徐建峰 宋 強(qiáng) 魏星馳

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司 上海 200125

0 引言

海運(yùn)一直以來都是國際貿(mào)易的重要途徑，在全球化進(jìn)程中起到關(guān)鍵的資源配置作用。集裝箱運(yùn)輸作為海運(yùn)最重要的組成部分，其運(yùn)力水平與效率極大地影響著碼頭的業(yè)務(wù)量和運(yùn)營效益。近年來，隨著我國對外開放水平的提高，進(jìn)出口貿(mào)易額不斷增加，作為海、陸運(yùn)輸中轉(zhuǎn)站的港口集裝箱碼頭的貨運(yùn)壓力與日俱增，故提升集裝箱的裝卸作業(yè)效率成為碼頭用戶迫切需要分析和解決的問題。

1 效率優(yōu)化分析方法

要實(shí)現(xiàn)集裝箱碼頭用戶提升集裝箱裝卸作業(yè)效率的需求，就需要了解裝卸效率制約因素及提高效率的方案和途徑。目前，關(guān)于提高集裝箱碼頭裝卸作業(yè)效率的研究并不廣泛。張穎[1]、孫梓峰等[2]從定性的角度列舉了提高效率的途徑，說明了增加泊位數(shù)、改進(jìn)裝卸工藝、提高設(shè)備和流程的自動(dòng)化程度有助于提高碼頭裝卸效率；陳建明等[3]從定量的角度提出具體的優(yōu)化方法，利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)針對自動(dòng)化碼頭的雙小車岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡稱岸橋）主小車流程問題進(jìn)行分析，并通過優(yōu)化前后的效率對比說明優(yōu)化方案的可行性；王曉東[4]通過分析對比優(yōu)化前后的結(jié)果反向證明優(yōu)化方案的效果，從多個(gè)角度的效率對比說明了堆場自動(dòng)化改造對提高碼頭效率的重要意義。

影響自動(dòng)化碼頭效率的許多因素在建設(shè)階段就已定型，相比于傳統(tǒng)碼頭，自動(dòng)化碼頭的優(yōu)化難度更大[5]。為了實(shí)現(xiàn)用戶關(guān)于工藝方案較固定的、自動(dòng)化的集裝箱碼頭裝卸作業(yè)效率提升的需求，本文擬采用基于影響因素、目標(biāo)導(dǎo)向的效率分析方法，協(xié)助碼頭用戶利用實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的數(shù)據(jù)，定位有問題的流程、異常點(diǎn)，分析問題的原因，并有針對性地解決問題，改進(jìn)作業(yè)流程，提高任務(wù)效率。

1.1 分解目標(biāo)

工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Struture，WBS）是項(xiàng)目管理實(shí)踐中用于規(guī)劃和明確工作范圍的工具[6]，是一種以結(jié)果為導(dǎo)向的分析方法。在進(jìn)行碼頭效率分析時(shí)，應(yīng)用WBS 分解技術(shù)的原則對主體目標(biāo)進(jìn)行分解細(xì)化，可以確定影響效率的因素，有針對性地進(jìn)行改進(jìn)。

自動(dòng)化集裝箱碼頭效率分析的主體目標(biāo)是提升碼頭全流程（自動(dòng)化）作業(yè)效率。以此為導(dǎo)向，結(jié)合碼頭的實(shí)際流程，根據(jù)裝卸運(yùn)輸機(jī)械的不同將主體目標(biāo)分解為岸橋、輪胎式和軌道式集裝箱門式起重機(jī)（以下簡稱場橋）、自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備（以下簡稱水平運(yùn)輸設(shè)備）3 個(gè)維度的分目標(biāo)，即分別實(shí)現(xiàn)岸橋、場橋和水平運(yùn)輸作業(yè)的效率最大化。

根據(jù)WBS 分解原則，上述分目標(biāo)還可結(jié)合設(shè)備作業(yè)流程的具體情況進(jìn)一步細(xì)分為子目標(biāo)。如分解岸橋維度的分目標(biāo)可根據(jù)岸橋作業(yè)流程動(dòng)作繼續(xù)細(xì)分：以單吊具雙小車岸橋?yàn)槔谄胀ㄑb、卸船工況的作業(yè)過程中主要包含主小車抓放箱動(dòng)作和門架小車抓放箱動(dòng)作，據(jù)此可將該類岸橋的效率優(yōu)化目標(biāo)分解為主小車作業(yè)效率最優(yōu)化和門架小車作業(yè)效率最優(yōu)化這2 個(gè)子目標(biāo)。以此類推，場橋維度和水平運(yùn)輸設(shè)備維度也可以繼續(xù)劃分。

將主體目標(biāo)不斷分解，直至得到不能再細(xì)分的原子級分目標(biāo)即可進(jìn)行下一步，即將根據(jù)目標(biāo)確定可能影響效率的因素作為效率分析的關(guān)鍵指標(biāo)。

1.2 確定關(guān)鍵指標(biāo)

對自動(dòng)化集裝箱碼頭效率分析目標(biāo)分解的過程也是對碼頭裝卸作業(yè)流程分解的過程，最終得到的原子級分目標(biāo)即最底層可以控制的流程節(jié)點(diǎn)。若要使該類流程節(jié)點(diǎn)的效率最大化，需要先分析該類流程節(jié)點(diǎn)的效率組成。以集裝箱為對象的作業(yè)流程為例，效率通常指1 個(gè)（或1 對）集裝箱完成1 次指定類型作業(yè)所用時(shí)長，那么該集裝箱作業(yè)的效率組成即為時(shí)長和箱量；在一定時(shí)間內(nèi)完成更多的箱作業(yè)或單次箱作業(yè)用時(shí)長更短，就是效率優(yōu)化的目標(biāo)。由此可知，單次箱作業(yè)各流程節(jié)點(diǎn)的時(shí)間是統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。以此類推，可以得到影響箱作業(yè)的重要因素，并據(jù)此得到所有需要統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。

除了通過分析箱作業(yè)過程可以得到需要的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，還能通過組織專家會(huì)議進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，分析組織過程資產(chǎn)中的相關(guān)資料，進(jìn)行用戶需求調(diào)研等方式獲得可供展示的指標(biāo)信息。

擬定需要向用戶展示的關(guān)鍵指標(biāo)后，需要收集原始數(shù)據(jù)，整理成可讀性良好的數(shù)據(jù)報(bào)表，即可用于對碼頭裝卸效率現(xiàn)狀與存在問題的分析。

1.3 分析指標(biāo)結(jié)果

通過數(shù)據(jù)平臺(tái)收集已確定關(guān)鍵指標(biāo)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過程序加工處理后得到具體報(bào)表，該報(bào)表將展示自動(dòng)化集裝箱碼頭各流程節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的作業(yè)效率。為了定位各流程中可能存的問題以及潛在的效率優(yōu)化節(jié)點(diǎn)，還應(yīng)向用戶提供理論指標(biāo)范圍，此范圍可利用標(biāo)桿對照、查閱歷史資料記錄、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境仿真測試、專家判斷指導(dǎo)等方法獲得。

在進(jìn)行指標(biāo)分析時(shí)，根據(jù)報(bào)表數(shù)據(jù)和理論指標(biāo)范圍，可以同時(shí)從多個(gè)角度對碼頭系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析。以岸橋主小車作業(yè)總時(shí)長指標(biāo)為例，可以橫向比較同一時(shí)間段內(nèi)不同岸橋的作業(yè)總時(shí)長，也可縱向比較不同時(shí)間段內(nèi)同一岸橋的作業(yè)總時(shí)長，還可應(yīng)用偏差分析的方法將實(shí)際與理論上的作業(yè)總時(shí)長進(jìn)行比較。通過上述方法可以快速分析出具體岸橋在作業(yè)過程存在異常的時(shí)段，并需要排查問題；或是岸橋作業(yè)效率是否優(yōu)秀，可回溯其作業(yè)流程亮點(diǎn)作為流程優(yōu)化的模板。

除此之外，還可利用其他分析技術(shù)對各指標(biāo)進(jìn)行分析，如因果分析法、根本原因分析法等。通過這些方法能進(jìn)一步追溯異常指標(biāo)出現(xiàn)的原因，并有針對性地進(jìn)行改進(jìn)。綜合上述方法，可完成效率分析報(bào)告，達(dá)到快速定位指示問題點(diǎn)與效率優(yōu)化點(diǎn)、提升碼頭裝卸作業(yè)效率的目標(biāo)。

2 岸橋效率分析

2.1 岸橋效率分析子目標(biāo)確定

某碼頭使用單吊具雙小車岸橋和全自動(dòng)化軌道式集裝箱門式起重機(jī)（Automated Rail-Mounted Gantry，ARMG）作為碼頭前沿和堆場的集裝箱裝卸設(shè)備。為完成提升該碼頭集裝箱裝卸作業(yè)效率的總目標(biāo)，對碼頭當(dāng)前作業(yè)狀況進(jìn)行了效率分析。

首先，使用分解技術(shù)對當(dāng)前總目標(biāo)進(jìn)行分解。該碼頭的陸側(cè)和海側(cè)作業(yè)主要由ARMG 和岸橋分別與其他水平運(yùn)輸設(shè)備協(xié)作完成，作業(yè)流程大致可分解為ARMG或岸橋從指定位置抓箱，然后放到另一指定位置。在此過程中，海側(cè)作業(yè)根據(jù)箱作業(yè)類型的不同有起止位置的區(qū)別，如圖1 所示。

圖1 海側(cè)作業(yè)流程圖

其次，針對岸橋本身作業(yè)的流程進(jìn)行分解。雙小車岸橋主小車可分為純手動(dòng)操作和半自動(dòng)操作，本文主要關(guān)注半自動(dòng)操作，門架小車不作區(qū)分，對主小車和門架小車的操作進(jìn)行Step 定義。

1）主小車半自動(dòng)操作Step 定義

11/21：吊具開鎖時(shí)，去到目標(biāo)位置的階段；

12/22：吊具開鎖時(shí)，對箱階段；

13/23：開鎖時(shí)，吊具著箱去閉鎖（第一次著箱即認(rèn)為進(jìn)入Step 13/23）；

14/24：吊具閉鎖后，著箱信號(hào)消失，起升上升至安全高度或小車離開1 m（可配置）的階段；

15/25：吊具閉鎖時(shí)，去到目標(biāo)位置的階段；

16/26：吊具閉鎖時(shí)，對箱階段；

17/27：閉鎖時(shí)，吊具著箱去開鎖（第1 次著箱即認(rèn)為進(jìn)入Step 17/27）；

18/28：吊具開鎖后，著箱信號(hào)消失，起升上升至安全高度或小車離開1 m（可配置）的階段。

2）門架小車操作Step 定義

11：吊具開鎖時(shí)，去到目標(biāo)位置的階段；

12：吊具開鎖時(shí)，對箱階段；

13：吊具開鎖時(shí)，吊具著箱去閉鎖（第1 次著箱即認(rèn)為進(jìn)入Step 13）；

14：吊具閉鎖后，著箱信號(hào)消失，起升上升到指令結(jié)束的階段；

15：吊具閉鎖時(shí)，去到目標(biāo)位置的階段；

16：吊具閉鎖時(shí)，對箱階段；

17：吊具閉鎖時(shí)，吊具著箱去開鎖（第1 次著箱即認(rèn)為進(jìn)入Step 17）；

18：吊具開鎖后，著箱信號(hào)消失，起升上升到指令結(jié)束的階段。

根據(jù)上述Step 定義，不同Step 切換時(shí)機(jī)，結(jié)合雙小車岸橋機(jī)械設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，可將圖1 流程繼續(xù)分解，歸納出圖2、圖3 所示主小車裝、卸船操作階段，具體各階段為：A 為等待位；B 為水平運(yùn)輸設(shè)備上方安全高度； C 為水平運(yùn)輸設(shè)備側(cè)著箱點(diǎn)；D 為水平運(yùn)輸設(shè)備上方安全高度；E 為船側(cè)安全高度；F 為船側(cè)著箱點(diǎn)；G 為船側(cè)安全高度。

圖2 岸橋主小車半自動(dòng)裝船作業(yè)階段劃分

圖3 岸橋主小車半自動(dòng)卸船作業(yè)階段劃分

門架小車裝、卸船操作階段分別如圖4、圖5 所示，具體各階段為：A 為等待位；B 為小車從A 點(diǎn)去水平運(yùn)輸設(shè)備側(cè)開始起升下降的聯(lián)動(dòng)點(diǎn)；C 為起升從D 點(diǎn)上升開始動(dòng)小車的聯(lián)動(dòng)點(diǎn)，到達(dá)對位高度等待微動(dòng)到位才能下降去水平運(yùn)輸設(shè)備著箱；D 為水平運(yùn)輸設(shè)備側(cè)著箱點(diǎn)；E 為小車從A 點(diǎn)去平臺(tái)側(cè)開始起升下降的聯(lián)動(dòng)點(diǎn)；F 為起升從H 點(diǎn)上升開始動(dòng)小車的聯(lián)動(dòng)點(diǎn)；G 為平臺(tái)側(cè)著箱點(diǎn)，起升到達(dá)對位高度等待微動(dòng)到位才能下降去平臺(tái)著箱。

圖5 岸橋門架小車卸船作業(yè)階段劃分

至此，可以確定該碼頭效率分析的原子級分目標(biāo)是分別提升了岸橋主小車和門架小車各階段的作業(yè)效率。

2.2 岸橋效率分析關(guān)鍵指標(biāo)確定

分析該碼頭箱作業(yè)效率的分目標(biāo)，結(jié)合主小車、門架小車操作階段與單機(jī)可收集的數(shù)據(jù)，可知其效率組成分別為主小車各類時(shí)長和箱量，門架小車各類時(shí)長和箱量。由相關(guān)文獻(xiàn)和其他自動(dòng)化集裝箱碼頭歷史資料可知，該碼頭集裝箱作業(yè)生命周期可能包括的時(shí)長類型有作業(yè)時(shí)長、等待時(shí)長和故障時(shí)長3 類，影響時(shí)長的關(guān)鍵因素可分為人力因素和機(jī)械因素，即岸橋司機(jī)操作效率和機(jī)械設(shè)備作業(yè)效率。總箱量由生產(chǎn)計(jì)劃決定，一般情況下是靜態(tài)的、確定不變的。

綜上所述，可歸納出與效率目標(biāo)相對應(yīng)的指標(biāo)卡，其指標(biāo)內(nèi)容包括：1）時(shí)間類，如作業(yè)持續(xù)時(shí)間、循環(huán)時(shí)間（包括平均循環(huán)時(shí)間、最長循環(huán)時(shí)間和最短循環(huán)時(shí)間）、故障時(shí)長、著箱時(shí)間、手動(dòng)介入時(shí)間、等待介入時(shí)間、等待集卡時(shí)間、等待平臺(tái)時(shí)間等；2）箱量類，如總箱量（以TEU 或Unit 為單位）、按作業(yè)類型統(tǒng)計(jì)的箱量、按箱尺寸統(tǒng)計(jì)的箱量等；3）其他類，如故障次數(shù)、作業(yè)效率等。

2.3 岸橋效率分析指標(biāo)及結(jié)果

在確定效率分析關(guān)鍵指標(biāo)后，根據(jù)用戶需求定制效率分析模版。岸橋作業(yè)效率按周統(tǒng)計(jì)做報(bào)表，統(tǒng)計(jì)1 周內(nèi)所有岸橋總作業(yè)情況和單機(jī)作業(yè)情況；分析主小車和門架小車的效率；統(tǒng)計(jì)自動(dòng)化和人工操作的作業(yè)情況；統(tǒng)計(jì)故障和異常情況。根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)，選擇合適的數(shù)據(jù)展示形式，最終獲得效率分析周報(bào)表。以該碼頭某周為例，其周報(bào)表部分內(nèi)容表1 所示。

表1 某碼頭某周岸橋效率分析指標(biāo)結(jié)果報(bào)表

根據(jù)表1 所示數(shù)據(jù)可以更方便地對比分析出碼頭作業(yè)流程中可能存在的問題點(diǎn)和優(yōu)化點(diǎn)，將歷史標(biāo)桿對比與經(jīng)驗(yàn)判斷等方法相結(jié)合，找到表中的異常數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，需要回溯作業(yè)流程，找到問題的出處，判斷是否為偶發(fā)問題，確定處理、優(yōu)化的方式。

由表1 可知，岸橋號(hào)為QC007 的設(shè)備作業(yè)效率最低，遂針對該岸橋進(jìn)行效率分析。首先，通過縱向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)QC007 的故障總時(shí)長是所有岸橋中最長的，等待總時(shí)長亦較長。按照前述處理流程對2 項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)作業(yè)流程進(jìn)行回溯分析后可知，二者屬于影響岸橋效率的關(guān)鍵指標(biāo)與可優(yōu)化點(diǎn)，需對其進(jìn)行進(jìn)一步分析與問題溯源。

其次，由表2 中故障匯總統(tǒng)計(jì)與表3 中異常匯總統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可知，硬件故障中耗時(shí)最高的是門架小車（表中前4 位），尤其是高速制動(dòng)器和行程故障，這4 類故障共發(fā)生總計(jì)371 次，總耗時(shí)約2 h，說明門架小車的高速制動(dòng)器不穩(wěn)定，需要碼頭工程部詳細(xì)排查相應(yīng)硬件問題。軟件異常中耗時(shí)最高的是吊具檢測系統(tǒng)(Spreader Detection System，SDS)故障，耗時(shí)超過87 min，發(fā)生頻次最高的是主小車指令異常（數(shù)據(jù)表中前2 位），達(dá)135 次，說明岸橋設(shè)備管理系統(tǒng)（Quality Chain Management System，QCMS）與岸橋自動(dòng)化PLC 在指令處理環(huán)節(jié)的異常頻次過多，需要相關(guān)人員對SDS 系統(tǒng)和QCMS 進(jìn)行更深層次軟件系統(tǒng)問題的排查與優(yōu)化。同時(shí)，橫向?qū)Ρ裙收吓c異常2 張表，發(fā)現(xiàn)無論是發(fā)生頻次還是耗時(shí)硬件故障都遠(yuǎn)高于軟件異常，說明硬件優(yōu)化空間大，優(yōu)化后對效率的提升會(huì)更多，故排查優(yōu)先級更高的。

表2 某碼頭岸橋故障頻次前10 的數(shù)據(jù)匯總表

由表4 所示門架小車效率分析表中的數(shù)據(jù)計(jì)算可知，門架小車的平均等待時(shí)長約為117 s。根據(jù)歷史資料可知，門架小車?yán)硐氲钠骄却龝r(shí)長為0 ～30 s，對比實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)等待時(shí)長超時(shí)很多，綜合圖2 ～圖5 所示作業(yè)階段與實(shí)際業(yè)務(wù)流程可定位門架小車問題在于等待水平運(yùn)輸設(shè)備的環(huán)節(jié)耗時(shí)過多，說明水平運(yùn)輸設(shè)備供給不足，需要通過增加水平運(yùn)輸設(shè)備供給或優(yōu)化水平運(yùn)輸設(shè)備調(diào)度策略的方式減少等待，提高效率。

表4 某碼頭岸橋門架小車岸橋效率分析表

除了根據(jù)表1 逐層分解確定優(yōu)化目標(biāo)，還可根據(jù)子報(bào)表單獨(dú)分析優(yōu)化目標(biāo)。由表5 所示主小車效率分析數(shù)據(jù)計(jì)算可知，主小車總?cè)斯て骄僮鲿r(shí)長約為97 s，而歷史資料顯示理想的人工平均操作時(shí)長為45 s 左右，由此對比可知實(shí)際人工操作時(shí)長超時(shí)較多，可定位問題為該岸橋的司機(jī)操作不熟練，需要通過加強(qiáng)培訓(xùn)與練習(xí)的方式提高操作速度。

至此，可得出針對QC007 的效率分析結(jié)論為：制約QC007 作業(yè)效率的關(guān)鍵問題在于門架小車的故障時(shí)長和等待時(shí)長過長，問題原因分別是門架小車硬件故障和水平運(yùn)輸設(shè)備供給不足。除此以外，主小車的軟件異常和人工操作不熟練也是影響效率的重要因素。用戶需要通過有針對性地深入排查問題，流程優(yōu)化和業(yè)務(wù)培訓(xùn)等方式提高海側(cè)作業(yè)效率，進(jìn)而提高碼頭整體作業(yè)效率。

3 結(jié)語

本文對自動(dòng)化集裝箱碼頭進(jìn)行了效率分析，找到并優(yōu)化了問題點(diǎn)，有利于進(jìn)一步提高碼頭的運(yùn)營成本和服務(wù)質(zhì)量。正確地選用效率分析方法，有助于碼頭用戶快速定位效率瓶頸，分析問題原因，減少時(shí)間和人力等各項(xiàng)成本，提高企業(yè)效益。自動(dòng)化集裝箱碼頭的效率分析報(bào)表是指導(dǎo)碼頭優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)的基礎(chǔ)性資料，如何合理地利用這些資料，在同時(shí)考慮成本與收益的前提下，采取適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施完成效率優(yōu)化的目標(biāo)，將是今后研究的方向。