ps系统在集装箱作业边装边卸中的应用

ps系统在集装箱作业边装边卸中的应用

外高桥岸桥区域4个集装箱码头的设计能力为180万吨。桥梁悬挂计划最终安装16台。每辆桥的悬挂卡为6张卡。除了内部工作卡外，还增加了卡护。由于规模生产而引发的繁忙程度，采用传统的管理方法已无法适应。在装卸过程，作业路之间的生产节奏也不相同，在集卡的静态调度分配上，会存在作业时间比较紧张的作业路得不到空闲的集卡，造成集卡资源不能充分利用。若简单地通过增加集卡来解决矛盾的话，同样会引发交通流量和场地管理问题。要解决这一问题，首先必须打破现有的按作业路静态安排集卡的模式，采用动态实时地调度集卡，将装船、卸船和转堆等一系列需要集卡参与的多条作业路来共享所有的集卡，使每辆集卡同时对应多条作业路，保证集卡在卸载后可就近投入其他需要的作业路中，大大缩短集卡的空载行驶时间和距离，实现大船作业边装边卸，从而在不增加集卡数量的基础上大幅度提高生产效率和减低装卸成本。1集卡调度系统要在码头生产现场充分利用好集卡资源，必须解决每条作业路按实时作业情况动态就近分配集卡，既要保证作业路的效率，又确保集卡行驶路线的安全及行驶路线最短。要提高桥吊的装卸效率，集卡调度系统必须满足桥吊装卸工艺改革的要求，如：边装边卸、双箱吊。针对上述要解决的问题，首先要分析集卡在码头前沿和在箱区行驶路线，找出集卡行驶路线的规律，为提高集卡装卸转接的比例，必须通过一定的算法，寻找到一条最佳路径。其次要评估作业路上的作业效率，考虑在作业的某一时刻集卡的最大需要量，平衡每条作业路所分配的集卡，确保重点作业路。为了提高集卡的利用率，缩短集卡的空载行驶时间和距离，必须要在集卡就近原则的基础上提高集卡装卸转接的比例。集卡在完成卸船卸箱的过程后，按集卡行驶路径就近原则和作业路的集卡分配原则，尽量寻找堆场装船发箱的作业路；集卡在完成装船卸箱的过程后，按集卡行驶路径就近原则和作业路的集卡分配原则，尽量寻找码头卸船作业路（图1）。为了解决以上问题，我们开发了集卡调度系统TPS(TractorPagingSystem），通过电脑根据现场实时情况进行优化计算后，将各作业指令实时地自动分配给当前最佳位置的集卡，并通过无线信号将指令发送到对应集卡上去，司机根据指令进行操作，使现场所有集卡合理、有序、灵活地参与到各项需要拖运的作业中去。由于集卡司机根据作业指令进行拖箱作业，改变了传统的静态分配方式，大大地提高了集卡的利用率，桥吊的作业效率也有了改观。集卡调度系统目前经过了SCT、外高桥港区二期、四期集装箱码头的运转，满足了不同码头的运行环境。如SCT军工路码头由于铁路贯穿整个堆场所引起的集卡行驶走向与正规的集装箱码头不同，以及外二期和外四期大规模的集装箱码头的运行，在调度算法以及操作简便性方面充分吸收了SCT、外高桥港区二期和四期码头业务人员的建议，进行不断的优化，来满足高效运作的现代化集装箱码头发展的需要。2无线双向上传系统目前在世界各国的码头上，采用集卡调度系统还很少，大部分沿用传统的方式进行作业。上海港外四期采用了目前最先进的技术，同时实现了无线双向传送技术（表1）。此系统的基本思路就是将所有的有效资源整合统盘考虑，动态的合理去调配，故当码头的规模越大，其产生的效果越好。此在国内是第一家开发集卡调度系统，并在功能上、性能上以及在使用规模、应用范围是全国第一。2.1通讯系统的结构外高桥港区集装箱码头采用2.4G无线全场覆盖，TPS也借此无线资源加以利用。故车台终端与系统的通讯方式由车载无线终端的通讯方式相同，采用TCP/IP方式。系统结构采用三层结构，如图2所示：通讯服务器1与通讯服务器2任何其中一个作为主通讯服务器，哪个先启动，哪个就作为主通讯服务器，另一个作为备份通讯服务器。当主通讯服务器机器发生故障后，另一台通讯服务器会自动接替数据的收发任务，车台终端自动相应切换到另一台通讯服务器上，切换后，接替任务后的通讯服务器变成主通讯服务器，故障的一台经修复后变成备份服务器。车台终端与通讯服务器之间的通讯采用TCP/IP通讯方式进行通讯。采用这种系统结构的优点如下：(1）应用服务器执行故障时的数据丢失问题集装箱码头是昼夜连续运行的，那么在码头上运行的任何系统必须具有昼夜连续运行的能力。在这种系统结构设计中，已经考虑到了采用应用服务器架构，应用时间的双机热备份，一旦担任任务的应用服务器发生故障时，系统会自动把任务切换到另一台应用服务器上，用户不会感觉到由于应用服务器的切换而引起的停顿，数据不会应系统的切换而发生丢失现象。由于系统采用了高可靠性的设计，使得系统在需要连续运行的码头运行环境中得以使用。(2）加和减少方便由于系统采用的三层结构，TPS调度终端的增加和减少比较方便。TPS调度终端的增加和减少与系统运行效率间没有很明显的关系。通过调整应用服务器的参数，跟踪、调整应用服务器的性能。2.2在流程重建中分析(1）未采用tps的作业流程由于TPS在实时发送每一条指令前都对当前箱区情况进行综合分析，某箱区一旦因车流量过大或机械故障造成交通堵塞后，系统一方面将暂时切断该箱区作业指令的发送，避免进一步加重堵塞程度；另一方面会改发其他箱区的作业指令，确保集卡“物尽其用”，使其他作业路更顺利地进行，等堵塞或故障排除后，TPS将重新发送该箱区的作业指令，在最短时间内恢复该箱区的作业，所有这一切都将由系统自动完成。而未采用TPS时，发生上述情况后该条作业路上的集卡只能待时，造成资源浪费，如果要调整也只能等现场管理人员汇报控制室后，由控制员在系统中修改原设定，再通过现场指挥员一辆辆车口头通知，情况排除后仍需重复上述步骤，既不方便及时，也容易出错。此外在未采用集卡调度系统的运转流程中，集卡与装卸机械之间存在着信息无法直接沟通的弊端，箱区作业已基本处于无人化状态，轮胎吊司机一般靠喇叭口头通知集卡，但是很容易受周围机械运转或行车噪音干扰而发生误听。在码头上尽管有桥边作业员，但由于需要核对箱号、验箱体，所以站位不可能离集卡司机很近，加上冬、夏两季司机一般不开车窗，实际上桥边作业员大多采用手势传递信息，受光线条件影响看错的可能也同样存在。采用了TPS后，集卡与装卸机械之间的信息可通过无线终端直接沟通，不但上述问题迎刃而解，而且进一步完善了无线终端的功能，使之发挥更大的效益。(2）中小型集装箱船拖运性能测试由于TPS可根据集卡当前位置和行驶方向，自动选择最近箱区或桥吊的作业指令提示给集卡司机，从而可将现场的装卸船和转堆作业路形成一个整体，使得集卡行驶路线达到最优化，确保集卡的空载行驶距离和时间压缩到最低限度，进而提高集卡拖运效率。图3所示的是采用TPS后现场作业混合拖运的集卡行驶线路，显然采用混合拖运后集卡的空驶距离和空驶时间大大缩短，以下就可能存在的几种装卸方式进行实地测算，并据此对拖运效率的提高进行分析。测试一：不同泊位和不同箱区的测试图4显示为当前码头不同泊位、不同箱区装卸船拖运过程，作业中集卡各自按作业路独立分开拖运，据测算完成一个装船循环集卡共耗时1分56秒左右；完成一个卸船循环集卡共耗时2分20秒左右（均以一个UNIT计算），两者共计4分16秒。同样以上述装卸条件为例，如果采用TPS由集卡按指令对上述装卸船作业进行联合拖运，形成装卸船大循环的行驶路线，如图5。图5显示为采用TPS后集卡按指令完成一次装卸船大循环的过程（均以一个UNIT计算），共计耗时3分07秒，相对于图1的拖运方式提高效率36.90%，相当于原来作业路上安排的6辆集卡实际可以起到8辆集卡的作用。由图5还可看出：在上述装卸条件下集卡在跨箱区和跨泊位时的空载行驶距离仍比较长，因此如果缩短此距离，其拖运效率还可进一步提高。测试二：同泊位和同箱区测试图6显示如果采用同船同箱区装卸，从二泊位（915英尺装、1190英尺卸）到25箱区（35位卸、15位装）完成一次装卸循环，据测算集卡拖运仅耗时2分12秒，其相对于图1的拖运方式其效率将提高75.76%，相当于原来作业路上安排的6辆集卡实际可发挥10.5辆集卡的作用。由于该种方式可以进一步缩短集卡空驶距离，使得集卡效率大幅提高。(3）控制车辆数量和员工配置，降低成本采用TPS意味着在不增加集卡的情况下，可以胜任比以前更多、更复杂的作业量，同时可节约大量的人员，达到降低成本，多快好省的目的。(4）船舶装卸效率和服务质量的提高由于集卡的运行效率提高了，码头的整体装卸效率会相应提高，在船舶装卸计划的安排更紧凑，船舶在港时间会减少，船公司的成本会大大减低，码头的服务质量会有明显的提高。(5）桥吊的现行保养制度被严重制约桥吊是现代化集装箱码头装卸生产的灵魂，其工作正常与否直接影响到生产作业进度。然而由于目前生产任务的繁重，生产节奏己越来越快，桥吊的例行保养检修制度几乎名存实亡，因为作业间隙时间已越来越少。机械在超负荷状态下运行极易造成损坏，一旦桥吊故障将给公司经济上、信誉上带来巨大的损失，TPS的使用较好的解决生产作业与保养检修的矛盾，桥吊效率的提高将使原先需要10h完成的装卸任务，现在可能只需8h、9h，多出的1个多小时即可供工程部进行检修、保养，如此可达到两全其美的效果。(6）桥吊实现同路垂直装卸，将提高集卡拖运效率从图3、图4、图5中我们可以看到，事实上桥吊装卸时间并没有缩短，因此光靠单方面提高集卡拖运效率还是不够的，应该同时考虑如何提高桥吊的装卸效率。在这点上有国外不少先进港口的装卸方式可供我们借鉴，其中单船边装边卸和桥吊“重上重下”的垂直装卸必将成为今后生产发展的方向，此举可望将桥吊台时量进一步提高到40UNIT左右。如果桥吊实现同路垂直装卸，完成一次装卸箱（装一箱、卸一箱）过程仅需耗时2h，将比现在的装卸效率提高50.83%，同时还可反过来促进集卡拖运效率的提高，据测算实现同路垂直装卸后，集卡拖运效率可比现在提高达81.25%。而实现上述目标的基础就是TPS———集卡调度系统，可以说TPS为提高桥吊的装卸效率在技术上提供了保障。(7）tps可实现对箱区的灵活作业实施TPS后在相同的工作量情况下，所使用的集卡数相对较少，这样可以减少箱区车流量，改善箱区通行状况，而且TPS可按照当前箱区交通状况灵活提供作业指令，并且完全遵循规定的行车方向，可有效地防止交通事故的发生，给安全生产带来了保证。(8）评估出口船图准确性目前有不少船公司对本公司出口船图的准确率表示不满，其原因在于装船时桥吊边作业员必须站在岸边提示集卡作业去向，造成不能指挥桥吊按船图装船，也不能根据实际箱位修改船图，因此出现出口船图准确