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图 6 使用 10 个 QC 的第二种情况的模拟结果
表 1 水平运输系统与情况的比较
用于分析 C-AGV 和 AGV 的附加模拟实验
还有一些其他问题，例如对各种水平输送系统的运行成本进行比较，并选择 AGV 的分派方法。 为了分析这些问题，建立了一个模拟模型。 该系统模型模拟了一个自动化集装箱码头，对为一艘船服务的 C-AGV 和 AGV 进行了比较。 我们集中于对涉及 QC 和 AGV 的操作进行建模，它们负责将集装箱或载货架上的集装箱在码头和货堆之间转移。 执行一个输送移动所需的时间（包括不带集装箱的返回以及装载和卸载的时间）称为“AGV 循环时间”。 货堆位于堆场中的不同区域，因此与 QC 的距离各不相同，从而需要不同的输送时间。 我们是通过让每次输送都具有一个随机的 AGV 循环时间来建立此模型的。 我们还考虑到通过 QC 从船上卸载集装箱和将集装箱装载到船上所需的时间（称为集装箱搬运时间）。
表 2 中列出了两种 AGV 系统的技术规格。
表 2： AGV 系统的技术规格
用于对系统进行评估和比较的性能标准：
• 服务时间： 完成船只的装货/卸货所需的时间，在航运业中也称为“周转时间”(turn-around time)。
• 利用率： 到达时间/服务时间（到达时间 + 空闲时间）。服务时间是一台集装箱码头设备投入工作的时间（例如将集装箱从 QC 移动到货堆上），而空闲时间是该设备不工作的时间。 记录下以下集装箱码头设备的利用率： QC、AGV 和载货架。
• 吞吐量： 以下设备的服务时间内所处理的平均集装箱数： QC、AGV 和载货架。
• 总成本： 为一艘船服务的设备的成本以下列方式计算（OPEX = 单位集装箱码头设备的运行成本）：
– QC 成本： QC 数 x QC 的 OPEX x 服务时间。
– AGV 成本： AGV 数 x AGV 的 OPEX x 服务时间。
– 载货架成本： 载货架数 x 载货架的 OPEX x 服务时间。
– 总成本： QC 成本 +AGV 成本 + 载货架成本
实际情况设置基于由工业伙伴所提供的数据。 来自模拟的结果基于平均值，它们需要进行一定数量的模拟试验以获得有效评估。 模拟中使用的循环时间是从以前的分析确定的，在以前的分析中，对货堆距离和 AGV 的最大速度进行了测试。 我们使用一种近似方法计算出，100 次运行就足够了。 在模拟实验中，我们使用表 3 中的设置以为一艘船服务。
表 3： 在模拟器中针对一艘船使用的实验设置
使用的是一艘“平均船只”，要从它上面卸载或向上面装载 493 个集装箱。 从运营商提供的信息可知，服务于船只的 QC 数为 3 个。 AGV 具有 3 到 5 分钟之间的随机行进循环时间。 C-AGV 的循环时间包括提升载货架、将它从一个 QC 输送到一个货堆、分离载货架然后带着空载货架返回到 QC 的时间（或反方向的循环时间）。 AGV 循环时间与 C-AGV 相似，但没有提升时间和输送载货架的时间。
所进行的实验是为了对为 3 个 QC 服务的码头资源的各种组合进行评估。 船只服务时间结果表明，当 3 个或更多 C-AGV 中的每个带有两个或更多载货架而工作时，服务时间接近于它的最小值，QC 的能力成为瓶颈。 当被分配一个载货架时，AGV 系统的船只服务时间结果与 C-AGV 相似。 当两个或更多 C-AGV 被分配有两个或更多载货架时，平均船只服务时间似乎要短一些（5.13 小时）。 在使用 5 个载货架和 4 或 5 个 C-AGV 时，船只服务时间最短，为 4.10 小时。 在使用 5 个载货架时再使用一个附加的 C-AGV 似乎不会影响船只服务时间。
载货架和 AGV 数量的增加为输送集装箱增加了额外能力。 载货架所提供的额外能力可使 C-AGV 将一个载货架上数目在 1-4 TEU 之间的集装箱负荷分离，并去拾取另外一个载货架。 这种操作可帮助缩短 QC 的空闲时间，使它们更加有效率。 这样，从上面的结果可以得出结论，引入一定数目的 C-AGV 和载货架是十分有用的，它们保持了整个模拟实验中的起重机生产效率。 由于起重机的运行成本高于 AGV 的运行成本，因此这些结果可帮助集装箱码头管理人员来决定将多少起重机、C-AGV 或 AGV 及载货架分配给一艘船只。
表 4 中提供了使用三种类型集装箱码头设备的总运行成本。 在下面的计算中所假设的每小时运行成本包括折旧、维护、劳动力和燃料成本：
• QC： 130 美元/小时
• AGV： 6 美元/小时
• C-AGV： 8.5 美元/小时
• 载货架： 0.07 美元/小时
表 4： 码头设备总运行成本（以美元为单位）
随着更多 AGV 的使用，两种 AGV 系统的运行成本将会增加。 但是，随着在每个 C-AGV 上部署更多的载货架，C-AGV 的运行成本将会降低。 这里存在着一个折衷，即附加的载货架会增加与载货架相关的运行成本，因此需要考虑总的成本。
表 5：为一艘船只服务的总运行成本（美元）
在表 5 中的总运行成本比较中，AGV 和载货架的添加会使成本降低，直到使用 3 个 C-AGV 和 3 个载货架时。 再另外添加设备，总成本就会增加，即所赢得的时间不会补偿产生的额外成本。 在所研究的情况中，对集装箱码头设备进行分配的一个可能选择是使用 3 个 C-AGV，每个 C-AGV 带有 3 个载货架。
小结
基于载货架的系统 (C-AGV) 具有一些优点，因为它为集装箱码头管理人员提供了保持码头起重机 (QC) 持续卸货/装货而不必等待输送设备可以利用的一种适宜方法。 QC 的等待时间变短，因此它们获得了更高的利用率。 来自原型 C-AGV 模拟器的初步结果提供了一些有趣的观察结果，它们对于确定分配给一艘船只以提供服务的设备数目十分有用。 所进行的模拟实验还指出，在服务时间与购买和运行设备的成本之间存在着一种折衷。