自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)集裝箱碼頭的應(yīng)用

成文峰 李約翰

摘? ?要：自20世紀(jì)末，我國(guó)自動(dòng)化集裝箱碼頭得以快速發(fā)展，且越來(lái)越成熟，目前我國(guó)全自動(dòng)化集裝箱碼頭一系列關(guān)鍵技術(shù)已比較成熟，并領(lǐng)先世界各國(guó)，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中取得較為顯著的效果。因此，本文主要分析自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)集裝箱碼頭中的應(yīng)用，并闡述自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)集裝箱碼頭中全自動(dòng)化、高效節(jié)能化的發(fā)展前景，希望能夠促進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)在集裝箱碼頭中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化技術(shù)? 傳統(tǒng)集裝箱碼頭? 應(yīng)用

自動(dòng)化集裝箱碼頭特征包括：效率較高、安全性較高、能耗較低、成本較低、節(jié)能環(huán)保等，在未來(lái)集裝箱碼頭勢(shì)必向著更加自動(dòng)化、更加高效節(jié)能的方向發(fā)展。于2017年5月11日亞洲第一個(gè)正式投入運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化集裝箱碼頭設(shè)置到了青島港，上海港洋山深水港區(qū)四期緊隨其后也開(kāi)始正式投入運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化集裝箱碼頭。相較于新建自動(dòng)化集裝箱碼頭，現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施難以有效應(yīng)用到傳統(tǒng)集裝箱碼頭之中，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，然而傳統(tǒng)集裝箱碼頭能夠結(jié)合自身具體情況來(lái)自動(dòng)化改造部分領(lǐng)域，以此來(lái)有效提升工作效率，為企業(yè)帶來(lái)更多的效益[1]。

1? 傳統(tǒng)集裝箱碼頭關(guān)于自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

1.1 堆場(chǎng)作業(yè)自動(dòng)化

自動(dòng)化碼頭發(fā)展初期，對(duì)于碼頭半自動(dòng)化作業(yè)的開(kāi)展，人們主要選擇堆場(chǎng)作業(yè)自動(dòng)化堆場(chǎng)吊籃，將大小車應(yīng)用到堆場(chǎng)箱區(qū)內(nèi)部，以此來(lái)進(jìn)行一系列作業(yè)，即取箱——翻倒——放箱，通過(guò)設(shè)備自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，然而水平運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)營(yíng)，還是離不開(kāi)人工來(lái)遠(yuǎn)程操作，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)集裝箱交接作業(yè)[2]。當(dāng)前，自動(dòng)化集裝箱碼頭的ASC包括ARMG和自動(dòng)輪胎吊，自動(dòng)化跨運(yùn)車與自動(dòng)化堆場(chǎng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)尚未得到普及，還處于試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)。現(xiàn)階段堆場(chǎng)的ASC技術(shù)、ASC工藝、ASC控制系統(tǒng)、ASC設(shè)備已成熟，并應(yīng)用到了水平運(yùn)輸設(shè)備之中，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè)。

1.2 船舶作業(yè)自動(dòng)化

船舶作業(yè)自動(dòng)化實(shí)質(zhì)上指的是對(duì)船舶作業(yè)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，該自動(dòng)化控制形式通常分為單小車和雙小車自動(dòng)橋吊兩種。從當(dāng)前實(shí)際作業(yè)情況來(lái)看，遠(yuǎn)程自動(dòng)化作業(yè)仍舊受到較大的限制，其往往只能夠作用于一些較為常規(guī)的運(yùn)行動(dòng)作中，而在進(jìn)行吊具吊箱進(jìn)出艙口、大車行走和特種箱作業(yè)時(shí)，仍舊需要人為進(jìn)行操控，才能確保作業(yè)安全進(jìn)行。當(dāng)前船舶自動(dòng)化控制作業(yè)中主要應(yīng)用到的技術(shù)包括：自動(dòng)箱號(hào)識(shí)別、自動(dòng)吊具防搖和糾偏、小車自動(dòng)經(jīng)濟(jì)軌跡運(yùn)行等。與此同時(shí)，我國(guó)相關(guān)人員仍在加強(qiáng)船舶作業(yè)自動(dòng)化的研究力度，在中轉(zhuǎn)平臺(tái)自動(dòng)摘取技術(shù)上取得較大的進(jìn)展[3]。

1.3 水平運(yùn)輸自動(dòng)化

因?yàn)樯婕耙幌盗兄悄芑瘑?wèn)題，水平運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，是離不開(kāi)無(wú)線通信技術(shù)、大容量信息處理技術(shù)、高自動(dòng)定位技術(shù)的應(yīng)用，且確保這三項(xiàng)技術(shù)具有高度的可靠性。加上堆場(chǎng)自動(dòng)化在技術(shù)方面存在較大的難度，這就在極大程度上影響了自動(dòng)化碼頭的運(yùn)營(yíng)成本、作業(yè)效率、吞吐能力等。對(duì)于全自動(dòng)化集裝箱碼頭而言，其水平運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)中采用了AGV和A-SHC這兩種模式。目前我國(guó)關(guān)于自動(dòng)駕駛集卡的研究，正處于研發(fā)階段，缺少成熟的應(yīng)用案例。對(duì)于水平運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，具有包括：（1）動(dòng)力能源技術(shù);（2）電池電芯技術(shù);（3）電池管理統(tǒng);（4）導(dǎo)航技術(shù)和定位技術(shù);（5）資源調(diào)度算法技術(shù);（6）安全控制技術(shù)等。

1.4 裝卸工藝系統(tǒng)自動(dòng)化

關(guān)于自動(dòng)化集裝箱碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)的投產(chǎn)與建立，ARMG方案在堆場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用頻率最多，這一方案技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：較高的作業(yè)效率、安全可靠、節(jié)能環(huán)保、技術(shù)成熟。對(duì)于水平運(yùn)輸選擇AGV的碼頭，主要選用雙小車岸橋，對(duì)于水平運(yùn)輸選擇跨運(yùn)車的碼頭，主要選用單小車岸橋，同時(shí)岸橋的操作模式會(huì)對(duì)雙小車的有效性與恰當(dāng)性造成一定的影響。

2? 自動(dòng)化技術(shù)在傳統(tǒng)集裝箱碼頭發(fā)展趨勢(shì)

2.1 全自動(dòng)化發(fā)展

具體表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：一是，遠(yuǎn)程操控雙起升雙小車岸橋成套技術(shù)，將這一技術(shù)應(yīng)用到碼頭裝卸設(shè)備之中，對(duì)于雙40ft吊具，碼頭往往選擇主小車，對(duì)于20ft吊具，碼頭往往選擇副小車，對(duì)于海測(cè)主小車與陸側(cè)副小車之間，碼頭需要選擇常規(guī)單小車，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間的循環(huán)，岸橋作業(yè)主小車和副小車均選擇2個(gè)40 ft箱位臺(tái)座的中轉(zhuǎn)平臺(tái)，這樣就能夠起到緩沖的作用;在未來(lái)的集裝箱碼頭中不需要在岸橋上設(shè)立駕駛室;對(duì)于主小車作業(yè)的開(kāi)展，選用多角度且全覆蓋的船型掃描設(shè)備、箱號(hào)識(shí)別設(shè)備、電子監(jiān)控設(shè)備，這樣就能夠通過(guò)人工進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，在副小車作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)選擇這三種設(shè)備，即可達(dá)到自動(dòng)化作業(yè)的目的，從而在極大程度上減少設(shè)備的等待時(shí)間，提升作業(yè)效率，減少設(shè)備能源消耗[4]。二是，遠(yuǎn)程操控自動(dòng)化軌道吊成套技術(shù)，自動(dòng)化堆場(chǎng)與碼頭前沿線布置互相垂直，裝卸設(shè)備中的自動(dòng)化軌道吊，其具備遠(yuǎn)程操控功能，將軌道吊設(shè)置到每一個(gè)箱區(qū)海陸側(cè)，選擇全電驅(qū)動(dòng);同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用大車檢測(cè)裝置、小車檢測(cè)裝置、起升位置檢測(cè)裝置、控制管理系統(tǒng)，就能夠使之具備軌道吊自動(dòng)的運(yùn)行、定位、著陸，且相關(guān)工作人員可遠(yuǎn)程操作陸側(cè)軌道吊，這樣就能夠有效節(jié)省設(shè)備能源，保護(hù)環(huán)境，還在極大程度上提升了碼頭的生產(chǎn)效率，節(jié)約了勞動(dòng)力，降低安全事故的發(fā)生幾率等;三是，全鋰電換電提升式AGV 成套技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：無(wú)人駕駛、定位精確、自動(dòng)導(dǎo)航、路徑優(yōu)化及安全避障，通過(guò)將這一技術(shù)應(yīng)用到集裝箱碼頭上，可在極大程度上降低碼頭的營(yíng)運(yùn)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，且提高作業(yè)效率;同時(shí)，綠色環(huán)保全鋰電池技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要為：（1）為設(shè)備提供全綠色動(dòng)力;（2）自重較輕，涵蓋了較高的能源效率系統(tǒng)，節(jié)約了能源的消耗;（2）保護(hù)環(huán)境，該技術(shù)的應(yīng)用不會(huì)排放出二氧化碳等主要污染物[5]。

2.2 高效節(jié)能化發(fā)展

具體包括四個(gè)方面：一是，可分離式上架和吊具自動(dòng)更換平臺(tái)技術(shù)，結(jié)合碼頭的具體情況，將靈活的可分離式上架應(yīng)用到岸橋主小車吊具系統(tǒng)之中，將吊具自動(dòng)更換平臺(tái)布置到岸橋聯(lián)系梁位置，以便對(duì)可分離式上架、備用吊具進(jìn)行放置，可實(shí)時(shí)按照作業(yè)需求來(lái)對(duì)雙吊具進(jìn)行恰當(dāng)運(yùn)用，這樣就能夠在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)地更換吊具;二是，海側(cè)軌道吊雙20 ft吊具技術(shù)，隨著TOS的智能化發(fā)展，碼頭依據(jù)海側(cè)交接區(qū)支架的具體情況，對(duì)于這一區(qū)域的交接裝卸設(shè)備，碼頭通過(guò)選擇雙20 ft自動(dòng)化軌道式龍門起重機(jī)作業(yè)模式，即可提升作業(yè)效率，及整個(gè)碼頭系統(tǒng)的運(yùn)行效率，節(jié)省碼頭運(yùn)營(yíng)成本;三是，遠(yuǎn)程操作電動(dòng)輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)技術(shù)，對(duì)于危險(xiǎn)品堆場(chǎng)和特種箱作業(yè)區(qū)的地方，通過(guò)選擇這一技術(shù)，可有效減少傳統(tǒng)柴油RTG的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排;四是，節(jié)能新光源技術(shù)，依據(jù)碼頭照明實(shí)際與自動(dòng)化控制特征，將綠色節(jié)能的新光源應(yīng)用到碼頭需要照明的各區(qū)域，從而有效節(jié)約能耗，降低碼頭的成本[6]。

3? 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為提升傳統(tǒng)集裝箱碼頭的系統(tǒng)運(yùn)行效率，減少人力的輸出，減少營(yíng)運(yùn)成本，提升企業(yè)的效益，需積極應(yīng)用全自動(dòng)化集裝箱碼頭，在今后也需對(duì)自動(dòng)化碼頭進(jìn)行不斷完善與優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 程澤坤，劉廣紅，羅勛杰.國(guó)外自動(dòng)化集裝箱碼頭應(yīng)用現(xiàn)狀及建設(shè)借鑒[J].水運(yùn)工程，2016（9）：3-8.

[2] 劉廣紅，程澤坤，林浩，等.自動(dòng)化集裝箱碼頭總體布局模式對(duì)比分析[J].水運(yùn)工程，2016（9）：14-18.

[3] 陳建明，任松，陳維斗.自動(dòng)化集裝箱碼頭雙小車岸橋主小車作業(yè)效率優(yōu)化[J].集裝箱化，2018（10）：10-12.

[4] 劉洋，麥宇雄，覃杰.適用于江海聯(lián)運(yùn)海港自動(dòng)化集裝箱碼頭的總體布置方案[J].水運(yùn)工程，2019（9）：119-124.

[5] 耿衛(wèi)寧.青島港自動(dòng)化集裝箱碼頭全自動(dòng)調(diào)箱門系統(tǒng)技術(shù)方案[J].集裝箱化，2016，27（3）：15-17.

[6] 方懷瑾，羅勛杰，周維峰.自動(dòng)化集裝箱碼頭環(huán)境保護(hù)分析與展望[J].水運(yùn)工程，2016（9）：9-13.