（管理科学与工程专业论文）我国集装箱码头自动化堆场中装卸设备选型问题探讨.pdf

摘要 为适应集装箱吞吐量快速增长的需要和集装箱船舶大型化的趋势， 世界主要 集装箱枢纽港都在加紧建设一批大型集装箱码头，在这些新建或在建的码头中， 相继出现了一种具有现代化模式的装卸工艺方式自 动化码头。 由于它能够为 码头带来更高的作业效率， 同时又能把人为事故降到最低， 所以近年来有越来越 多的港口 码头实施或准备实施自 动化码头。 2 0 0 3年初，上海港外高桥二期码头决定新建一个空箱自 动化堆场，这将是 我国集装箱码头的第一个自 动化堆场。它不仅创新了国内码头的装卸工艺形式， 还将指导着今后国内集装箱码头自 动化的方向。 对堆场实施自 动化， 属于全新工作， 需要解决诸多问题， 其中一个很重要的 内容就是如何选好自 动化的装卸设备。 在已经能实现自 动化的堆场设备中， 轮胎 吊在国内虽然有长期、丰富的人工使用经验，但目 前自 动化效果并不是很理想; 而对于实施较为成功的轨道吊和高架桥吊， 国内却无一采用， 对它们的判别只能 依靠国外码头的成功经验。 针对这一情况， 本文选用多层次模糊综合评价的方法， 得出了适合我国集装箱码头自 动化堆场设备选型的数学模型。 文章从介绍自 动化堆场的定义开始， 以国外自 动化集装箱码头为例说明堆场 实施自 动化的因素所在， 同时对比我国现阶段集装箱码头的实际情况， 指出自 动 化的发展前景。 接下来着重介绍自 动化堆场中的 装卸设备类型以 及自 动化技术在 设备上的应用， 从而分析得出影响自动化堆场中装卸设备选型的因素。 在此基础 上， 运用多层次模糊综合评价法， 总结出我国集装箱码头自 动化堆场中装卸设备 选型的数学模型，并通过 ma t l a b编程实现了模型及其评价指标的灵敏度分析。 最后以上海港外二期空箱自动化堆场为实例， 说明多层次模糊综合评价模型在实 际生产中的 应用。 经实践证明， 本模型所选用的设备类型与上海港外二期自 动化 堆场最终选择的设备类型一致， 而且界面化的模型也得到了有关专家和工作人员 的认可，它将对今后国内 其它自 动化堆场的设备选型提供必要的决策支持。 关键词:自 动化堆场，设备选型，多层次模糊综合评价，灵敏度分析 ab s t r a c t t o a d a p t t o t h e s h a r p ly g r o w in g n e e d o f c o n t a in e r t h r o u g h p u t a n d t r e n d o f c o n t a in e r v e s s e ls b e c o m in g b ig g e r a n d b ig g e r , le a d in g c o n t a in e r p o r ts in t h e w o r ld a r e a l l s t r e n u o u s ly b u ild in g a s e t o f la r g e c o n t a in e r t e r m in a ls . i n t h e s e n e w ly - b u i lt t e r m in a ls o r o n e s o f b e in g b u ilt , a n e w m o d e r n h a n d lin g t e c h n o lo g y a p p e a r s o n e a ft e r t h e o t h e r , t h a t is a u t o m a t e d t e r min a l . b e c a u s e it c a n b r i n g m o r e e ff ic ie n t w o r k i n g r a t e a n d lo w e r m a n - c a u s e d a c c id e n t s t o t h e m in im u m , r e c e n t y e a r s m o r e a n d m o r e t e r m in a ls h a v e a lr e a d y c o n s t r u c t e d o r a r e g o in g t o c o n s t r u c t a u t o ma t e d t e r mi n a l . i n t h e b e g in n in g o f 2 0 0 3 , t h e s e c o n d p h a s e o f wa ig a o g ia o t e r m in a l in s h a n g h a i p o rt d e t e r m in e d t o c o n s t r u c t a a u t o m a t e d y a r d o f e mp t y c o n t a in e r , a n d t h is w il l b e t h e f ir s t a u t o m a t e d y a r d in o u r c o u n t ry . it w il l n o t o n ly in n o v a t e t h e h a n d l in g t e c h n o lo g y o f in la n d t e r m i n a ls , b u t a ls o d ir e c t a u t o m a t iz a t io n o f t h e c o n t a i n e r t e r mi n a l f o r t h e f u t u r e . it s a n e w j o b t o c o n s t r u c t a u t o m a t e d y a r d , a n d t h e r e a r e m a n y t h in g s t o s o lv e , o n e is h o w t o s e le c t a u t o m a t e d h a n d lin g e q u ip m e n t s . in e q u ip m e n t s o f h a v in g b e e n a u t o m a t e d , r t g h a s b e e n u s e d in o u r t e r m in a ls f o r a lo n g t im e a n d w o r k e r s h a v e m a s t e r e d m u c h e x p e r ie n c e a b o u t it , b u t t h e e ff e c t o f a u t o m a t iz a t io n is n o t id e a l ; f o r r m g a n d h d c , a lt h o u g h t h e ir a u t o m a t iz a t io n e f f e c t s a r e g o o d , t h e y h a v e n o t b e e n u s e d in o u r c o u n t ry, j u d g in g t h e m o n ly b y e x p e r ie n c e o f o v e r s e a s t e r m in a l s . t o s o lv e t h is q u e s t i o n , t h is p a p e r s e l e c t m u lt i - le v e l f u z z y s y n t h e t ic a l e v a lu a t io n t o c o n c lu d e m a t h e m a t ic m o d e l o f s e le c t in g a d a p t e d h a n d l in g e q u i p m e n t f o r t h e a u t o m a t e d y a r d o f o u r c o n t a in e r t e r mi n a l s . f i r s t ly in t r o d u c e t h e d e f in it io n o f t h e a u t o m a t e d c o n t a in e r y a r d , illu m in a t e f a c t o r s o f c o n s t r u c t in g a u t o m a t iz a t io n w it h t h e c a s e s o f o v e r s e a s a u t o m a t e d c o n t a in e r t e r m in a ls , a n d c o m p a r e it w it h o u r c a s e s in c o n t a in e r t e r m in a ls t o p o in t o u t o u r p r o s p e c t o f a u t o m a t iz a t io n . t h e n m a in ly i n t r o d u c e t h e t y p e s o f h a n d l in g e q u ip m e n t s in a u t o m a t e d y a r d a n d t h e a p p lic a t io n s o f a u t o m a t e d t e c h n o lo g y in t h e s e e q u ip m e n t s . o n t h e b a s is o f t h e s e , a p p ly t h e o ry o f m u ft i- le v e l f u z z y s y n t h e t ic a l e v a lu a t io n t o s u m u p t h e m a t h s m o d e l o f s e le c t io n o f h a n d lin g e q u ip m e n t in a u t o m a t e d y a r d i n o u r c o n t a i n e r t e r min a ls , a n d p r o g r a m w it h m a t la b t o a c h i e v e t h i s m o d e a n d a n a ly s e t h e s e n s it iv it y o f t h e e v a lu a t in g in d e x e s . f in a lly w it h t h e c a s e o f e m p t y c o n t a in e r y a r d in t h e s e c o n d p h a s e o f w a ig a o g ia o i n s h a n g h a i p o rt , ill u m i n a t e t h e a p p lic a t io n o f m u lt i - le v e l f u z z y s y n t h e t ic a l e v a lu a t io n in p r a c t ic a l p r o d u c t io n . p r o v e d b y p r a c t ic e , t h e t y p e o f e q u ip m e n t m o d e l c o n c lu d e d is t h e o n e w a ig a o g ia o f in a l ly c h o o s e d , w h a t s m o r e , w in d o w e d m o d e l is a p p r o v e d b y i n v o lv e d s p e c ia l is t s a n d w o r k e r s . it w ill g iv e o t h e r t e r m in a ls d e c is io n s u p p o rt f o r s e l e c t in g e q u ip m e n t s i n t h e f u t u r e . z h a o h o n g g u a n g ( m a n a g e m e n t s c ie n c e a n d e n g i n e e r in g ) d ir e c t e d b y m i we ij ia n k e y wo r d s : a u t o m a t e d c o n t a in e r y a r d , s e le c t i o n e q u ip m e n t , m u lt i- le v e l f u z z y s y n t h e t ic a l e v a l u a t io n , a n a ly s is o f s e n s it iv it y 丫 6 4 0 9 5 1 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文 中除了特别加以 标注和致谢的地方外， 不包含其 他人或其他机构已 经发 表或 撰写过的研究成果。 其他同志对本研究的启发和所做的贡献均己 在论文中作 了明确的声明并表示了谢意。 作者签名:， 么力日期: 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、 使用学位论文的 规定， 即: 学 校 有权 保留 送交论文复印 件， 允许论文被查阅 和借阅; 学校可以上网公 布论文的全 部或部分内容。 可以 采用影印、 缩印或其它复制手段保存论文。 保密的 论文 在解密后遵守此规定。 作 者 签 名 : 由 名 刁 导 师 签 名 : 日期 上 海海事大学硕_ 了 学位论文我国 集装箱码头自 动化堆场中装卸设备选型问 题探讨 第一章 绪论 1 . 1选题的背景和意义1 2 l 随着经济全球化和区域经济一体化进程的加快，世界贸易量以平均每年 7 - 8 %的速度增长，带动全球集装箱运输快速发展，各地集装箱码头均面临吞吐 量急剧增长的压力。 我国大陆由于经济高速增长， 集装箱吞吐量的年递增率更是 世界平均水平的3 倍强，集装箱码头的压力更大。此外，为了进一步降低运输成 本， 集装箱船舶日 趋向大型化、高速化、智能化、环保化发展，目 前的目 标是能 够装载8 0 0 0 - - 1 0 0 0 0 t e u 的大型集装箱船， 这种船只能挂靠少量的地域性的港口， 这样带来的结果是: 船舶在港口 装卸的集装箱量增加， 与此同时， 却要求船舶在 港时间保持不变， 集装箱码头为增强竞争力， 提高装卸作业效率的压力也越来越 大。 如果采用通常的方法达到提高装卸作业效率的目 标， 则需要配置更多的车辆 和堆场以保证码头前沿设备的作业效率能够充分发挥， 因此， 需要配置更多的生 产人员， 意味着运营成本大量的增加。 这些因素推动了新的自 动化运转集装箱码 头的出现， 专家预测， 为提高码头竞争力， 集装箱码头采用自动化或者半自 动化 运转系统的趋势将会进一步发展， 而且这种趋势将不仅仅局限在劳动力成本昂贵 和熟练劳动力匾乏的国家和地区，也将不仅仅局限在大型的海港码头。 尽管自 动化集装箱码头投资大， 但是由于其可以最大限度的提高码头的通过 能力， 优化码头经营和成本效益， 如果能够有效运作， 营运成本将会降低， 增加 的投资能够得到相应的补偿。 随着集装箱码头自 动化运转技术的发展以及提高竞 争力的迫切需要，集装箱码头自 动化必将成为大势所趋。 世 界 上 第 一 个自 动 化 码 头 是 鹿 特 丹港 e u r o p e c o m b in e d t e r m in a l s ( e c t ) 建 设的 d e l t a s e a l a n d 集装箱码头，于1 9 9 3 年投产，实践证明 其自 动化码头建设达到 了 预期的目 标。 在此基础上， e c 7 ， 相继于1 9 9 7 年建成了 d e l t a d e d i c a t e d e a s t ( d d e ) 自 动化集装箱码头， 2 0 0 0 年建成了 d e l t a d e d i c a t e d w e s t ( d d w)自 动化集装箱码 头。 2 0 0 1 年e c t 的通过能力为4 1 0 万t e u ，实际吞吐量达到了3 3 0 万t e u ，经济、 社会效益显著。 受集装箱运输事业发展迅猛的影响， 这些年国内各主要港口也都在不遗余力 c 海海事大学硕上学位论文我国 集装箱码头自 动化堆场中装卸设 备选型问题探讨 的加快其码头的建设，以满足日 益增长的业务需要。主要表现在: “ 九五”期间 利用外资建港，引进先进的装卸设备， 提高了集装箱码头装卸效率， 加速了 港口 专业化和现代化进程; 我国众多集装箱码头建设规模、 高效先进的设备和流转运 输效率及科学管理水平己 呈高速增长的良 性循环状态; 各港注重加强装卸设备和 装卸技术的先进性， 集装箱装卸设备逐年更新换代， 装卸工艺机械化程度逐年提 高， 设备种类和系统配套逐步完善; 港口信息化管理水平提高， 一些码头配备的 管理系统具有自动进行作业设备分派、 集装箱装卸作业顺序安排、 船舶计划和配 载、 堆场计划、车辆和集装箱跟踪等功能，且各部门之间实现了 e d i 。 但由 于我 国 长期以 来国内劳动力成本相对低廉， 集装箱码头自 动化装卸设备的开发和购置 成本较高等原因，国内至今没有自动化运转的集装箱码头。 现阶段自 动化码头主要是在水平运输和堆场装卸这两个环节上实施自 动化， 码头前沿装卸作业因为集装箱在船上的码放没有统一的标准以及装卸船过程中 船舶不是静止不动等原因， 难以做到全自 动化，目 前多数还是半自 动化水平。 水 平运输采用a g v 小车，但因其速度有限，一次投入量巨大，目前自 动化的投入产 出比并不高。 对比而言， 堆场装卸实施自 动化更为容易， 且运营效益也更为理想， 所以 对自 动化堆场成为实施自 动化码头的首选。 2 0 0 3 年， 上海港外高桥二期的领导做出了一个重要的决定把其中一块绿 地开发为一个空箱自 动化堆场， 这将成为我国第一个自动化堆场。 尽管它只是在 一个堆场中实现自 动化， 而不是整个的码头， 但毕竟说明我国的集装箱码头己经 开始走向自 动化，这对于我国的集装箱运输事业的发展是具有跨时代的意义的。 本论文题目 正是在这种背景下确定的， 其内容主要是对集装箱码头自 动化堆场建 设中遇到的一个问题装卸设备选型而展开的。 通过初步研究， 力争把这一问 题论述分析清楚， 望其能对我国集装箱码头自 动化堆场的设备选型工作有一定的 参考价值。 1 .2目 前研究的现状 针对如何合理有效的选择和使用自 动化堆场中的装卸设备， 以提高堆场乃至 整个码头的作业效率，降低装卸成本， 近些年来， 无论是港口企业， 还是科研部 门， 都在积极从事这方面的研究工作， 为今后准备实施自 动化堆场提供了 诸多可 卜 海海事大学硕 卜 学位论文我国 集装箱码头自 动化堆场中 装卸设备 选型问 题探讨 贵经验。 1 .2 . 1国内外在堆场设备自 动化方面的研究现状 对于第一个自 动化集装箱码头 荷兰鹿特丹港e c t 码头来讲， 由 于其新建 时就决定实施自 动化， 在考虑了码头实际情况、当时的科技水平、 设备自 动化的 难易程度、 人力成本等因素后， 决定对水平运输环节和堆场装卸作业环节实施自 动化， 其中自动化堆场选用了轨道吊， 经过实际运营， 取得了较好的效果， 树立 了榜样。 这样欧洲的其它港口在新建自 动化码头时， 都依照e c t 码头， 选用轨道 吊 作为自 动化堆场的装卸设备。 目 前这些码头的主要精力放在了 应用最新的自 动 化技术， 以求进一步提高轨道吊的装卸效率。 几大著名企业， 如k a l m a r , m o r r i s , n o e l l 都作为技术支持帮助实现这一目 标。 相对来讲， 对自 动化堆场装卸设备的 选型工作重视不够， 只有在一些文献上简要介绍了它们自 动化堆场中设备的结构 性能、使用情况等。 而对于亚洲国家的港口 码头， 多数为普通码头， 堆场设备选型时受当时时局 影响， 选用了轮胎吊， 运行至今，效果也不错，但是需要人工操作。为此，一些 想实施自 动化的码头管理者希望能够通过技术革新，实现轮胎吊的自 动化运行。 从上世纪 9 0 年代末，一些公司开始研制全自 动轮胎吊，也在几个码头上做过试 验， 但就目 前来讲， 轮胎吊全自 动化还仅停留在试验阶段。 因此对于这些港口码 头的管理者， 如何做好今后自 动化堆场的设备选型， 这是一项实际且函待解决的 问题。 1 .2 .2文献回顾 国外码头自 动化的历史最早， 大量的文献记录了这一过程， 如参考文献中的 6 , 9 , 1 5 1 , 1 刀 记 录了自 动 化 码 头 中 不同 环 节 的 设 备 类 型， 其中 以 介绍 水 平 运输设备a g v s ( 自 动导向车) 为主。 对于堆场装卸设备， 仅是介绍了 轨道吊的 结构性能和使用情况，而对于如何实施轨道吊自 动化，基本上都没有说明。 国内的码头因为没有实施自 动化， 因此文献资料的层次也只停留在对堆场中 不同 装 卸 设 备 的 定 性描 述与比 较， 如 参 考文 献中 1 9 1 , 2 0 1 , 2 9 1 , 3 8 1 , 4 1 , 4 7 这给国内 的自 动 化堆场设备 选型工 作带 来了 一定的困 难。 l 海海事大学硕 i - 学位论文我国 集装箱码头自 动化堆场中装卸设备选型问题探讨 在设备选型的理论方法应用上， 现今能够运用的数学方法有很多， 从早期的 定性分析到如今的效用理论、 数量化理论、 不确定性理论以及最优化理论。 对于 不确定性设备选型，目 前用的最多的方法是层次分析法和模糊评价法。 很多文献 应用模糊评价模型解决了大众设备的选型问题， 但涉及港口 码头中设备选型的文 章不多， 针对自 动化堆场中装卸设备选型的文章则没有。 纵观这些文章， 虽然它 们通过模糊评价得出了最终的设备类型， 但所选评价指标仅从一般设备总体角度 考虑， 没有体现出不同环境中不同设备评价主指标的差异性， 造成指标数量繁多， 运算工程繁重， 还不易被码头管理者掌握。 而且在评价结果出来后， 没有继续深 入， 讨论评价指标的权重和评判矩阵的变动对总结果的影响， 没有把全部情况考 虑清楚，因而得出的结论具有一定的局限性。 1 3本文的主要工作 基于以上的讨论， 本文正是在前人对自 动化码头、 堆场及设备研究的基础上， 针对选型方法使用中的不足， 提出了一种解决集装箱码头自 动化堆场中装卸设备 选型的方法。 本文采用定性与定量相结合的方法。 在定性研究方面， 主要是通过对自 动化 堆场的定义， 国内外现状及发展前景的分析， 找出影响码头及堆场实施自 动化的 因素。 通过对堆场自 动化设备的介绍， 分析得出影响设备选型的因素， 并着重对 这些因素进行分析。 在定量方面， 运用多层次模糊综合评价模型， 结合上海港外二期自 动化堆场 实例， 说明此模型在港口 码头实际生产中的应用。 针对不同码头的具体情况不同， 码头所处阶段的差异，提出灵敏度概念，并通过m a t l a b软件编程实现对评价 指标权重变动以 及评判矩阵变动下的灵敏度分析。 同时为了方便该模型在港口码 头的广泛使用，本文通过m a t l a b编程实现了模型的界面化，码头管理者只需 输入数字，就能得到期望的最终结论。 除第一章为绪论外，正文还有五章，具体如下: 第二章 集装箱码头自 动化堆场定义及前景分析，首先介绍自 动化堆场的定 义， 并以国外自 动化集装箱码头为例说明堆场实施自 动化的因素所在， 同时对比 我国现阶段集装箱码头的实际情况，指出了自 动化的发展前景: 卜 海海事大学硕士学位论文我国集装箱码头自 动化堆场中装卸设备 选型问 题探讨 第三章 自 动化堆场装卸设备选型的因素分析， 先简要介绍自 动化堆场中装 卸设备的类型， 再着重从码头、 堆场、 设备本身和自 动化四个方面分析选型因素， 结合国内外码头的实际数据做具体说明。 第四章 自 动化堆场装卸设备选型的评价模型，介绍多层次模糊综合评价模 型，并指出进行评价指标权重的灵敏度分析意义所在及实现方法。 第五章以 上海港外二期空箱自 动化堆场为实例， 说明多层次模糊综合评价模 型在实际生产中的应用，并通过 ma tl a b编程实现了数学模型以及对评价指标权 重的灵敏度分析，通过分析得出结论。 第六章为结论与展望， 对全文进行总结， 着重指出自 动化堆场设备选型需要 注意的一些问题， 同时对今后自 动化堆场的发展做出展望， 并说明本文下一步的 工作方向。 卜 海海事人学硕 卜 学位论文 我国集装箱码头自 动化堆场中装卸设备选型问 题探讨 第二章 集装箱码头自 动化堆场定义及前景分析 2 . 1概述 集装箱码头， 是海上集装箱运输向内地延伸运输的衔接点和中转枢纽地， 是 对集装箱运输进行经营管理、 监管检查、 船箱代理、 货运代理和提供各种服务的 结合部， 是对集装箱及其货物进行各项生产作业的场所， 也是集装箱运输管理信 息系统的中心。 它承担着大量的集装箱及其货物的装卸、 搬运、 堆码、 存放、保 管、 装箱、 拆箱、 分理、 分拨、 修理、交接和信息传递等任务， 因此， 实现集装 箱码头作业的现代化、 高效化和信息化 便成为调节海上运输与内地运输之间关 系、 保持整个集装箱运输系统的平衡、 降低全程运输成本和获得规模经济效益的 关键。 为了实现这一目标， 现阶段行之有效的一条方法就是实现码头作业的自 动 化， 通过自 动化来提高整个码头的作业效率， 缩短船舶在港时间， 提高码头的竞 争力，这也是现今国际上的各主要港口码头正在努力的方向所在。 在集装箱码头作业流程的各环节中， 相比较而言，自 动化容易实现且效益最 好的就属堆场装卸环节了。 2 .2自 动化堆场的定义5 -18 在了解自 动化堆场以前， 有必要先对 “ 堆场” 概念做一介绍。 所谓堆场，是 指集装箱码头内， 进行集装箱装卸、 交接和堆放以及保管重箱、 空箱的场地， 是 码头的一个重要环节，由两部分组成， 前方堆场和后方堆场。 前方堆场主要是为 了加快船舶装卸的作业效率，在集装箱进港前，预先堆放要装船出口的集装箱， 卸船时， 临时堆存卸船进口 的集装箱; 后方堆场， 是指贮存和保管空、 重箱的场 地， 是码头堆场中除前方堆场以外的部分。 事实上， 后方堆场和前方堆场并没有 严格明显的分界线， 仅仅是地理位置上限堆概念， 本文所说堆场， 指的是整个堆 场，不再严格区分前后。 所谓自动化堆场，就是在一般堆场的基础上，应用自 动化作业设备以及配 套的管理和控制软件系统，形成可以部分或全部替代通常由人工完成的复杂和 1 几 海海事人学硕 卜 学位论文我国 集装箱码头自 动化堆场中 装卸设备选型间 题探讨 重复性的集装箱搬运和装卸能力，使得需要配备的堆场生产人员大量减少的集 装箱码头堆场。自 动化堆场结合当今先进的信息技术、电子技术、计算机学、 传感器技术和机器人技术等，由中控室采用智能化的堆场管理信息系统，远程 遥控堆场装卸机械，以装卸集装箱。此种堆场的最终目 标就是要实现作业区无 人化、自动化和高效化。平面布局如图1 - 1 所示: 自 动 化 堆 场 图 1 - 1自动化堆场平面示意图 发展自 动化堆场甚至是自 动化码头的目的是什么?它的意义何在?正确的 回答是创造更多的财富。 它更为安全， 而不止是为了 减少人。 它将最大限度的提 高堆场和码头的作业效率， 减少人为差错， 缩短船舶在港停留时间， 加大港口码 头的通过能力和服务水平， 最大限度的保障工人的安全和降低运营成本， 为港口 带来新的效益。 而且建设自 动化堆场和码头， 可以很好的展示港口自 身的开拓精 神， 带来良 好的广告效益， 树立港口的光辉形象， 这又无疑为港口增添了一笔无 形资产。 各国的决策者们认为， 当今的装卸自 动化、 管理信息化已 成为影响港口 装卸效率和通过能力的两大因素。 正是鉴于此， 国外一些大的港口从上个世纪八 十年代就开始着手建设它们的自 动化码头和堆场， 下面一节介绍的就是国外著名 的自 动化集装箱码头及堆场的发展历程。 海海事大学硕士学位论文 我国集装箱码头自动化堆场中装卸设备选型问题探讨 2 3 国外自动化码头及堆场的现状【2 3 4 1 早在上个世纪八十年代中期，在劳动力成本昂贵和熟练劳动力匮乏的地区， 自动化运转集装箱码头首先受到关注，英国泰晤士港、日本川崎港以及荷兰鹿特 丹港均规划建设自动化运转的集装箱码头。泰晤士港和川崎港自动化码头均计划 采用分阶段建设的方法实施，但是由于后续的自动化设备开发的财务资助发生变 化而搁浅，鹿特丹港e u r o p ec o m b i n e dt e r m i n a l s ( e c t ) 的建设则按照计划进行， 其d e l a t as e a l a n d 集装箱码头作为世界上第一个自动化运转集装箱码头于1 9 9 3 年 投产。它成功实现了码头上水平运输和堆场装卸的无人操作( 岸边桥式起重机上 有一名司机) ，虽然有缺点，但这是集装箱码头发展史上了不起的飞跃。德国汉 堡港a l t e n w e r d e r 码头，作为第二代全自动码头的杰出代表之一，由h h l a 码头公 司于2 0 0 2 年开始运营，它的堆场双小车轨道式起重机等等创造性的创新，为完善 全自动化码头做出了很大的贡献。现在荷兰e u r o m a x 正在准备建造新的全自动 码头，它又有创新，应该算是第三代全自动集装箱码头了。为了让读者更好了解 自动化码头和堆场的发展历程，本节将对第一个自动化集装箱码头e c 噍装箱码 头和第二代自动化集装箱码头的典型代表德国汉堡港a l t e n w e r d e r 码头做详细介 绍，新加坡港p a s i rp a n j a n g 码头的自动化堆场因为有其独特之处，不同于欧洲， 故也对其作简要介绍。 2 3 。l 鹿特丹港e c t 自动化集装箱码头 鹿特丹港是欧洲最大的港口，在以港口物流为国家基干产业的荷兰，鹿特丹 港对国家经济的影响极大，直接或间接的贡献占该国g d p 的1 0 左右。 欧洲联合码头e u r o p ec o m b i n e dt e r m i n a l s ( e c t ) 位于m a s s 河口的m a a s v l a k e 地区，始建于1 9 6 6 年，码头平面图如图1 2 所示。 整个码头由三部分组成，d e l t as e a l a n d 集装箱码头，1 9 9 3 年投产，是世界上 第一个自动化码头。在此基础上， ：1 9 9 7 年建成并投产d e i t ad e d i c a t e de a s t ( d d e ) 自动化集装箱码头，2 0 0 0 年建成d e l t ad e d i c a t e dw e s t ( d d w ) 自动化集装箱码头。 2 0 0 1 年，e c td e l t a 集装箱码头占地2 8 0 公顷，岸线长3 4 k m ，码头水深达 1 6 6 m ，设计通过能力4 1 0 万t e u 。其对码头配置的设备包括：2 5 台岸边集装箱起 重机：5 2 台跨运车；2 0 台码头牵引车：4 8 台多底盘列车牵引车；儿8 列多底盘列 e 海海事人学硕士学位论文我囝集i 璺坠垦垫些堡望! 鳖塑堡墨垄型塑望堡塑 图1 2d e l t a 集装箱码头平面布置示意图 i d d t a 嬲扯糙k 码头堆筠 2 d d ms e 山珏d 码头堆场 3 。d d e 码头壤场4 d d w 码头堆场5 集装箱进出码 头通道6 岸边集装箱起整机 车：9 台集装箱正面吊；1 8 7 台a g v ( 自动导向车) ：9 2 台a s c ( 自动堆码起重机) ， 2 4 1 8 个冷藏箱插座。 码头前沿采用岸边集装箱起重机进行船舶装卸作业，需要司机进行操作，可 以进行半自动化作业。码头前沿与集装箱堆场问的水平运输由a g v 完成，a g v 的工作由码头中央控制室生产过程控制系统( p c s ) 进行管理和控制，实现了完 全自动化。集装箱堆场采用k a r m a t 公司开发的堆l 过2 型、可跨6 列集装箱、额定 起重量为5 0 t 的a s c 。沿与码头岸线垂直的方向布置堆垛，每个堆垛有6 列1 5 行集 装箱堆存箱位，共布置了2 5 个堆垛，长约1 0 0 m ，每个堆垛使用1 台a s c 。a s c 的 工作也是由码头中央控制室的p c s 进行管理和控制，实现了完全自动化。 自动化堆场的作业流程是：外部提箱和送箱卡车的装卸作业在码头靠近大门 出的卡车装卸场进行，由p c s 管理和控制相应的a s c 将所提目标集装箱由堆场取 出，并运送到设在堆场陆侧端的集装箱换装点，再由人工操作的跨运车将集装箱 运到卡车装卸场装上外部提箱卡车；外部送箱卡车所送的集装箱，也是在卡车装 卸场由人工操作的跨运车卸下并送到堆场陆侧端的集装箱换装点，再由相应的 a s c 按照p c s 的管理和控制要求送入堆场相应的位置。 d e l t as e a l a n d 自动化堆场的a s c 由于为堆1 过2 型，为便于其操作集装箱，堆 场每行上6 排只能在左右两端各2 排上堆放2 层箱，中间2 排上只能堆放1 层箱，集 装箱堆场单位的堆存能力很低。 d d e 自动化集装箱码头是在总结d e l t as e a l a n d 码头发展的经验教训基础上， 9 海巍事夫学硕j ：学位论文我国集装箱码头自动化堆扬中装卸设每垄型坚壁篓! 寸 堆场采用可堆3 层集装箱跨6 列的a s c ，且运行速度也提高t 5 0 ，其上配置的p l c 使a s c 能够根据码头中央控制室的详细功能指导完成一系列的任务。码头运行初 期几乎没有什么问题，但是进行了不少的努力，才将设备能力和软件性能协调起 来，主要问题是软件性能难以适应较高的堆存密度以及设备的快速运行导致电子 资料交换大量增加。最后达到了预想的码头性能指标：每台岸桥昼夜作业6 0 0 个 集装箱，外部集装箱卡车在港时间缩短到令用户满意的2 0 分钟。 在d e l t as e a l a n d 和d d e 自动化集装箱码头达到年吞吐量5 0 万1 1 时，码头扩 建到相邻的d d w ，它的堆场采用的a s c 适应堆4 层的集装箱，但是由于沿用的基 本管理软件不能适应翻倒箱操作，额外增加的堆存能力不能得到应用。故对基本 管理软件进行局部程序修改，最终成功解决了这一难题。2 0 0 1 年e c t 的通过能力 为4 1 0 万t e u ，实际吞吐量达到了3 3 0 万t e u 。 2 3 2 德国汉堡港a l t e n w e r d e r 动化集装箱码头 德国汉堡港a l t e n w e r d e r 集：装箱码头建设始于1 9 9 9 年，分两期建设，将于2 0 0 4 年中期全部建成并投入使用。为适应稳定提高大型船舶的作业效率和服务水平、 减少人力资源成本、提高码头竞争力的需要，并考虑到集装箱码头自动化设备及 控制软件的发展趋势，i - 1 h l a 决定采用当前最先进的自动化集装箱作业设备，实 现码头的自动化运转。 a h e n w e r d e r 集装箱码头平面布置示意图如图1 3 所示。码头占地总面积2 2 5 万m 2 ，沿与码头岸线垂直的方向布置堆垛，共设置2 2 个堆垛，堆高4 层，堆存能 力为3 0 万t e u ，岸线长约1 4 0 0 m ，布置4 个泊位，设计年通过能力1 9 0 万t e u 。码 头水域水深达1 6 5 m ，航道已浚深至1 1 5 m ，适应靠泊当前最大的集装箱船。到2 0 0 3 年底码头配各的设备包括：1 4 台购i 刍z p m c 的陆侧小车作业完全自动化的大型双 小车式岸边集装箱起重机，6 0 台速度达2 1 k m h 的a g v ，堆场采用2 2 台全自动轨 道式龙门起重机，起重量4 2 t 、吊具下起升高度1 5 5 m ，轨距分别为4 0 m 和3 1 m ， 大小轨距成对使用，每个堆垛布置一对，彼此可以相互穿越运行，此外还配有3 台龙门起重机和多台叉车，作为辅助和备用。提箱和送箱的集装箱卡车将通过一 条4 车道7 5 m _ l f x ：的道路直接进入相应的堆垛处进行装卸作业。堆场示意图和全自 动轨道式龙门起重机示意图如图1 4 所示。 1 0 上海海事大学硕 学位论义我国集装箱码头自动化堆场中装卸设备选型问题探讨 图1 - 3 a l t e n w e r d e r 集装箱码头平面布置示意图 1 码头办公以及集装糖进、出口检蠢区2 壤插区3 各类仓库4 火车作业区5 。空麓堆辅及集装箱的缍 惨清理服务区 图1 - 4 汉堡 丧a l t 蚰w e r d e r 集装箱码头堆场装卸工艺示意图 2 3 3 新加坡港p a s i rp a n j a n g 自动化集装箱码头 p a s i r p a n j a n g 码头作为新加坡港口局“新一代港口”，于1 9 9 8 年正式投产运 卜海海事人学硕j 学位论文我国集装箱码头自动化堆场中装卸设籍选型问题探讨 营，现年通过能力为7 5 2 - t e u 泊位，目标是1 0 0 万t e u 泊位。该码头占地8 4 公顷， 水深1 5 m ，有6 个主要泊位，堆场箱数为1 4 2 6 0 个，其中包括6 4 8 个冷藏箱。码头设 备包括：2 2 台岸边集装箱起重机，4 4 台高架桥式龙门起重机，1 5 台轨道式龙门起 重机，水平运输采用集卡。 重点说明的是该码头空箱堆场所采用的高架桥式起重机，它将门腿做成固定 的混凝土门腿，上面铺设轨道，轨道距地面2 8 m ，可堆存空箱9 层高，跨1 0 个集装 箱。这种布置方式降低了起重机的成本，且增加了稳定性和安全性，迄今为止取 得了很好的效果，被公认为是现今高效的堆场装卸方式。图卜5 显示了这种堆场 作业方式。 图1 - 5 新加坡港p a s i rp a n j a n g 集装箱码头堆场装卸工艺示意图 2 4 码头及堆场实施自动化的因素分析【6 1 随着经济全球化和区域经济体化进程的加快，世界贸易量急剧增长，带动 全球集装箱运输快速发展。船公司为了竞争需要，纷纷采用大型运输船舶并加速 船舶周转，以降低集装箱运输成本。这样，作为全球大循环物流供应链的一个重 1 2 上海海事大学硕士学位论文 我国集装箱码头自动化堆场中装卸设备选型问题探讨 要组成部分，集装箱码头的高效运作就显得更加的重要，努力提高码头的装卸效 率和通过能力也就尤为重要。 现阶段，作为普通码头，采用成熟的装卸工艺，每个泊位的年吞吐量大约在 2 0 3 0 万t e u ，最高能够达到7 0 万t e u 。而实施了自动化的码头，虽然说如今只还 处在自动化的初级阶段，但是由于减少了人为差错、采用高新技术等原因，一般 的泊位年吞吐量是3 0 4 5 万t e u ，最好的已达到7 5 万t e u ，通过比较就能够得出港 口码头今后的发展方向。而且自动化码头可以最大限度的消除人员安全隐患，可 以很好的展示港口自身的开拓精神和科技水平，带来良好的广告效益。树立港口 的光辉形象，这又无疑为港口增添了一笔无形资产，所以现今世界各主要大港都 在致力于发展自己的自动化码头。 集装箱码头设备主要包括码头前沿船舶装卸设备、码头内集装箱水平运输设 备以及堆场装卸作业设备三类，自动化也主要是针对这三类设备来实施。各国港 口集装箱码头可根据自身实际，有选择的确定所需要的自动化设备，既可以整体 实施，也可以分类、分期进行。下面简要介绍各类设备的自动化现状，帮助码头 的管理者做好决策。 1 码头前沿船舶装卸设备 集装箱码头前沿进行装卸作业的主要是岸边集装箱起重机，简称桥吊。由于 以下几个原因，导致完全自动化操作的桥吊技术仍然处在探索之中。 ( 1 ) 处在船舶上的集装箱随天气条件以及港池内水流的动态变化而处于动 态变化之中，难以确定或预见其位置状态： ( 2 ) 桥吊的吊具与吊具的起升和运行控制机构之间是通过柔性的钢丝绳相 联，难以实时准确的将起升和运行控制机构控制吊具动作的信息传导到吊具上： ( 3 ) 集装箱在船上的码放没有统的标准； 所以，目前码头上对桥吊的使用主要采用人员操作为主，自动化设备为辅的 方式，自动化码头也是如此。码头前沿要达到全自动化的技术还不成熟，尚需时 日。 2 码头内集装箱水平运输设备 现世界各国己实现自动化的集装箱码头在水平运输工具的选择上采用的都 是自动导向车( a g v s ) 。伴随车载计算机的软硬件功能不断发展和完善，a g v s 能 上海海事大学硕士学位论文 我国集装箱码头自动化堆场中装卸设备选型问题探讨 够通过网络、无线或红外设备接受指令，自动导引、自动行驶、优化路线、自动 作业、自动充电、安全避碰、自动诊断，实现了智能化。由于a g v s 技术相对成熟， 而且能够全天候工作，因此在人力成本昂贵的港口码头上，它成为自动化水平运 输工具的首选。 但是对于人力资源成本廉价的国家、地区的港口集装箱码头来说，对于现阶 段是否需要对水平运输设备实施自动化，那就要根据自身情况全面衡量利与弊 了。虽然a g v s 能够全天候运行，但由于其速度相对很慢，如在e c t 自动化码头使 用的a g v s ，每小时行驶路程仅为1 4 公里d , 时，而现今最先进的a g v s ，其最高速 度也只有2 1 公里小时。而且每台a g v s 的价格也十分昂贵，从1 0 0 万人民$ n 3 0 0 万人民币不等，再考虑为了保证a g v s