自動化集裝箱碼頭帶來了什么？

1、自動化集裝箱碼頭帶來了什么？ 圍繞自動化集裝箱碼頭帶來的沖擊和機遇，聚焦中國自動化碼頭建設現(xiàn)狀和亟待解決的難題，各路觀點持續(xù)發(fā)酵中目前，全球有32個自動化集裝箱碼頭建成，由于在節(jié)省碼頭人力成本，提高港口通過能力，降低設備能源消耗，提升港口形象等方面具有顯著的優(yōu)勢，自動化集裝箱碼頭已成為未來集裝箱碼頭發(fā)展的必然趨勢。我國自動化集裝箱碼頭建設發(fā)展仍處于起步階段，還面臨著很多亟待解決的難題。如何破解難題，順勢發(fā)展？ 2016年8月34日，來自自動化集裝箱碼頭產(chǎn)業(yè)鏈各個領域的500多名領導、專家齊聚青島，共同參與“2016集裝箱碼頭自動化推進與技術交流會”。與其說他們是這一領域的專家學者，不如說是求知

2、者、探索者和開拓者。記者全程參會，見證了他們對自動化集裝箱碼頭未來發(fā)展的熱情和渴望，也記錄了當前自動化集裝箱碼頭帶給我們的機遇和挑戰(zhàn)。一、自動化集裝箱碼頭建設面臨       5大現(xiàn)實挑戰(zhàn)和3大核心問題 交通運輸部水運科學研究院研究員、信息化戰(zhàn)略研究與咨詢部主任、副總工程師、中國IDC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專業(yè)委員會副主任委員羅本成先生認為，自動化集裝箱碼頭建設面臨著巨大的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。首先需要充足的資金支撐，不僅要有建設資金還要有預留資金，包括運維資金以及后期的管理資金。同時也要有先進的技術積累，包括工藝的、裝備的以及本身的控制技術。另外還要有專業(yè)的運營團隊、合適的運作

3、模式、良好的保障條件等5個方面。羅本成提出，建設自動化集裝箱碼頭要考慮3個核心問題：一個是成本因素，即投入多少錢才合適，這是一個戰(zhàn)略選擇的問題，既要考慮近期成本也要考慮遠期成本，還要考慮投入和產(chǎn)出、考慮競爭和聯(lián)盟的問題。第二個是效率因素，這方面要達到一個平衡，海側和陸側的動態(tài)平衡，選擇什么樣的工藝模式，采用什么樣的技術裝備，都需要平衡。第三個是發(fā)展因素，包括轉型升級、技術改進，要考慮可持續(xù)性、可拓展性。自動化碼頭建設有其內(nèi)在特點：其一是投資大，一般投入規(guī)模都在10億元以上。其二是周期長，建設與成熟運營周期都比較長。其三是復雜度高，自動化碼頭的技術要求使其高復雜性指數(shù)級增加。其四是對人員的要求高

4、，需要專業(yè)技術、專業(yè)團隊與新一代藍領工人。另外，自動化碼頭的建設還有開放性強、風險多等特點。鑒于上述特點，羅本成建議：要密切跟蹤行業(yè)科技態(tài)勢（科學研判+ 動態(tài)跟蹤+ 理智思維），要系統(tǒng)性思考和戰(zhàn)略布局（實用性、經(jīng)濟性、先進性、可操作性、開放性），要做好充分的積累與準備（人力、財力、物力、宣傳、組織、理念生態(tài)圈），要找準良好契機與突破口（碼頭改造、技術變革、工藝優(yōu)化、市場態(tài)勢、戰(zhàn)略伙伴），盡量采用成熟方案與合適模式（標桿、量力、有序、因地制宜），做好人員培訓安置與高端團隊打造（系統(tǒng)磨合與業(yè)務磨合），營造良好的組織生態(tài)圈（戰(zhàn)略聯(lián)盟、技術聯(lián)盟、應用聯(lián)盟、資金保障、政策生態(tài)、知識產(chǎn)權）。二、自動化碼頭

5、建設須理清7大關系 整個港口行業(yè)都面臨著新的技術、新的概念包括信息化、自動化、智能化，智慧港口、綠色港口，工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算， 這些到底是什么？自動化碼頭和傳統(tǒng)碼頭與這些技術到底又有什么樣的關系？上海洋山深水港區(qū)四期工程指揮部副總指揮羅勛杰為我們理清了自動化集裝箱碼頭建設的7大關系。一是規(guī)劃與設計。在整個碼頭建設運營過程中，首先考慮的是規(guī)劃和設計，是否要建自動化碼頭，建多大，用什么樣的系統(tǒng)均是首要考慮的問題。洋山深水港區(qū)四期在規(guī)劃方面， 首先要了解碼頭狀況，要對貨運結構并對整個碼頭靠泊情況進行系統(tǒng)分析。在整個設計過程中主要解決三大平衡：一個是解決橋吊、軌道堆場能力、后期集疏運能

6、力的整體開發(fā)，在這個基礎上，碼頭設計就要同時解決好裝卸能力、操作成本和操作效率之間的平衡，這是整個設計方案過程中需要考量的。而怎樣的工藝系統(tǒng)， 直接關系到運作成本、運作效率和運作能力的平衡。二是設備與技術。自動化設備需要解決船舶作業(yè)設備、水平運輸設備、堆場設備以及后方集疏運系統(tǒng)、鐵路公路等方面的自動化。解決了設備問題之后就是解決技術問題，包括： 自動化停車、自動化驅動、自動化引導，這些是基礎。在這個基礎上還需要解決操作問題， 首先是遠程操作，最高層才是自動化操作。三是系統(tǒng)與管控。目前最先進的自動化碼頭采用的是TOS系統(tǒng)+ECS系統(tǒng)+ 整機系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。四是網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)。自動化碼頭網(wǎng)絡機構最底層

7、的是過程控制和裝備的連接，中間是數(shù)字分析，上層是提供服務，從上至下，通過服務和人的互聯(lián)進行物聯(lián)。除了碼頭內(nèi)部的網(wǎng)絡， 還有碼頭跟整個港口以及政府部門的網(wǎng)絡聯(lián)通。除了網(wǎng)絡以外就是數(shù)據(jù)，所有碼頭運營的情況和狀態(tài)都必須通過數(shù)據(jù)推算，包括APP應用、終端、智能化設備的運作狀態(tài)，包括故障的自我等待、自我報故，相互之間的智能化運行，這些數(shù)據(jù)要有非常好的技術平臺支撐，要有非常好的渠道相互輸入輸出。還有船舶作業(yè)的數(shù)據(jù)，在整個網(wǎng)絡基礎上建立港航級的大數(shù)據(jù)解決方案。五是算法與學習。設備要有自我學習的功能，然后根據(jù)情形進行后期推演。算法主要包括三個層次：計算、人工、智能。目前的研究是從第一個層次到第二個層次再到第三

8、個層次，從人工生物智能上升到人工智能，從人工智能上升到計算層。自動化碼頭實現(xiàn)智能化的關鍵是如何把司機、橋吊、軌道吊之間的人工生物智能通過數(shù)學方法上升到人工智能，然后上升到計算智能。當前整個港口業(yè)，包括中國的高校和研究院都在做大量工作，但基本都停留在人工智能階段。在解決了計算以后，接下來是解決學習的問題，如何通過計算智能使機器人自我學習，而且是深入學習。最高級的機器人應像人類一樣思考，包括學習、自動推理、人工意識、知識表示和總結。六是自動和智能。解決了前面五大關系之后，接下來才能實現(xiàn)自動和智能，這是全球自動化碼頭發(fā)展的歷程。七是智慧港口。所有的硬件、軟件都圍繞過程自動化和設備自動化做文章。上海港

9、也在思考智慧港口未來的發(fā)展，提出了3E智慧港口（港口運營作用、港口生態(tài)圈開放、創(chuàng)新業(yè)務拓展）的建設。三、中國自動化碼頭的技術革新和瓶頸 1. 青島前灣：亞洲真正意義上的全自動化碼頭2015年6月27日，青島港集團與上海振華重工簽訂了全自動化碼頭總承包項目，開始了全自動化碼頭的建設。2015年12月，青島港自動化碼頭基本打樁完成。2016年4月首批設備已經(jīng)上岸。2016年7月，所有設備包括7個橋吊、38個軌道吊全部上岸。當前階段青島港自動化碼頭各個區(qū)域開始進行全封閉，正在進行不同階段的調(diào)試。大會上，青島港股份有限公司信息中心副主任楊杰敏介紹了青島港前灣自動化碼頭建設的基本情況。碼頭整體布局主要分

10、為幾部分：第一是船舶的裝卸區(qū)，第二是堆場區(qū)，第三是集疏運區(qū)， 第四是輔助生產(chǎn)區(qū)。由此可見，青島港自動化碼頭采用條塊分離，功能區(qū)分工明確。具體主要分為幾個區(qū)域：首先是海側作業(yè)區(qū)，其次是水平運作系統(tǒng)，后面是陸側交換區(qū)，包括閘口區(qū)（進閘出閘）。自動化整個裝卸工藝，從海側到陸側，首先經(jīng)過自動化橋吊，海側作業(yè)區(qū)經(jīng)過裝運通過運輸系統(tǒng)把船舶運到海側交換區(qū)，再通過軌道吊到堆場的陸側交換區(qū)。作為自動化碼頭，整個進出閘口設計與傳統(tǒng)也是有差異的，青島港自動化碼頭整個閘門碼頭進出閘分離，進閘和出閘分為幾步作業(yè)。最大優(yōu)勢是通過不停車的信息采集區(qū)以及海關閘口等，不同閘門如果有信息變化，可以在中間采取措施。青島港自動化碼頭

11、一期工程重點建2個泊位，包括7個橋吊、38個AGV（自動導引運輸車）和38個軌道吊。自動化吊橋。自動化碼頭一般采用雙小車。主小車負責從船舶把集裝箱作業(yè)到橋吊平臺上，門架小車負責把集裝箱從平臺運到AGV上。整個作業(yè)區(qū)只是在需要人工交付的時候基于安全因素進行人工交付，除此之外整個橋吊作業(yè)基本上都是全自動化運作的。自動化軌道吊與傳統(tǒng)設備完全不一樣，對設備的制造、裝配工藝、定位等提出了更高要求，特別是大車定位和小車定位基本上是毫米級別。AGV技術。青島港自動化碼頭采用的是國際上最新一代的AGV。最主要的幾個特點：一是純電動；二是它是世界上最輕的AGV；另外它采用了自動循環(huán)充電技術，每次充電可最低滿足它

12、一次循環(huán)的電量消耗。信息系統(tǒng)。信息系統(tǒng)作為自動化碼頭整個工程項目中的核心，是工程項目運作的靈魂， 主要分為幾個部分：第一部分是碼頭操作系統(tǒng)（TOS），這部分基本定位與傳統(tǒng)碼頭的TOS 差別不大，當中增加了部分設備調(diào)度模塊。差別最大的是設備控制系統(tǒng)（ECS），這部分系統(tǒng)對當前自動化碼頭建設來講還沒有特別成熟和特別好的解決方案，也是在全力探索和突破的領域。2. 洋山深水港區(qū)四期：全球最大自動化碼頭作為世界上最大的單體自動化集裝箱碼頭， 洋山深水港區(qū)四期預計2017年將投入運行。根據(jù)上港集團的規(guī)劃，上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程采用了代表當前國際集裝箱碼頭技術最高水平的全自動化集裝箱碼頭方案，

13、碼頭建成后將在通過能力、裝卸效率、節(jié)能環(huán)保、安全等方面具有顯著優(yōu)勢。上港集團總裁嚴俊早前在接受媒體采訪時表示，洋山深水港區(qū)四期體現(xiàn)了上港在科技創(chuàng)新上的全面探索。他介紹，傳統(tǒng)碼頭的作業(yè)效率是每小時完成抓取30 次自然箱或者標準箱的動作，而全自動碼頭每小時作業(yè)效率將提高30% 50%，同時排放量可減少30%以上，對建設綠色港口具有非常重要的意義。2014年12月23日，洋山深水港區(qū)四期工程正式開工。在建設之初，洋山深水港區(qū)四期就有一個與世界接軌的目標，那就是打造一個全自動化集裝箱碼頭，這不僅代表了當前國際集裝箱碼頭的最高水平，同時也是發(fā)展方向。據(jù)嚴俊介紹，在碼頭建設推進中，遠程操控橋吊、全自動軌道

14、吊、無人駕駛自動導航AGV等成為重點。自動化碼頭的操作系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)都來自于上港集團的自主研發(fā)，其中碼頭的裝卸設備將全部采用智能化和全電力驅動。建成之后，洋山港四期碼頭將成為“無人碼頭”，真正實現(xiàn)智能裝卸，增加整個碼頭的利用效率。相對于傳統(tǒng)碼頭，實現(xiàn)自動化運轉后，碼頭也將更為安全、高效和可靠。目前洋山深水港區(qū)四期各項建設工作進展順利，水工碼頭工程沉樁施工已完成總量的45%，第一批主要裝卸設備已完成招標采購， 自動控制系統(tǒng)開發(fā)正穩(wěn)步推進。整個洋山深水港區(qū)四期碼頭計劃2016年底基本建成，預計在2017年底投入試運營。另據(jù)上港集團工程技術部副總經(jīng)理、技術中心主任王黎明在大會上表示：“如何在傳統(tǒng)碼頭

15、進行自動化改造已成為我們另外一個關注的課題，我們需要兩條腿走路，因為傳統(tǒng)碼頭還是主要的集裝箱生產(chǎn)能力的體現(xiàn)?！?#160;他主要介紹了正在推進的項目：一是岸橋的遠程控制，另一個是IPG的半自動控制，包括全自動重箱堆場的改造。輪胎吊遠程半自動操控項目分為3個階段：第一是實現(xiàn)單臺輪胎吊遠程操作，2015年12月已經(jīng)實現(xiàn)。這個階段主要解決的難點是無線通信方案的可行性、大車自動糾偏技術、大小車定位系統(tǒng)。第二階段的目標是實現(xiàn)1 名司機對3臺輪胎吊的操作，本階段主要解決的難點是實現(xiàn)13司機遠程操控，實現(xiàn)作業(yè)指令TOS系統(tǒng)與輪吊箱區(qū)管理系統(tǒng)（BMS）間的對接， 現(xiàn)在這個項目正在推進過程中。第三個階段目標是提

16、升作業(yè)效率，達到設計要求。后續(xù)主要是對TOS系統(tǒng)、自動調(diào)度系統(tǒng)、箱區(qū)內(nèi)自動推放箱、箱號識別系統(tǒng)等進行優(yōu)化。在項目推進過程中還面臨著其他難點問題，主要包括：無線通信、集裝箱堆疊情況識別技術、大車定位和糾偏技術、吊具精確定位、車號和箱號識別等問題。重箱堆場裝卸設備采用雙旋臂、單小車軌道吊，可以分開作業(yè)，最大限度保障裝船卸船的效能，也兼顧對外服務的質(zhì)量。自動化集裝箱堆場系統(tǒng)主要包括自動化軌道吊、集卡檢測識別系統(tǒng)、集卡停車系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等， 其中：集卡識別系統(tǒng)采用RFID識別技術，內(nèi)集卡采用粘貼有源RFID標簽，進堆場后自動識別；外集卡采用自動發(fā)卡、收卡技術，在入口道閘處進行自動識別，然后自動發(fā)卡

17、；在出場處拿出來，收口后自動放行。3. 廈門遠海：完全自主知識產(chǎn)權自動化碼頭廈門遠海自動化集裝箱碼頭2015 年3 月開始進行實船作業(yè)測試，至2016年1月完成13艘次各種類型集裝箱船舶實船生產(chǎn)測試；ECS 軟件開發(fā)完成了10.018.5版本，通過現(xiàn)場測試完成了基本的碼頭流程作業(yè)，實現(xiàn)可試生產(chǎn)能力；2016年3月23日自動化碼頭正式開始試生產(chǎn)，自動化碼頭所有流程和功能區(qū)域全面試投產(chǎn)。廈門遠海是中國第一個全自動化集裝箱碼頭，并且也是第一個完全自主知識產(chǎn)權的自動化碼頭。據(jù)廈門遠海集裝箱碼頭有限公司技術總監(jiān)王沈元介紹，CiTOS為煙臺華東電子軟件技術有限公司開發(fā)的集裝箱碼頭操作系統(tǒng)； ECS為上海振

18、華重工自主研發(fā)的自動化碼頭設備調(diào)度控制管理系統(tǒng)；上海振華重工ECS系統(tǒng)和華東電子CiTOS系統(tǒng)均采用WebService方式， 其中華東電子CiTOS系統(tǒng)提供WebService服務， 上海振華重工ECS作為客戶端訪問CiTOS提供的各種服務；自動化碼頭計算機系統(tǒng)采用虛擬化技術，對自動化設備控制采用雙鏈路、雙機房設計保證自動化碼頭技術操作平臺的可靠、高效。另外一個突出特點是自動化海鐵聯(lián)運。采用是垂直的方式，從后面2km 多的鐵路線直接進入碼頭前沿?？梢钥吹剑?條鐵路軌道直接通到碼頭前沿，用來做集裝箱自動化運作。王沈元表示：“現(xiàn)在最大的問題是，鐵路部門只對車體比較感興趣，碼頭企業(yè)的用戶對箱號感興趣，怎么把這兩個結合在一起是目前比較麻煩的事情。” 縱觀世界自動化集裝箱碼頭的發(fā)展態(tài)勢： 歐洲引領，亞澳快速跟進，美洲落后510年； 國際國內(nèi)比較，國外還未成熟，國內(nèi)剛起步， 但局