一、背景
- 随着全球贸易发展，集装箱码头在进出口贸易中的地位日益重要。
- 集装箱码头作为海陆货物中转与装卸枢纽，由水域和陆域两部分组成。
- 中国港口吞吐量持续增长，码头发展模式已从规模扩张转向服务质量与运营效率的提升。
- 传统人工搬运方式存在成本高、效率低及安全性差等问题。
- 为提升效率，以 AGV 为代表的自动化装卸设备逐渐成为发展趋势。
AGV 的技术特点
- 先进性：全自动、智能、高效、准确。
- 可靠性：支持数字化信息交换，具备后台数据库支持。
- 兼容性：易于与其他系统集成、重组或扩展。
- 独特性：可在复杂环境下作业，如钻入集装箱下方托举。
- 安全性：系统受控，具备避碰、交通管理等功能。
早期 AGV 应用受限原因
- 导引技术有限，如电磁导引不适合大范围露天环境。
- 系统控制与通讯技术尚不成熟。
- 工程经验不足，设计能力有限。
- 障碍物探测、高能电池等相关技术尚未完善。
二、国内外研究现状
- AGV 在自动化码头中逐渐替代传统集卡，成为主要水平运输工具。
- 国外研究重点在于 AGV 调度系统，优化路径、时间及数量等：
- Hans Otto 等：最优路径与堆场箱位安排。
- QIU 等：启发式算法求解调度问题。
- Kim & Bae：最小化延误与运行时间。
- Vis：带时间窗的动态调度模型。
- Bish 等：集卡分配数量与匹配问题。
- 国内研究较少，主要集中在集卡调度优化：
- 邱跃龙：基于 Petri 网的 AGV 调度建模。
- 康志敏：无效时间最短模型与遗传算法。
- 潘常虹、高玮、周强等：多种调度模型与算法研究。
三、集装箱码头 AGV 运输系统
3.1 码头布置形式
- 必须满足水深、岸线、堆场面积、机械设备、集疏运系统、管理人员及信息手段等条件。
- 平面布局包括：码头前沿、前方堆场、后方堆场、大门、控制塔等。
3.2 码头装卸机械
- 前沿装卸设备：岸桥，效率 20-35 TEU/h。
- 水平运输设备：跨运车、牵引车、AGV。
- AGV 特点：无人驾驶、自动导航、准确定位、路径优化、安全避碰。
- 堆场作业机械：龙门起重机（轨道式、轮胎式）、叉车、正面吊等。
3.3 AGV 运输系统组成及特点
组成
- 码头前沿水平运输系统
- 堆场水平运输系统
- 进/出闸口水平运输系统
工作流程
- PCS（过程控制系统）调度 AGV → AGV 运行至岸桥下 → 传感器感知位置 → 完成装卸 → 自动化运输至堆场。
特点
- 自动化程度高：与岸桥、ARMG/ARTG 等协调工作。
- 灵活性强：适应装卸量不平衡、靠泊时间不确定等情况。
- 安全性高：避碰、交通控制、GIS 定位等技术保障。
- 绿色环保：电能驱动，节能减排，成本节省 20-25%。
3.4 AGV 调度系统
调度原理
- PCS 通过无线电控制 AGV，规划路径、设置装卸点，循环执行任务。
- 岸桥、ASC 等设备与 AGV 协同作业，通过传感器实现精准定位。
调度原则
- 等待时间最短
- AGV 配置数量最少
- 成本最小
- 路线最短
影响因素
- 泊位分配、岸桥作业模式、装卸顺序、堆场计划等。
四、AGV 面临的问题
4.1 技术问题
- 激光导引：视野受限。
- 电磁导引：不适用于大范围露天。
- 视觉导引：技术尚不成熟。
- 惯性导引：需布置校正块。
- 点导引：需解决定位与高速行驶问题。
- 直接导引：有待验证。
- 复合导引：结构复杂。
4.2 工艺问题
- 车架刚度、驱动与悬挂系统设计难。
- 大功率驱动、伺服系统、电池等缺乏成熟产品。
4.3 环境问题
- 露天环境恶劣（风吹日晒、雨雪）。
- 管理规范性、调度科学性要求高。
4.4 经济问题
- 技术含量高，前期投入大，国外应用仍有限。
五、总结
- 国外港口已开始应用 AGV 实现自动化，值得借鉴。
- 结合传统设备与 AGV 系统，系统集成可提升自动化优势。
- AGV 虽前期投入大，但可减少设备种类与人力，降低运行维护成本。
- 可移动组合站台（支座墩子）成本低，集装箱不落地。
- 减少抓举吊装次数，缩短作业时间，提高可靠性。
- 改善作业环境，提高安全性与劳动生产率，提升企业形象与竞争力。