港口散貨碼頭智能化控制和管理研究

孫博文

（江蘇省交通運(yùn)輸廳港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇南京 210004）

0 引言

當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)處于深度調(diào)整期，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，港口運(yùn)輸需求增速放緩，我國(guó)港口企業(yè)正處于新的發(fā)展階段，面臨新的發(fā)展形勢(shì)。面對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩的新常態(tài)以及社會(huì)對(duì)環(huán)保、安全等方面的新要求，諸多港口開始借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，形成新的利益增長(zhǎng)點(diǎn)和新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。碼頭貨物裝卸一直是我國(guó)貨物運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，目前貨物運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是散貨運(yùn)輸量越來越大，運(yùn)輸類型越來越多。我國(guó)港口的智能化發(fā)展主要集中在集裝箱碼頭，而散貨碼頭的智能化發(fā)展起步較晚，相關(guān)設(shè)備設(shè)施以及裝卸儲(chǔ)運(yùn)水平還比較落后，相較國(guó)際先進(jìn)水平存在效率低、能耗高、環(huán)保性差等缺點(diǎn)，因此，有必要加強(qiáng)散貨碼頭的自動(dòng)化和智能化的研究和建設(shè)，采用更高效、更智能的裝卸方法，提高整體運(yùn)行效率。

1 港口散貨碼頭智能化控制和管理的必要性

1.1 提高運(yùn)營(yíng)效率

我國(guó)許多散貨碼頭具有投資大、單位產(chǎn)量小的特點(diǎn)，原因是散貨的裝卸和運(yùn)輸涉及許多復(fù)雜的環(huán)節(jié)，還必須有大量的人力資源支持。然而，目前國(guó)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，如果散貨碼頭不能采取有效的措施提高工作效率、加強(qiáng)裝卸能力，就會(huì)影響相應(yīng)的業(yè)務(wù)量，收入也得不到保障。在信息化智能化快速發(fā)展的時(shí)代背景下，相關(guān)企業(yè)應(yīng)開拓一條智能化發(fā)展的新路，利用智能化裝卸的方式，最大限度地提高散貨碼頭的裝卸、儲(chǔ)運(yùn)能力，并致力于使其發(fā)揮更好的效果。智能化散貨碼頭采用先進(jìn)的技術(shù)，應(yīng)用科學(xué)的管理，擁有更高的運(yùn)營(yíng)效率，是國(guó)內(nèi)散貨碼頭未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1.2 提高環(huán)保節(jié)能價(jià)值

環(huán)境保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)港口行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。散貨碼頭涉及各種貨物，其中汽油、柴油、液化石油氣等能源物資也在運(yùn)輸范圍內(nèi)。這些都影響了碼頭環(huán)境，如果處理不當(dāng)，很容易影響海洋生態(tài)環(huán)境。為了使散裝終端工作更加節(jié)能環(huán)保，需要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和改進(jìn)。從實(shí)際情況出發(fā)，優(yōu)化智能裝卸工藝的應(yīng)用；從智能批量終端技術(shù)優(yōu)化的角度，使散裝終端更加節(jié)能環(huán)保，保證無污染、無泄漏，減少資源浪費(fèi)。貨運(yùn)碼頭應(yīng)協(xié)調(diào)不同系統(tǒng)的應(yīng)用和開發(fā)，做好資源配置的控制工作，最大程度地提升散貨碼頭的資源利用率。

2 智能化技術(shù)在港口散貨碼頭的應(yīng)用

2.1 實(shí)現(xiàn)港口智能化裝卸

激光測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用可以提高散貨碼頭的工作效率。工作人員要能夠合理使用激光測(cè)距技術(shù)識(shí)別每一艘貨船的規(guī)格、散貨分布情況等一系列信息，然后結(jié)合可編程邏輯控制器技術(shù)得出相關(guān)的掃描數(shù)據(jù)，并進(jìn)行虛擬仿真，將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，制定對(duì)應(yīng)的裝卸方案，設(shè)置機(jī)械運(yùn)作的各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、升降、抓放操作智能化、自動(dòng)化，有效提升散貨裝卸的工作效率。

利用配有多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制的激光雷達(dá)進(jìn)行船體檢測(cè)，得到需要的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)制定科學(xué)合理的物料裝運(yùn)軌跡、設(shè)計(jì)物料分布情況，進(jìn)而做好調(diào)整控制，提高工作速率。同時(shí)，也可以通過系統(tǒng)的科學(xué)分析來提高裝船的空間利用率，使裝運(yùn)的效率和質(zhì)量得以大幅提升。智能化裝卸的難點(diǎn)在于如何合理規(guī)劃路徑，目前散貨碼頭在路徑規(guī)劃上的智能化程度還有待提高。

通過激光雷達(dá)掃描對(duì)斗輪堆取料機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，智能系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)制定料堆的選取路徑、速率、數(shù)量以及規(guī)模等參數(shù)。該技術(shù)涉及的難點(diǎn)在于如何做好精度控制、如何結(jié)合微曲路徑來優(yōu)化模型構(gòu)造以及如何提高控制精度等。我國(guó)散貨碼頭智能化裝卸工藝涉及的內(nèi)容很多，相關(guān)工作人員需要加大研發(fā)力度，有效提高工作效率，同時(shí)最大限度地降低人工成本，提高散貨碼頭的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 實(shí)現(xiàn)港口的智能化管理

港口智能化管理最關(guān)鍵的一點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)綜合信息實(shí)時(shí)監(jiān)控。綜合信息實(shí)時(shí)監(jiān)控是指對(duì)堆場(chǎng)物料的存儲(chǔ)狀態(tài)、物料轉(zhuǎn)移和設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過三維動(dòng)畫生動(dòng)地展示整個(gè)碼頭堆場(chǎng)的運(yùn)行過程。采用三維激光掃描技術(shù)對(duì)材料在堆場(chǎng)中的位置和屬性進(jìn)行管理，使終端管理人員和托運(yùn)人能夠準(zhǔn)確地定位和識(shí)別材料的特性。不僅如此，發(fā)貨人還可以通過港口的官網(wǎng)隨時(shí)對(duì)貨物信息進(jìn)行查詢。隨著移動(dòng)終端的不斷普及，港口企業(yè)可以開發(fā)相應(yīng)的APP 或建立微信公眾號(hào)，實(shí)時(shí)上傳貨物的信息，使客戶能夠隨時(shí)隨地查詢貨物信息。

2.3 實(shí)現(xiàn)泊位的智能調(diào)度

散貨碼頭的泊位是重要的生產(chǎn)資源，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)泊位的智能調(diào)度，并從時(shí)間和空間的角度考慮整個(gè)碼頭的泊位情況，提升泊位的利用效率。根據(jù)以往的歷史數(shù)據(jù)和調(diào)度員的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，比較分析影響散貨碼頭的相關(guān)因素，建立泊位調(diào)度模型，在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最大的工作量。與傳統(tǒng)的人工調(diào)度相比，智能泊位調(diào)度具有如下優(yōu)勢(shì)：一是提高了泊位利用率。在相同的泊位條件下，智能調(diào)度大大減少了船舶在港口的?？繒r(shí)間。二是提高了船舶的周轉(zhuǎn)率?？s短裝卸作業(yè)時(shí)間，減少了船舶等待時(shí)間。三是提高了作業(yè)效率。在泊位調(diào)度過程中，智能調(diào)度優(yōu)先考慮吞吐量大的船舶，盡量減少泊位轉(zhuǎn)移次數(shù)，以縮短機(jī)械設(shè)備的等待時(shí)間。

3 港口智能化存在的問題

3.1 港口智能化建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃

港口智能化系統(tǒng)的建設(shè)工作涉及的相關(guān)部門以及相關(guān)業(yè)務(wù)比較多、范圍比較廣，而且相關(guān)部門之間聯(lián)系不大，信息資源無法共享，在一定程度上很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理。所以只有設(shè)立相關(guān)的專門性的政府管理機(jī)構(gòu)，將各相關(guān)部門之間的信息業(yè)務(wù)資源進(jìn)行歸納整合，實(shí)現(xiàn)港口智能化系統(tǒng)建設(shè)和管理的統(tǒng)一，促進(jìn)港口智能化技術(shù)快速提高。

3.2 港口物流設(shè)施及裝備水平與智能化港口的要求相距甚遠(yuǎn)

目前，在我國(guó)的一些新港口碼頭建設(shè)當(dāng)中，港口碼頭的現(xiàn)代化技術(shù)程度比較高，而部分港口的裝備水平卻相對(duì)落后，與智能化港口的要求相距甚遠(yuǎn)，其中港口的貨物裝卸最能體現(xiàn)這一問題。由于貨物在前方的裝卸與后方的儲(chǔ)存之間存在著運(yùn)輸銜接度較差的問題，導(dǎo)致無法保證貨物儲(chǔ)運(yùn)平衡；部分后方儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)的性能不夠健全，導(dǎo)致貨物無法順利地入庫(kù)存放；物流信息不能保證實(shí)時(shí)跟蹤和記錄，導(dǎo)致物流在運(yùn)輸?shù)倪^程中出現(xiàn)丟失損毀等現(xiàn)象；相關(guān)物流管理標(biāo)準(zhǔn)不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致港口的工作效率低下。

4 促進(jìn)港口散貨碼頭智能化發(fā)展的建議

4.1 優(yōu)化運(yùn)行及監(jiān)控管理系統(tǒng)

設(shè)備運(yùn)行部分以及監(jiān)控管理部分是整個(gè)智能裝卸系統(tǒng)的核心。其中，設(shè)備運(yùn)行部分包括了設(shè)備堆場(chǎng)設(shè)備、卸船設(shè)備以及裝船設(shè)備等。而監(jiān)控管理系統(tǒng)，則主要是主控系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)、生產(chǎn)信息化系統(tǒng)以及生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。由于碼頭生產(chǎn)管理包含方方面面的事務(wù)，所以在管理上應(yīng)形成一個(gè)更加全面的系統(tǒng)，通過一體化的控制實(shí)現(xiàn)更加周密的調(diào)控。相關(guān)企業(yè)可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，使生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理、資產(chǎn)設(shè)備管理都可以更好地聯(lián)系起來，讓管理更具有宏觀性和整體性。

4.2 研發(fā)大型智能散貨裝卸設(shè)備

相關(guān)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)大型智能散貨裝卸設(shè)備的研發(fā)工作，以提升智能碼頭的應(yīng)用效果。目前很多航運(yùn)公司都在發(fā)展遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船，其中不乏40 萬噸級(jí)超大型運(yùn)輸船，相對(duì)應(yīng)的散貨裝卸設(shè)備就要有足夠的裝卸能力，才能真正意義上與市場(chǎng)發(fā)展相匹配。相關(guān)企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備研發(fā)工作，并提升裝卸設(shè)備的智能化水平。抓斗卸船機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的一種設(shè)備，但是其作業(yè)效率低、安全性不足，工作人員需要加強(qiáng)智能化技術(shù)的研究，更好地提升卸船作業(yè)效率。此外，港口行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色裝卸符合環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)，相關(guān)工作人員要從實(shí)際情況出發(fā)做好設(shè)備的研發(fā)工作，增強(qiáng)裝卸設(shè)備的環(huán)保性，降低裝卸過程中可能產(chǎn)生的粉塵污染，提升散貨碼頭的環(huán)保價(jià)值。

4.3 提高安全性管理

散貨碼頭一定要重視安全作業(yè)。有40%的港口事故都是因?yàn)樵O(shè)備安全性不足造成的，所以散貨碼頭必須重視設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，尤其是裝卸設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制比較復(fù)雜，并且需要和艙內(nèi)貨物接觸，一旦出現(xiàn)碰撞，就會(huì)很大程度地影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至威脅設(shè)備以及船舶的安全。工作人員要結(jié)合先進(jìn)工藝合理優(yōu)化設(shè)備，通過更加多元化、動(dòng)態(tài)化、智能化的控制，提升裝卸作業(yè)的安全性。

4.4 智能碼頭展望

智能碼頭可以根據(jù)不同的作業(yè)類型做好對(duì)應(yīng)的裝卸工作，結(jié)合實(shí)際需求來做好堆場(chǎng)作業(yè)以及碼頭作業(yè)，并且在整個(gè)裝卸過程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。系統(tǒng)可以根據(jù)微波雷達(dá)設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使給料頻率能夠與裝卸頻率相匹配。堆場(chǎng)作業(yè)時(shí)，可以使用成像掃描設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，設(shè)置物料運(yùn)輸?shù)乃俣?、路徑等一系列的參?shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在裝船作業(yè)時(shí)，相關(guān)工作人員可以通過成像掃描技術(shù)分析相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合激光雷達(dá)掃描，根據(jù)碼頭的實(shí)際情況制定合理的裝運(yùn)軌跡，然后通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械裝船工作。在卸船作業(yè)時(shí)，可以使用掃描測(cè)距技術(shù)進(jìn)行識(shí)別控制，根據(jù)場(chǎng)內(nèi)物料分布情況，結(jié)合實(shí)際工作內(nèi)容制定科學(xué)合理的方案，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行物料抓取作業(yè)，使現(xiàn)場(chǎng)工作更加便捷、更加智能化。

5 結(jié)語

綜上所述，散貨碼頭涉及的事務(wù)比較繁雜，相關(guān)企業(yè)應(yīng)明確智能化技術(shù)的重要性，并且在實(shí)際應(yīng)用中不斷優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)裝卸工作的智能控制，使裝卸工作更加科學(xué)合理，進(jìn)而提升港口的運(yùn)營(yíng)效率和生產(chǎn)效益。