束，确定船舶贝位作业计划方案；
S3. 根据装卸作业时间约束变化情况动态调整岸桥作业顺序，调整岸桥作业计划方案；
S4.基于调整后的岸桥作业计划方案，对船舶贝位作业计划方案调整后输出。
本发明中，所述仿真分配策略综合保证岸桥作业效率、岸桥作业成本以及堆场作业效率来确定；岸桥作业计划仿真***根据桥吊工班计划及船舶的装卸实际约束，合理选择岸桥作业方案，制定最优的作业次序。
本发明能够实现岸桥作业的精细化管理，提高岸桥作业效率，实现各桥机作业次序和作业任务量的科学规划，从而消除了传统集装箱码头作业次序人为设定带来的负面影响，最大程度上解决各桥机作业相互干扰和集装箱倒箱问题，极大提高了集装箱装卸作业及水平运输效率，大幅降低了装卸船的时间成本，保证了船舶按照既定时间离泊，解决了传统码头作业模式带来的资源浪费、生产低效等问题。
附图说明
图1为本发明的采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法的流程图。
图2为本发明的具有舱盖板的船舶侧视图。
图3为本发明的具有舱盖板的船舶横截面布局图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明部分实施例，而不是全部实施例。
本发明提供的采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，基于仿真分配策略，保证岸桥作业效率、岸桥作业成本以及堆场作业效率基础上，采用仿真推演流程输出岸桥作业计划方案，对船舶各贝位进行作业次序或顺序进行规划；依据岸桥计划方案输出的装卸桥作业贝位、作业时间，同时考虑船舶实际装卸作业约束、装卸船作业工班计划及桥吊计划，制定船舶某一贝的集装箱装卸次序，形成船舶贝位作业计划方案输出。通过最终形成的岸桥作业计划方案以及船舶贝位作业计划方案，实现岸桥作业的精细化管理，提高岸桥作业效率，实现各桥机作业次序和作业任务量的科学规划。
其中，岸桥作业计划的仿真推演，是基于己知船舶装卸作业的进口图（数据）和出口预配图（数据），在满足集装箱码头作业工艺和作业规则的基础上，对各桥机的作业顺序（即作业贝位、作业时间以及作业任务量）进行科学规划，在此过程中，依据岸桥作业计划仿真分配策略实现岸桥作业效率、堆场作业效率以及人工智能运输机器人ART（ArtificialIntelligence Robot of Transportation）运输效率的最大化，同时降低各作业模块的时间成本及资源消耗。
如图1所示，本发明提供的采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，具体如下：
S1.作业计划仿真***根据船舶贝位作业任务，基于装卸作业实时约束以及预设仿真分配策略仿真分配岸桥作业任务与岸桥作业顺序，生成岸桥作业计划方案；
S2.根据岸桥作业计划方案以及船舶作业模式、船型约束，确定船舶贝位作业计划方案；
S3. 根据装卸作业时间约束变化情况动态调整岸桥作业顺序，调整岸桥作业计划方案；
S4.根据调整后的岸桥作业计划方案，对船舶贝位作业计划方案调整后输出。
具体的，步骤S3中，在装卸作业任务的时间约束有变化时，根据装卸作业时间约束的紧迫性动态调整岸桥作业顺序，优先安排时间约束紧迫性强的装卸作业任务给岸桥，并采取直接***下一个待执行任务之前的方式来调整岸桥作业计划方案。
根据岸桥作业计划方案以及船舶作业模式、船型约束，确定或选择船舶贝位作业计划方案时，采用以下策略；
1.对于具有舱盖板的船舶，船舶两端作业的岸桥采取按排装卸，先中间后两边以及按层装卸，从外向里；船舶中部作业岸桥采取按层装卸，从里向外以及按排装卸，先中间后两边；
2.对不具有舱盖板的船舶，岸桥采取按排装卸，从外向里和按排装卸，从里向外交替进行，同时按层装卸时，先中间后两边。
3.图2所示为具有舱盖板的船舶侧视图，当船舶靠港进行装卸工作时，作业计划仿真***根据装卸作业实时约束为船舶分配作业岸桥，为同一船舶的不同岸桥分派装卸区域，生成岸桥作业计划方案。
在图2中，岸桥作业计划分配三个岸桥完成1-21号贝位的装卸作业，其中，1号岸桥完成1-7号贝位的装卸任务，2号岸桥顺次完成8-14号贝位的装卸任务，3号岸桥完成15-21号贝位的装卸任务，图2中1-21表示贝位号。
图3为具有舱盖板的船舶横截面布局图，图3中显示为1个贝位；在生成岸桥作业计划方案后，根据当前船舶的作业模式及船型约束生成船舶贝位计划，1号岸桥和3号岸桥采取按排装卸，先中间后两边以及按层装卸，从外向里的装卸方案；2号岸桥采取按层装卸，从里向外以及按排装卸，先中间后两边的装卸方案。
若图3为图2中任意一个贝位的集装箱布置示意图，装卸任务为1号贝位、3号贝位、5号贝位的集装箱J1至J4，则1号岸桥依次完成7号贝位至1号贝位的装卸任务，对于1号贝位、3号贝位、5号贝位中集装箱装卸任务执行顺序依次为集装箱J1至集装箱J4。若1号岸桥正在卸载5号贝位中集装箱J3时，堆场内部分集卡车道拥堵，待运输3号贝位的集装箱J2的外集卡先于其他集卡到达岸桥跨内车道，为避免岸桥跨内车道拥堵，将3号贝位的集装箱J2的卸载顺序调整至5号贝位的集装箱J3之后，即1号岸桥作业顺序由更改为5号贝位、3号贝位、5号贝位、1号贝位的作业顺序，再根据配重原则，将3号贝位的装卸顺序更改为按层装卸，从里向外的船舶贝位作业计划。
以上，实现了根据岸桥作业顺序的调整，对船舶贝位作业计划的调整。
其中，集装箱装卸时可以进一步的考虑集装箱堆放位置的配重，需尽可能保证集装箱装卸过程中船舶的稳定性。
其中，对岸桥作业计划方案，还可以是根据船舶装卸作业的实际数据，调整作业顺序，当船舶靠港后，将岸桥实际作业量与仿真输入数据进行比较，如果作业量不同则重新生成岸桥作业计划，如果相同则依据该岸桥作业计划控制岸桥作业；同时，可根据船舶装卸作业实时数据、岸桥作业计划，对贝位作业计划调整。
本发明实施例的岸桥计划仿真***，可以设置两个评价指标：岸桥作业效率和岸桥作业成本。仿真分配策略可以是使岸桥作业效率达到预定的效率要求（满足最大化岸桥作业效率）和或\使岸桥作业成本达到预定的成本要求（如满足最小化岸桥作业成本），同时满足堆场装卸作业效率的要求。
其中，各分配策略优先级可参照排序，在仿真推演和岸桥实际作业过程中，也可根据需要添加新规则或修改各规则优先级，优化控制逻辑，提高岸桥和轨道桥的集装箱装卸作业及水平运输作业效率。
可以采取以下方式来进行分配控制：
Figure 945599DEST_PATH_IMAGE001
Figure 174324DEST_PATH_IMAGE002
公式（1）、（2）为仿真分配策略的目标是实现效率的最高和费用的最低，岸桥在工作中会发生折旧，需要考虑在成本中。
公式（3），（4）为人工成本与耗电成本，在正常工作时间
Figure 827215DEST_PATH_IMAGE003
和常规电价使用时间
Figure 19161DEST_PATH_IMAGE004
内的人工成本为M，耗电成本为H，超过正常工作时间后为加班时间，工人需按超额时间收取加班费,系数为B，电费同理，系数为A。
公式（5）规定工人不能连续工作太久，否则会产生意外。
公式（6）显示码头用电量超过一定额度将增收额外电费。
公式（7）判断当前仿真分配策略是否给出最优集装箱装卸运输路径，如果是，那么将当前集装箱装卸运输路径方案输出并将装卸作业分配，如果不是，则继续寻找直至最优集装箱装卸运输路径。
本发明实施例，通过仿真所获得的岸桥作业计划方案及贝位作业计划方案，在仿真测试和实际应用过程中，可根据需要调整岸桥作业顺序和修改各步骤具体规则安排，改进实施规则及策略，从而提高装卸桥作业效率。
本发明实施例，实际作业过程中，可以是调用基于全***作业效率最优的计划模型进行集装箱装卸及运输的宏观控制，同时可以是加入实时中断机制，以便 能够通过实时作业约束和实际作业数据分析并调整***策略，提高作业效率，保证作业安全。
本发明实施例中，形成所述船舶贝位作业任务的步骤如下：
首先，将船舶进口图数据和出口预配图数据导入作业计划仿真***中；
然后，作业计划仿真***根据船舶进口图数据和出口预配图数据，计算船舶各贝位作业任务，进行集装箱的装卸任务分配，得到船舶贝位作业任务。
本发明实施例，要根据船舶进口图数据和出口预配图数据计算船舶各贝位作业任务，其中，船舶各贝位作业任务量计算时，可以是基于作业均衡原则以及考虑船舶作业安全性，进行进出口箱（钩数）、特种箱（冷箱、尾品、超限、大件）的装卸任务分配等。
本发明实施例，计算出所述船舶贝位作业任务后，将船舶贝位作业任务输入作业计划仿真***，作业计划仿真***根据船舶贝位作业任务及船舶作业实际约束，基于预设仿真分配策略分配岸桥作业任务，根据装卸作业实时作业情况、约束条件动态分配岸桥作业任务以及岸桥作业顺序，形成岸桥作业方案实时输出。
本发明实施例，基于船舶集装箱进出口数据等数据，按照岸桥作业均衡原则并考虑船舶作业安全性，制定岸桥作业计划方案，科学决策各桥机的作业顺序（作业贝位、作业时间）和作业任务量，保障岸桥***作业过程的稳定，为维护码头前沿集装箱装卸及运输效率提供有力保障，降低时间偏差，提高全局优化效果。
作为一个实施例，分配给岸桥多个作业任务之后，可以是根据岸桥作业特点，以最小化岸桥无效移动为目标，规划处于不同堆垛位置的集装箱的装卸顺序。
本发明实施例，所述的船舶作业模式包括：严格装卸模式、宽松装卸模式和自由装卸模式。
其中，严格装卸模式：船舶集装箱有严格的堆存次序及装卸逻辑，船舶装卸作业顺序需严格遵守集装箱堆存次序及装卸逻辑，不可更改；
宽松装卸模式：船舶集装箱堆存次序和装卸逻辑较强，船舶装卸作业顺序可根据岸桥实际作业情况对个别作业顺序进行调整；
自由装卸模式：船舶集装箱堆存次序和装卸逻辑无要求，以实现岸桥作业效率最大化为目标，自由规划船舶装卸作业顺序。
上述实施例中，作业计划仿真***可以根据船舶集装箱堆存次序及装卸逻辑，结合现场实际作业信息，选取集装箱装卸作业模式，制定初步的船舶贝位作业顺序，然后再通过考虑船舶作业实时约束，调整部分集装箱作业顺序，生成最终的船舶贝位作业计划。
其中，所述船舶的装卸作业实际约束可以是包括岸桥作业效率、船舶仓位约束以及水平运输约束等约束等。
本发明实施例，生成的岸桥计划作业方案包含单箱装卸或双箱装卸、按层装卸、按列装卸、从里向外或从外向里以及上述的一种或几种的混合装卸方案。
其中，单箱装卸为岸桥吊具一次作业起吊一个20英尺或40英尺集装箱；所述双箱装卸为岸桥吊具一次作业起吊两个20英尺集装箱。
其中，所述船舶贝位计划作业方案中的集装箱装卸作业模式具体如下：
（1）按层装卸，从里向外；（2）按层装卸，从外向里；（3）按排装卸，从里向外；（4）按排装卸，从外向里；（5）按层装卸，先中间再两边；（6）按排装卸，先中间再两边。
其中，单箱或双箱装卸模式主要依据船型结构进行选择，集装箱装卸作业模式基于岸桥作业计划、集装箱在船舱内的堆放次序以及考虑船舶装卸过程的安全性进行综合选定。
其中，在岸桥作业计划仿真完成后，将输出整艘船舶各岸桥及各贝位的作业顺序以及同一作业岸桥下的不同岸桥设备的作业顺序，并对作业顺序进行顺序编号，以使岸桥按照作业顺序编号从小到大的次序进行各贝位的集装箱装卸作业。
本发明中，岸桥作业计划方案基于岸桥作业效率均衡原则，考虑船舶作业安全性，综合安排各贝位的装卸顺序，保证岸桥作业过程中船舶姿态及受力平稳，提高岸桥作业的连续性及安全性。
进一步的，本发明实施例中，船舶贝位作业计划仿真完成后，输出的是同一贝位的集装箱装卸顺序，即基于岸桥作业计计划输出的各贝位作业顺序，实现规划安排同一贝位内各列及各层的集装箱作业顺序，按照先甲板再舱内的作业流程，计划各箱位的作业顺序；同时考虑实际作业过程中的各项约束，调整部分箱位的作业顺序，保证集装箱装卸作业的安全性，提高岸桥作业效率。
本发明依托岸桥作业计划方案和船舶贝位作业计划方案仿真集装箱码头岸桥作业整体流程，输出不同岸桥设备对船舶各贝位及各箱位的装卸作业顺序，基于作业过程的装卸作业的实际约束，动态调整部分箱位作业顺序，保证船舶装卸作业的安全性及连续性。
本发明优化了岸桥调度模式，推动以仿真计划为核心，采用精确作业指挥模式的集装箱装卸顺序制定方法；同时理顺和规范船舶配载过程，制定和调整船舶进出口作业时序，保证船舶装卸作业的安全和准时。
最后应当说明的是，上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，用于码头操作管理***TOS***根据装卸船作业数据，调度岸桥设备装卸船作业时，利用计算机通过作业计划仿真***对装卸船作业计划实时调整，包括步骤：
S1.作业计划仿真***根据船舶贝位作业任务，基于装卸作业实时约束仿真分配岸桥作业任务与岸桥作业顺序，生成岸桥作业计划方案；
S2.根据岸桥作业计划方案以及船舶作业模式、船型约束，确定船舶贝位作业计划方案；
S3.岸桥作业开始后，在装卸作业时间约束有变化时，根据装卸作业时间约束变化情况动态调整岸桥作业顺序，调整岸桥作业计划方案；
S4.基于调整后的岸桥作业计划方案，对船舶贝位作业计划方案调整后输出。
2.根据权利要求1所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，形成所述船舶贝位作业任务的步骤如下：
将船舶进口图数据和出口预配图数据导入作业计划仿真***中；
作业计划仿真***根据船舶进口图数据和出口预配图数据，进行集装箱的装卸任务分配，得到船舶贝位作业任务。
3.根据权利要求1所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，所述基于装卸作业实时约束仿真分配岸桥作业任务与岸桥作业顺序包括：在满足堆场作业效率要求的前提下，使岸桥作业效率达到预设效率要求和\或使岸桥作业成本达到预设成本要求。
4.根据权利要求1所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，根据岸桥作业计划方案以及船舶作业模式、船型约束，确定船舶贝位作业计划方案的步骤如下：
作业计划仿真***查询船舶作业模式；
作业计划仿真***根据查询到的船舶作业模式确定船舶装卸作业顺序；
作业计划仿真***根据船舶装卸作业顺序，结合船型约束，确定船舶贝位计划作业方案；
其中，一种船型对应一种船舶贝位计划作业方案；一种船舶作业模式对应一种船舶装卸作业顺序。
5.根据权利要求1所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，所述船舶贝位计划作业方案的集装箱装卸方式包括单箱装卸、双箱装卸、按层装卸以及按排装卸的一种或几种的组合；所述按层装卸包括按层装卸，从里向外；按层装卸，从外向里；按层装卸，先中间再两边；所述按排装卸包括按排装卸，从外向里；按排装卸，从里向外；按排装卸，先中间再两边。
6.根据权利要求5所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，所述单箱装卸为岸桥吊具一次作业起吊一个20英尺或40英尺集装箱；所述双箱装卸为岸桥吊具一次作业起吊两个20英尺集装箱。
7.根据权利要求5所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，确定是按层装卸还是按排装卸时，通过以下步骤实现：
若岸桥负责装卸的贝位数大于等于4，则为按层装卸；否则为按排装卸。
8.根据权利要求4所述采用仿真预演的装卸船作业计划实时调整方法，其特征在于，所述船舶的装卸作业约束包括岸桥作业效率约束、船舶仓位约束以及水平运输约束。
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