自动化集装箱港口考虑AGV伴侣的AGV调度优化问题研究

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所属分类:AGV设计资料
摘要

为提高自动化集装箱港口设备的工作效率,提出了一种新的集装箱进出口工艺:堆场—场桥—AGV伴侣—AGV—岸桥。在考虑AGV伴侣容量限制的基础上,建立了带时间窗约束的AGV调度混合整数规划模型,设计了启发式算法求解AGV伴侣时间窗,采用粒子群算法进行求解,得出了相应AGV调度优化方案。求解结果表明,AGV伴侣的设置能有效改善AGV与场桥间的协调性、设备间的等待时间;并且AGV伴侣容量一定时,场桥的等待时间随着AGV的数量增加而减少。

0 引言

自动化集装箱集装箱码头作为物流中连接海运和陆运的重要一环,是集装箱运输的中转站,在现代物流中占据越来越重 要的地位。近年来,随着船舶的不断大型化[1],船只载箱量不断增加,各港口面临着加快船只周转速度、缩短船只在港时间进 而发挥大型船的营运成本优势的新挑战[2]。如何提高自动化集装箱码头作业效率已成为当前集装箱码头研究重点关注的内容。传统港口集装箱进出口工艺中,使用比较多的是以堆场集装箱起重机(场桥)为主,再配以集卡进行水平运输和岸桥进行岸边装卸作业,以此来完成集装箱的进出口作业。目前传统港口主要采用的集装箱进出口工艺流程是:堆场-轮胎吊-集卡-岸桥。这种工艺往往会出现场桥等待集卡或者集卡等待场桥的情况,这两种情况均会造成港口设备之间的操作出现不连贯、不协调的情况。因此,在自动化集装箱港口中,由于 AGV 具有自动化、智能化、并行作业的特点,可很好的满足自动化集装箱码头水平运输的要求,一般用自动导引小车(AGV)替代传统港口中的集卡。而由于 AGV 的应用,AGV 伴侣也将应用于港口中。AGV 伴侣是安装在箱区前可用于装载或卸载集装箱的支架,可由液压 和电动机驱动[3]。如图 1 所示,在自动化港口中,由于 AGV 伴侣的存在,将使自动化集装箱港口与传统码头的进出口的调度方式变得不同,即由原来的堆场-轮胎吊-集卡-岸桥模型,变为文中提出的堆场-场桥-AGV 伴侣-AGV-岸桥模型。该模型可以很好的协调 AGV 与场桥间的等待问题,从而提高港口的作业效率,降低设备等待时间。

对于 AGV 的调度,已经有很多专家学者进行了研究。 Gharehgozli 等人[4]提出了一个自适应的大规模邻域搜索算法 来解决集装箱码头的集卡路径规划问题。Yong 等人[5]基于贪心算法与最小费用流算法提出AGV的调度与配置,有效降低了AGV在码头前沿的等待时间,并且降低了 AGV 拥堵的可能性。马越 汇等人[6]以最末任务结束时间最小化为目标,研究了不确定环境下自动化集装箱码头 AGV 的调度与配置问题。SaidiMehrabad 等人[7]提出两阶段蚁群算法对车间调度以及 AGV 调度进行了研究,并利用经济分析的方法求解出车间中 AGV 的最佳 投入数量以及最佳路由。朱兴业[8]分析了集装箱码头 AGV 运输系统的组成及特点以及集装箱码头 AGV 调度影响因素,并在Netlogo 平台上做了仿真分析。

自动化集装箱港口考虑AGV伴侣的AGV调度优化问题研究

图 1 自动化集装箱港口堆场缓存区

港口的其他设备(场桥和岸桥)对 AGV 调度有很大影响, 这方面的研究有:梁承姬等人[9]考虑集装箱顺序及岸桥干涉、集卡作业面调度等约束,建立了一个以最大完工时间最小化为目标的混合整数规划模型,并比较使用遗传算法和粒子群算法 求解该模型。杨静蕾[10]在龙门吊“作业面”装卸工艺和进出口集装箱同时进行作业的条件下,建立了以集卡行驶距离最短为 目标的数学规划模型。张想[11]从“作业面”模式的集卡调度问题出发,将集卡、场桥以及岸桥联动协调考虑建立模型,采用 NCL 语言对模型进行验证。李尤丰等人[12]建立了基于空驶最小的集卡动态调度模型,引入 N6 邻域方法,对集卡路径进行优 化。Agra 等人[13]利用改进的分支定界法,提出了一种相对位置 数学模型,研究泊位分配岸桥分配问题。Kaveshgar 等人[14]提出了一种混合整数规划模型研究场桥和集卡调度问题,并开发遗传算法和贪心算法结合的算法求解该模型。

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