自動(dòng)化毫無疑問將成為碼頭未來的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于傳統(tǒng)碼頭堆場(chǎng)自動(dòng)化的改造，也成為了各港口轉(zhuǎn)型升級(jí)的突破點(diǎn)。今天，就跟小編一起走進(jìn)天津港，看看他們是如何在“邊生產(chǎn)、邊改造，邊調(diào)試、邊上線”的情況下，突破內(nèi)跨式軌道橋單邊雙車道布局、TOS系統(tǒng)對(duì)“邊裝卸”工藝的適應(yīng)性等技術(shù)難點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)策劃方式從集中式向分散式（智能分位）、操作體制從圍繞單一船舶向圍繞整體資源的優(yōu)化配置的轉(zhuǎn)變。

01碼頭概況

天津五洲國(guó)際集裝箱碼頭有限公司坐落于天津港東突堤北側(cè)，建成于2003年，是天津港北港池最先運(yùn)營(yíng)投產(chǎn)的集裝箱碼頭，碼頭岸線總長(zhǎng)1202m，擁有4個(gè)20萬噸深水泊位，堆場(chǎng)平行于岸線布置，堆存能力3.2萬TEU， 配有12臺(tái)岸橋和31臺(tái)軌道橋，年設(shè)計(jì)吞吐能力為150萬TEU，是我國(guó)第一個(gè)全部采用定軌式場(chǎng)地設(shè)備作業(yè)工藝的專業(yè)數(shù)字化集裝箱碼頭。

02改造目的

作為傳統(tǒng)軌道橋工藝碼頭，五洲堆場(chǎng)自動(dòng)化改造的目的在于：

搶抓集裝箱碼頭智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)的先機(jī)。天津港正處在重要的轉(zhuǎn)型機(jī)遇期，規(guī)劃了5類29個(gè)“智慧港口”重點(diǎn)項(xiàng)目，大力推動(dòng)集裝箱碼頭操作一體化、集裝箱碼頭堆場(chǎng)自動(dòng)化升級(jí)改造和港口云數(shù)據(jù)中心等項(xiàng)目建設(shè)。五洲國(guó)際以特有的設(shè)備工藝優(yōu)勢(shì)，積極搶抓轉(zhuǎn)型先機(jī)。

突破工藝效率的瓶頸。五洲國(guó)際投產(chǎn)至今，軌道式堆場(chǎng)設(shè)備工藝雖已成熟，但作業(yè)效率、服務(wù)水平、操作能力受轉(zhuǎn)場(chǎng)限制、機(jī)械配比、生產(chǎn)組織模式的制約，再難取得新的突破。效率天花板與設(shè)備利用率低的現(xiàn)象共存，宏觀資源空閑與局部資源緊張的現(xiàn)象共存。具體指標(biāo)上，陸運(yùn)車輛滯場(chǎng)時(shí)間居高不下、夜間作業(yè)效率低、司機(jī)工班作業(yè)量不均衡等問題固化已久。需要通過堆場(chǎng)設(shè)備的改造徹底解放思想、革新操作、突破資源配置上的瓶頸。

破解招工難、用工難問題。五洲國(guó)際近三年來勞務(wù)用工成本持續(xù)以超過10%的速度增長(zhǎng)，成本壓力加大，裝卸司機(jī)崗位競(jìng)爭(zhēng)力下降，軌道橋司機(jī)流失情況不容忽視，招工難、成本高的問題愈發(fā)凸顯。自動(dòng)化改造是破解這一難題最徹底的途徑。

實(shí)現(xiàn)低投入、高收益。五洲碼頭裝卸設(shè)備均已服役15年以上，主要電氣部件已到產(chǎn)品生命周期的末端，堆場(chǎng)設(shè)施也進(jìn)入大修周期，此時(shí)實(shí)施堆場(chǎng)自動(dòng)化升級(jí)改造是難得的契機(jī)，不僅固基礎(chǔ)，同時(shí)上臺(tái)階。

03改造歷程

五洲堆場(chǎng)自動(dòng)化改造必須與生產(chǎn)作業(yè)同步進(jìn)行，采用“邊生產(chǎn)、邊改造，邊調(diào)試、邊上線”的方式。改造前，五洲國(guó)際組織九方參建單位，明確5類22個(gè)限制要素，通過桌面推演制訂了40個(gè)階段的改造計(jì)劃。改造中，以周為單位滾動(dòng)更新，甚至每隔兩三日就更新一次，以此預(yù)判生產(chǎn)與改造的交叉狀態(tài)，確保每階段改造范圍和設(shè)備數(shù)量的最大化，并維持正常的生產(chǎn)秩序。最終，歷時(shí)13個(gè)月完成全部改造任務(wù)，在堆場(chǎng)操作環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了航運(yùn)全自動(dòng)作業(yè)和陸運(yùn)遠(yuǎn)程干預(yù)作業(yè)。

04難點(diǎn)突破與操作革新

五洲國(guó)際的自動(dòng)化改造，從本質(zhì)上講，是一個(gè)探索加實(shí)踐的過程，是把現(xiàn)有成熟的自動(dòng)化技術(shù)，同自身的實(shí)際條件結(jié)合起來的過程。在此過程中，克服難題、革新操作，找出一條傳統(tǒng)碼頭自動(dòng)化改造的可行之路。主要就是“克服兩個(gè)難點(diǎn)”、“實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)變”。

4.1克服內(nèi)跨式軌道橋單邊雙車道布局的難題

水平布局的自動(dòng)化堆場(chǎng)多采用外懸臂式軌道橋工藝，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外集卡的分離，并在每側(cè)設(shè)置公共車道，通行自由度較高。五洲內(nèi)跨式軌道橋的車道在門腿以內(nèi)，集卡只能從軌距內(nèi)穿行，易產(chǎn)生堵塞點(diǎn)。經(jīng)過論證，最終選擇了內(nèi)跨式單側(cè)雙車道布局，通過設(shè)置超車道來保證集卡在堆場(chǎng)內(nèi)的通行要求。這種布局意味著內(nèi)外集卡要在堆場(chǎng)內(nèi)混行，作業(yè)組織難點(diǎn)在于對(duì)車流和車序的控制。對(duì)此，五洲會(huì)同項(xiàng)目總包方開發(fā)了PDS系統(tǒng)來管理自動(dòng)化交換區(qū)（TP）和控制時(shí)序。主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

通過入場(chǎng)口RFID天線識(shí)別內(nèi)外集卡。

收集并過濾集卡的到達(dá)信息。

根據(jù)TP占用情況緩沖和推送集卡到達(dá)信息。

通過補(bǔ)發(fā)、回退、置頂?shù)裙δ軐?duì)車輛到達(dá)信息進(jìn)行時(shí)序控制和糾正。

連接TOS和ECI，針對(duì)指令順序錯(cuò)誤的情況，進(jìn)行換車操作。

各類RFID未識(shí)別原因的自動(dòng)記錄與管理。

內(nèi)集卡手動(dòng)和自動(dòng)確認(rèn)到達(dá)方式分場(chǎng)地切換控制。

外集卡分階段滯場(chǎng)狀態(tài)監(jiān)控。

4.2  克服TOS系統(tǒng)對(duì)“邊裝卸”工藝的適應(yīng)性難題

TOS系統(tǒng)是生產(chǎn)作業(yè)指揮的大腦。在自動(dòng)化之前，TOS指令和設(shè)備動(dòng)作之間由人工操作來銜接。五洲自動(dòng)化改造則采取了TOS驅(qū)動(dòng)作業(yè)指令的模式。

天津港各集裝箱碼頭TOS系統(tǒng)已經(jīng)在集團(tuán)主管部室統(tǒng)籌下，由天津港信息公司完成了一體化部署，五洲國(guó)際另外應(yīng)用其AYC模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)化作業(yè)的控制。該模塊通過對(duì)時(shí)間、距離、作業(yè)類型等項(xiàng)要素的綜合評(píng)估，來優(yōu)化作業(yè)指令順序，在“端裝卸”自動(dòng)化方面具有很多成功案例。而在“邊裝卸”堆場(chǎng)自動(dòng)化方面，五洲國(guó)際會(huì)同天津港信息公司對(duì)AYC模塊做了140余項(xiàng)改進(jìn)，以解決其對(duì)“邊裝卸”工藝的適應(yīng)性難題。重點(diǎn)是以下三個(gè)方面的改進(jìn)。

實(shí)現(xiàn)按貝設(shè)置自動(dòng)化交換區(qū)。與“端裝卸”不同，“邊裝卸”條件下，自動(dòng)化軌道橋與集卡的交互發(fā)生在堆場(chǎng)的每個(gè)貝位上。為此AYC改變了傳統(tǒng)的TP布局方式，使每個(gè)貝都能設(shè)置為獨(dú)立的自動(dòng)化交換區(qū)。

實(shí)現(xiàn)沿車道行進(jìn)方向派發(fā)指令。“邊裝卸”條件下，集卡要沿車道行進(jìn)方向行駛，為避免倒車和二次入場(chǎng)，同車雙箱的指令派發(fā)順序至關(guān)重要。為此，AYC明確了裝、卸、集、提四項(xiàng)作業(yè)類型的指令派發(fā)規(guī)則，總體上按照“先低貝后高貝”、“先前位后后位”、“同車同貝連續(xù)做”的規(guī)則派發(fā)指令。

實(shí)現(xiàn)在限定范圍內(nèi)的自動(dòng)搗箱。與“端裝卸”接力完成水平運(yùn)輸?shù)姆绞讲煌斑呇b卸”條件下的水平運(yùn)輸主要靠水平運(yùn)輸工具來完成，AYC必須消除其自動(dòng)接力搗箱的功能，將搗箱控制在本貝或限定的區(qū)間范圍以內(nèi)。在此需求下，AYC增加了搗箱范圍的設(shè)置功能，就近尋找搗箱位，同時(shí)降低了系統(tǒng)FLD概率。

4.3堆場(chǎng)策劃方式從集中式向分散式（智能分位）轉(zhuǎn)變

分散策劃是相對(duì)于集中策劃而言的，是以TOS系統(tǒng)智能分位功能為基礎(chǔ)，把集裝箱按照需要的屬性分類，然后綜合考慮設(shè)備工作量、大車跑動(dòng)距離（時(shí)間）、場(chǎng)地利用率、同場(chǎng)作業(yè)優(yōu)先級(jí)、泊位堆場(chǎng)距離等匹配要素，并以較為廣闊的區(qū)域（甚至拓展到全場(chǎng)）作為智能分位的范圍，多場(chǎng)多點(diǎn)分配同類型箱的位置。分散策劃方式的主要目的是平衡每個(gè)堆場(chǎng)和每臺(tái)設(shè)備的工作量。

五洲國(guó)際在自動(dòng)化作業(yè)之前，堆場(chǎng)策劃采用的是集中式策劃方式。對(duì)于船舶作業(yè)而言，按照一定的岸邊與堆場(chǎng)設(shè)備配置比例，把進(jìn)出口箱集中策劃到一個(gè)連續(xù)的貝位區(qū)域，堆場(chǎng)設(shè)備以最少的跑動(dòng)距離和時(shí)間，逐層逐排連續(xù)作業(yè)。

但近年來，隨著天津港進(jìn)出口規(guī)模的不斷擴(kuò)大、港區(qū)功能結(jié)構(gòu)性調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)、新技術(shù)新工藝的引入，以及口岸環(huán)境的不斷改善，傳統(tǒng)的堆場(chǎng)策劃方式正面臨諸多現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，越來越不適應(yīng)港口發(fā)展的需要。一是難以應(yīng)對(duì)作業(yè)高峰的連續(xù)沖擊，二是難以挖掘和提升堆場(chǎng)設(shè)備的整體作業(yè)效能，三是難以適應(yīng)新的口岸政策要求。

自動(dòng)化設(shè)備作業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于快速的響應(yīng)和穩(wěn)定高效的效率表現(xiàn)，劣勢(shì)在于各環(huán)節(jié)嚴(yán)苛的操作標(biāo)準(zhǔn)以及缺乏極限效率沖擊能力。要揚(yáng)長(zhǎng)避短，自動(dòng)化作業(yè)恰好帶來了堆場(chǎng)策劃方式革新的契機(jī)。分散式堆場(chǎng)策劃方式更適合自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)（沒有生理疲勞期、不抱怨頻繁的跑動(dòng)和翻搗、速度恒定、效率穩(wěn)定、均勻并及時(shí)的響應(yīng)任務(wù)指令，等等）。五洲國(guó)際認(rèn)為分散式堆場(chǎng)策劃方式是與自動(dòng)化操作匹配最佳的配套工藝，可以此挖掘設(shè)備整體的潛力。

五洲國(guó)際通過“分級(jí)策劃”、“進(jìn)出口分區(qū)策劃”、“進(jìn)出口全場(chǎng)混合策劃”三個(gè)階段，24次的參數(shù)調(diào)整與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了分散式堆場(chǎng)策劃方式的革新與穩(wěn)定運(yùn)行。提高了場(chǎng)橋使用均衡度、選位合理性和場(chǎng)地調(diào)配的彈性，降低了由于進(jìn)出口比例轉(zhuǎn)換、船舶班期調(diào)整等原因?qū)ιa(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的負(fù)面影響，減少了裝船搗箱總量，進(jìn)而發(fā)揮出自動(dòng)化軌道橋作業(yè)效能整體優(yōu)勢(shì)。

4.4操作體制從圍繞單一船舶向圍繞整體資源的優(yōu)化配置轉(zhuǎn)變

自動(dòng)化改造后，五洲國(guó)際生產(chǎn)、操作、設(shè)備、IT等諸多領(lǐng)域都進(jìn)行了深刻的管理變革，以適應(yīng)全新的自動(dòng)化生產(chǎn)工藝。以操作領(lǐng)域?yàn)槔詣?dòng)化改造前，五洲國(guó)際操作管理體制是圍繞單一船舶的生產(chǎn)組織來建立的。自動(dòng)化改造之后，特別是分散策劃工藝投入應(yīng)用之后，航運(yùn)作業(yè)和陸運(yùn)作業(yè)以及航運(yùn)各船舶作業(yè)之間的資源界限不再明顯，調(diào)配上不再獨(dú)立。操作管理體制隨之做出調(diào)整，向圍繞整體資源優(yōu)化配置的方向轉(zhuǎn)變。以四班中控為例，改變了原有的4+2中控配置架構(gòu)，即：將原來“4名航運(yùn)中控加2名場(chǎng)地實(shí)時(shí)中控指揮現(xiàn)場(chǎng)司機(jī)”的管理結(jié)構(gòu)，調(diào)整為以“資源三崗位”+“車輛時(shí)序管理”為核心的組織結(jié)構(gòu)。資源三崗位具體為：統(tǒng)籌場(chǎng)地資源的實(shí)時(shí)策劃、統(tǒng)籌自動(dòng)化軌道橋資源的機(jī)械中控和統(tǒng)籌所有水平運(yùn)輸資源的拖車中控。此外，充分發(fā)揮自動(dòng)化軌道橋遠(yuǎn)程操控員的技術(shù)能力，統(tǒng)籌外部集卡的時(shí)序管理工作，使遠(yuǎn)控員不再僅僅是操作司機(jī)，提升了崗位的綜合技能水平，充分調(diào)動(dòng)起工作進(jìn)取心。

05改造效果

5.1  改造后的作業(yè)指標(biāo)

RCS對(duì)自動(dòng)化軌道橋操控比達(dá)到1:6；改造后自動(dòng)化軌道橋平均機(jī)械動(dòng)作效率為35.2箱/小時(shí)；RFID掃描成功率99%；流程外人工介入率2%。

5.2改造實(shí)現(xiàn)的四點(diǎn)提升

場(chǎng)地設(shè)備吞吐能力的提升。通過改造，堆場(chǎng)設(shè)備資源能力提升20.7%，至本年末提升到40%以上，將不再是資源短板。

船舶平均在泊停時(shí)由2018年的23.45小時(shí)，縮減到2019年截至目前的19.15小時(shí)，進(jìn)一步釋放了泊位資源。

司機(jī)人數(shù)大幅度減少。由原來的132人減少到40人。

外集卡滯場(chǎng)時(shí)間大幅度減少。由2018年的50.9分鐘，縮減至23.2分鐘，提升了對(duì)外服務(wù)水平。

5.3經(jīng)濟(jì)性成效

五洲自動(dòng)化改造項(xiàng)目實(shí)際投資3.1億，評(píng)估回收期8.59年，平均總投資收益率9.39%，大于港口行業(yè)投資基準(zhǔn)收益率。與此同時(shí)，本項(xiàng)投資兼顧了設(shè)備核心部件的更新?lián)Q代和堆場(chǎng)年限大修的需要，達(dá)成了“固基礎(chǔ)、上臺(tái)階”的目標(biāo)成效。