港口航道与海岸工程外文翻译优化自动化集装箱终端来提高生产力.docx

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港口航道与海岸工程外文翻译优化自动化集装箱终端来提高生产力

毕业设计（论文）

外文翻译

题目:

Optimizingautomatedcontainer

terminalstoboostproductivity

专业:

港口航道与海岸工程

班级:

学生:

指导教师:

重庆交通大学

2012年

优化自动化集装箱终端来提高生产力

伊沃·萨能博士（首席顾问），德瓦尔（高级顾问）发表，荷兰

摘要

下一代自动化终端系统将从最新的解决方案和技术中获益。

这些加强终端生产力的解决方案是什么呢？

在一个与此匹配的小型模拟分析中，对所有可能影响船舶生产能力的因素进行比较。

分析表明，一个完全智能的终端至今不被淘汰，要求船舶正常运转时能在很短的时间内从航行线上转向，即使是最大的船只。

引言

是什么使这个半个自动化的神话如此强大呢？

在模拟的世界里，它又是怎么实现的？

关键是要建立运转良好的自动终端，这个实际上又是不存在的。

这个问题我们不仅要从实际出发，也要客观的评价我们的仿真模型。

为了实现它，我们以一个已有的完全自动化的系统设备为基础，再增加最新的技术改进，对于没有实践经验的我们，我们不知道该模型能否增加性能等级。

我们使仿真模型集装箱码头处于特定的环境条件下，以此来衡量每次调整对它的单独影响。

在本文中，我们从1990年代已建成的，一个虚拟存在的双轨道式门机和自动导引车系统的终端出发，逐步描述了它的改进方法。

对于一个配有两台双轨道式门机和自动升降机的先进中转站，我们一步一步地展示了不同设备类型对生产力的影响。

启动场景：

2000年的自动化终端

我们刚开始是在一个1500长的码头岸线上配有16台双梁轨道式码头桥式起重机虚拟的中转站（支腿移动的平台是立体交叉道）。

港区由35个堆场和两台交叉轨道式门机组成，交叉轨道式门机是可以相互穿过的堆垛起重机（一个较小的可以从下面穿过较大的）。

对于通过能力，在垂直堆栈布局中，两种轨道式门机都能完成在水上和陆上的转运。

水上运输是由自动升降机来完成的，与所有的码头起重机配套安装。

所有建模设备都有相应的技术规格，其使用年限为10年。

这个中转站适用于每年完成220万标准箱的吞吐量（标准箱不均衡系数1.65）；

这里的转运不超过5%。

在使用高峰期，所有16台码头起重机都将投入使用，峰值离港量等于320个集装箱/小时。

港区可以堆垛四层，其最大的堆垛密度为85%。

为了获得可以参照的码头起重机生产能力启动场景，我们已经让仿真模型运行了8个小时。

结果如图一所示。

在随后的研究中，我们将特别关注一个配置五套自动导引车的场景。

我们将看到25.5标箱/小时的效率是怎样通过实施一些变化而得到提升的。

第一步-改进1：

用轨道式集装箱龙门吊代替轮胎式集装箱龙门吊

第一步是用轨道式集装箱龙门吊代替轮胎式集装箱龙门吊，还包含了几个相关调整。

我们对不同的调整进行了总结，并描述了对出中转站生产力上的预期影响。

用轨道式集装箱龙门吊代替轮胎式集装箱龙门吊：

轮胎式集装箱龙门吊与同一类的码头起重机不能互相穿过。

因此，他们只能服务于堆栈的一边（无论是陆上还是水上的典型的堆场布局中）。

这样降低了生产的灵活性并对生产力产生一种的负面的影响。

另一方面，在标准情况下，轨道式集装箱龙门吊的运行速度略高于轮胎式集装箱龙门吊（龙门吊的运行速度由3.5m/s变为4.0m/s）。

港区布局调整：

这里不需要用两套门机轨道来使一个一大一小的码头起重机在上面运行；两种码头起重机在同一门机轨道下运行。

在相同大小的空间里，我们可以使它适合41个模型运行，而不是以前的35个。

这意味着将能够布置更多的码头起重机：

82台而不是70台。

这样就可以提高它的性能。

由于港区布局的调整，存储能力增加了19%。

在模型中，我们将保持85%的港区密度，这意味着堆场可容纳更高吞吐量。

虽然这也增加了门道的数量，在这一环节中，我们保持门道的通过率为320标准箱/小时；这个后面将会增长。

结果：

如图2所示，我们的模拟显示，码头起重机的整体性能从0.5标箱/小时提升到了1.5标箱/小时（在5AVGs/QC时，+0.9标箱/小时，等于+4％）。

对于中转站分配任务的灵活性的不利因素是由于有更多更快的码头起重机综合作用的结果。

这是我们在陆侧可以看到的最大影响。

对于轨道式起重机，在每个堆叠模块中配有两台能在水上工作的轨道式起重机，但它们的运行速度有限，为了达到让人满意的结果，实际上都需要在水上工作。

对于长时间的陆侧服务，将会产生一种负面的影响：

服务时间超过10分钟，这就意味着卡车不得不在轨道式起重机转让地带的平均等待时间超过10分钟，直到那里的集装箱被运走！

当我们使用两台轨道式起重机时，卡车的服务时间大幅度减少，以一台轨道式起重机在陆侧专用。

在改进的两台轨道式起重机的场景1中，卡车的转运速度要快六分钟，如图3所示。

第2步：

增加码头的吞吐量：

在第1步中，我们提到的存储能力增加19％的原因是两台轨道式起重机的双圆环堆叠模快比轨道式起重机的堆叠模块在同一空间上更加适合。

在这一步，我们还把最大堆码高度从四层增加到五层。

该轨道式起重机的布局方式无法应对更大堆码高度，因为轨道式起重机已经达到了它的最大负载能力（考虑长时间的卡车服务时间和为了满足的船只生产力，要求轨道式起重机和卡车都要不时的进行船舶作业）。

两台轨道式起重机是能够处理更大的数量的，因为它们的运行速度变快了（4米/秒，而不是3.5米/秒），而且配备了更多的起重机（82台，而不是70台）。

总吞吐量的增加等于119%*125%=48%。

这意味着，年吞吐能力可以达到320万标箱。

门道通过率提高到每小时470箱。

如果16台码头起重机要完成增加了48％的峰值吞吐量的货运要求，起重机生产能力必须从40标箱/小时调至42标箱/小时。

注意：

我们考虑的是线性增加吞吐量和高峰容量。

但是，这些数据也依赖于其他因素（如靠泊能力），但在这项研究中我们忽略了这些因素。

增加的货运量将引起更大的滑坡稳定性问题和高堆栈问题的处理工作，导致更多的非生产性的搬运，所以对轨道式起重机的需求会显着增加。

我们将会发现这对性能的影响是多么的严重。

结果：

，

与多数的自动导引车系统性能下降1%相比，对码头起重机性能的影响是微不足道的。

如图4所示。

对于陆侧来说，表现出了更大的影响。

尽管轨道式起重可以处理增加的货运量，增加的服务时间。

卡车运送一个集装箱到港区需要平均等待额外的一分钟，卡车在港区装载上一个集装箱需要等待额外的2分钟（如图5所示）。

图6显示了轨道式起重机运行状态的分布，分为轨道式起重机水上作业（WSRMG）和轨道式起重机陆上作业（LSRMG）。

虽然它们都致力于相应一侧的生产移动，他们也可以到另一边做非生产性的移动。

这就是为什么当运行水上轨道式起重机时，显示出的转运状态会大量的增加移动过程。

这就会消减轨道式起重机对边坡产生的压力，这就需要更多的卡车来转运。

在后面的步骤中，我们将看到水上的货运量是否也会增加。

第三步：

用可升降的自动导向车代替自动导向车

在堆场中，普通的自动导向车需要一个“抖动”来与轨道式起重机起吊货物进行转运，等待时间为轨道式起重机和自动导向车两部分所产生总和，因为对几乎每一个移动，它们中的一方都必须等待另一方的到达。

用可升降的自动导向车代替普通的导向车后，那个“抖动”可以在这个过程中消除。

可升降的自动导向车利用升降机机制，能够在前方堆叠模块平台定位和搬运集装箱。

轨道式起重机也可以定位那个平台并搬运集装箱。

在这一步中，我们使用可升降的自动导向车---除了起重能力—型号和10年前的自动导向车相同。

变化和预期的效果：

可升降的自动导向车和轨道式龙门吊之间的转运是无关联的，这就减少了两种设备的等待时间。

这样应该能够提高中转站的整体生产力。

可升降的自动导向车需要在集装箱的提升或者卸方货物的平台前作出额外的停顿。

这在他们的移动路径中是一个额外的移动并花费了额外的时间（每次停留15–25秒）。

这样降低了生产能力。

对于自动导向车来说，集装箱普通货架定位比立体交叉式的货架定位需要的空间更大。

因此，在每个堆栈模块的交换区只有4个货架适合，而不是5个自动导向车的停放点。

这不仅降低了灵活性，还会对性能产生一种负面的影响。

结果：

对于好些运输工具来说，每台桥吊的性能提高了（3–3.5）标箱/小时。

减少等待时间在很大程度上比减少长时间的驱动车辆和传输点的时间更有价值。

如图7所示。

图8显示了在自动导向车和可升降的自动导向车两种情况下，转运每个集装箱的持续时间。

在左栏的自动导向车中，你可以看到大部分的时间消耗在集装箱的传递过程中，2.6分钟每个标箱，这就代表等待时间为与轨道式起重机的传递间。

右列可升降的自动导向车图中显示在操作的时间上略有增加（因为操作过程需要额外环节：

提升前面的起重架），但在交换时间上会有一个巨大的减少：

只有0.3分钟（20秒）。

现在可升降的自动导向车靠近码头起重机的速度一般会快一点，这会导致控制时间增加；这反应出码头起重机要等待一个平衡的中转点或者是等待一个正确的秩序。

图9中，除了在缺乏空闲位置的情况下，可升降的自动导向车的候车实验，轨道式起重机的状态图并没有多大的改变。

轨道式起重机仍然有较多的空闲时间，因此增加了做更移动的可能性。

步骤4：

使用最先进的可升降的自动导向车

在前一步中，对于可升价的自动导向车，我们使用的是2000年的自动导向车技术规范。

现在我们根据最新的规范增加了导向车的运行速度。

新一代的可升降的自动导向车能够更快地进行直线运动，曲线运动和减速运动。

这将导致每个集装箱的驱动时间变短，从而增加了生产能力。

码头起重机的生产率也得到显著的增加：

增加了（4-5）标箱/小时，如图10所示。

码头起重机生产率的提高很大程度上是减少可升降的自动导向车对每个集装箱运转时间。

它们现在只驱动5分钟，而曾经是6.5分钟。

可升降的自动导向车一般会提前再次到达龙门吊重机的旁边等候，就像在第3步中，龙门吊起重机要给靠近的车辆腾出多余的空间，这将导致等待时间的增加，如图11所示。

注：

平均行驶速度从7公里/小时增加至9.5公里/小时。

步骤5A：

更多的运行机会

在原始情况下，港区是不能处理更多的移动的，为了让它有益于处理超过10%的集装箱，码头起重机需要有双升的升降机。

在第4步以后，在堆栈中的模块，无论是在水上还是陆侧的轨道式起重机都会有19％的空闲时间。

为了利用这个空闲的时间，我们进一步增加码头双升起重机的百分比。

当正常操作时，我们假设大多数20英尺的集装箱能够被提起。

正因为如此，给定每个标准箱的不均衡系数为1.65，双升升降机的百分比提高到了30%。

预期的效果：

码头起重机每个周期（每次移动）可以处理更多的集装箱。

假如集装箱的供应能够提升生产效率，将会提升。

最大预期的性能提升等于18%（130%/110%标箱/周期）。

要给轨道式起重机更快地供应更多的集装箱。

它们的空闲时间将会减少，生产能力就会增加。

结果：

码头起重机生产率提高了大约3标箱/小时，或者增加了10%，如图12所示。

提升码头起重机的性能是唯一可行的，因为轨道式起重机能够提供更多的集

装箱给转运货架（从它们身上吊取集装箱）。

如图13所示，每个堆叠模块每小时能够容纳一个额外船只的集装箱：

14.3而不是13.1。

生产性的移动增加引起生产移动花费的时间从62%上升到66%，如图13所示。

空闲率从19%下降到16%。

多余的空闲时间表明仍有可以改进的空间。

步骤5B：

高效的码头起重机

在（1990-2000年）双小车岸边起重机的原始布局方案一直沿用至今，发展相对较缓。

陆侧的起重机的平均周期时间为99秒。

要达到现代63秒的起重周期应该是有可能的。

在模型试验中，这个起重机的运动学模型的周期在第5B步骤已经调整为了63秒。

预期效果：

码头起重机每小时可以运行更多的周期，因此生产力得到提升。

当码头起重机每次移动的时间减少时，码头起重机在等待可升降的自动导向车的时间应适当减少，因此，为下一代的可升降的自动导向车服务是迟早的事。

结果：

桥吊的生产率提高了（5-7）标箱/小时，或者说是提高了20%，如图14所示。

这次调整后所观察到的其它效应：

•桥吊的状态显示生产性的活动从90%下降到了65%。

•可升降的自动导向车与码头起重机处理一个标箱的等待和装车时间从220秒降低到了100秒。

•水上空闲的轨道式起重机的百分比从19%下降到了11%，生产率从62%上升带了73%（注意：

因为当水上的生产率增加时，陆侧的轨道式起重机承担了更多非生产性的工作，所以差异性没有超出）

步骤6：

所有的调整相结合

最后一步是开始场景与在前面所述的所有调整的一个对比。

我们将可以看到它对性能水平的整体影响。

在有5辆自动导向车的试验中，码头起重机的作业效率已经增加了17.2标箱/小时—或者说是提升了68%。

记得在步骤2中，随着吞吐量的增加，我们已经说过，港岸起重机的生产力需要上升到（40—42）标箱/小时的目标我们已经实现。

增加的码头起重机的效率仅可能适用于更高效的可升降的自动导向车和轨道式起重机。

图16显示在最后一个场景中，可升降的自动导向车完成一个集装箱的搬运仅仅需要6分钟，而原始的自动导向车需要11分钟。

随着水侧生产力的增加，港区的压力也会增大。

码头的吞吐量和相应的通过量引起港区额外的转运。

报告显示，轨道式起重机能够处理这个增加的货运量，因为460卡车是能够处理这些搬运的，卡车的运行时间任是可以接受的，如图17所示。

港区的需求增加时，轨道式起重机在每个堆叠模块中移动的状态在图表中已经显示了出来。

在第6步中，两台轨道式起重机在每个堆叠模块中每个小时要承担17.6个船舶标准箱和11.7个门道标准箱，大约超过了原始场景的50%。

与此同时，大量的港内转运已经严重减少，如图18所示。

这并不是因为需要的时间少了，而是因为这里没有必要做这些转运。

在最初的双轨道式起重机场景中，轨道式起重机不得不尽可能快的下放吊起的集装箱来处理高峰期的货运量要求。

这些集装箱需随后要从交换区域进一步的转运，以使那个空间在下一个使用高峰期可以继续使用。

两台轨道式起重机就没那个必要，因为它们可以快速的传送那些堆栈的集装箱到适合的箱位。

轨道式起重机的状态图表显示，在标准场景和最后一个场景中，轨道式起重机都接近达到了它们的极限生产率，如图19所示。

在低于10%的空闲时间里，港区处理当地高峰期的货运量在的灵活性太小。

结论：

在本文中，我们以一种循序渐进的方式描述了改善已存在的自动化终端成为最先进的终端的每个步骤所带来的改变。

除了加快卡车和船舶效率，上述的调整导致吞吐量增加了近50%。

实际上，调整现有的终端成为上面所述的终端是费钱和费时的操作。

这可能是很遥远。

然而，这项研究显示依靠最新的技术建立新的终端有多么的重要。

因为性能是高度依靠新技术的。

此外，该研究证明，尽管与目前的经验相比，模拟出的结果看上去似乎太高，但我们的步伐正与先进的技术靠近—在相同类型的仿真模型中，这个模型具有广泛的代表性—未来先进的技术是简洁的而且在很大程度上都是可行的。

这为将来实现完全自动化终端的繁荣前景提供了一个坚实的基础。

关于作者：

阿尔金·德瓦尔（MSc）是一个资深顾问，专攻终端优化。

他　在2001年加入了TBA公司，并集中在传统和自动化终端的研发上开展了许多大型仿真研究。

他已经成为了TBA旗下合作团队的一部分。

伊沃·萨能博士是以为在TBA公司的首席顾问，掌管TBA公司此行的项目。

他在1996年创立了TBA。

现在负责监督所有此行的项目，任积极参与终端的设计和优化。

关于公司：

TBA公司是一家在国际上领先的咨询和软件供应商。

其产品和服务主要集中在码头和集装箱的终端设计和优化。

迄今TBA的客户包括世界范围内的主要码头运营商，包括许多本地运营商、机场和制造商。

TBA公司在设备、需求和性能特点方面提供专家咨询。

TBA公司提供设备和终端的模型与专门的环境公司相联合。

咨询：

荷兰TBA公司、Karrepad2、2613年美联社代尔夫特、荷兰

电话:

+31（0）153805775　　

电子邮件:

info@tba.nl　　

网址:

www.tba.nl

Optimizingautomatedcontainerterminalstoboostproductivity

Dr.YvoSaanen,PrincipleConsultant,&ArjendeWaal,SeniorConsultant,TBA,TheNetherlands

Abstract

Thenextgenerationofrobotizedterminalswillbenefitfromthelatestsolutionsandtechnology.Whatarethesesolutionsthatwillbeefuptheproductivityoftheseterminals?

Inasimulationsupportedanalysis,thesmall,butallfeasiblestepsarecomparedontheirimpacttoshipproductivity.Theanalysisshowsthatwiththerightmeasures,afullyrobotizedterminalcanliveuptotoday’srequirementsfromshippinglinestoturnaroundeventhebiggestvesselsinashortperiodoftime.

Introduction

Whatmakesthemythaboutnon-performingfullyautomated（robotizedisthebetterword）sostrong?

Howcanitbethatinthesimulatedworld,theplanned–andassuchtobebuilt–automatedterminalsperformwell（above35gmphunderpeakcircumstances）,andnotinreallife?

Thisquestionwehaveaskedourselves,alsotocriticallyreviewoursimulationmodels.

Inordertodoso,westartedfromoneofthecurrentstate-oftheartfullyautomatedfacilities,andaddedlatestimprovementstothemodeltoseewhetherwecouldincreasetheperformancetolevelsthatwedonotexperienceinpractice（yet）.WeusedTBA’sownprovencontainerterminalsimulationsuiteTimeSquaretoquantifytheeffectsofeachadjustmentindividually.

Inthisarticlewedescribethisstep-wiseimprovementapproachfromanimaginaryexistingterminalwithDualRMGsandAGVs,aswouldhavebeenconstructedinthe1990s.Foreachsteptowardsastate-of-the-artterminalwithTwin-RMGsandLift-AGVsweshowtheeffectonproductivityofthevariousinvolvedequipmenttypes.

Startingscenario:

aYear2000automatedterminal

Ourstartingterminalisafictitiousterminalwith16doubletrolleyquaycranes（backreachinterchange,withplatformbetweenthelegs）ona1,500mquay.Theyardconsistsof35stackmoduleswithdualcross-over（ornested）RMGs.Cross-overRMGsarestackingcranesthatcanpasseachother（oneissmallerandcanpassthelargeroneunderneath）.Becauseofthepassingability,bothRMGsareabletoserveboththewatersideandthelandsidetransferareaintheperpendicularstacklayout.Waterside

transportisdonebylift-onlift-off（LOLO）AutomatedGuidedVehicles（AGVs）,whicharepooledoverallquaycranes.Allmodeledequipmenthastechnicalspecificationsasisappropriatefor10-year-oldequipment.

Theterminalissuitableforayearlythroughputof2.2millionTEU（TEUfactor1.65）;thereislessthan5%transshipment.Inpeaksall16quaycraneswillbedeployed,andthepeakgatevolumeequals320containersperhour.Theyardcanbestackedtofour-high,andthepeakyard

densityequals85%.

Wehaverunaneight-hourpeakperiodwiththesimulationmodeltogetthereferencequaycraneproductivitiesofthestartingscenario.TheresultsareshowninFigure1.IntheremainderofthestudywewillspecificallyfocusonasituationwithfiveAGVsperQC（onaverage;theyarepooledoverallQCs）.Wewillseehowthe25.5bx/hrcanbeim