集裝箱碼頭設(shè)備管理智能化發(fā)展與構(gòu)想

鄒國亮

（大連集裝箱碼頭有限公司，遼寧大連 116601）

0 引言

港口設(shè)備智能化程度的提升，對設(shè)備管理提出了更高的要求，智能化設(shè)備的管理水平在一定程度上直接決定自動(dòng)化碼頭運(yùn)營情況。設(shè)備管理智能化的發(fā)展已經(jīng)如火如荼，隨著設(shè)備管理系統(tǒng)的推進(jìn)，將大大降低設(shè)備管理人員的工作量。2016年4 月，交通部根據(jù)國家“十三五”規(guī)劃，明確提出了智慧港口的概念，旨在通過港口智能化提升物流服務(wù)水平和物流效率。截止2017 年，我國已建成廈門遠(yuǎn)海、青島前灣，洋山四期3 個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭。目前碼頭自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)非常成熟，自動(dòng)化碼頭已是大勢所驅(qū)。設(shè)備管理的智能化已經(jīng)迫在眉睫，自動(dòng)化碼頭已不是在比拼設(shè)備性能，而是在比拼設(shè)備管理系統(tǒng)的軟實(shí)力[1]。

1 設(shè)備管理智能化發(fā)展現(xiàn)狀

雖然自動(dòng)化碼頭發(fā)展比較迅速，但設(shè)備智能化管理確剛剛起步。目前自動(dòng)化碼頭的設(shè)備管理系統(tǒng)偏向業(yè)務(wù)型，以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，以碼頭作業(yè)需求為導(dǎo)向，是為碼頭業(yè)務(wù)開展服務(wù)的[2]。設(shè)備的管理工作主要是通過人員進(jìn)行管理的，沒有形成系統(tǒng)的智能的管理模式。設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、高效性，目前還只能靠人員的經(jīng)驗(yàn)控制，沒有科學(xué)的計(jì)算依據(jù)。設(shè)備的維修仍舊依靠人員分析，設(shè)備的保養(yǎng)使用的是固定的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，這些都是經(jīng)驗(yàn)的推斷，沒有形式理論的依據(jù)，沒有根據(jù)實(shí)事求是的原則進(jìn)行區(qū)別的針對性的維修策略的制定。設(shè)備的預(yù)警功能仍然不夠完善，所以設(shè)備管理的智能化程度仍需提升。

2 設(shè)備管理理論的發(fā)展

設(shè)備管理理論的發(fā)展經(jīng)歷了4 個(gè)階段：事后維修階段、設(shè)備預(yù)防維修管理階段、設(shè)備系統(tǒng)管理階段、綜合設(shè)備管理階段。綜合設(shè)備管理是建立在全員管理和全生命周期管理理論基礎(chǔ)上的，是對設(shè)備進(jìn)行全過程、全方位、全員管理的設(shè)備管理理論[3]。

3 設(shè)備管理系統(tǒng)的架構(gòu)構(gòu)想

設(shè)備管理系統(tǒng)是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，按照設(shè)備管理理論建立的模式化的應(yīng)用程序系統(tǒng)。設(shè)備管理系統(tǒng)旨在將管理理論模型化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)簡化人員的統(tǒng)計(jì)、歸類、計(jì)算、分析等工作，為設(shè)備管理人員的決策提供更快的數(shù)據(jù)支持，提升設(shè)備管理人員的工作質(zhì)量和效率。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層2 層。設(shè)備智能管理系統(tǒng)是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代的智能感知技術(shù)相結(jié)合的新型管理系統(tǒng)。新型的設(shè)備管理系統(tǒng)增加了感知層和傳輸層，使得設(shè)備數(shù)據(jù)可直接通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸給系統(tǒng)服務(wù)器。

感知層網(wǎng)絡(luò)是隨機(jī)分布的集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元的微小節(jié)點(diǎn)，通過自組織的方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。就如人的神經(jīng)系統(tǒng)一樣，通過不同的觀感對本身和周圍事物進(jìn)行感知。如位置信息可通過GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）得到，溫度信息可通過溫度傳感器得到，視覺信息可通過視頻技術(shù)和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)得到相關(guān)信息，距離信息可通過距離傳感器，激光掃描儀得到，聲音數(shù)據(jù)通過噪聲檢測儀得到振動(dòng)頻率、應(yīng)力檢測等，通過各種方式感知的信息配以各種通信網(wǎng)絡(luò)共同組成設(shè)備感知層網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備感知層的建立是實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理智能化的基礎(chǔ)[4]。

如何將感知層的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，根據(jù)不同的終端可采用4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，無線通信2.4G 或5.8G 高頻網(wǎng)絡(luò)，光纖、有線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。其作為數(shù)據(jù)傳送的介質(zhì)。在集裝箱碼頭因設(shè)備、空間等因素限制，為了保證通信效果，往往采用多種通信方式并存的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，如岸橋CMS（Crane Manage System，起重機(jī)管理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)通過光纖進(jìn)行傳輸，對講系統(tǒng)、終端通過2.4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸。各種通信方式混合應(yīng)用，取長補(bǔ)短，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的通信效果。

管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層主要是通過數(shù)據(jù)庫軟件對傳感層采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，同時(shí)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，將信息反饋給應(yīng)用層，同時(shí)將應(yīng)用層的數(shù)據(jù)也保存至數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)服務(wù)器中。隨著半導(dǎo)體加工技術(shù)的提升，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的容量和數(shù)據(jù)計(jì)算速度都提升到一個(gè)新的高度，加之4G 和5G 技術(shù)，光線技術(shù)的應(yīng)用共同為設(shè)備智能化管理提供了技術(shù)保障。

應(yīng)用層的建立，主要是通過編程語言將綜合設(shè)備管理理論進(jìn)行模塊化、系統(tǒng)化，加之?dāng)?shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)支持，通過應(yīng)用模塊的建立實(shí)現(xiàn)設(shè)備全員管理和全生命周期管理過程中的各個(gè)階段和方面管理，各個(gè)應(yīng)用模塊通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，通過對所有模塊數(shù)據(jù)的綜合分析，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的信息化，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行在加工和邏輯編程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的智能化[5]。

4 基于集裝箱碼頭設(shè)備管理系統(tǒng)的信息化和智能化設(shè)計(jì)

依據(jù)碼頭設(shè)備管理工作為基礎(chǔ)，進(jìn)行集裝箱碼頭設(shè)備管理系統(tǒng)智能化的開發(fā)，智能化系統(tǒng)應(yīng)該包括設(shè)備檔案管理系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、設(shè)備安全管理系統(tǒng)、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備故障自診斷系統(tǒng)、設(shè)備采購/備件管理系統(tǒng)、設(shè)備分析報(bào)告系統(tǒng)以及設(shè)備智能調(diào)度和控制系統(tǒng)。

（1）設(shè)備管理系統(tǒng)。高管管理智能化的前提是建立一個(gè)數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析的系統(tǒng)，通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，得出相關(guān)結(jié)果，對結(jié)果進(jìn)行輸出實(shí)現(xiàn)精確的設(shè)備管理動(dòng)作。通過數(shù)據(jù)層和傳輸層的搭建，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備檔案管理系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、設(shè)備采購和備件管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集。

（2）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)。通過對數(shù)據(jù)的綜合分析則可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理的智能化。如通過設(shè)備制動(dòng)器的工作時(shí)間和工作次數(shù)，以及運(yùn)行的噪聲、溫度，摩擦片厚度等一系列數(shù)據(jù)的采集和分析，可以推斷制動(dòng)器的預(yù)計(jì)保養(yǎng)時(shí)間，進(jìn)行預(yù)警式維修。依次類推，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)、減速箱、鋼絲繩、油缸等相關(guān)備件的預(yù)警維修，通過系統(tǒng)生成相應(yīng)的維保計(jì)劃，通過系統(tǒng)將維保計(jì)劃和維保工作的SOP（Standard Operation Procedure，標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序）發(fā)送給對應(yīng)的人員，從而實(shí)現(xiàn)精確地維保計(jì)劃制定和標(biāo)準(zhǔn)的維保流程，減少不必要的人工成本，提升維保人員的工作效率和質(zhì)量。

（3）設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。隨著集裝箱碼頭自動(dòng)化的發(fā)展，碼頭將實(shí)現(xiàn)無人化操作，為保證人員安全，設(shè)備作業(yè)時(shí)是無法進(jìn)入作業(yè)區(qū)進(jìn)行設(shè)備點(diǎn)檢的。隨著監(jiān)控和傳輸技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程檢查的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。設(shè)備維修人員通過遠(yuǎn)程圖像、聲音、溫度、振動(dòng)、距離等采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人員身臨其境的效果，從而可以利用設(shè)備作業(yè)過程進(jìn)行設(shè)備的點(diǎn)檢，在空間上，減少了人員奔走的辛勞，同時(shí)也提升的檢查的效率，如果存在問題，則可以進(jìn)行圖像等數(shù)據(jù)的保存。與傳統(tǒng)型設(shè)備維修相比，人員檢查效率預(yù)計(jì)可提升5～10 倍。降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度的前提下，也可以實(shí)現(xiàn)人員居家辦公的可能。

（4）設(shè)備故障自診斷系統(tǒng)。提升設(shè)備的可靠性和故障處置速度是提升碼頭效率的兩個(gè)方法。設(shè)備是通過PLC 控制的，所以故障其實(shí)是PLC 程序的條件不滿足導(dǎo)致的，如果可以快速找到不滿足的條件，便可以快速找到根源，實(shí)現(xiàn)故障的快速處理。利用CMS 的仿真功能和回放功能，以及出現(xiàn)故障時(shí)的程序情況，通過反向查找，找到問題點(diǎn)直接提醒維修人員，從而可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的快速處理。同時(shí)通過對設(shè)備故障的處理記錄，形式專家系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備報(bào)相同故障時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行PLC 條件檢查，綜合分析，給出故障點(diǎn)，同時(shí)從故障數(shù)據(jù)庫中調(diào)取故障處置方案，發(fā)給維修人員，提升設(shè)備故障的處置的效率。

（5）設(shè)備智能調(diào)度和控制系統(tǒng)。通過與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的對接和設(shè)備位置，狀態(tài)等信息的綜合分析，進(jìn)行設(shè)備的智能調(diào)度和控制，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和高效性，提升設(shè)備和人員的工作效率，節(jié)省人力和能耗。

5 基于集裝箱碼頭設(shè)備管理智能化的意義

集裝箱裝卸設(shè)備的智能化必將推動(dòng)設(shè)備管理的智能化發(fā)展。通過對物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、自動(dòng)控制等技術(shù)的應(yīng)用，提升設(shè)備管理的效率、管理的深度，提高生產(chǎn)力。因此設(shè)備管理智能化是大勢所趨。隨著國家“十三五”規(guī)劃和智慧港口的推進(jìn)，設(shè)備管理智能化必將得以實(shí)現(xiàn)。