自動(dòng)化毫無(wú)疑問(wèn)將成為碼頭未來(lái)的發(fā)展趨勢，對于傳統碼頭堆場(chǎng)自動(dòng)化的改造，也成為了各港口轉型升級的突破點(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，邊調試、邊上線(xiàn)”的情況下，突破內跨式軌道橋單邊雙車(chē)道布局、TOS系統對“邊裝卸”工藝的適應性等技術(shù)難點(diǎn)，從而實(shí)現堆場(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)化配置的轉變。

01碼頭概況

天津五洲國際集裝箱碼頭有限公司坐落于天津港東突堤北側，建成于2003年，是天津港北港池最先運營(yíng)投產(chǎn)的集裝箱碼頭，碼頭岸線(xiàn)總長(cháng)1202m，擁有4個(gè)20萬(wàn)噸深水泊位，堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置，堆存能力3.2萬(wàn)TEU， 配有12臺岸橋和31臺軌道橋，年設計吞吐能力為150萬(wàn)TEU，是我國第一個(gè)全部采用定軌式場(chǎng)地設備作業(yè)工藝的專(zhuān)業(yè)數字化集裝箱碼頭。

02改造目的

作為傳統軌道橋工藝碼頭，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型升級的先機。天津港正處在重要的轉型機遇期，規劃了5類(lèi)29個(gè)“智慧港口”重點(diǎn)項目，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)化升級改造和港口云數據中心等項目建設。五洲國際以特有的設備工藝優(yōu)勢，積極搶抓轉型先機。

突破工藝效率的瓶頸。五洲國際投產(chǎn)至今，軌道式堆場(chǎng)設備工藝雖已成熟，但作業(yè)效率、服務(wù)水平、操作能力受轉場(chǎng)限制、機械配比、生產(chǎn)組織模式的制約，再難取得新的突破。效率天花板與設備利用率低的現象共存，宏觀(guān)資源空閑與局部資源緊張的現象共存。具體指標上，陸運車(chē)輛滯場(chǎng)時(shí)間居高不下、夜間作業(yè)效率低、司機工班作業(yè)量不均衡等問(wèn)題固化已久。需要通過(guò)堆場(chǎng)設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(wèn)題。五洲國際近三年來(lái)勞務(wù)用工成本持續以超過(guò)10%的速度增長(cháng)，成本壓力加大，裝卸司機崗位競爭力下降，軌道橋司機流失情況不容忽視，招工難、成本高的問(wèn)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)現低投入、高收益。五洲碼頭裝卸設備均已服役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)設施也進(jìn)入大修周期，此時(shí)實(shí)施堆場(chǎng)自動(dòng)化升級改造是難得的契機，不僅固基礎，同時(shí)上臺階。

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，邊調試、邊上線(xiàn)”的方式。改造前，五洲國際組織九方參建單位，明確5類(lèi)22個(gè)限制要素，通過(guò)桌面推演制訂了40個(gè)階段的改造計劃。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，以此預判生產(chǎn)與改造的交叉狀態(tài)，確保每階段改造范圍和設備數量的最大化，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，實(shí)現了航運全自動(dòng)作業(yè)和陸運遠程干預作業(yè)。

04難點(diǎn)突破與操作革新

五洲國際的自動(dòng)化改造，從本質(zhì)上講，是一個(gè)探索加實(shí)踐的過(guò)程，是把現有成熟的自動(dòng)化技術(shù)，同自身的實(shí)際條件結合起來(lái)的過(guò)程。在此過(guò)程中，克服難題、革新操作，找出一條傳統碼頭自動(dòng)化改造的可行之路。主要就是“克服兩個(gè)難點(diǎn)”、“實(shí)現兩個(gè)轉變”。

4.1克服內跨式軌道橋單邊雙車(chē)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)現內外集卡的分離，并在每側設置公共車(chē)道，通行自由度較高。五洲內跨式軌道橋的車(chē)道在門(mén)腿以?xún)?，集卡只能從軌距內穿行，易產(chǎn)生堵塞點(diǎn)。經(jīng)過(guò)論證，最終選擇了內跨式單側雙車(chē)道布局，通過(guò)設置超車(chē)道來(lái)保證集卡在堆場(chǎng)內的通行要求。這種布局意味著(zhù)內外集卡要在堆場(chǎng)內混行，作業(yè)組織難點(diǎn)在于對車(chē)流和車(chē)序的控制。對此，五洲會(huì )同項目總包方開(kāi)發(fā)了PDS系統來(lái)管理自動(dòng)化交換區（TP）和控制時(shí)序。主要實(shí)現以下功能：

通過(guò)入場(chǎng)口RFID天線(xiàn)識別內外集卡。

收集并過(guò)濾集卡的到達信息。

根據TP占用情況緩沖和推送集卡到達信息。

通過(guò)補發(fā)、回退、置頂等功能對車(chē)輛到達信息進(jìn)行時(shí)序控制和糾正。

連接TOS和ECI，針對指令順序錯誤的情況，進(jìn)行換車(chē)操作。

各類(lèi)RFID未識別原因的自動(dòng)記錄與管理。

內集卡手動(dòng)和自動(dòng)確認到達方式分場(chǎng)地切換控制。

外集卡分階段滯場(chǎng)狀態(tài)監控。

4.2  克服TOS系統對“邊裝卸”工藝的適應性難題

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

天津港各集裝箱碼頭TOS系統已經(jīng)在集團主管部室統籌下，由天津港信息公司完成了一體化部署，五洲國際另外應用其AYC模塊實(shí)現對自動(dòng)化作業(yè)的控制。該模塊通過(guò)對時(shí)間、距離、作業(yè)類(lèi)型等項要素的綜合評估，來(lái)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，五洲國際會(huì )同天津港信息公司對AYC模塊做了140余項改進(jìn)，以解決其對“邊裝卸”工藝的適應性難題。重點(diǎn)是以下三個(gè)方面的改進(jìn)。

實(shí)現按貝設置自動(dòng)化交換區。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改變了傳統的TP布局方式，使每個(gè)貝都能設置為獨立的自動(dòng)化交換區。

實(shí)現沿車(chē)道行進(jìn)方向派發(fā)指令?！斑呇b卸”條件下，集卡要沿車(chē)道行進(jìn)方向行駛，為避免倒車(chē)和二次入場(chǎng)，同車(chē)雙箱的指令派發(fā)順序至關(guān)重要。為此，AYC明確了裝、卸、集、提四項作業(yè)類(lèi)型的指令派發(fā)規則，總體上按照“先低貝后高貝”、“先前位后后位”、“同車(chē)同貝連續做”的規則派發(fā)指令。

實(shí)現在限定范圍內的自動(dòng)搗箱。與“端裝卸”接力完成水平運輸的方式不同，“邊裝卸”條件下的水平運輸主要靠水平運輸工具來(lái)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間范圍以?xún)?。在此需求下，AYC增加了搗箱范圍的設置功能，就近尋找搗箱位，同時(shí)降低了系統FLD概率。

4.3堆場(chǎng)策劃方式從集中式向分散式（智能分位）轉變

分散策劃是相對于集中策劃而言的，是以TOS系統智能分位功能為基礎，把集裝箱按照需要的屬性分類(lèi)，然后綜合考慮設備工作量、大車(chē)跑動(dòng)距離（時(shí)間）、場(chǎng)地利用率、同場(chǎng)作業(yè)優(yōu)先級、泊位堆場(chǎng)距離等匹配要素，并以較為廣闊的區域（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(lèi)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)和每臺設備的工作量。

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

但近年來(lái)，隨著(zhù)天津港進(jìn)出口規模的不斷擴大、港區功能結構性調整和轉型升級、新技術(shù)新工藝的引入，以及口岸環(huán)境的不斷改善，傳統的堆場(chǎng)策劃方式正面臨諸多現實(shí)挑戰，越來(lái)越不適應港口發(fā)展的需要。一是難以應對作業(yè)高峰的連續沖擊，二是難以挖掘和提升堆場(chǎng)設備的整體作業(yè)效能，三是難以適應新的口岸政策要求。

自動(dòng)化設備作業(yè)的優(yōu)勢在于快速的響應和穩定高效的效率表現，劣勢在于各環(huán)節嚴苛的操作標準以及缺乏極限效率沖擊能力。要揚長(cháng)避短，自動(dòng)化作業(yè)恰好帶來(lái)了堆場(chǎng)策劃方式革新的契機。分散式堆場(chǎng)策劃方式更適合自動(dòng)化設備的運行特點(diǎn)（沒(méi)有生理疲勞期、不抱怨頻繁的跑動(dòng)和翻搗、速度恒定、效率穩定、均勻并及時(shí)的響應任務(wù)指令，等等）。五洲國際認為分散式堆場(chǎng)策劃方式是與自動(dòng)化操作匹配最佳的配套工藝，可以此挖掘設備整體的潛力。

五洲國際通過(guò)“分級策劃”、“進(jìn)出口分區策劃”、“進(jìn)出口全場(chǎng)混合策劃”三個(gè)階段，24次的參數調整與優(yōu)化，實(shí)現了分散式堆場(chǎng)策劃方式的革新與穩定運行。提高了場(chǎng)橋使用均衡度、選位合理性和場(chǎng)地調配的彈性，降低了由于進(jìn)出口比例轉換、船舶班期調整等原因對生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的負面影響，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。

4.4操作體制從圍繞單一船舶向圍繞整體資源的優(yōu)化配置轉變

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

05改造效果

5.1  改造后的作業(yè)指標

RCS對自動(dòng)化軌道橋操控比達到1:6；改造后自動(dòng)化軌道橋平均機械動(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)現的四點(diǎn)提升

場(chǎng)地設備吞吐能力的提升。通過(guò)改造，堆場(chǎng)設備資源能力提升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。

司機人數大幅度減少。由原來(lái)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，提升了對外服務(wù)水平。

5.3經(jīng)濟性成效

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