一种自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法技术

本发明专利技术公开了一种自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法，提出一种以FCFS规则为基础，且考虑船箱位偏序规则的自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法，用于形成合理的岸边装船指令发送顺序。该方法在TOS发出岸边装船指令前执行，能够按照AGV到达暂存区的实际顺序发送岸边装船指令，且能够保证所发出的指令顺序总是符合船箱位偏序规则。本发明专利技术提出一个适用于各类岸边装船指令的顺序控制的数学模型，用于描述TOS对下一个AGV交接区运输指令、岸桥门架小车装船指令或者岸桥主小车装船指令的决策目标和约束；模型的求解结果，将作为TOS是否发出岸桥某一吊的某一类岸边装船指令的决策依据。

【技术实现步骤摘要】
一种自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法
本专利技术涉及一种自动化集装箱码头自动化岸边起重机和自动导引运输车的控制方法，更具体地说，涉及一种岸边装船指令顺序控制方法。
技术介绍
岸边装船指令顺序控制问题是自动化集装箱码头岸边起重机(简称岸桥)实现持续高效作业必须解决的问题。自动化集装箱码头是使用自动化设备的集装箱码头，这些设备由码头生产作业系统(TerminalOperationSystem，简称TOS，下同)完全控制，设备作业指令也由TOS直接下发。在传统的人工集装箱码头，岸桥的装船指令由码头工作人员在码头现场实时给出。由于并不存在现场工作人员，自动化集装箱码头的TOS需要程序化的岸边装船指令顺序控制方法。集装箱码头的岸桥装船总是以“吊”为作业单位。岸桥总是依次将集装箱装到船上，因此将岸桥一次装船的集装箱称为一吊。岸桥的一吊可能包含1个任意尺寸的集装箱，也可能同时包含2个20英尺的集装箱。在集装箱码头的装船流程中，岸桥每一吊的集装箱，总是先由AGV从堆场运输到岸边，然后再由岸桥装到船上。集装箱在船上的堆放位置(简称船箱位，下同)是预先确定的。出于效率和安全方面的考虑，码头会在不同的船箱位之间定义装船偏序规则(船箱位偏序规则，简称偏序规则，下同)，即装到某些船箱位的集装箱必须在装到另一些船箱位的集装箱之前(或之后)装船。受此影响，岸桥的不同装船吊之间存在偏序关系(装船吊偏序关系，简称偏序关系，下同)，某些吊必须在另一些吊之前(或之后)装船。自动化集装箱码头的装船指令是一系列岸桥指令和AGV指令的统称。对于岸桥装船的每一吊，码头都要依次发出三类指令：首先，在AGV带箱到达暂存区(在岸桥后方，参见图1)后，发出AGV交接区运输指令，让AGV从暂存区向交接区(在岸桥下方，参见图1)移动；其次，在AGV到达交接区后，发出岸桥门架小车装船指令，让岸桥门架小车将集装箱从AGV向岸桥中转平台搬运；最后，在集装箱放到中转平台后，发出岸桥主小车装船指令，让岸桥主小车将集装箱从中转平台向船上搬运。为了保证岸桥各装船吊的顺序总是符合偏序关系，码头要求，同一台岸桥的不同装船吊的任意一类装船指令的发送顺序，都必须符合偏序关系。自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制问题是一个面向局部的实时决策问题。由于码头水平运输时间无法准确预测的特点，AGV到达暂存区的实际顺序往往与面向全局的计划顺序不同。如果严格按照计划顺序发送装船指令，很可能导致某些AGV无法及时到达交接区，造成岸桥等待，使岸桥的实际作业效率偏低。为了尽量减少岸桥的等待时间，提高岸桥的实际作业效率，自动化集装箱码头的岸边装船作业指令应根据先到先服务(FirstComeFirstServe,FCFS)规则下发。然而，采用简单的FCFS规则发送岸边装船指令时，无法保证不同吊的同一类装船指令的发送顺序始终符合偏序关系，因此自动化集装箱码头的岸边装船指令顺序需要合适的控制方法。在现有文献中，并不能找到合适的自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法。现有文献专注于研究面向全局的集装箱码头岸桥计划顺序优化问题，问题的目标是优化全局计划顺序，对局部装船顺序的控制问题并不适用。
技术实现思路
针对现有技术中不存在自动化集装箱码头岸边装船指令顺序控制方法的问题，本专利技术的目的是提供一种岸边装船指令顺序控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种岸边装船指令顺序控制方法，包括：步骤0，设定船箱位偏序规则；步骤1，获取装船吊的总数I和偏序关系矩阵，确定需要发出的岸边装船指令的类型m；步骤2，获取各装船吊的第m类岸边装船指令的可发送状态和已发送状态的值，以及各吊进入可发送状态的顺序；步骤3，取出各装船吊的处于可发送状态的m类岸边装船指令形成集合；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤4；步骤4，计算集合中各指令的dmi值，并删去集合中dmi>0的所有指令；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤5；步骤5，从集合中选出最早进入可装船状态的岸边装船指令，并将该指令发到对应的设备，流程结束。其中，I表示装船吊总数，编号为i和i'，1≤i,i'≤I；dmi表示当前发出第i吊的第m类岸边装船指令是否会违反装船吊偏序关系的整数变量。进一步地，所述船箱位偏序规则包括：如果船箱位A在船箱位B的正下方，且两个船箱位相邻，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船；如果船箱位A和B都在甲板上方且相邻，同时船箱位A更靠近海侧，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船。进一步地，所述船箱位偏序规则还包括：如果船箱位A在船箱位B的正下方，且两个箱位的层数差超出一定范围，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船；如果船箱位A的海侧不存在相邻船箱位，且与船箱位B海侧相邻的船箱位正好在船箱位A的正下方，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船。进一步地，所述控制模型的目标函数为：其中，Smii'表示第i吊的第m类岸边装船指令进入可发送状态的顺序；xmi表示当前是否发出第i吊的第m类岸边装船指令的0-1变量。进一步地，对于任意吊的任意一类岸边装船指令，其至多处于“可发送”和“已发送”这两种状态中的一种。进一步地，对于任意吊的任意一类岸边装船指令，在可发送或已发送状态下，其进入可发送状态的顺序总是唯一确定的。进一步地，对于第i吊的第m类装船作业指令，若存在另一不处于已发送状态的同类装船作业指令，且另一指令所属的吊应在第i吊之前装船，则因变量dmi的值大于0。进一步地，只有在第i吊的第m类岸边装船指令处于可发送状态、且发送该指令不会违反装船吊偏序关系时，才能发送该指令。进一步地，当前发出的各类岸边装船指令，总数均不超过1个。在上述技术方案中，本专利技术设计了全新的岸边装船指令顺序控制方法，用于指导码头岸边装船指令的生成顺序。附图说明图1是自动化集装箱码头岸边的布局平面示意图；图2是自动化集装箱码头岸边的设备示意图；图3是船上同倍的船箱位示意图；图4是本专利技术方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步说明本专利技术的技术方案。自动化集装箱码头的岸边布局如图1所示。图中的双划线表示岸线1，虚线表示岸桥的大车轨道2，点划线则表示自动导引运输车(AGV，AutomatedGuidedVehicle)在岸边的行车线3。图1中两个相互重叠的粗线方框表示岸桥4，能够在大车轨道上沿岸线方向移动。图1中自动导引运输车(AGV，AutomatedGuidedVehicle)行车线上的横向细线方框表示自动导引运输车(AGV，AutomatedGuidedVehicle)与岸桥的交接区5，能够在行车线上沿岸线方向移动，且其在岸线上的水平位置总是与岸桥保持一致。图1中最下方的竖向细线方框表示自动导引运输车(AGV，AutomatedGuidedVehicle)在岸边的暂存区6，这些区域的位置是固定的。自动化集装箱码头的岸边主要作业设备如图2所示。图2中以双线表示岸线，以粗实线表示双小车岸桥。图2中的细实线表示水平面，两个细实线方框则表示两台自动导引运输车AGV。图2中靠左的AGV停在AGV暂存区，其车身方向与岸线垂直；靠右的AGV停在AGV交接区，正好在岸桥大梁下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岸边装船指令顺序控制方法，其特征在于，包括：步骤0，设定船箱位偏序规则；步骤1，获取装船吊的总数I和偏序关系矩阵，确定需要发出的岸边装船指令的类型m；步骤2，获取各吊的第m类岸边装船指令的可发送状态和已发送状态的值，以及各吊进入可发送状态的顺序；步骤3，取出各装船吊的处于可发送状态的m类岸边装船指令形成集合；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤4；步骤4，计算集合中各指令的dmi值，并删去集合中dmi>0的所有指令；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤5；步骤5，从集合中选出最早进入可装船状态的岸边装船指令，并将该指令发到对应的设备，流程结束；其中，I表示装船吊的总数，编号为i和i'，1≤i,i'≤I；dmi表示当前发出第i吊发出第m类岸边装船指令是否会违反装船吊偏序关系的整数变量。

【技术特征摘要】
1.一种岸边装船指令顺序控制方法，其特征在于，包括：步骤0，设定船箱位偏序规则；步骤1，获取装船吊的总数I和偏序关系矩阵，确定需要发出的岸边装船指令的类型m；步骤2，获取各吊的第m类岸边装船指令的可发送状态和已发送状态的值，以及各吊进入可发送状态的顺序；步骤3，取出各装船吊的处于可发送状态的m类岸边装船指令形成集合；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤4；步骤4，计算集合中各指令的dmi值，并删去集合中dmi>0的所有指令；如果此时集合为空，则流程结束；否则，转到步骤5；步骤5，从集合中选出最早进入可装船状态的岸边装船指令，并将该指令发到对应的设备，流程结束；其中，I表示装船吊的总数，编号为i和i'，1≤i,i'≤I；dmi表示当前发出第i吊发出第m类岸边装船指令是否会违反装船吊偏序关系的整数变量。2.如权利要求1所述的岸边装船指令顺序控制方法，其特征在于，所述船箱位偏序规则包括：如果船箱位A在船箱位B的正下方，且两个船箱位相邻，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船；如果船箱位A和B都在甲板上方且相邻，同时船箱位A更靠近海侧，则装到船箱位A的集装箱必须在装到船箱位B的集装箱之前装船。3.如权利要求2所述的岸边装船指令顺序控制方法，其特征在于，所述船箱位偏序规则还包括：如果船箱位A在船箱位B的正下方，且两个箱位的层数差超出一定范围，则装...

【专利技术属性】
技术研发人员：章学民，张锦阳，肖延松，边志成，
申请(专利权)人：上海振华重工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31