自動化集裝箱碼頭起重機的運行方法和操作裝置的制作方法

專利名稱：自動化集裝箱碼頭起重機的運行方法和操作裝置的制作方法
對于集裝箱碼頭起重機顯然在幾年內還不可能用自動裝置代替起重機駕駛員。因此，目前集裝箱碼頭起重機為部分自動化運行的。這種部分自動化已成功實現。
但這種起重機的裝卸功能還不能滿足人們的愿望，其原因在于很多起重機駕駛員操作自動化功能有困難。即迄今缺少優化地安排起重機駕駛員和自動裝置共同作用的、合適的人機接口以及相應的運行方法。
迄今為止，為了操作自動裝置，在起重機駕駛員座椅的控制面板上設置了很多窗口、鍵盤和發光提示。但是，這些簡單的手段為駕駛員提供了太少的關于自動裝置的運行狀態、關于自動裝置的下一個行駛目標、關于自動裝置的故障或報警提示或者其它操作狀態的信息。此外，這些簡單的手段提供了太少的干預自動裝置的可能性。
本發明按照下列方式解決了所述技術問題a)將所有操作和顯示元件都基本上集中在一個觸摸屏上。該觸摸屏在離駕駛員座椅手可能及的范圍內。去掉了迄今位于起重機駕駛員座椅控制面板上以紛雜和非標準方式分布的操作按鈕、鍵盤和發光提示。
b)所有對自動裝置的重要命令都通過按壓該觸摸屏上的觸摸鍵輸入。
c)所有來自自動裝置的重要信息都在該觸摸屏上顯示出來。
d)為該觸摸屏配置了一臺計算機。該計算機為起重機駕駛員按人機工程學的方式準備待顯示的信號。
e)同一計算機還特別為自動裝置的行駛計算目標預定值。與迄今為止的解決方案不同的是，這項任務迄今由起重機控制裝置完成。這造成許多不同的、非標準化的并經常有錯誤的工作方案。
按照人機工程學設計的觸摸屏操作界面允許起重機駕駛員一方面優化地觀察自動裝置的行為，并在需要時以簡單和可靠的方式進行干預。另一方面，該MMI觸摸屏還允許通過可視和必要時聲音提示給起重機駕駛員發指示。由此，可以在自動運行和手動運行之間優化地交換。
按照本發明，經常與具有不同自動裝置系統的不同起重機打交道的起重機駕駛員，在利用一臺自動化起重機工作之前不再需要通讀自動運行的操作介紹。通讀操作介紹通常是不受起重機駕駛員歡迎的，因此經常是沒有實行的。起重機駕駛員通常依靠自己的記憶。其結果是容易產生錯誤。
按照本發明的過程是如何具有優點地進行的呢？在接受起重機的工作時，起重機駕駛員接通觸摸屏。然后，在觸摸屏上出現按照

圖1的畫面。
色彩選擇白色襯底 顯示(文字、數字)橙色襯底 觸摸鍵盤，未激活的功能綠色襯底 觸摸鍵盤，激活的功能淺藍色目標數據灰色 起重機輪廓紅色 最終位置淺紫色船只陰影(Schiffssilhouette)黃色 指示帶(Meldebalken)出于可識別性的理由優選將背景保持為深藍色。由于起重機駕駛員在一個值班過程中的高負荷其注意力會極大地減退，因此所選色彩的光學可識別性是重要的。由于下述原因藍色作為背景具有特別的優點-避免在夜間觸摸屏對起重機駕駛員造成的眩目-突出顯示區域和操作鍵盤工作方式1.起重機駕駛員接受工作借助于基本設置頁進行。
首先，起重機駕駛員必須執行自動運行的基本設置，這可以通過下列工作步驟完成1.1 設置主運行方式起重機駕駛員通過一個開關接通或斷開自動運行，這是出于安全考慮而唯一未設置在觸摸屏上的操作部件。在圖1中觸摸屏最上面一行通過綠色邊框顯示了各個顯示面積，這是通過該外部開關選擇的。
1.2 選擇運行方式這里，起重機駕駛員有三種選擇
-交替使用全自動行駛(主要用于在岸一側和在水一側之間的遠距離無擺動地渡過)和常規運行(通常用于按照目標對貨物進行精確定位，主要是對船只而言)。
-交替使用自動運行(同樣用于渡過遠距離)和擺動調節的手動運行，即貨物速度調節(同樣用于貨物的精確定位)。
-功能“擺動”(在上述非擺動調節的運行之后，抓取貨物和對貨物進行目標定位)。
1.3 裝卸方式-垂直/周期地總是按照船上的相同順序卸載或者裝載集裝箱-水平上逐層(lagenweises)移走或者疊放集裝箱1.4 中間停頓通過選擇中間停頓功能，不是將集裝箱由自動裝置直接送至各自的目標，而是在這之前先送往中間停頓位置。該中間停頓位置位于岸上起重機下。在那里進行集裝箱的海關印章檢查，和/或自動地在集裝箱下面插入或去除扭鎖。在進行這些活動之后自動裝置將集裝箱繼續傳輸到實際的目標。
1.5 在船艙中的排數這里，起重機駕駛員告知自動裝置，在待處理的船艙中有多少集裝箱排。利用標記著“更多”或“更少”的按鍵，他可以提高或減小排的數目。在這兩個按鍵之間的顯示區顯示出他所設置的排數。
1.6 船首這里，起重機駕駛員可以告知自動裝置，他面前的船只的船首是在他的左側還是在他的右側。利用這個信息和關于船艙中排數的信息，自動裝置可以正確地將船只上集裝箱位置的編號填入圖2中所示的畫面中。具體的說明請見對圖2的解釋。
1.7 訓練運行通過選擇訓練運行，起重機駕駛員可以這樣來通過適當的按鍵模擬自動裝置的控制，即將集裝箱在船只上或在岸上卸下或提起。其目的是，既使沒有要裝載或卸載集裝箱的船只存在，也可以在船和岸之間轉換目標。這種功能是必需的，因為起重機駕駛員用自動裝置進行裝卸之前，必須首先在沒有船只的情況下進行訓練。
在結束基本設置之后，起重機駕駛員按壓在圖1右下方的鍵“進入自動運行頁”，并由此得到按照圖2的實際工作頁。
2.“自動運行”頁在起重機駕駛員在船只上工作期間，該“自動運行”頁始終接通。轉換到其它頁將會轉移起重機駕駛員對工作的注意力，并可能造成危險的情形。因此，在“自動運行”頁中，以人機工程學的形式包含了所有相關的信息和操作元素。
畫面基本上劃分成三部分。
在畫面的上半部分(在以黃色出現的提示帶的上方)是起重機的在水一側(船只一側)。
在下半部分的右面部分示出了起重機的在岸一側。
在下半部分的左面部分示出了那些起重機駕駛員必須能夠始終控制的相關運行數據。
2.1 在水一側2.1.1 起重機架起重機架以及右下角的碼頭邊沿分別用灰色表示出來。
2.1.2 起重機小車和升降裝置的行駛方向在起重機架上的白色三角表示箭頭尖。在起重機小車運動時在各方向上染成綠色。當貨物在提升或下降運動時，同樣適用于在起重機垂直臂上的箭頭尖。
2.1.3 末端開關(Endschalter)如果起重機小車以及升降裝置抵達各自末端開關，則箭頭尖前的白色小矩形將染成紅色。
2.1.4 集裝箱位置和目標預定在水面一側的起重機懸臂下方用淺紫色勾畫出了船只的橫截面。在船只的上面通過具有編號的矩形方格表示了在船上或者船內的集裝箱存放位置。因此矩形表示在甲板下的集裝箱存放井(Schacht)或在甲板上最上層放置的集裝箱。這里有意地未示出放在下面的集裝箱，因為它們對于通過起重機駕駛員的處理不起作用。顯示多余信息的會使起重機駕駛員混淆，并由此影響運行的安全性。
矩形的數目相應于在船艙中的排數，它由起重機駕駛員在圖1所示的基本設置中的“在船艙中的排數”選定。
在矩形的中央有一個襯底為白色的顯示區。該方格顯示按照國際標準的排號。在船只右舷一側從船中部向外側按上升的奇數編號。在船的左舷一側從船中部向外側按上升的偶數編號。如果船只具有奇數個排，則中間的排為數字0。但是，如果在每個船艙中的排數是偶數，則沒有排0。和觸摸屏相關的計算機將這些數字填入在右角的指示區域中，即對應于船艙中的排數，以及船首是否處于右側，即右舷停靠在碼頭邊沿，或者相反。由此，起重機駕駛員有了其裝卸計劃和觸摸屏顯示之間的直接關聯。
預先設定目標此外，集裝箱矩形還向起重機駕駛員顯示自動裝置下一步朝哪個目標行駛。當自動裝置確定一排為下一個向船側自動行駛方向的目標時，則矩形內圍繞數字區域的邊沿顏色將由灰色變為淺藍色。排數顯示區內的顏色可以同樣為淺藍色。通過這種色彩變換將最終由自動裝置行駛過的目標表示出來。由此，起重機駕駛員得到自動行駛的前一目標和下一目標之間的定位。
改變目標與觸摸屏關聯的計算機根據所選擇的是水平還是垂直裝卸運行，或者根據當前船只是卸載運行還是裝載運行，來計算下一個目標。在垂直運行中，下一個目標是與最后一個行駛到的目標相同的目標。在水平卸載中，下一個目標位于比先前目標朝岸一側方向前進一個的排。在水平裝載中，下一個目標位于比先前目標朝水一側方向前進一個的排。
如果起重機駕駛員要改變目標，可以利用標記著“+”以及“-”的觸摸鍵。通過按壓“+”鍵使目標朝水一側方向跳躍一排。通過按壓“-”鍵使目標朝岸一側方向跳躍一排。通過多次按壓鍵可以將目標移動多個排。此時，淺藍色的數字方格邊框跳躍到新選定的目標。由此，起重機駕駛員具有將目標設置到何處的完全控制權(見圖3)。
2.1.5 目標定位的提前量在右上角有觸摸鍵“提前量LS”(岸一側提前量)。
在水平裝卸中起重機駕駛員經常希望，自動裝置不是直接將貨物送至精確地在待駛向的集裝箱排上面的目標位置，而是停在向岸一側大約半米遠的位置(停的含義是靜止地懸在目標之上，即沒有擺動。)這使得起重機駕駛員可以隨后將貨物以方便的方式輕輕地靠在相鄰的集裝箱上，并且是用手動操作。如果自動裝置直接將貨物送至目標上方，則起重機駕駛員必須經常先將貨物再次用手動朝岸一側回拖一小段，然后下降并隨后再次手動沿朝水一側方向靠在相鄰的集裝箱上。這是必須的，因為貨物通常都具有或強或弱的螺旋擺動(圍繞垂直軸的旋轉擺動)，使得在貨物下降時存在有可能撞到相鄰集裝箱的一個角的危險(該功能的激活見圖4)。
對于相反的情況，即集裝箱從在水一側往相鄰集裝箱上靠，在圖中左上角還給出觸摸鍵“提前量WS”(在水一側提前量)。
2.1.6 朝向船的在水一側端或在岸一側端的目標跳躍在水平裝卸中經常出現，將裝載或者卸載過程在船的水一側或在岸一側的邊上繼續。因此，在按照圖1的基本設置中選擇了水平裝卸的情況下，在圖2所示的圖形中出現了兩個附加的觸摸鍵“至LS”(至在岸一側)和“至WS”(至在水一側)。由此，起重機駕駛員可以將目標跳躍引導到主要在岸一側堆放的集裝箱排，或者在水一側最遠堆放的集裝箱排。
2.1.7 指導功能(Teachfunktion)在集裝箱矩形上面的中間有一個大的觸摸鍵“輸入船上目標高度”。它有兩個指導功能。
2.1.7.1 輸入船上目標高度為了開始工作過程，起重機駕駛員將貨物送至船上面一個希望的高度上，并按壓該觸摸鍵。此后，該高度將作為以后自動行駛的目標高度。它可以在所有后續的行駛中通過重新按壓該鍵而重新設定。
2.1.7.2 輸入集裝箱排在輸入了目標高度之后，該觸摸鍵上的文字變成“輸入當前集裝箱排”。這個過程只在首次向船上行駛時實現。在此，自動裝置按照幾何數據計算與當前位置相對應的可能的排，并通過將相應的矩形邊框變為黃色而表示出來。但是，如果自動裝置錯誤地計算出了該首次行駛過的排，則起重機駕駛員可以通過按壓“+”或“-”鍵對其進行校正，且通過按壓觸摸鍵確認該結果(見圖5)。對所有后續的行駛，觸摸鍵上的文字又為“輸入船上目標高度”。由此，如果起重機駕駛員希望的話，可以在每次行駛中校正在船上方的目標高度。
2.1.8 模擬和顯示“解鎖-閉鎖”這個觸摸鍵只有在圖1中選擇了“訓練運行”才可以看到，它在圖2中用具有文字“解鎖”的綠色觸摸鍵示出。該功能模擬自動裝置將一個集裝箱掛上和又卸下，即閉鎖和解鎖。由此，自動裝置在船和岸之間轉換目標。通常通過將色彩變換成綠色表示“解鎖”，而將用色彩變換成紅色表示閉鎖狀態。即該觸摸鍵要么呈現紅色，要么呈現綠色。通過觸摸該鍵即可從閉鎖狀態轉換到解鎖，或相反。
2.2 在岸一側2.2.1 行駛方向、末端開關、起重機小車位置在按照圖2所示的圖形中，在圖形的右下四分之一部分示出了起重機的在岸一側。起重機架以及碼頭再次用灰色勾畫出來。在碼頭的平面上有轉換到(按照圖1的)“基本設置”頁的觸摸鍵。此外，如在2.1.2和2.1.3中已經描述的，在起重機架部分中有用于起重機小車運動和提升運動以及到達末端開關的三角箭頭和末端開關方格。在在岸一側起重機懸臂的右上方，用一個紅色的矩形標示出起重機小車的位置。該矩形隨著起重機小車在起重機臂上的運動而移動，并在起重機到達在水一側時跳躍到圖形上部的起重機臂上。在行駛回在岸一側時該紅色矩形又跳回到在岸一側的起重機臂上。
在圖中有意未示出起重機小車上懸掛的貨物，因為起重機駕駛員通過起重機駕駛室的窗口看出去可更好地得到這種信息。
2.2.2 停靠位置(Parkposition)在起重機臂之間的中部有觸摸鍵“Parkp.”(停靠位置)。通過按壓該鍵自動裝置獲得作為下一次自動行駛目標的起重機小車停靠位置。
2.2.3 在岸一側的目標在圖的右下方還有一個標記為“VC-Pos.”(Van Carrier Position，貨車位置)的集裝箱符號。其灰色的內表面變色為藍色意味著，自動裝置將該岸上目標確定為下一次自動行駛的目標。
如果在(按照圖1的)“基本設置”頁中激活了“中間停頓”功能，則自動裝置在從在船一側向在岸一側方向行駛中在繼續朝實際的目標“貨車位置”行駛之前，在一個所謂的結合位置(Laschposition)進行一個中間停頓。
2.3 數據顯示區域在(圖2)圖形的左下四分之一部分顯示了各種起重機駕駛員必須始終在手邊的運行數據-按噸(t)表示的貨物荷重升降裝置1(HW 1)、升降裝置2(HW 2)以及總荷重升降裝置1+2；-升降高度-升降裝置1和2的實測值；-風力；-(在起重機小車方向、即水平分量上的)吊架橫擋的位置和起重機小車本身的位置；-自動運行接通或者沒有接通，如果接通則執行自動控制步驟；-集裝箱裝卸的有效方式(垂直或水平的，具有或沒有中間停頓，裝載或卸載)，注是裝載還是卸載由自動裝置本身確定。如果工作開始后的第一個集裝箱是在船只上取得的，則執行卸載；如果其是在岸上取得的，則運行裝載；-由自動裝置選擇的下一個目標的坐標。
2.4 提示帶在圖形中央的水平提示帶為起重機駕駛員提供關于起重機自動裝置的所有狀態的信息
在與觸摸屏關聯的計算機的實施中，利用一個聲卡可通過文字的通報對光學信號進行補充。
此外，權利要求和附圖中還給出了本發明的細節。
附圖的內容對于專業人員(起重機駕駛員，起重機項目人員)來說是不言而喻的。
權利要求
1.一種集裝箱碼頭起重機的運行方法，用于借助一個具有在起重機駕駛室中的監視器的PC裝載和卸載集裝箱船只，其特征在于，所述運行方法借助于一個觸摸屏和一臺計算機實施，其中，該運行方法允許在預先設定起重機的目標后，全自動或部分自動地向該目標行駛。
2.根據權利要求1所述的運行方法，其特征在于，可以調整所選擇的預定目標。
3.根據權利要求1或2所述的運行方法，其特征在于，所述由自動裝置在觸摸屏上預先給定的目標可由起重機領會地駛向。
4.根據權利要求1、2或3所述的運行方法，其特征在于，具有多種運行方式，例如用于全自動行駛和用于精確定位的運行方式，其中，在這些運行方式之間可以進行轉換。
5.根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法，其特征在于，可以設定集裝箱的不同裝卸方式。
6.根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法，其特征在于，可以設置一種訓練運行的運行方式。
7.根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法，其特征在于，可以設置一種提前量的運行方式。
8.根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法，其特征在于，可以設置學習功能。
9.根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法，其特征在于，顯示將由起重機駕駛員執行的動作。
10.一種集裝箱起重機操作觸摸屏，尤其是用于實施根據上述權利要求中任一項或多項所述的運行方法的觸摸屏，其特征在于，所述觸摸屏具有暗的背景顏色，特別是深藍色，以及具有信號顏色的觸摸區域。
11.根據權利要求10所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，所述觸摸屏包括用符號表示的船只和起重機的細節。
12.一種集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，通過色彩變換顯示當前目標設定、集裝箱位置以及系統狀態。
13.根據權利要求10、11或12所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，除了觸摸區域和用符號表示的船只和起重機的細節之外，還具有用于以文字形式和數字給出提示的區域。
14.根據權利要求10至13中任一項或多項所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，所述觸摸屏具有至少一個帶有說明的、尤其是橫跨觸摸屏的顯眼的提示帶，該提示帶具有對各種運行狀態或者運行提示的說明。
15.根據權利要求14所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，所述提示帶在引導工作步驟之前還為起重機駕駛員輸出工作說明。
16.根據權利要求14或15所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，所述提示帶還為起重機駕駛員輸出如關于下一個必須的工作步驟說明的通知，并且特別是根據不同的輸出內容變換其色彩。
17.根據權利要求10至16中任一項或多項所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，可以通過觸摸或者通過PC鼠標的鼠標箭頭操作該觸摸屏。
18.根據權利要求10至17中任一項或多項所述的集裝箱起重機操作觸摸屏，其特征在于，所述觸摸屏的程序是面向對象編程的并可以面向對象改變，特別是借助于西門子股份公司的Win CC程序來進行。
全文摘要
本發明涉及一種集裝箱碼頭起重機的運行方法，用于借助一個具有在起重機駕駛室中的監視器的PC裝載和卸載集裝箱船只，其中，該運行方法借助于一個觸摸屏進行，以及該運行方法允許，在預先設定起重機的目標后，全自動或部分自動地向該目標行駛。
文檔編號B66C13/54GK1633392SQ02804885
公開日2005年6月29日 申請日期2002年2月7日 優先權日2001年2月13日
發明者沃爾夫岡·威克納 申請人:西門子公司