自动化集装箱码头起重机的运行方法和操作装置

摘要

本发明涉及一种集装箱码头起重机的运行方法，用于借助一个具有在起重机驾驶室中的监视器的PC装载和卸载集装箱船只，其中，该运行方法借助于一个触摸屏进行，以及该运行方法允许，在预先设定起重机的目标后，全自动或部分自动地向该目标行驶。

说明书

对于集装箱码头起重机显然在几年内还不可能用自动装置代替起重机驾驶员。因此，目前集装箱码头起重机为部分自动化运行的。这种部分自动化已成功实现。

但这种起重机的装卸功能还不能满足人们的愿望，其原因在于很多起重机驾驶员操作自动化功能有困难。即迄今缺少优化地安排起重机驾驶员和自动装置共同作用的、合适的人机接口以及相应的运行方法。

迄今为止，为了操作自动装置，在起重机驾驶员座椅的控制面板上设置了很多窗口、键盘和发光提示。但是，这些简单的手段为驾驶员提供了太少的关于自动装置的运行状态、关于自动装置的下一个行驶目标、关于自动装置的故障或报警提示或者其它操作状态的信息。此外，这些简单的手段提供了太少的干预自动装置的可能性。

本发明按照下列方式解决了所述技术问题：

a)将所有操作和显示元件都基本上集中在一个触摸屏上。该触摸屏在离驾驶员座椅手可能及的范围内。去掉了迄今位于起重机驾驶员座椅控制面板上以纷杂和非标准方式分布的操作按钮、键盘和发光提示。

b)所有对自动装置的重要命令都通过按压该触摸屏上的触摸键输入。

c)所有来自自动装置的重要信息都在该触摸屏上显示出来。

d)为该触摸屏配置了一台计算机。该计算机为起重机驾驶员按人机工程学的方式准备待显示的信号。

e)同一计算机还特别为自动装置的行驶计算目标预定值。与迄今为止的解决方案不同的是，这项任务迄今由起重机控制装置完成。这造成许多不同的、非标准化的并经常有错误的工作方案。

按照人机工程学设计的触摸屏操作界面允许起重机驾驶员一方面优化地观察自动装置的行为，并在需要时以简单和可靠的方式进行干预。另一方面，该MMI触摸屏还允许通过可视和必要时声音提示给起重机驾驶员发指示。由此，可以在自动运行和手动运行之间优化地交换。

按照本发明，经常与具有不同自动装置系统的不同起重机打交道的起重机驾驶员，在利用一台自动化起重机工作之前不再需要通读自动运行的操作介绍。通读操作介绍通常是不受起重机驾驶员欢迎的，因此经常是没有实行的。起重机驾驶员通常依靠自己的记忆。其结果是容易产生错误。

按照本发明的过程是如何具有优点地进行的呢？

在接受起重机的工作时，起重机驾驶员接通触摸屏。然后，在触摸屏上出现按照图1的画面。

色彩选择

白色衬底  显示(文字、数字)

橙色衬底  触摸键盘，未激活的功能

绿色衬底  触摸键盘，激活的功能

浅蓝色    目标数据

灰色      起重机轮廓

红色      最终位置

浅紫色    船只阴影(Schiffssilhouette)

黄色      指示带(Meldebalken)

出于可识别性的理由优选将背景保持为深蓝色。由于起重机驾驶员在一个值班过程中的高负荷其注意力会极大地减退，因此所选色彩的光学可识别性是重要的。由于下述原因蓝色作为背景具有特别的优点：

-避免在夜间触摸屏对起重机驾驶员造成的眩目

-突出显示区域和操作键盘

工作方式

1.起重机驾驶员接受工作借助于基本设置页进行。

首先，起重机驾驶员必须执行自动运行的基本设置，这可以通过下列工作步骤完成：

1.1 设置主运行方式

起重机驾驶员通过一个开关接通或断开自动运行，这是出于安全考虑而唯一未设置在触摸屏上的操作部件。在图1中触摸屏最上面一行通过绿色边框显示了各个显示面积，这是通过该外部开关选择的。

1.2 选择运行方式

这里，起重机驾驶员有三种选择：

-交替使用全自动行驶(主要用于在岸一侧和在水一侧之间的远距离无摆动地渡过)和常规运行(通常用于按照目标对货物进行精确定位，主要是对船只而言)。

-交替使用自动运行(同样用于渡过远距离)和摆动调节的手动运行，即货物速度调节(同样用于货物的精确定位)。

-功能“摆动”(在上述非摆动调节的运行之后，抓取货物和对货物进行目标定位)。

1.3 装卸方式

-垂直/周期地

总是按照船上的相同顺序卸载或者装载集装箱

-水平上

逐层(lagenweises)移走或者叠放集装箱

1.4 中间停顿

通过选择中间停顿功能，不是将集装箱由自动装置直接送至各自的目标，而是在这之前先送往中间停顿位置。该中间停顿位置位于岸上起重机下。在那里进行集装箱的海关印章检查，和/或自动地在集装箱下面插入或去除扭锁。在进行这些活动之后自动装置将集装箱继续传输到实际的目标。

1.5 在船舱中的排数

这里，起重机驾驶员告知自动装置，在待处理的船舱中有多少集装箱排。利用标记着“更多”或“更少”的按键，他可以提高或减小排的数目。在这两个按键之间的显示区显示出他所设置的排数。

1.6 船首

这里，起重机驾驶员可以告知自动装置，他面前的船只的船首是在他的左侧还是在他的右侧。利用这个信息和关于船舱中排数的信息，自动装置可以正确地将船只上集装箱位置的编号填入图2中所示的画面中。具体的说明请见对图2的解释。

1.7 训练运行

通过选择训练运行，起重机驾驶员可以这样来通过适当的按键模拟自动装置的控制，即将集装箱在船只上或在岸上卸下或提起。其目的是，既使没有要装载或卸载集装箱的船只存在，也可以在船和岸之间转换目标。这种功能是必需的，因为起重机驾驶员用自动装置进行装卸之前，必须首先在没有船只的情况下进行训练。

在结束基本设置之后，起重机驾驶员按压在图1右下方的键“进入自动运行页”，并由此得到按照图2的实际工作页。

2.“自动运行”页

在起重机驾驶员在船只上工作期间，该“自动运行”页始终接通。转换到其它页将会转移起重机驾驶员对工作的注意力，并可能造成危险的情形。因此，在“自动运行”页中，以人机工程学的形式包含了所有相关的信息和操作元素。

画面基本上划分成三部分。

在画面的上半部分(在以黄色出现的提示带的上方)是起重机的在水一侧(船只一侧)。

在下半部分的右面部分示出了起重机的在岸一侧。

在下半部分的左面部分示出了那些起重机驾驶员必须能够始终控制的相关运行数据。

2.1 在水一侧

2.1.1 起重机架

起重机架以及右下角的码头边沿分别用灰色表示出来。

2.1.2 起重机小车和升降装置的行驶方向

在起重机架上的白色三角表示箭头尖。在起重机小车运动时在各方向上染成绿色。当货物在提升或下降运动时，同样适用于在起重机垂直臂上的箭头尖。

2.1.3 末端开关(Endschalter)

如果起重机小车以及升降装置抵达各自末端开关，则箭头尖前的白色小矩形将染成红色。

2.1.4 集装箱位置和目标预定

在水面一侧的起重机悬臂下方用浅紫色勾画出了船只的横截面。在船只的上面通过具有编号的矩形方格表示了在船上或者船内的集装箱存放位置。因此矩形表示在甲板下的集装箱存放井(Schacht)或在甲板上最上层放置的集装箱。这里有意地未示出放在下面的集装箱，因为它们对于通过起重机驾驶员的处理不起作用。显示多余信息的会使起重机驾驶员混淆，并由此影响运行的安全性。

矩形的数目相应于在船舱中的排数，它由起重机驾驶员在图1所示的基本设置中的“在船舱中的排数”选定。

在矩形的中央有一个衬底为白色的显示区。该方格显示按照国际标准的排号。在船只右舷一侧从船中部向外侧按上升的奇数编号。在船的左舷一侧从船中部向外侧按上升的偶数编号。如果船只具有奇数个排，则中间的排为数字0。但是，如果在每个船舱中的排数是偶数，则没有排0。和触摸屏相关的计算机将这些数字填入在右角的指示区域中，即对应于船舱中的排数，以及船首是否处于右侧，即右舷停靠在码头边沿，或者相反。由此，起重机驾驶员有了其装卸计划和触摸屏显示之间的直接关联。

预先设定目标

此外，集装箱矩形还向起重机驾驶员显示自动装置下一步朝哪个目标行驶。当自动装置确定一排为下一个向船侧自动行驶方向的目标时，则矩形内围绕数字区域的边沿颜色将由灰色变为浅蓝色。排数显示区内的颜色可以同样为浅蓝色。通过这种色彩变换将最终由自动装置行驶过的目标表示出来。由此，起重机驾驶员得到自动行驶的前一目标和下一目标之间的定位。

改变目标

与触摸屏关联的计算机根据所选择的是水平还是垂直装卸运行，或者根据当前船只是卸载运行还是装载运行，来计算下一个目标。在垂直运行中，下一个目标是与最后一个行驶到的目标相同的目标。在水平卸载中，下一个目标位于比先前目标朝岸一侧方向前进一个的排。在水平装载中，下一个目标位于比先前目标朝水一侧方向前进一个的排。

如果起重机驾驶员要改变目标，可以利用标记着“+”以及“-”的触摸键。通过按压“+”键使目标朝水一侧方向跳跃一排。通过按压“-”键使目标朝岸一侧方向跳跃一排。通过多次按压键可以将目标移动多个排。此时，浅蓝色的数字方格边框跳跃到新选定的目标。由此，起重机驾驶员具有将目标设置到何处的完全控制权(见图3)。

2.1.5 目标定位的提前量

在右上角有触摸键“提前量LS”(岸一侧提前量)。

在水平装卸中起重机驾驶员经常希望，自动装置不是直接将货物送至精确地在待驶向的集装箱排上面的目标位置，而是停在向岸一侧大约半米远的位置(停的含义是静止地悬在目标之上，即没有摆动。)这使得起重机驾驶员可以随后将货物以方便的方式轻轻地靠在相邻的集装箱上，并且是用手动操作。如果自动装置直接将货物送至目标上方，则起重机驾驶员必须经常先将货物再次用手动朝岸一侧回拖一小段，然后下降并随后再次手动沿朝水一侧方向靠在相邻的集装箱上。这是必须的，因为货物通常都具有或强或弱的螺旋摆动(围绕垂直轴的旋转摆动)，使得在货物下降时存在有可能撞到相邻集装箱的一个角的危险(该功能的激活见图4)。

对于相反的情况，即集装箱从在水一侧往相邻集装箱上靠，在图中左上角还给出触摸键“提前量WS”(在水一侧提前量)。

2.1.6 朝向船的在水一侧端或在岸一侧端的目标跳跃

在水平装卸中经常出现，将装载或者卸载过程在船的水一侧或在岸一侧的边上继续。因此，在按照图1的基本设置中选择了水平装卸的情况下，在图2所示的图形中出现了两个附加的触摸键“至LS”(至在岸一侧)和“至WS”(至在水一侧)。由此，起重机驾驶员可以将目标跳跃引导到主要在岸一侧堆放的集装箱排，或者在水一侧最远堆放的集装箱排。

2.1.7 指导功能(Teachfunktion)

在集装箱矩形上面的中间有一个大的触摸键“输入船上目标高度”。它有两个指导功能。

2.1.7.1 输入船上目标高度

为了开始工作过程，起重机驾驶员将货物送至船上面一个希望的高度上，并按压该触摸键。此后，该高度将作为以后自动行驶的目标高度。它可以在所有后续的行驶中通过重新按压该键而重新设定。

2.1.7.2 输入集装箱排

在输入了目标高度之后，该触摸键上的文字变成“输入当前集装箱排”。这个过程只在首次向船上行驶时实现。在此，自动装置按照几何数据计算与当前位置相对应的可能的排，并通过将相应的矩形边框变为黄色而表示出来。但是，如果自动装置错误地计算出了该首次行驶过的排，则起重机驾驶员可以通过按压“+”或“-”键对其进行校正，且通过按压触摸键确认该结果(见图5)。对所有后续的行驶，触摸键上的文字又为“输入船上目标高度”。由此，如果起重机驾驶员希望的话，可以在每次行驶中校正在船上方的目标高度。

2.1.8 模拟和显示“解锁-闭锁”

这个触摸键只有在图1中选择了“训练运行”才可以看到，它在图2中用具有文字“解锁”的绿色触摸键示出。该功能模拟自动装置将一个集装箱挂上和又卸下，即闭锁和解锁。由此，自动装置在船和岸之间转换目标。通常通过将色彩变换成绿色表示“解锁”，而将用色彩变换成红色表示闭锁状态。即该触摸键要么呈现红色，要么呈现绿色。通过触摸该键即可从闭锁状态转换到解锁，或相反。

2.2 在岸一侧

2.2.1 行驶方向、末端开关、起重机小车位置

在按照图2所示的图形中，在图形的右下四分之一部分示出了起重机的在岸一侧。起重机架以及码头再次用灰色勾画出来。在码头的平面上有转换到(按照图1的)“基本设置”页的触摸键。此外，如在2.1.2和2.1.3中已经描述的，在起重机架部分中有用于起重机小车运动和提升运动以及到达末端开关的三角箭头和末端开关方格。在在岸一侧起重机悬臂的右上方，用一个红色的矩形标示出起重机小车的位置。该矩形随着起重机小车在起重机臂上的运动而移动，并在起重机到达在水一侧时跳跃到图形上部的起重机臂上。在行驶回在岸一侧时该红色矩形又跳回到在岸一侧的起重机臂上。

在图中有意未示出起重机小车上悬挂的货物，因为起重机驾驶员通过起重机驾驶室的窗口看出去可更好地得到这种信息。

2.2.2 停靠位置(Parkposition)

在起重机臂之间的中部有触摸键“Parkp.”(停靠位置)。通过按压该键自动装置获得作为下一次自动行驶目标的起重机小车停靠位置。

2.2.3 在岸一侧的目标

在图的右下方还有一个标记为“VC-Pos.”(Van Carrier Position，货车位置)的集装箱符号。其灰色的内表面变色为蓝色意味着，自动装置将该岸上目标确定为下一次自动行驶的目标。

如果在(按照图1的)“基本设置”页中激活了“中间停顿”功能，则自动装置在从在船一侧向在岸一侧方向行驶中在继续朝实际的目标“货车位置”行驶之前，在一个所谓的结合位置(Laschposition)进行一个中间停顿。

2.3 数据显示区域

在(图2)图形的左下四分之一部分显示了各种起重机驾驶员必须始终在手边的运行数据：

-按吨(t)表示的货物荷重升降装置1(HW 1)、升降装置2(HW 2)以及总荷重升降装置1+2；

-升降高度-升降装置1和2的实测值；

-风力；

-(在起重机小车方向、即水平分量上的)吊架横挡的位置和起重机小车本身的位置；

-自动运行接通或者没有接通，如果接通则执行自动控制步骤；

-集装箱装卸的有效方式(垂直或水平的，具有或没有中间停顿，装载或卸载)，

注：是装载还是卸载由自动装置本身确定。如果工作开始后的第一个集装箱是在船只上取得的，则执行卸载；如果其是在岸上取得的，则运行装载；

-由自动装置选择的下一个目标的坐标。

2.4 提示带

在图形中央的水平提示带为起重机驾驶员提供关于起重机自动装置的所有状态的信息：

状态显示色彩闪烁正常运行当前运行的过程黄色否自动装置要求驾驶员动作待实施的动作黄色是故障标志、可能的原因、要求的辅助措施橙色是报警标志、可能的原因、必要时要求的辅助措施红色是

在与触摸屏关联的计算机的实施中，利用一个声卡可通过文字的通报对光学信号进行补充。

此外，权利要求和附图中还给出了本发明的细节。

附图的内容对于专业人员(起重机驾驶员，起重机项目人员)来说是不言而喻的。