內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實現(xiàn)方案

甄紀(jì)軍 王秀臣 許濤

目前，我國絕大多數(shù)集裝箱碼頭采用“岸橋+集卡+場橋”裝卸工藝，由集卡完成碼頭前沿與堆場間的水平運輸，集卡配置和調(diào)度的合理性是影響碼頭裝卸效率、設(shè)備利用率和作業(yè)成本的重要因素。當(dāng)前，我國內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭多采用傳統(tǒng)集卡調(diào)度模式，根據(jù)作業(yè)線靜態(tài)配置集卡，每輛集卡只為指定的1條作業(yè)線服務(wù)，且集卡分配給固定的岸橋后，其運行路線相對固定。由于各作業(yè)線作業(yè)進(jìn)度不一致，往往出現(xiàn)有的岸橋下無集卡而有的岸橋下集卡排隊等待的現(xiàn)象，造成集卡無序低效流動及資源浪費，對碼頭裝卸效率產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。隨著碼頭集裝箱吞吐量的增長及碼頭區(qū)集卡數(shù)量的增加，傳統(tǒng)集卡調(diào)度模式越來越不能滿足碼頭的控制和管理要求。當(dāng)前，上海港、青島港、天津港、廣州港等港口的大型集裝箱碼頭已通過應(yīng)用集卡全場智能調(diào)度系統(tǒng)（Tractor Paging Subsystem，TPS）實現(xiàn)集卡智能調(diào)度，有效解決傳統(tǒng)調(diào)度模式下集卡調(diào)度不合理、集卡利用率低等問題。不過，受作業(yè)模式、人員操作水平等因素影響，多數(shù)中小型內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭未能有效利用TPS實現(xiàn)集卡智能調(diào)度。本文結(jié)合TPS工作原理及內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭作業(yè)特點，提出內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實現(xiàn)方案。

1 TPS工作原理

TPS是集裝箱碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的子系統(tǒng)，其以中央控制室為指揮中心，以集卡上裝配的無線終端為通信手段，通過無線集群打包傳送控制信號，根據(jù)碼頭生產(chǎn)對集卡的需求自動向相關(guān)集卡發(fā)送作業(yè)指令。[1]TPS構(gòu)成示意如圖1所示。

利用TPS實現(xiàn)集卡智能調(diào)度須解決2個關(guān)鍵問題：（1）各作業(yè)集卡的均衡分配問題，系統(tǒng)可運用規(guī)劃論、排隊論和模糊控制理論等數(shù)學(xué)模型根據(jù)作業(yè)需要自動均衡分配集卡；（2）岸邊與堆場作業(yè)任務(wù)的匹配問題，這需要通過業(yè)務(wù)操作來實現(xiàn)。

在卸船作業(yè)時，進(jìn)口箱裝到集卡上后，系統(tǒng)根據(jù)箱型、目的港（中轉(zhuǎn)箱）識別堆場計劃，并結(jié)合各堆場計劃等待作業(yè)的集卡數(shù)量來分配堆場堆存位置，從而實現(xiàn)卸船過程的集卡智能調(diào)度；在裝船作業(yè)時，通過制訂配載計劃，使堆場出口箱與船上箱位一一對應(yīng)，系統(tǒng)根據(jù)各岸橋等待作業(yè)的集卡數(shù)量分配集卡場地作業(yè)任務(wù)。裝船作業(yè)實現(xiàn)集卡智能調(diào)度的關(guān)鍵因素在于碼頭實配作業(yè)，但我國多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭尚未實現(xiàn)實配操作，這是當(dāng)前內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭不能有效利用TPS進(jìn)行集卡智能調(diào)度的重要原因。由于當(dāng)前卸船作業(yè)集卡智能調(diào)度業(yè)已實現(xiàn)，本文重點探討裝船作業(yè)集卡智能調(diào)度實現(xiàn)方案。

2 內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度實現(xiàn)方案

2.1 內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載特點

由于內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載要求相對較低，多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭省去實配環(huán)節(jié)，僅根據(jù)船舶大副的預(yù)配圖進(jìn)行裝船作業(yè)。內(nèi)貿(mào)集裝箱普遍偏重且質(zhì)量相差不大，一般按照船舶大副預(yù)配圖的箱型、目的港、空重要求等裝船即可滿足穩(wěn)心高度、強(qiáng)度、剪力、彎矩等船舶安全參數(shù)要求，吃水差可通過預(yù)留機(jī)動箱來調(diào)整。

2.2 集卡智能調(diào)度解決方案

針對內(nèi)貿(mào)集裝箱船舶配載特點，參考卸船作業(yè)集卡智能調(diào)度實現(xiàn)原理，制訂裝船作業(yè)集卡智能調(diào)度實現(xiàn)流程（如圖2所示），通過創(chuàng)新設(shè)計船舶裝載計劃，使出口箱與裝載計劃相匹配，實現(xiàn)裝船作業(yè)過程中的集卡智能調(diào)度。

與實配模式不同，船舶裝載計劃是按照集裝箱碼頭生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的船舶配載過程來制訂的，其僅定義船上各箱位集裝箱的類型（箱型、目的港、空重），并不實際分配出口箱的具體裝載位置。岸橋作業(yè)區(qū)域既可在制訂裝載計劃的環(huán)節(jié)劃分，也可在裝載計劃激活環(huán)節(jié)根據(jù)實際作業(yè)情況靈活分配。

出口箱與船舶裝載計劃相匹配的關(guān)鍵在于根據(jù)裝船進(jìn)度激活裝載計劃并實時發(fā)送場地發(fā)箱指令。為確保匹配的有效性，系統(tǒng)不識別待激活的裝載計劃，只識別當(dāng)前正在作業(yè)的已激活的裝載計劃，進(jìn)而分配作業(yè)集卡。堆場內(nèi)集卡根據(jù)裝船作業(yè)任務(wù)指令均衡分配；場橋?qū)⒊隹谙浯_認(rèn)到集卡后，系統(tǒng)根據(jù)箱型、目的港指定集卡裝船岸橋。當(dāng)多臺岸橋作業(yè)該類型集裝箱時，系統(tǒng)根據(jù)各岸橋下等待作業(yè)的集卡數(shù)量均衡分配集卡。

內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭集卡智能調(diào)度的實現(xiàn)離不開信息系統(tǒng)的支持，因此，有必要改進(jìn)和優(yōu)化TPS程序；此外，裝船控制方式也應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，碼頭中央控制室的工作人員必須根據(jù)船舶作業(yè)進(jìn)度激活裝載計劃，并實時發(fā)送場地作業(yè)指令，每條作業(yè)線發(fā)送指令數(shù)量應(yīng)控制在20～30個集裝箱為宜。本解決方案的創(chuàng)新點在于將實配過程分解為制訂裝載計劃、分配裝載位置這2個過程，既實現(xiàn)裝船過程中的集卡智能調(diào)度，又降低裝船操作難度，符合內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭作業(yè)需求。

3 內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭實現(xiàn)集卡智能調(diào)度的優(yōu)勢

集卡智能調(diào)度的實現(xiàn)使內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭生產(chǎn)組織模式發(fā)生巨大改變，初步實現(xiàn)生產(chǎn)組織的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化，突破傳統(tǒng)生產(chǎn)組織模式的瓶頸，提高碼頭作業(yè)綜合效率，從而確保內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭良性發(fā)展。

3.1 實現(xiàn)集卡動態(tài)調(diào)度，大幅提升集卡利用率

如圖3所示，傳統(tǒng)集卡調(diào)度采用集卡綁定岸橋的模式，每臺岸橋綁定多輛集卡，綁定的集卡僅為固定的岸橋服務(wù)。此種模式操作簡單，便于管理，但具有以下缺點：由于各作業(yè)線進(jìn)度不一，往往出現(xiàn)有的作業(yè)線集卡不足而有的作業(yè)線集卡閑置的現(xiàn)象；各作業(yè)線配比失衡情況通常由調(diào)度員調(diào)整，這種解決方案嚴(yán)重滯后于現(xiàn)場作業(yè)，使集卡作業(yè)資源不能得到有效利用，對船舶作業(yè)效率產(chǎn)生負(fù)面影響。

在集卡智能調(diào)度模式下，通過設(shè)備組設(shè)置來實現(xiàn)各作業(yè)線集卡資源共享，系統(tǒng)根據(jù)各作業(yè)線或場地發(fā)箱任務(wù)的忙閑程度為集卡分配作業(yè)指令，在集卡使用方面打破固定作業(yè)線的限制，從而大大提高集卡利用率。單船動態(tài)集卡調(diào)度模式如圖4所示。隨著碼頭生產(chǎn)組織水平的提高，還可通過多船間集卡資源共享實現(xiàn)多船動態(tài)集卡調(diào)度模式。

3.2 為裝卸工藝優(yōu)化提供技術(shù)支持

在傳統(tǒng)作業(yè)線模式下，由于信息化水平低，為保證作業(yè)準(zhǔn)確率，集卡在某時間段內(nèi)僅進(jìn)行裝船或卸船作業(yè)，集卡空載率高達(dá)50%以上。TPS的應(yīng)用為作業(yè)面生產(chǎn)模式提供技術(shù)支持：可通過綁定設(shè)備組、設(shè)定任務(wù)分配方式等實現(xiàn)單船甚至多船邊裝邊卸作業(yè)，使裝卸工藝由作業(yè)線模式轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳂I(yè)面模式。在作業(yè)面模式下，集卡在1個運行周期內(nèi)既進(jìn)行裝船作業(yè)又進(jìn)行卸船作業(yè)（見圖5），從而實現(xiàn)水平運輸?shù)闹厝ブ鼗?，使集卡空車運行時間大幅縮短。

3.3 解決生產(chǎn)過程中信息傳遞不暢的問題

在傳統(tǒng)作業(yè)模式下，各作業(yè)工種間的信息傳遞通過對講機(jī)來實現(xiàn)。當(dāng)在泊船舶數(shù)量較多時，對講機(jī)頻道擁堵問題較為突出，尤其是集卡司機(jī)與場橋司機(jī)間的溝通問題對生產(chǎn)影響較大。TPS通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)下達(dá)集卡調(diào)度指令，使作業(yè)信息的傳遞通過系統(tǒng)指令傳遞的方式自動實現(xiàn)，各工種按照指令作業(yè)即可。場橋司機(jī)按照場地發(fā)箱指令發(fā)箱，集卡司機(jī)根據(jù)車載終端指令進(jìn)行水平運輸，從而大大降低對對講機(jī)的依賴，徹底改變語音傳輸系統(tǒng)不能及時、準(zhǔn)確、清晰地下達(dá)調(diào)度指令以及指令下達(dá)和執(zhí)行不可追溯等問題。

3.4 實現(xiàn)中央控制室對場地和船舶作業(yè)的實時監(jiān)控

中央控制室是集裝箱碼頭的指揮中樞和生產(chǎn)作業(yè)信息的交匯點，中央控制室發(fā)出的作業(yè)指令是否合理直接影響碼頭作業(yè)效率和生產(chǎn)成本。目前，我國絕大多數(shù)內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭的標(biāo)準(zhǔn)化操作水平不高，生產(chǎn)組織模式粗放，突出表現(xiàn)為中央控制室對現(xiàn)場設(shè)備和作業(yè)的掌控不夠，對生產(chǎn)過程的控制不到位，未能有效發(fā)揮生產(chǎn)指揮中心的功能。為保障TPS順暢運行，中央控制室須掌控現(xiàn)場設(shè)備動態(tài)，分配設(shè)備作業(yè)任務(wù)，根據(jù)生產(chǎn)需要靈活地進(jìn)行設(shè)備組綁定；現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)與中央控制室工作人員密切溝通，嚴(yán)格按照中央控制室的作業(yè)指令有條不紊地作業(yè)，從而提升中央控制室對作業(yè)現(xiàn)場的控制能力。

3.5 打破裝船過程中指揮工要箱的局限性

指揮工要箱意味著工班控制作業(yè)線的作業(yè)次序，其優(yōu)點在于指揮工對船舶情況比較了解；其缺點在于指揮工了解的信息局限于船舶，而其對場地情況、其他船舶作業(yè)進(jìn)度的了解有限，無法從場地與船舶作業(yè)協(xié)調(diào)配合的全局角度來組織作業(yè)。中央控制室實現(xiàn)對船舶和場地的實時監(jiān)控后，由船舶控制員根據(jù)船舶和場地的實際情況安排橋吊作業(yè)貝位，由此逐步改變指揮工要箱的作業(yè)模式，實現(xiàn)碼頭整體作業(yè)效率最優(yōu)化。

3.6 提升碼頭作業(yè)效率

碼頭場橋司機(jī)、集卡司機(jī)、工班人員多為臨時工或外包勞務(wù)工，其業(yè)務(wù)能力參差不齊且流動性較大，碼頭生產(chǎn)作業(yè)對其依賴過大必然影響生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，不利于作業(yè)效率的持續(xù)提高。碼頭實現(xiàn)集卡智能調(diào)度后，上述人員基本不參與碼頭生產(chǎn)組織活動，其僅須按照中央控制室的作業(yè)指令做好具體工作即可，人員更替不會對碼頭生產(chǎn)造成很大影響。

4 結(jié)束語

上述集卡智能調(diào)度實現(xiàn)方案能初步實現(xiàn)集卡動態(tài)調(diào)度、集卡作業(yè)任務(wù)的均衡分配及指令傳遞的信息化，但未考慮集卡調(diào)度過程中集卡運行路徑優(yōu)化問題。在中小型內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭堆場面積有限、作業(yè)量不大的情況下，集卡運行路徑問題并不突出，對效率和成本的影響較小。隨著內(nèi)貿(mào)集裝箱碼頭規(guī)模的擴(kuò)展，可應(yīng)用全球定位系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，優(yōu)化集卡運行路徑，縮短水平運輸距離，進(jìn)一步提高碼頭作業(yè)效率，降低碼頭作業(yè)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹志偉. 集卡調(diào)度系統(tǒng)（TPS）在集裝箱碼頭上的應(yīng)用及優(yōu)化[J]. 水運管理，2003，25（12）：2-6.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2015-12-04）