周 峰

（上海振華重工（集團）股份有限公司南通分公司，江蘇南通 226010）

0 引言

近年來，隨著集裝箱裝卸設(shè)備自動化水平的不斷提高，國內(nèi)外港口紛紛建設(shè)自動化集裝箱碼頭，或在原有集裝箱碼頭基礎(chǔ)上進行自動化改造。集裝碼頭自動化管理系統(tǒng)的應(yīng)用，為集裝碼頭的高效運行奠定了基礎(chǔ)。隨著堆場設(shè)備的自動化升級改造，將與“打散”作業(yè)模式相結(jié)合，有效提高設(shè)備出勤率和設(shè)備運行時間。目前集裝箱碼頭自動化設(shè)備長時間停機現(xiàn)象比較少見，且缺乏及時的操作人員反饋，傳統(tǒng)的設(shè)備維護模式已不能適應(yīng)自動化集裝箱碼頭設(shè)備管理。因此，創(chuàng)新設(shè)備運維管理模式，提供詳細數(shù)據(jù)支撐，對于集裝箱碼頭設(shè)備管理和數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計具有深遠的現(xiàn)實意義。

1 開發(fā)自動化軌道吊管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)的必要性及重要性

1.1 必要性

與傳統(tǒng)的軌道吊相比，自動軌道吊增加了無線射頻識別系統(tǒng)，目標定位系統(tǒng)，集卡導(dǎo)航系統(tǒng)、傳感器，各種監(jiān)控攝像機等自動化系統(tǒng)及部件。為了保證不同的信息（如位置、工作狀態(tài)、指令類型等）能夠相互連接，每個軌道吊都需要檢查它們的運行狀態(tài)，確保與港口的操作指令一致。由于軌道吊采用遠程控制方式，設(shè)備管理者無法實時獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)，難以及時發(fā)現(xiàn)的潛在安全隱患；雖然現(xiàn)有技術(shù)手段能夠?qū)崟r監(jiān)測重要部件，但安裝成本較高，對維修人員的經(jīng)驗和能力要求也較高。因此，從港口作業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取、分析關(guān)鍵作業(yè)信息，有助于設(shè)備管理者準確識別潛在故障，確保設(shè)備安全高效運行[1]。

1.2 重要性

隨著國際航運業(yè)的迅速發(fā)展，我國港口產(chǎn)業(yè)與全球經(jīng)濟有著密切的聯(lián)系。目前，我國集裝箱港口在運行過程中普遍存在著自動化程度低、運行效率低等問題。據(jù)統(tǒng)計，我國港口改造升級已完成40%以上，目前大部分港口已引進國外先進技術(shù)。國外監(jiān)控系統(tǒng)雖然性能優(yōu)良，能夠滿足港口日常運行的需要，但存在通信接口不開放、二次開發(fā)、控制邏輯共享等問題。在新港的建設(shè)過程中，外資企業(yè)的產(chǎn)品能夠滿足港口的功能需求，但是設(shè)備更新的瓶頸尤其是中后期設(shè)備的使用。此外，國內(nèi)大型碼頭設(shè)備制造商一般采用總包方式采購，后期的安裝、調(diào)試、維護均由供貨方負責。由于國內(nèi)港口設(shè)備制造企業(yè)甚至連最基本的技術(shù)都不具備，因此深入研究軌道吊的控制技術(shù)，有助于我國軌道吊的軟硬件兼容，促進我國軌道吊的國產(chǎn)化和集成開發(fā)，提高我國港口碼頭的綜合競爭力。

2 自動化軌道吊管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1 自動化軌道吊管理系統(tǒng)設(shè)計

（1）監(jiān)控整機狀態(tài)。本系統(tǒng)采用圖形界面，實現(xiàn)對各機構(gòu)運行狀態(tài)的即時監(jiān)測，主要內(nèi)容有主機構(gòu)速度、位置、電流、電壓、力矩、限位、連鎖等（圖1）。

圖1 自動化軌道吊管理系統(tǒng)起重機管理系統(tǒng)界面

（2）記錄故障。保存故障歷史，記錄故障發(fā)生和恢復(fù)時間。根據(jù)故障的嚴重程度，將設(shè)備故障分為失效、報警和連鎖狀態(tài)，并分別用紅、黃、藍3 種顏色加以區(qū)分。

（3）生成故障報表。故障報告是根據(jù)日期、時段、機構(gòu)類別、故障代碼、故障等級等因素產(chǎn)生的，故障記錄包含故障代碼、故障發(fā)生時間、故障修復(fù)時間、故障說明等，并且能夠根據(jù)故障排除條件自動生成故障報告。

（4）分析故障。對同一故障的出現(xiàn)次數(shù)、所占的比例、相同故障的平均間隔時間、出現(xiàn)頻率高的故障等進行了統(tǒng)計。

2.2 起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

遠程監(jiān)控系統(tǒng)由自動遙控控制中心遠程監(jiān)控并收集軌道吊的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障情況，方便維修人員進行故障診斷和監(jiān)測（圖2）。

圖2 起重機遠程監(jiān)控系統(tǒng)

（1）堆場總覽能夠?qū)崟r顯示自動軌道吊車的狀態(tài)信息，包括自動吊車的位置、是否控制合、是否作業(yè)等。

（2）實時監(jiān)控軌道吊電氣、機械和液壓系統(tǒng)，并與相關(guān)的狀態(tài)相聯(lián)系，同時以模塊化方式實時顯示各設(shè)備的運行狀況以及電壓、電流、頻率、控制反饋信號等。

（3）設(shè)計多種報表，如時間報表、維護報表、控制合報表、產(chǎn)出報表等。其中，時間報表根據(jù)時間、時間段，自動軌道吊各個部門的工作時間；維修報告統(tǒng)計制動器、限位、鋼絲繩等磨損零件的使用時間，并在使用期超過規(guī)定使用年限后，報警并告知修理工人進行替換；控制合報告記錄了操作人員在遠程控制平臺上的工作狀態(tài)，記錄其控制合、中斷時間，方便港口管理者通過對整個過程進行歷史回顧，對具體作業(yè)過程進行詳細剖析。

（4）其他功能與起重機管理系統(tǒng)的功能基本相同。

3 自動化軌道吊數(shù)據(jù)系統(tǒng)

自動軌道吊數(shù)據(jù)系統(tǒng)是從碼頭操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取、處理和分析的，為港口管理者提供數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)支持瀏覽器瀏覽功能，包括效率模塊、性能模塊、車輛調(diào)度模塊等。

3.1 效率模塊

（1）作業(yè)指令時程報告，可查詢?nèi)我鈺r段、任一自動軌道吊的作業(yè)箱數(shù)和作業(yè)時間，并能提供集卡作業(yè)指令、外集卡作業(yè)指令、翻轉(zhuǎn)作業(yè)指令。

（2）工作命令數(shù)量報告工作命令數(shù)量報告顯示同一年不同季度、月和同一年的同一季度和月的工作命令數(shù)量。

（3）工作命令持續(xù)時間分布用條形圖和點陣圖表示任務(wù)時間間隔與時間間隔的比例。

（4）詳細的堆場操作指令，可以隨時查詢不同堆場的操作指令。

3.2 績效模塊

（1）根據(jù)班組平均工作箱數(shù)，根據(jù)班組實際情況，統(tǒng)計遠程操作人員工作箱數(shù)，便于績效考核。

（2）工作命令周期持續(xù)時間可查詢每個周期的執(zhí)行效率，并以圖表表示效率趨勢。

（3）集卡操作時間支持查詢不同時間段外集卡的裝船、卸貨、集港、疏運、轉(zhuǎn)運等操作時間。

3.3 車輛時序控制模塊

利用車輛時序控制模塊，識別堆場道口RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）設(shè)備，并統(tǒng)計其失效次數(shù)及發(fā)生頻率，作為判定該裝置是否功能失效的依據(jù)。

4 作業(yè)效率影響因素分析

自動化集裝箱碼頭主要由遠程控制的岸上集裝箱吊、智能水平運輸系統(tǒng)和自動場橋自動運輸設(shè)備組成[3]。自動軌道吊的作業(yè)效率與水平運輸、車道布置、堆場工藝有關(guān)，其運行效率直接影響堆場的運力和整體裝卸能力。

4.1 內(nèi)外集卡作業(yè)指令占比

通過比較自動軌道吊的運行效率，得出平均運行時間與外部集卡運行比例呈正相關(guān)關(guān)系，即外部集卡運行數(shù)量越多運行時間越長。因此，作業(yè)規(guī)劃人員可以根據(jù)調(diào)度系統(tǒng)實時調(diào)整作業(yè)計劃。

4.2 天氣狀況

通過對不同氣象條件下設(shè)備運行情況的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)強風(fēng)、雨、雪等因素對作業(yè)效率影響較大，如吊繩拋籃造成作業(yè)暫停、大車激光防碰撞裝置高頻、短暫誤操作造成設(shè)備速度受限等。因此，提出改進措施，改善系統(tǒng)運行狀態(tài)，解決誤動作問題。但是在強風(fēng)環(huán)境下，起重機構(gòu)的轉(zhuǎn)速會受到一定限制，調(diào)度人員要通過分析天氣預(yù)報，準確預(yù)測作業(yè)進度，調(diào)整裝卸機械和橫向輸送機械的進度，以保證原計劃穩(wěn)定進行。

4.3 大車跑動距離

數(shù)據(jù)庫記錄每個工作命令的比特，并按時間順序輸出工作命令，利用Excel 表計算出相應(yīng)時間段內(nèi)車輛的行駛距離。通過分析大型車輛跑動距離、內(nèi)外集卡作業(yè)時間比例、設(shè)備自動化功能故障率等指標，為分析單臺設(shè)備運行效率提供依據(jù)。在正常故障率高、大車跑程長的情況下，單臺工作效率一般較低。

4.4 大車過電纜坑

通過電纜坑必然會影響自動化軌道吊的工作效率。通過計算，一輛大車一次通過隧道需要花費10 s 的時間，分析軌道吊車作業(yè)范圍內(nèi)大車過坑的次數(shù)。當過坑率過高時，應(yīng)由堆場設(shè)備調(diào)度員重新劃分場地，在自動軌道吊車管理系統(tǒng)中重新設(shè)置工作區(qū)，盡量減少車輛通過電纜坑對設(shè)備運行的不利影響。

4.5 實現(xiàn)“打散式”維保

檢查自動軌道吊管理系統(tǒng)的事故報告，從中提取故障信息，例如：某一開閉限位操作狀態(tài)與其他開閉限位不一致，致使裝置多次執(zhí)行開閉指令；某機械設(shè)備電機油位、油溫不正常，雖未造成設(shè)備故障或停機，但會影響工作的連續(xù)性和故障。

根據(jù)以上情況，生產(chǎn)計劃部門應(yīng)在30～120 min 內(nèi)暫時停機，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，并維修或更換零件，確保設(shè)備正常運行。設(shè)備例行檢查和維修項目也可在臨時停機期間進行。由于作業(yè)系統(tǒng)能夠預(yù)測未來數(shù)小時內(nèi)設(shè)備的運行量，具有智能調(diào)整調(diào)度功能，因此短期停運不會影響整個裝卸過程。

5 結(jié)束語

通過分析影響生產(chǎn)效率的因素，開發(fā)出相應(yīng)的控制策略，為生產(chǎn)調(diào)度人員進行故障診斷、制定相應(yīng)的控制策略提供數(shù)據(jù)和理論支持。未來將逐步完善數(shù)據(jù)處理能力，提高計算效率，提高報告質(zhì)量，以滿足軌道吊維修的需求，符合集裝箱運輸行業(yè)的發(fā)展趨勢。