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淺論應(yīng)用自動(dòng)導(dǎo)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(dòng)化碼頭的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，分析和比較了國(guó)內(nèi)外應(yīng)用自動(dòng)導(dǎo)引車的港口物流系統(tǒng)構(gòu)成和技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)導(dǎo)引車;物流系統(tǒng);集裝箱碼頭
隨著集裝箱運(yùn)輸量的快速發(fā)展和船舶大型化，要求以最快的速度對(duì)集裝箱船進(jìn)行裝卸，這對(duì)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(dòng)化碼頭是提高裝卸效率和降低勞動(dòng)人員成本的有效途徑。
集裝箱自動(dòng)化碼頭主要由岸邊起重機(jī)、水平運(yùn)輸設(shè)備、堆場(chǎng)起重機(jī)及其他自動(dòng)化設(shè)備構(gòu)成，根據(jù)這些設(shè)備的自動(dòng)化程度不同分為全自動(dòng)化碼頭和部分自動(dòng)化碼頭。水平運(yùn)輸設(shè)備的自動(dòng)化以自動(dòng)導(dǎo)引車的應(yīng)用最為成功，自動(dòng)導(dǎo)引車物流系統(tǒng)是目前國(guó)際上最先進(jìn)的集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)之一，自從20 世紀(jì)九十年代以來，集裝箱自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)先后在荷蘭鹿特丹港和德國(guó)漢堡港得到了成功的應(yīng)用，其他一些碼頭在堆場(chǎng)起重機(jī)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
目前，自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)還未在全世界范圍內(nèi)得到普通應(yīng)用，不過業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，面臨勞動(dòng)力高成本壓力和場(chǎng)地緊缺的碼頭將會(huì)考慮采用自動(dòng)導(dǎo)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(dòng)化方面有所作為，以期進(jìn)一步提高效率和降低成本，自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。
1 集裝箱自動(dòng)化碼頭的應(yīng)用情況
集裝箱自動(dòng)化碼頭主要由集裝箱船的裝卸、水平運(yùn)輸、堆場(chǎng)的裝卸等三部分構(gòu)成，集裝箱自動(dòng)化碼頭按照整個(gè)物流過程的自動(dòng)化程度分為全部或部分自動(dòng)化碼頭，其物流過程及應(yīng)用情況見表1。
荷蘭鹿特丹港ECT delta 碼頭和Euromax 碼頭、德國(guó)漢堡港的CTA 碼頭實(shí)現(xiàn)了碼頭的自動(dòng)化，只有岸橋的吊具起吊集裝箱時(shí)需要小車司機(jī)進(jìn)行對(duì)箱，其他全部是自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，水平運(yùn)輸采用的是自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)。而新加坡PPT 碼頭和英國(guó)泰晤士港等碼頭只是實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)起重機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行。自動(dòng)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(guó)光陽港(在建)。部分自動(dòng)化碼頭的典型碼頭有新加坡PPT、英國(guó)泰晤士港、日本川崎港、名古屋港、香港HIT 以及比利時(shí)安特衛(wèi)普Gateway 碼頭。
韓國(guó)的光陽港三期工程第二階段的集裝箱碼頭共有3 個(gè)泊位，決定全部建成能�？�12 000 TEU級(jí)船舶的全自動(dòng)化泊位(總長(zhǎng)1 050 m)。計(jì)劃配備9 臺(tái)雙小車岸橋，42 臺(tái)雙軌式堆場(chǎng)起重機(jī)，63臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引車，目前正在建設(shè)中。
近年來，我國(guó)在集裝箱自動(dòng)化碼頭方面不斷進(jìn)行嘗試和創(chuàng)新。交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院進(jìn)行了包括自動(dòng)導(dǎo)引車的集裝箱水平自動(dòng)運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)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(dòng)立體分配式集裝箱自動(dòng)化碼頭裝卸系統(tǒng)將在唐山港建立自動(dòng)化集裝箱碼頭，標(biāo)志著環(huán)保、節(jié)能、高效的全電驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化碼頭技術(shù)將從試驗(yàn)區(qū)走向產(chǎn)品舞臺(tái)[2]。
2 典型的自動(dòng)導(dǎo)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(jiǎn)稱ECT碼頭) 自從1993 年先后在DDN 、DDE、DDW使用自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)。岸線長(zhǎng)為3 600 m，泊位水深為16.6 m，自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)區(qū)域共有30 臺(tái)岸橋、265 臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引車、137 臺(tái)全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)。
ECT 碼頭的物流過程如下：
1) 進(jìn)港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動(dòng)導(dǎo)引車→堆場(chǎng)起重機(jī)→集卡→大門2) 出港(陸轉(zhuǎn)水) 集裝箱：大門→集卡→堆場(chǎng)起重機(jī)→自動(dòng)導(dǎo)引車→岸橋→集裝箱船3) 水轉(zhuǎn)水集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動(dòng)導(dǎo)引車→堆場(chǎng)起重機(jī)→自動(dòng)導(dǎo)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(yùn)到岸橋跨距內(nèi)自動(dòng)導(dǎo)引車的停放位置，將集裝箱放到自動(dòng)導(dǎo)引車上面，然后自動(dòng)導(dǎo)引車按照過程控制系統(tǒng)給定的路線將集裝箱水平運(yùn)輸?shù)蕉褕?chǎng)靠近岸邊一側(cè)裝卸點(diǎn)，等待全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)來卸集裝箱。集裝箱被卸下后，自動(dòng)導(dǎo)引車再進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的水平運(yùn)輸。
堆場(chǎng)沿碼頭岸線垂直方向布置，在堆場(chǎng)靠近碼頭岸邊一側(cè)裝卸點(diǎn)，全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)接運(yùn)由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)來的集裝箱，堆放在堆場(chǎng)的指定箱位，或把堆場(chǎng)上要裝船的集裝箱裝到自動(dòng)導(dǎo)引車上。而在堆場(chǎng)的靠近陸側(cè)裝卸點(diǎn)，堆場(chǎng)起重機(jī)全自動(dòng)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(yùn)營(yíng)，碼頭岸線長(zhǎng)1 500 m，泊位水深最大可達(dá)19.6 m，采用的是12 臺(tái)雙小車岸橋， 96 臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引車，堆場(chǎng)共有29 個(gè)箱跺區(qū)，每個(gè)箱跺區(qū)有2 臺(tái)自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)。與ECT 碼頭相比，除了岸橋采用雙小車外，自動(dòng)導(dǎo)引車的速度更高，控制系統(tǒng)更加先進(jìn)。
2.2 德國(guó)漢堡港CTA 碼頭德國(guó)漢堡港的CTA (HHLA Container TerminalAltenwerder，以下簡(jiǎn)稱CTA 碼頭) 2002 年開始引入自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)。碼頭岸線長(zhǎng)1 400 m，布置4個(gè)泊位，泊位水深16.7 m。碼頭擁有15 臺(tái)岸橋、約44 臺(tái)全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)、約90 臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引車。
CTA 碼頭的物流過程如下：
1) 進(jìn)港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋前小車→轉(zhuǎn)接平臺(tái)→岸橋后小車→自動(dòng)導(dǎo)引車→堆場(chǎng)起重機(jī)→集卡2) 出港(陸轉(zhuǎn)水) 集裝箱：集卡→堆場(chǎng)起重機(jī)→自動(dòng)導(dǎo)引車→岸橋后小車→轉(zhuǎn)接平臺(tái)→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(tái)→岸橋后小車→自動(dòng)導(dǎo)引車→堆場(chǎng)起重機(jī)→自動(dòng)導(dǎo)引車→岸橋后小車→轉(zhuǎn)接平臺(tái)→岸橋前小車→集裝箱船與ECT delta 碼頭不同的是，CTA 碼頭的岸橋?yàn)榘胱詣?dòng)化雙小車岸橋[3]，前小車不用等待自動(dòng)導(dǎo)引車來取集裝箱，而是把集裝箱放到轉(zhuǎn)接平臺(tái)后，直接進(jìn)行下一個(gè)集裝箱的裝卸。后小車在起重機(jī)后伸距范圍內(nèi)工作，負(fù)責(zé)自動(dòng)導(dǎo)引車與轉(zhuǎn)接平臺(tái)之間的集裝箱裝卸，然后由自動(dòng)導(dǎo)引車再將集裝箱運(yùn)送到堆場(chǎng)靠近岸邊一側(cè)裝卸點(diǎn)。岸橋后伸距范圍內(nèi)布置了4 條自動(dòng)導(dǎo)引車車道。
堆場(chǎng)沿碼頭岸線重直方向布置，堆場(chǎng)內(nèi)共設(shè)置22 個(gè)箱垛，同一箱垛配有兩臺(tái)不同軌距的全自動(dòng)堆場(chǎng)起重機(jī)，可以相互穿越運(yùn)行，每臺(tái)起重機(jī)都可以獨(dú)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(chǎng)陸側(cè)裝卸點(diǎn)進(jìn)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(jiǎn)稱PPT 碼頭) 是新加坡最新和最先進(jìn)的碼頭，目前共有23 個(gè)泊位。2000 年建設(shè)初期設(shè)有4個(gè)泊位，24 臺(tái)岸橋，堆場(chǎng)前方44 臺(tái)高架橋式起重機(jī)(OHBC)，堆場(chǎng)后方15 臺(tái)軌道式集裝箱門式起重機(jī)(RMG)。新加坡PSA 于1999 年選用5 輛自動(dòng)導(dǎo)引車(廠家分別為德國(guó)Kamag (3 輛)、日本三井(2 輛)) 在Brani Terminal 進(jìn)行了試驗(yàn)，由于技術(shù)問題和系統(tǒng)價(jià)格昂貴等原因，在PPT 碼頭沒有使用自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)，而是采用碼頭牽引車來進(jìn)行集裝箱的水平運(yùn)輸。
規(guī)劃的自動(dòng)導(dǎo)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(dòng)導(dǎo)引車→OHBC→自動(dòng)導(dǎo)引車→岸橋→集裝箱船。
2) 進(jìn)港(水轉(zhuǎn)陸) 集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動(dòng)導(dǎo)引車→RMG→集卡。
3) 水轉(zhuǎn)水的集裝箱：集裝箱船→岸橋→自動(dòng)導(dǎo)引車→OHBC→自動(dòng)導(dǎo)引車→岸橋→集裝箱船。
岸橋的運(yùn)行區(qū)域分為兩個(gè)區(qū)域：自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)輸區(qū)和集卡運(yùn)輸區(qū)，自動(dòng)導(dǎo)引車有6 條車道，集卡運(yùn)輸區(qū)為集卡運(yùn)輸特殊的集裝箱，有2 條車道。
堆場(chǎng)是平行于碼頭岸線布置的，每個(gè)泊位有4列OHBC 箱跺和1 列RMG 箱跺，自動(dòng)導(dǎo)引車在碼頭前沿和堆場(chǎng)的OHBC 之間運(yùn)行。出港和水轉(zhuǎn)水的集裝箱堆放在OHBC 區(qū)域，OHBC 通過遠(yuǎn)程控制(每個(gè)操作員能夠控制6 臺(tái)起重機(jī)) 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(gè)自動(dòng)導(dǎo)引車車道。進(jìn)港的集裝箱由自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)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(shè)有2 個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引車車道和1 個(gè)集卡車道。
在OHBC 和RMG 之間的區(qū)域設(shè)有4 條自動(dòng)導(dǎo)引車車道，用于自動(dòng)導(dǎo)引車運(yùn)送進(jìn)港集裝箱到RMG 區(qū)域，或是運(yùn)送臨時(shí)堆放在軌RMG 區(qū)域的出港集裝箱到OHBC 區(qū)域。
3 自動(dòng)導(dǎo)引車物流系統(tǒng)的分析與比較
對(duì)ECT 碼頭、Euromax 碼頭、CTA 碼頭和PPT碼頭的自動(dòng)導(dǎo)引車物流系統(tǒng)的分析與比較見表2。
4 自動(dòng)導(dǎo)引車物流系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
4.1 帶卸箱功能的自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)德國(guó)GOTTWALD 公司最近研制了一種新型的帶自升降功能的自動(dòng)導(dǎo)引車(LIFT AGV)。與傳統(tǒng)的被動(dòng)型自動(dòng)導(dǎo)引車不同，LIFT AGV 不用等待堆場(chǎng)起重機(jī)來取箱。在堆場(chǎng)靠近岸邊一側(cè)裝卸點(diǎn)上設(shè)有專用的集裝箱存放架，LIFT AGV 具有自升降機(jī)構(gòu)，在進(jìn)入集裝箱存放架之前，自動(dòng)將集裝箱向上托起，然后進(jìn)入到集裝箱存放架里面，自升降機(jī)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(jìn)行下一個(gè)集裝箱的作業(yè)，而不必等待堆場(chǎng)起重機(jī)來卸集裝箱。
這種帶自卸箱功能的自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)將自動(dòng)導(dǎo)引車的運(yùn)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(yùn)輸自動(dòng)導(dǎo)引車的數(shù)量，據(jù)估計(jì)大約可減少40%的自動(dòng)導(dǎo)引車。
4.2 帶裝卸功能的自動(dòng)裝卸車系統(tǒng)為了充分利用岸橋和場(chǎng)橋的裝卸效率，使自動(dòng)導(dǎo)引車的裝卸運(yùn)輸和岸橋與場(chǎng)橋的裝卸分離開來，開發(fā)帶自裝卸功能的自動(dòng)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(dòng)裝卸車類似于低矮型集裝箱跨運(yùn)車。據(jù)worldcargonews 報(bào)道，2002 年12 月demag mobile cranes gottwald gmdh 公司完成用于在碼頭前沿和堆場(chǎng)之間往返進(jìn)行集裝箱運(yùn)輸?shù)娜詣?dòng)跨運(yùn)車樣機(jī)的研制，采用差分全球定位系統(tǒng)(DGPS) 進(jìn)行導(dǎo)引，導(dǎo)引精度達(dá)到±15 mm[4]。
但Euromax 碼頭進(jìn)行前期設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)所有碼頭前沿與堆場(chǎng)之間的往返運(yùn)輸系統(tǒng)，包括無人跨運(yùn)車和穿梭運(yùn)輸進(jìn)行了廣泛的仿真模擬試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的自動(dòng)導(dǎo)向車操作平臺(tái)提供了最佳的解決方案。
5 結(jié)束語
①集裝箱自動(dòng)化碼頭具有廣泛的應(yīng)用前景，雖然像新加坡PPT 碼頭和英國(guó)泰晤士港等碼頭只實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)的自動(dòng)化，隨著集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化碼頭是一個(gè)必然的趨勢(shì)。這些碼頭的發(fā)展過程對(duì)于我國(guó)集裝箱自動(dòng)化碼頭的建設(shè)也有重要的參考意義。
�、诓捎米詣�(dòng)導(dǎo)引車的集裝箱自動(dòng)化碼頭具有較廣的推廣價(jià)值。鹿特丹港和漢堡港的使用經(jīng)驗(yàn)和成熟的自動(dòng)導(dǎo)引車技術(shù)都值得我們學(xué)習(xí)，當(dāng)然，如果采用自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)，還有諸如路線規(guī)劃等許多技術(shù)問題需要我們?nèi)パ芯�。岸橋在�?duì)集裝箱船裝卸時(shí)還需要人工進(jìn)行對(duì)箱操作，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化操作的岸橋技術(shù)仍然在探索之中，也是一個(gè)富有挑戰(zhàn)的課題。
③自動(dòng)導(dǎo)引車物流系統(tǒng)的購(gòu)置和維護(hù)成本高，據(jù)報(bào)道德國(guó)漢堡港CTA 碼頭6.5 億歐元成本的1/2用在了自動(dòng)化現(xiàn)代技術(shù)方面[5]。英國(guó)泰晤士港和日本的川崎港都是因?yàn)橘Y金問題而不得不將自動(dòng)導(dǎo)引車系統(tǒng)建設(shè)擱置。投資以及相關(guān)技術(shù)問題在集裝箱自動(dòng)化碼頭建設(shè)規(guī)劃中必須加以權(quán)衡。
參考文獻(xiàn)
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