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港航业素有国民经济“晴雨表”之称.近年来,剧烈动荡的世界经济形势和急剧变化的航运市场给国内集装箱码头带来严峻挑战.本文针对集装箱码头前沿传统作业模式的弊端,从信息化和自动化的角度出发,提出集装箱码头前沿智能作业系统,以实现现场作业中的人机分离,并提高码头作业效率,从而提升集装箱码头竞争力.
1 集装箱码头前沿传统作业模式的弊端
2008年国际金融危机爆发后,世界主要经济体经济增长乏力,集装箱运量难以持续增长,集装箱码头无法单纯依靠作业量的增长来赚取利润.国内集装箱码头的生产成本（包括人工成本和安全成本）不断攀升,装卸费用却保持基本稳定,甚至在物流成本下降的大环境下有所降低,这一升一降严重影响了集装箱码头的经济效益；同时,船舶大型化使得集装箱码头单个泊位的装卸箱量猛增,对集装箱码头的装卸质量和作业效率提出更高要求.
在这种背景下,集装箱码头前沿主要依靠人员现场指挥作业的传统作业模式在应对挑战、提高效率、降低成本等方面已经遇到瓶颈,主要存在以下弊端.
（1）人工操作环节多,信息化水平低,效率难以提升.集卡在桥吊下运送集装箱、桥吊移动大车、船舶装卸集装箱等环节都需要人员参和,而人工操作環节越多,失误就越多,效率也就越低.例如,桥板头需要手动翻阅船图来确定集装箱是否安装锁垫及锁垫类型,导致效率低下,尤其在雨雪等恶劣天气下,纸质船图容易被打湿,对现场作业影响很大.
（2）作业现场人机混杂,安全隐患较大.例如：桥板头在桥吊下方指挥集卡并拆装锁垫,未实现人机分离；当集卡和桥吊配合实施装卸作业时,由于集卡放行信号不明确,容易发生集卡拖行桥吊吊具的事故.
（3）作业人员配备数量多,劳动强度大,工作环境差,人工成本高.例如,桥板头的工作内容包括拆装锁垫、指挥集卡、确认箱号等,工序繁杂,劳动强度大,工作环境差,安全风险高,且每条作业线都需要配备桥板头,导致人工成本较高.
2 集装箱码头前沿智能作业系统的设计
思路
集装箱码头前沿智能作业系统充分发挥信息化和自动化的优势,以最大限度地减少人工操作环节,降低人员作业强度,改善作业环境,保障作业安全.本文以青岛港前湾集装箱码头为例,介绍其集装箱码头前沿智能作业系统的设计思路.
第一,设计作业指挥系统,由作业指挥系统向桥吊和集卡发送详细的装卸信息,以替代人员直接沟通环节.
第二,将拆装锁垫作业区域从桥吊下方迁移到码头前沿的后方,并设计隔离亭用于拆装锁垫作业,从而实现人机分离.
第三,在集卡驾驶室内安装专用显示屏,显示集卡所载集装箱信息及其锁垫信息.桥板头根据显示信息实施锁垫拆装作业,从而实现纸质船图电子化.
第四,在桥吊司机室内加装无线终端,显示桥吊作业指令.桥吊司机根据无线终端显示的作业指令实施作业,避免指挥人员来回奔波.
第五,在桥吊上安装自动定位系统,对集卡进行准确定位,以避免人工指挥可能产生的误差.
3 集装箱码头前沿智能作业系统的组成
模块
集装箱码头前沿智能作业系统由5个模块组成,分别为作业指挥系统、车载终端系统、桥吊监控系统、锁垫拆装系统和自动定位系统（见图1）.
3.1 作业指挥系统
作业指挥系统是集装箱码头前沿智能作业系统的核心控制部分,主要实现以下三大功能：（1）生成桥吊作业车道信息,并将信息发送至桥吊作业终端和集卡作业终端；（2）生成装卸船顺序指令,并将指令发送至桥吊作业终端和集卡作业终端；（3）生成锁垫类型和安装信息,并将信息发送至集卡显示屏.
3.2 车载终端系统
车载终端系统是集装箱码头前沿智能作业系统的人机交互界面,按照安装设备的不同分为以下3类：（1）桥吊作业终端（见图2）,用于显示装卸船顺序指令,便于桥吊司机确认集装箱的装卸顺序和堆存位置等信息,并能连接短信和微信推送平台,当桥吊发生故障时,将桥吊司机录入的故障信息推送至维修管理人员；（2）集卡车载终端,用于显示集装箱是否安装锁垫、安装锁垫后能否装船（集卡排队）、集卡前往桥吊的所属车道等信息；（3）集卡车载显示屏（见图3）,用于显示集卡所载集装箱的编号、锁垫类型等信息.
3.3 桥吊监控系统
桥吊监控系统（见图4）的监控区域基本覆盖整个桥吊,分别在桥吊连续梁、海侧上横梁、前大梁、小车架、大机房和电气房内安装摄像头,在桥吊司机室内安装监视屏和硬盘录像机.当桥吊作业时,桥吊司机通过桥吊监控系统观察车道内的集卡动态和高压卷盘的运动状态,防止意外发生.桥吊监控系统连接码头的安全视频系统,便于监控现场作业和抓拍违章情况.
3.4 锁垫拆装系统
隔离亭（见图5）是锁垫拆装系统的主要组成部分,其作用主要体现在：（1）桥板头在隔离亭内进行锁垫拆装作业,和集卡实现安全隔离；（2）隔离亭内配备座椅,供桥板头休息使用；（3）隔离亭前端配备显示屏,显示相关船舶的装卸信息；（4）隔离亭配备红绿信号灯,信号灯由桥板头控制,提示集卡司机明确的安全通行信息；（5）隔离亭配备太阳能充电装置,不仅节约能源,而且便于搬移或调整位置.
3.5 自动定位系统
在桥吊上安装自动定位系统（见图6）：桥吊左侧连续梁安装可旋转的激光扫描定位仪；桥吊海陆两侧大梁两端安装4块显示屏,用于显示集装箱位置信息和桥吊运行状态.
4 结束语
集装箱码头前沿智能作业系统已在青岛港前湾集装箱码头得到应用.实践证明,该智能作业系统能够有效实现码头作业中的人机分离,减少现场作业中的安全隐患,提高集装箱码头的装卸质量和作业效率,进而提升集装箱码头综合竞争力.
（编辑：许玲 收稿日期：2017-03-14）
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参考文献：
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