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淺論應用自動導引車的港口物流系統(tǒng)的分析與比較
摘要：本文介紹了集裝箱自動化碼頭的特點和應用情況，分析和比較了國內(nèi)外應用自動導引車的港口物流系統(tǒng)構(gòu)成和技術特點，并對自動導引車系統(tǒng)的應用和發(fā)展進行了展望。
關鍵詞：自動導引車;物流系統(tǒng);集裝箱碼頭
隨著集裝箱運輸量的快速發(fā)展和船舶大型化，要求以最快的速度對集裝箱船進行裝卸，這對港口的物流系統(tǒng)裝卸效率提出了更高的要求。集裝箱自動化碼頭是提高裝卸效率和降低勞動人員成本的有效途徑。
集裝箱自動化碼頭主要由岸邊起重機、水平運輸設備、堆場起重機及其他自動化設備構(gòu)成，根據(jù)這些設備的自動化程度不同分為全自動化碼頭和部分自動化碼頭。水平運輸設備的自動化以自動導引車的應用最為成功，自動導引車物流系統(tǒng)是目前國際上最先進的集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)之一，自從20 世紀九十年代以來，集裝箱自動導引車系統(tǒng)先后在荷蘭鹿特丹港和德國漢堡港得到了成功的應用，其他一些碼頭在堆場起重機上實現(xiàn)了自動化。
目前，自動導引車系統(tǒng)還未在全世界范圍內(nèi)得到普通應用，不過業(yè)內(nèi)專家認為，面臨勞動力高成本壓力和場地緊缺的碼頭將會考慮采用自動導引車系統(tǒng)。隨著世界貿(mào)易和物流的發(fā)展，許多港口將不得不在自動化方面有所作為，以期進一步提高效率和降低成本，自動導引車系統(tǒng)必將得到更加廣泛的應用。
1 集裝箱自動化碼頭的應用情況
集裝箱自動化碼頭主要由集裝箱船的裝卸、水平運輸、堆場的裝卸等三部分構(gòu)成，集裝箱自動化碼頭按照整個物流過程的自動化程度分為全部或部分自動化碼頭，其物流過程及應用情況見表1。
荷蘭鹿特丹港ECT delta 碼頭和Euromax 碼頭、德國漢堡港的CTA 碼頭實現(xiàn)了碼頭的自動化，只有岸橋的吊具起吊集裝箱時需要小車司機進行對箱，其他全部是自動化運轉(zhuǎn)，水平運輸采用的是自動導引車系統(tǒng)。而新加坡PPT 碼頭和英國泰晤士港等碼頭只是實現(xiàn)了堆場起重機的自動化運行。自動化碼頭的典型碼頭有鹿特丹港ECT delta碼頭、Euromax 碼頭、漢堡港CTA 碼頭以及韓國光陽港(在建)。部分自動化碼頭的典型碼頭有新加坡PPT、英國泰晤士港、日本川崎港、名古屋港、香港HIT 以及比利時安特衛(wèi)普Gateway 碼頭。
韓國的光陽港三期工程第二階段的集裝箱碼頭共有3 個泊位，決定全部建成能�？�12 000 TEU級船舶的全自動化泊位(總長1 050 m)。計劃配備9 臺雙小車岸橋，42 臺雙軌式堆場起重機，63臺自動導引車，目前正在建設中。
近年來，我國在集裝箱自動化碼頭方面不斷進行嘗試和創(chuàng)新。交通運輸部水運科學研究院進行了包括自動導引車的集裝箱水平自動運輸實驗系統(tǒng)建設項目[1]，目前正在研制過程中。上海振華重工有限公司的全電動立體分配式集裝箱自動化碼頭裝卸系統(tǒng)將在唐山港建立自動化集裝箱碼頭，標志著環(huán)保、節(jié)能、高效的全電驅(qū)動自動化碼頭技術將從試驗區(qū)走向產(chǎn)品舞臺[2]。
2 典型的自動導引車物流系統(tǒng)
2.1 荷蘭鹿特丹港ECT 碼頭和Euromax碼頭鹿特丹港ECT delta terminal (以下簡稱ECT碼頭) 自從1993 年先后在DDN 、DDE、DDW使用自動導引車系統(tǒng)。岸線長為3 600 m，泊位水深為16.6 m，自動導引車系統(tǒng)區(qū)域共有30 臺岸橋、265 臺自動導引車、137 臺全自動堆場起重機。
ECT 碼頭的物流過程如下：
1) 進港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動導引車→堆場起重機→集卡→大門2) 出港(陸轉(zhuǎn)水) 集裝箱：大門→集卡→堆場起重機→自動導引車→岸橋→集裝箱船3) 水轉(zhuǎn)水集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動導引車→堆場起重機→自動導引車→岸橋→集裝箱船岸橋的小車將集裝箱從集裝箱船上取下后，運到岸橋跨距內(nèi)自動導引車的停放位置，將集裝箱放到自動導引車上面，然后自動導引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運輸?shù)蕉褕隹拷哆呉粋?cè)裝卸點，等待全自動堆場起重機來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動導引車再進行下一個集裝箱的水平運輸。
堆場沿碼頭岸線垂直方向布置，在堆場靠近碼頭岸邊一側(cè)裝卸點，全自動堆場起重機接運由自動導引車運來的集裝箱，堆放在堆場的指定箱位，或把堆場上要裝船的集裝箱裝到自動導引車上。而在堆場的靠近陸側(cè)裝卸點，堆場起重機全自動或通過中控室遙控完成裝卸集裝箱拖掛車作業(yè)。
鹿特丹港Euromax 碼頭一期工程2008 年投入運營，碼頭岸線長1 500 m，泊位水深最大可達19.6 m，采用的是12 臺雙小車岸橋， 96 臺自動導引車，堆場共有29 個箱跺區(qū)，每個箱跺區(qū)有2 臺自動堆場起重機。與ECT 碼頭相比，除了岸橋采用雙小車外，自動導引車的速度更高，控制系統(tǒng)更加先進。
2.2 德國漢堡港CTA 碼頭德國漢堡港的CTA (HHLA Container TerminalAltenwerder，以下簡稱CTA 碼頭) 2002 年開始引入自動導引車系統(tǒng)。碼頭岸線長1 400 m，布置4個泊位，泊位水深16.7 m。碼頭擁有15 臺岸橋、約44 臺全自動堆場起重機、約90 臺自動導引車。
CTA 碼頭的物流過程如下：
1) 進港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋前小車→轉(zhuǎn)接平臺→岸橋后小車→自動導引車→堆場起重機→集卡2) 出港(陸轉(zhuǎn)水) 集裝箱：集卡→堆場起重機→自動導引車→岸橋后小車→轉(zhuǎn)接平臺→岸橋前小車→集裝箱船3) 水轉(zhuǎn)水集裝箱：集裝箱船→岸橋前小車→轉(zhuǎn)接平臺→岸橋后小車→自動導引車→堆場起重機→自動導引車→岸橋后小車→轉(zhuǎn)接平臺→岸橋前小車→集裝箱船與ECT delta 碼頭不同的是，CTA 碼頭的岸橋為半自動化雙小車岸橋[3]，前小車不用等待自動導引車來取集裝箱，而是把集裝箱放到轉(zhuǎn)接平臺后，直接進行下一個集裝箱的裝卸。后小車在起重機后伸距范圍內(nèi)工作，負責自動導引車與轉(zhuǎn)接平臺之間的集裝箱裝卸，然后由自動導引車再將集裝箱運送到堆場靠近岸邊一側(cè)裝卸點。岸橋后伸距范圍內(nèi)布置了4 條自動導引車車道。
堆場沿碼頭岸線重直方向布置，堆場內(nèi)共設置22 個箱垛，同一箱垛配有兩臺不同軌距的全自動堆場起重機，可以相互穿越運行，每臺起重機都可以獨立完成箱垛任何一部分的裝卸作業(yè)，極大地提高了裝卸效率和靈活性。提箱和送箱的集裝箱卡車在堆場陸側(cè)裝卸點進行裝卸箱作業(yè)。
2.3 新加坡PPT 碼頭新加坡PSA 的PPT (Pasir Panjang Terminal，以下簡稱PPT 碼頭) 是新加坡最新和最先進的碼頭，目前共有23 個泊位。2000 年建設初期設有4個泊位，24 臺岸橋，堆場前方44 臺高架橋式起重機(OHBC)，堆場后方15 臺軌道式集裝箱門式起重機(RMG)。新加坡PSA 于1999 年選用5 輛自動導引車(廠家分別為德國Kamag (3 輛)、日本三井(2 輛)) 在Brani Terminal 進行了試驗，由于技術問題和系統(tǒng)價格昂貴等原因，在PPT 碼頭沒有使用自動導引車系統(tǒng)，而是采用碼頭牽引車來進行集裝箱的水平運輸。
規(guī)劃的自動導引車系統(tǒng)的集裝箱物流過程如下：
1) 出港(陸轉(zhuǎn)水) 集裝箱：集卡→RMG→自動導引車→OHBC→自動導引車→岸橋→集裝箱船。
2) 進港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動導引車→RMG→集卡。
3) 水轉(zhuǎn)水的集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動導引車→OHBC→自動導引車→岸橋→集裝箱船。
岸橋的運行區(qū)域分為兩個區(qū)域：自動導引車運輸區(qū)和集卡運輸區(qū)，自動導引車有6 條車道，集卡運輸區(qū)為集卡運輸特殊的集裝箱，有2 條車道。
堆場是平行于碼頭岸線布置的，每個泊位有4列OHBC 箱跺和1 列RMG 箱跺，自動導引車在碼頭前沿和堆場的OHBC 之間運行。出港和水轉(zhuǎn)水的集裝箱堆放在OHBC 區(qū)域，OHBC 通過遠程控制(每個操作員能夠控制6 臺起重機) 來裝卸集裝箱，最高可堆8 層，其跨度是45 m，跨度內(nèi)兩側(cè)各放置5 排集裝箱，中間留有3 個自動導引車車道。進港的集裝箱由自動導引車運到RMG 區(qū)域，該區(qū)域也可以作為出港集裝箱的緩沖區(qū)。RMG 為雙懸臂式，能夠堆放12 排集裝箱，最高可堆8 層，其下設有2 個自動導引車車道和1 個集卡車道。
在OHBC 和RMG 之間的區(qū)域設有4 條自動導引車車道，用于自動導引車運送進港集裝箱到RMG 區(qū)域，或是運送臨時堆放在軌RMG 區(qū)域的出港集裝箱到OHBC 區(qū)域。
3 自動導引車物流系統(tǒng)的分析與比較
對ECT 碼頭、Euromax 碼頭、CTA 碼頭和PPT碼頭的自動導引車物流系統(tǒng)的分析與比較見表2。
4 自動導引車物流系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
4.1 帶卸箱功能的自動導引車系統(tǒng)德國GOTTWALD 公司最近研制了一種新型的帶自升降功能的自動導引車(LIFT AGV)。與傳統(tǒng)的被動型自動導引車不同，LIFT AGV 不用等待堆場起重機來取箱。在堆場靠近岸邊一側(cè)裝卸點上設有專用的集裝箱存放架，LIFT AGV 具有自升降機構(gòu)，在進入集裝箱存放架之前，自動將集裝箱向上托起，然后進入到集裝箱存放架里面，自升降機構(gòu)再下降就可將集裝箱放到存放架上面，LIFT AGV 可以離開去進行下一個集裝箱的作業(yè)，而不必等待堆場起重機來卸集裝箱。
這種帶自卸箱功能的自動導引車系統(tǒng)將自動導引車的運輸和存放過程分離開，不僅提高了工作效率和生產(chǎn)率，而且大大地降低了需要配置的水平運輸自動導引車的數(shù)量，據(jù)估計大約可減少40%的自動導引車。
4.2 帶裝卸功能的自動裝卸車系統(tǒng)為了充分利用岸橋和場橋的裝卸效率，使自動導引車的裝卸運輸和岸橋與場橋的裝卸分離開來，開發(fā)帶自裝卸功能的自動裝卸車是提高物流系統(tǒng)裝卸效率新的途徑。
這種帶自裝卸功能的自動裝卸車類似于低矮型集裝箱跨運車。據(jù)worldcargonews 報道，2002 年12 月demag mobile cranes gottwald gmdh 公司完成用于在碼頭前沿和堆場之間往返進行集裝箱運輸?shù)娜詣涌邕\車樣機的研制，采用差分全球定位系統(tǒng)(DGPS) 進行導引，導引精度達到±15 mm[4]。
但Euromax 碼頭進行前期設計時，對所有碼頭前沿與堆場之間的往返運輸系統(tǒng)，包括無人跨運車和穿梭運輸進行了廣泛的仿真模擬試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的自動導向車操作平臺提供了最佳的解決方案。
5 結(jié)束語
�、偌b箱自動化碼頭具有廣泛的應用前景，雖然像新加坡PPT 碼頭和英國泰晤士港等碼頭只實現(xiàn)了堆場的自動化，隨著集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，實現(xiàn)全自動化碼頭是一個必然的趨勢。這些碼頭的發(fā)展過程對于我國集裝箱自動化碼頭的建設也有重要的參考意義。
�、诓捎米詣訉б嚨募b箱自動化碼頭具有較廣的推廣價值。鹿特丹港和漢堡港的使用經(jīng)驗和成熟的自動導引車技術都值得我們學習，當然，如果采用自動導引車系統(tǒng)，還有諸如路線規(guī)劃等許多技術問題需要我們?nèi)パ芯俊０稑蛟趯b箱船裝卸時還需要人工進行對箱操作，實現(xiàn)完全自動化操作的岸橋技術仍然在探索之中，也是一個富有挑戰(zhàn)的課題。
�、圩詣訉б囄锪飨到y(tǒng)的購置和維護成本高，據(jù)報道德國漢堡港CTA 碼頭6.5 億歐元成本的1/2用在了自動化現(xiàn)代技術方面[5]。英國泰晤士港和日本的川崎港都是因為資金問題而不得不將自動導引車系統(tǒng)建設擱置。投資以及相關技術問題在集裝箱自動化碼頭建設規(guī)劃中必須加以權衡。
參考文獻
[1]北京華海誠交通設計院有限公司項目組。港口物流裝備與控制工程交通行業(yè)重點實驗室集裝箱水平自動運輸實驗系統(tǒng)建設項目初步設計，2008 年6 月。
[2] 譚廣仁。公司簽署首個自動化集裝箱碼頭項目[OL].
[3]田洪。全自動雙小車超巴拿馬型岸邊集裝箱起重機[J].港口裝卸，2000, (5)：2.
[4]彭傳圣。集裝箱碼頭的自動化運轉(zhuǎn)[J].港口裝卸，2003, (2)：1- 6.
[5]Tom Todd.ALTEWERDER AND DELTA COUNT COST OF AUTOMATIOJN[J].Port Strategy, (July/August) 2004.
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