港口技术研究前沿

1、20142014年年2 2月于青岛月于青岛 港口物流技术研究前沿港口物流技术研究前沿 主讲内容主讲内容 一、一、港口装卸港口装卸关键装备的研究前沿关键装备的研究前沿 二、大型港口机械防风安全性能与试验研究二、大型港口机械防风安全性能与试验研究 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 五、港口节能技术五、港口节能技术 全全 场场 自自 动动 化化 调调 度度 （1 1）集装箱港口生产过程自动化）集装箱港口生产过程自动化 德国汉堡哈拉港德国汉堡哈拉港 l实现自动化装卸船、自动化运输、实现自动化装卸船、自动化运输、 自动化堆

2、放的联调与控制；自动化堆放的联调与控制； l系统特点系统特点: 高、低轨道龙门吊（高、低轨道龙门吊（RMG） 自动导向小车（自动导向小车（AGV） 高高 低低 RMG 3 ECT码头（荷兰）码头（荷兰） 4 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 在外高桥二期码头，建造一个世界一流的全自动、无人化集在外高桥二期码头，建造一个世界一流的全自动、无人化集 装箱智能化空箱堆场。装箱智能化空箱堆场。 自动化无人堆场规模：自动化无人堆场规模： 占地面积：占地面积：263.85m263.85m245.24m245.24m6450664506 堆场垛数：五条自动化堆垛；一期建设堆场垛数：五条自动化堆垛；一期建设2

3、 2条；二期建设条；二期建设3 3条。条。 生产能力：一期生产能力：一期64.764.7万标箱（年通过）；二期万标箱（年通过）；二期70.9670.96万标箱。万标箱。 作业效率：比目前堆高机作业能力提高作业效率：比目前堆高机作业能力提高2020以上。以上。 我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 五个自动堆跺，每跺配备五个自动堆跺，每跺配备1 1台高架台高架RMGRMG，用于自动堆取；，用于自动堆取； 堆场两端各配置堆场两端各配置3 3个低架个低架RMGRMG，用于集卡装卸；，用于集卡装卸； 高架高架RMG 中转平台中转

4、平台 中转平台中转平台 低架低架RMG 低架低架RMG运运 动方向动方向 集卡车道集卡车道 集卡车道集卡车道 高架高架RMG运动运动 方向方向 智能智能 道口道口 我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 低架低架RMGRMG：负责集装箱从集卡与中转平台间的吊运；：负责集装箱从集卡与中转平台间的吊运； 高架高架RMGRMG：将两端中转平台上的集装箱吊起自动堆放。：将两端中转平台上的集装箱吊起自动堆放。 低架低架RMG 固定转接平台固定转接平台 高架高架RMG 工艺工艺 我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术我国自动化无人堆场

5、系统与自动化装卸技术 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术 自动化堆场工艺方案特点自动化堆场工艺方案特点: 将垂直作业与水平作业分开，集卡不进入堆放区，将垂直作业与水平作业分开，集卡不进入堆放区， 堆场人机分开，高效、安全；堆场人机分开，高效、安全； 将集卡装卸作业（低架将集卡装卸作业（低架RMG）与堆场作业（高架）与堆场作业（高架 RMG）过程分开，解决集卡装卸定位的对准效率；）过程分开，解决集卡装卸定位的对准效率； 利用中转平台，解决水平运输作业与垂直堆场作业利用中转平台，解决水平运输作业与垂直堆场作业 的生产能力平

6、衡问题。的生产能力平衡问题。 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术我国自动化无人堆场系统与自动化装卸技术 大跨度：研制出轨距大跨度：研制出轨距42 米、高度米、高度23米的大型刚米的大型刚 性轨吊；性轨吊； 高效率：双小车全自动高效率：双小车全自动 控制、高效吊装；小车控制、高效吊装；小车 速度可达速度可达85米米/分，大分，大 车速度可达车速度可达150米米/分。分。 各项参数均为世界领先各项参数均为世界领先 近十年来中国沿海港口集装箱吞吐量增长率一直保持在近十年来中国沿海港口集装箱吞吐量增长率一直保持在 30%30%左右。随着经济全球化的步伐进一步加快，

7、国际贸易快左右。随着经济全球化的步伐进一步加快，国际贸易快 速发展，集装箱运输以其高效、便捷、安全的特点成为交通速发展，集装箱运输以其高效、便捷、安全的特点成为交通 运输现代化的重要形式。在发展的过程中，广大客户也对集运输现代化的重要形式。在发展的过程中，广大客户也对集 装箱物流提出了新的需求。装箱物流提出了新的需求。 （2 2）集装箱电子标签系统与技术标准）集装箱电子标签系统与技术标准 物流作为现代服务业的重要组成部分，各行各业对降低物流作为现代服务业的重要组成部分，各行各业对降低 物流成本，提高物流的透明度提出了更高的要求。物流成本，提高物流的透明度提出了更高的要求。 然而，目前的集装箱物

8、流过程中集装箱自身不载有信息，然而，目前的集装箱物流过程中集装箱自身不载有信息， 信息的传递还依赖于传统方式。集装箱的流向、流转和识别信息的传递还依赖于传统方式。集装箱的流向、流转和识别 基本上还是处于人工、半人工状态。基本上还是处于人工、半人工状态。 信息化需求信息化需求 近年来不断发生的恐怖袭击事件以及偷渡、走私、失窃近年来不断发生的恐怖袭击事件以及偷渡、走私、失窃 问题，引起了全球各界的广泛关注。特别是，全球集装箱物问题，引起了全球各界的广泛关注。特别是，全球集装箱物 流安全保障形势相当严峻。世界各国都高度重视集装箱物流流安全保障形势相当严峻。世界各国都高度重视集装箱物流 的安全。的安全

9、。 安全需求安全需求 事件一：事件一：据据西雅图时报西雅图时报20072007年年4 4月月5 5日报道，美国华盛顿日报道，美国华盛顿 海关当天凌晨在西雅图一个集装箱码头抓获了海关当天凌晨在西雅图一个集装箱码头抓获了2222名偷渡客，名偷渡客， 这批偷渡客躲藏在一个这批偷渡客躲藏在一个4040英尺集装箱内。英尺集装箱内。 事件二事件二: : 据据欧洲日报欧洲日报 20082008年年4 4月月1212日日 报道，泰国当地报道，泰国当地 9 9日发生了日发生了5454名名 缅甸偷渡客被闷缅甸偷渡客被闷 死在集装箱内的死在集装箱内的 惨剧。惨剧。 事件三：事件三：据上海据上海劳动报劳动报20082

10、008年年7 7月月2 2日报道，仅一名卡日报道，仅一名卡 车司机盗窃集装箱货物价值超过百万元。车司机盗窃集装箱货物价值超过百万元。 此外，相关资料显示，美国一年在集装箱货物失窃方面的此外，相关资料显示，美国一年在集装箱货物失窃方面的 损失达损失达140140亿美元。亿美元。 事件四：事件四：2008年年1月底，在日本发生的因食用中国饺子而产生月底，在日本发生的因食用中国饺子而产生 农药中毒事件引起了国际社会对于食品安全的广泛关注，中农药中毒事件引起了国际社会对于食品安全的广泛关注，中 日双方共同就此事展开了调查。日双方共同就此事展开了调查。 日本日本东洋经济东洋经济周刊报道称：周刊报道称：

11、日本食品行业人士分析认为，饺日本食品行业人士分析认为，饺 子中毒事件的根源极有可能出现子中毒事件的根源极有可能出现 在漫长的运输和保管过程中。因在漫长的运输和保管过程中。因 此确保食品安全不仅需要对生产此确保食品安全不仅需要对生产 过程进行科学管理过程进行科学管理, ,更需要对物流更需要对物流 过程进行有效监控。过程进行有效监控。 电子标签电子标签 有源电子标签，可读写，有源电子标签，可读写，32k32k字节存储字节存储 容量；容量； 具备电子标签和电子门封双重功能具备电子标签和电子门封双重功能; ; 实现了实现了EDI/GPSEDI/GPS数据的有机融合数据的有机融合; ; 改进天线结构、采

12、用吸波材料，解决了改进天线结构、采用吸波材料，解决了 金属体表面对无线电波信号产生强反射金属体表面对无线电波信号产生强反射 而引起的多径效应和逆向电磁波干扰等而引起的多径效应和逆向电磁波干扰等 问题；问题； 进行低功耗设计，可循环使用，使用寿进行低功耗设计，可循环使用，使用寿 命可达命可达1010年；年； 采用定时激活和无源激活相结合的双激采用定时激活和无源激活相结合的双激 活机制，大大减少了不必要的电池损耗活机制，大大减少了不必要的电池损耗 采用一种自适应调整分槽时间窗的算法采用一种自适应调整分槽时间窗的算法 来有效地解决多标签碰撞问题来有效地解决多标签碰撞问题 一、港口装卸技术一、港口装卸

13、技术 集装箱电子标签自动识别系统集装箱电子标签自动识别系统 （2 2）集装箱电子标签系统与技术标准）集装箱电子标签系统与技术标准 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 1 1）集装箱电子标签智能识别系统）集装箱电子标签智能识别系统 道口道口 堆场堆场 中控室中控室 码头码头 （2 2）集装箱电子标签系统与技术标准）集装箱电子标签系统与技术标准 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 2 2）基于电子标签自动识别系统的港口信息安全管理技术）基于电子标签自动识别系统的港口信息安全管理技术 建设满足内贸集装箱电子标签示范系统需求的多级安全性机建设满足内贸集装箱电子标签示范系统需求的多级安全性机 制，建立安全认

14、证系统和日志分析系统。制，建立安全认证系统和日志分析系统。 保证电子标签和读写器之间空中接口的信息传输安全技术，保证电子标签和读写器之间空中接口的信息传输安全技术， 实现信息的加密存储和传输，对电子标签实施写操作时的授实现信息的加密存储和传输，对电子标签实施写操作时的授 权写入验证；权写入验证； 电子标签读写器和主机间的信息通信加密技术；电子标签读写器和主机间的信息通信加密技术； 无线通信系统间的信息传输安全性保障技术；无线通信系统间的信息传输安全性保障技术； 集装箱信息实时交换系统中的安全支撑系统。集装箱信息实时交换系统中的安全支撑系统。 （2 2）集装箱电子标签系统与技术标准）集装箱电子标

15、签系统与技术标准 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 4 4）研究建立电子标签的相关技术标准草案）研究建立电子标签的相关技术标准草案 在大量的工业性试验的基础上，通过技术方案的完善和提在大量的工业性试验的基础上，通过技术方案的完善和提 高，研究建立中国内贸集装箱电子标签相关的技术标准，高，研究建立中国内贸集装箱电子标签相关的技术标准， 进而为申请国际标准作出努力。进而为申请国际标准作出努力。 3 3） 电子封条与电子标签的连接系统电子封条与电子标签的连接系统 建立了电子封条与电子标签的连接系统；建立了电子封条与电子标签的连接系统； 能够实时记录集装箱开关门的次数和时间，将集装箱开关门的能够实时记

16、录集装箱开关门的次数和时间，将集装箱开关门的 相关信息无缝接入集装箱电子标签系统中，在各种场合中能够相关信息无缝接入集装箱电子标签系统中，在各种场合中能够 实时读取。实时读取。 （2 2）集装箱电子标签系统与技术标准）集装箱电子标签系统与技术标准 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 世界散货装船机的处理能力已达每小时世界散货装船机的处理能力已达每小时80008000吨；吨； 世界散货卸船机的处理能力已达每小时世界散货卸船机的处理能力已达每小时56005600吨。吨。 一批自动化、数字化的散货装卸设备已经开始在码头上得到使一批自动化、数字化的散货装卸设备已经开始在码头上得到使 用。用。 （3 3）

17、散货物流装备技术）散货物流装备技术发展趋势发展趋势 1 1）装卸设备大型化、数字化、高效化）装卸设备大型化、数字化、高效化 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 （3 3）散货物流装备技术）散货物流装备技术发展趋势发展趋势 2 2）虚拟样机及数字化工厂技术的应用不断发展）虚拟样机及数字化工厂技术的应用不断发展 3 3）码头装卸作业管理和监控的数字化、智能化）码头装卸作业管理和监控的数字化、智能化 虚拟样机技术是一种计算机数字模型，它采用具有真实感的虚拟虚拟样机技术是一种计算机数字模型，它采用具有真实感的虚拟 样机来代替物理产品，用来对所开发产品的全寿命周期，如设计样机来代替物理产品，用来对所开发产

18、品的全寿命周期，如设计 、制造、运行状态和功能特性等进行展示、分析和测试。国际上、制造、运行状态和功能特性等进行展示、分析和测试。国际上 在飞机、汽车制造等行业得到应用。在飞机、汽车制造等行业得到应用。 在集装箱码头，大力推进数字化、智能化管理的同时，散货码头在集装箱码头，大力推进数字化、智能化管理的同时，散货码头 也逐步推进数字化、智能化的管理技术。综合应用网络技术、远也逐步推进数字化、智能化的管理技术。综合应用网络技术、远 程监控和检测技术、数字通讯技术以及计算机仿真、智能辅助决程监控和检测技术、数字通讯技术以及计算机仿真、智能辅助决 策等技术，建立散货码头的自动化、智能化管理系统，实现对

19、整策等技术，建立散货码头的自动化、智能化管理系统，实现对整 个系统生产全过程监测、控制、维护和管理决策的功能。个系统生产全过程监测、控制、维护和管理决策的功能。 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 基于知识工程（基于知识工程（KBEKBE）技术的高效装备设计与开发；）技术的高效装备设计与开发； 高效全自动抓斗卸船机的摆动控制与自动抛料技术；高效全自动抓斗卸船机的摆动控制与自动抛料技术； 面向不同船型、物料的卸船路径智能规划技术；面向不同船型、物料的卸船路径智能规划技术； 最佳卸船路径自动选择技术；最佳卸船路径自动选择技术； 物料面检测及取料点自动选择技术；物料面检测及取料点自动选择技术； 抓斗同

20、步均衡技术；抓斗同步均衡技术； 小车位置、起升位置自动检测技术；小车位置、起升位置自动检测技术； 抓斗防碰撞安全技术。抓斗防碰撞安全技术。 （3 3）散货物流装备技术）散货物流装备技术关键技术关键技术 1 1）大型、高效的散货自动化抓斗卸船机研发）大型、高效的散货自动化抓斗卸船机研发 一、港口装卸技术一、港口装卸技术 基于图像处理技术的散货智能堆取料技术；基于图像处理技术的散货智能堆取料技术； 斗轮取料系统的自动控制技术；斗轮取料系统的自动控制技术； 斗轮机智能化管理技术；斗轮机智能化管理技术； 斗轮散货物料的传感检测技术；斗轮散货物料的传感检测技术； 斗轮堆取自动操作运动规划控制技术；斗轮堆

21、取自动操作运动规划控制技术； 斗轮机系统动态特性分析与优化；斗轮机系统动态特性分析与优化； 斗轮机绿色生产工艺研究。斗轮机绿色生产工艺研究。 2 2）自动斗轮堆取料机及堆取工艺系统的研发）自动斗轮堆取料机及堆取工艺系统的研发 （3 3）散货物流装备技术）散货物流装备技术关键技术关键技术 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 近些年，起重机由于遭受台近些年，起重机由于遭受台 风或飓风侵袭而引起的风灾风或飓风侵袭而引起的风灾 事故不断发生，不但直接影事故不断发生，不但直接影 响了码头正常的生产秩序，响了码头正常的生产秩序， 同时也给港口企业造成严重同时也给港口企业造

22、成严重 的经济损失，而且还造成人的经济损失，而且还造成人 员伤亡。员伤亡。 右图所示，右图所示， 2003 2003年釜山的年釜山的“ 鸣蝉鸣蝉”台风，瞬间达狂风刮台风，瞬间达狂风刮 倒了釜山港区集装箱码头的倒了釜山港区集装箱码头的 1010多台岸边集装箱起重机。多台岸边集装箱起重机。 现状与背景现状与背景 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 当前起重机防风技术的不足：当前起重机防风技术的不足： 当前国内外港口防风措施基本上局限于被动的预防，还未当前国内外港口防风措施基本上局限于被动的预防，还未 达到主动防御。达到主动防御。 目前对起重机结构的风振特性的研究还

23、比较缺乏，无法有目前对起重机结构的风振特性的研究还比较缺乏，无法有 效指导起重机的设计与制造。效指导起重机的设计与制造。 目前对于港口机械群的风场研究较为缺乏，忽视起重机组目前对于港口机械群的风场研究较为缺乏，忽视起重机组 群实现主动防风的重要性。群实现主动防风的重要性。 现状与背景现状与背景 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 超巴拿马型岸桥数值风洞实验超巴拿马型岸桥数值风洞实验( (三台岸桥三台岸桥1010米间距米间距) ) p工况：工况：三台岸桥三台岸桥1010米间距，在非工作状态最大设计风速米间距，在非工作状态最大设计风速55m/s55m/s、风向、风

24、向 与大车轨道平行、大臂放平情况与大车轨道平行、大臂放平情况 岸桥结构表面风载荷压力场分布岸桥结构表面风载荷压力场分布岸桥大梁水平面上岸桥大梁水平面上X X方向速度分布方向速度分布 分析：分析：第二、三台岸桥的各箱形构件和机器房的表面压力较第一台普第二、三台岸桥的各箱形构件和机器房的表面压力较第一台普 遍较小；沿风速方向，第二台岸桥大部分结构都处在第一台岸桥对风遍较小；沿风速方向，第二台岸桥大部分结构都处在第一台岸桥对风 场的影响区域，三台岸桥各自周围流场有部分交叠区域场的影响区域，三台岸桥各自周围流场有部分交叠区域。 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值

25、模拟岸桥岸桥 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 超巴拿马型岸桥数值风洞实验超巴拿马型岸桥数值风洞实验( (三台岸桥三台岸桥3030米间距米间距) ) p工况：工况：三台岸桥三台岸桥3030米间距，在非工作状态最大设计风速米间距，在非工作状态最大设计风速55m/s55m/s、风向、风向 与大车轨道平行、大臂放平情况与大车轨道平行、大臂放平情况 三台岸桥表面风载荷压力场分布情况三台岸桥表面风载荷压力场分布情况 岸桥前门框截面上速度分布岸桥前门框截面上速度分布 分析：分析：由以上岸桥表面风载荷压力场和速度场分布情况可看出，第二、三由以上岸桥表面风载荷压力场和速度场

26、分布情况可看出，第二、三 台岸桥机器房、门框联系横梁及门框中上部表面压力较第一台岸桥小，其台岸桥机器房、门框联系横梁及门框中上部表面压力较第一台岸桥小，其 余结构件受影响很小；三台岸桥各自流场比较分明，但在一定区域内仍有余结构件受影响很小；三台岸桥各自流场比较分明，但在一定区域内仍有 叠加现象。叠加现象。 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟岸桥岸桥 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 超巴拿马型岸桥数值风洞实验超巴拿马型岸桥数值风洞实验( (三台岸桥三台岸桥5050米间距米间距) ) p工况：工况：三台岸桥三台岸桥5

27、050米间距，在非工作状态最大设计风速米间距，在非工作状态最大设计风速55m/s55m/s、风向、风向 与大车轨道平行、大臂放平情况与大车轨道平行、大臂放平情况 分析：分析：由上图三台岸桥表面风载荷压力场分布云图可知，除机器房部位由上图三台岸桥表面风载荷压力场分布云图可知，除机器房部位 第二、三台比第一台略小外，其余各结构件上风压分布基本没有差别，第二、三台比第一台略小外，其余各结构件上风压分布基本没有差别， 说明当风速为说明当风速为55m/s55m/s，风向与轨道平行时，这种，风向与轨道平行时，这种65t/65m65t/65m岸桥沿风速方向岸桥沿风速方向 对周围流场的影响约为对周围流场的影响

28、约为50m50m。 三台岸桥表面风载荷压力场分布情况三台岸桥表面风载荷压力场分布情况 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟岸桥岸桥 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 龙门起重机及机群数值风洞试验龙门起重机及机群数值风洞试验 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟龙门起重机龙门起重机 单机单机 机群机群 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 龙门起重机及机群数值风洞试验龙门起重机及机群数值风洞试验 从计算结果分析可知，龙门起重机受到垂直于主梁风向的

29、风载荷时，迎从计算结果分析可知，龙门起重机受到垂直于主梁风向的风载荷时，迎 风的第一台起重机所受到的影响最大，从工况一到工况四相同台数的龙风的第一台起重机所受到的影响最大，从工况一到工况四相同台数的龙 门起重机可以看出随着距离的增大第二台所受到的影响也逐步增大。而门起重机可以看出随着距离的增大第二台所受到的影响也逐步增大。而 工况五，三台龙门起重机的工况可以看出在每台起重机距离相对较小时，工况五，三台龙门起重机的工况可以看出在每台起重机距离相对较小时， 当增加起重机数目的时候，其越偏后的起重机所受到的风压影响越小。当增加起重机数目的时候，其越偏后的起重机所受到的风压影响越小。 关键技术关键技术

30、 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟龙门起重机龙门起重机 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 门座起重机数值风洞试验门座起重机数值风洞试验 单机单机 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟门座起重机门座起重机 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 门座起重机数值风洞试验门座起重机数值风洞试验 两台数值典型工况计算结果两台数值典型工况计算结果 工况一示意图工况一示意图 工况三示意图工况三示意图 工况五示工况五示 意图意图 通过计算发现，当风沿着轨通过计算发现，当风沿

31、着轨 道方向作用于门机的时候，道方向作用于门机的时候， 可以将门机按照工况三中的可以将门机按照工况三中的 方位进行布置，即将门机的方位进行布置，即将门机的 臂架方向与风向保持一致，臂架方向与风向保持一致， 从而可以明显减小强风载荷从而可以明显减小强风载荷 对门机群的影响。除此以外，对门机群的影响。除此以外， 两台门机之间的距离越近，两台门机之间的距离越近， 相邻两台门机联合防风的效相邻两台门机联合防风的效 果就越明显。果就越明显。 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟门座起重机门座起重机 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与

32、试验 岸边集装箱起重机和门座式起重机是港口码头前沿常见的两大岸边集装箱起重机和门座式起重机是港口码头前沿常见的两大 类装卸设备，而大型龙门起重机则是港口堆场常见的搬运类起类装卸设备，而大型龙门起重机则是港口堆场常见的搬运类起 重机。重机。 针对这三种不同形式的大型港口起重机分别进行了研究，对每针对这三种不同形式的大型港口起重机分别进行了研究，对每 种机型均建立了相应的流固耦合有限元分析模型并利用数值方种机型均建立了相应的流固耦合有限元分析模型并利用数值方 法对上述模型进行了虚拟试验，研究分析了不同风向、风速等法对上述模型进行了虚拟试验，研究分析了不同风向、风速等 因素对大型港口机械金属结构应力

33、与稳定性的影响，以及大型因素对大型港口机械金属结构应力与稳定性的影响，以及大型 港口机械群的防风方法与预防体系，并在此基础上分别提出来港口机械群的防风方法与预防体系，并在此基础上分别提出来 适用于不同机械的防风安全方法与措施。适用于不同机械的防风安全方法与措施。 关键技术关键技术 （1 1）大型港口机械防风数值模拟）大型港口机械防风数值模拟结论结论 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 目前防风装备以预防为主，通过抵御风载荷对大型起重机产生的目前防风装备以预防为主，通过抵御风载荷对大型起重机产生的 水平和上拔作用力达到防风目的。水平和上拔作用力达到防风目的。 各

34、种防风装置：制动器、夹轮器、防风铁楔、顶轨器、夹轨器、各种防风装置：制动器、夹轮器、防风铁楔、顶轨器、夹轨器、 锚定、防风锚定、防风 拉锁等。拉锁等。 关键技术关键技术 （2 2）大型港口机械防风装置设计）大型港口机械防风装置设计 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 传统防风拉锁的不足：传统防风拉锁的不足： 防风拉杆或拉索是防台风防飓风中最有力也是最关键的装防风拉杆或拉索是防台风防飓风中最有力也是最关键的装 置之一，但是，由于安装偏差以及在台风中起重机会有较大置之一，但是，由于安装偏差以及在台风中起重机会有较大 振动甚至偏转，经常造成同一个角落上两个拉索受力不

35、等。振动甚至偏转，经常造成同一个角落上两个拉索受力不等。 这样，受力大的拉索可能因超载而损坏或断裂，使载荷完全这样，受力大的拉索可能因超载而损坏或断裂，使载荷完全 转移到同一个门架角上的另外一个拉索上，将导致另外一个转移到同一个门架角上的另外一个拉索上，将导致另外一个 拉索也因超载而断裂，最终造成起重机门架一个角上的两个拉索也因超载而断裂，最终造成起重机门架一个角上的两个 拉索都断裂失效，酿成重大事故。拉索都断裂失效，酿成重大事故。 关键技术关键技术 （2 2）大型港口机械防风装置设计）大型港口机械防风装置设计 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 自平衡防风拉

36、锁自平衡防风拉锁 自平衡防风拉锁可以实现起重自平衡防风拉锁可以实现起重 机每个角落上的两个拉索受力相机每个角落上的两个拉索受力相 等，使拉索达到最优的受力状态等，使拉索达到最优的受力状态 ，从而克服上述港口大型起重机，从而克服上述港口大型起重机 防台风防飓风存在的缺陷。防台风防飓风存在的缺陷。 （2 2）大型港口机械防风装置设计）大型港口机械防风装置设计 关键技术关键技术 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 武汉理工大学港口装卸技术实验室武汉理工大学港口装卸技术实验室 设计设计的的港口起重机防风安全装置试验港口起重机防风安全装置试验 台，模拟港口起重机在工作状

37、态下受台，模拟港口起重机在工作状态下受 到较大风力的阵风和非工作状态受到到较大风力的阵风和非工作状态受到 强风暴袭击的情况，检测防风铁楔和强风暴袭击的情况，检测防风铁楔和 夹轮器的防风抗滑能力。夹轮器的防风抗滑能力。 防风安全装置检测试验台组成及性防风安全装置检测试验台组成及性 能参数能参数： （3 3）大型港口机械防风试验平台）大型港口机械防风试验平台防风防风抗滑抗滑试验台试验台 关键技术关键技术 风洞形式：回流式开口风洞风洞形式：回流式开口风洞 风速：可无级调速，最大设计风风速：可无级调速，最大设计风 速为速为60m/s60m/s 湍流度：约湍流度：约2%2% 测速仪器：叶轮式风速仪、皮托

38、测速仪器：叶轮式风速仪、皮托 管管 测力仪器：应变式传感器，称量测力仪器：应变式传感器，称量 范围范围0-100N0-100N，精度：，精度：0-1%0-1% 其它仪器：应变仪等其它仪器：应变仪等 （3 3）大型港口机械防风试验平台）大型港口机械防风试验平台风洞实风洞实验台验台 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 关键技术关键技术 风洞试验平台风洞试验平台技术指标及有关参数技术指标及有关参数： 门座起重机整机风洞实验门座起重机整机风洞实验 整机风洞试验中正确复现大气边整机风洞试验中正确复现大气边 界层流动特征，是实验结果可信的界层流动特征，是实验结果可信的 必

39、要条件，也是风工程研究的重要必要条件，也是风工程研究的重要 基础。基础。 进进行起重机整机的风洞实验主要行起重机整机的风洞实验主要 目的是研究雷诺数、相邻起重机以目的是研究雷诺数、相邻起重机以 及起重机上细小结构等因素对于起及起重机上细小结构等因素对于起 重机所受风载荷的影响。重机所受风载荷的影响。 （3 3）大型港口机械防风试验平台）大型港口机械防风试验平台风洞实风洞实验台验台 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 关键技术关键技术 起重机主要型式结构件风洞实验起重机主要型式结构件风洞实验 （3 3）大型港口机械防风试验平台）大型港口机械防风试验平台风洞实风洞

40、实验台验台 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 关键技术关键技术 数值风洞试验模型及试验结果云图数值风洞试验模型及试验结果云图 （3 3）大型港口机械防风试验平台）大型港口机械防风试验平台风洞实风洞实验台验台 二、大型港口机械防风安全性能与试验二、大型港口机械防风安全性能与试验 关键技术关键技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 可靠运行和故障监测与诊断技术一直以来是装备制造领可靠运行和故障监测与诊断技术一直以来是装备制造领 域迫切需要解决的瓶颈问题，然而现有理论与方法存在域迫切需要解决的瓶颈问题，然而现有理论与方法存在 严

41、重不足，传统的应变片、热电偶、压电传感等无法满严重不足，传统的应变片、热电偶、压电传感等无法满 足目前需求，传统的信号处理方法和监测与诊断手段也足目前需求，传统的信号处理方法和监测与诊断手段也 无法达到要求，无法达到要求， 必须寻求新的原理和方法：必须寻求新的原理和方法： 基于光纤传感和嵌入式技术的重大机械装备安全运行监基于光纤传感和嵌入式技术的重大机械装备安全运行监 测与诊断系统。测与诊断系统。 关键技术关键技术 港口机械结构中的传感技术港口机械结构中的传感技术 光纤传感研究现状及原理光纤传感研究现状及原理 与电类传感技术相比，光纤光栅传感器与电类传感技术相比，光纤光栅传感器 具有明显优势：

42、具有明显优势： l 满足了现代工程结构监测的高精度、远满足了现代工程结构监测的高精度、远 距离、分布式和长期性的技术要求，具有广距离、分布式和长期性的技术要求，具有广 阔的应用前景。阔的应用前景。 l 可实现对材料和结构内部多目标信息的可实现对材料和结构内部多目标信息的 监控和提取，被视为当今重大工程结构的首监控和提取，被视为当今重大工程结构的首 选传感方式。选传感方式。 光纤光栅是利用紫外曝光技术在光纤中产生折射率的周光纤光栅是利用紫外曝光技术在光纤中产生折射率的周 期性改变而形成的。期性改变而形成的。 F 宽带宽带 光源光源 光纤法光纤法-柏分析器柏分析器 压电单元压电单元 扫描波形扫描波

43、形 光纤光栅分布式传感机理光纤光栅分布式传感机理 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 主要技术主要技术 （1 1）重大装备多场耦合、多测点与高速信号解调方法和技术）重大装备多场耦合、多测点与高速信号解调方法和技术 （2 2）能耐受高温、重载、电磁干扰、振动和粉尘等恶劣环境的新）能耐受高温、重载、电磁干扰、振动和粉尘等恶劣环境的新 型传感原理和技术型传感原理和技术 （3 3）能对旋转机械等特殊机械长期在线、动态监测的新原理和新）能对旋转机械等特殊机械长期在线、动态监测的新原理和新 方法方法 （4 4）重大装备安全运行实时在线、动态监测与诊断系统集成的技）重大装备

44、安全运行实时在线、动态监测与诊断系统集成的技 术与方法术与方法 关键技术关键技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 针对在重大机械装备的监测和诊断中，高速信号采集、多测点针对在重大机械装备的监测和诊断中，高速信号采集、多测点 分布、多参数、多场耦合，高速信号传输与处理等难题，采用分布、多参数、多场耦合，高速信号传输与处理等难题，采用 嵌入式技术，从信号采集、调制与解调、信号传输与处理等多嵌入式技术，从信号采集、调制与解调、信号传输与处理等多 个层面，发明了重大装备高速多场耦合、多测点与异构传感信个层面，发明了重大装备高速多场耦合、多测点与异构传感信 号传输与

45、解调方法和技术，并成功地在众多装备监测工程中长号传输与解调方法和技术，并成功地在众多装备监测工程中长 期连续运行。期连续运行。 此技术首次提出了重大工程和装备的多通道多点和自适应频率此技术首次提出了重大工程和装备的多通道多点和自适应频率 变化的解调方法，实现了变化的解调方法，实现了4000Hz4000Hz以上的高速解调。以上的高速解调。 关键技术关键技术 （1 1）重大装备多场耦合、多测点与高速信号解调方法和技术重大装备多场耦合、多测点与高速信号解调方法和技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 重大机械装备运行环境特点：高温、重载、强干扰、振动和粉重大机械装

46、备运行环境特点：高温、重载、强干扰、振动和粉 尘等。光纤与被监测机械装备焊接的新型传感技术解决了重大装尘等。光纤与被监测机械装备焊接的新型传感技术解决了重大装 备复杂工况下，多种物理量可靠监测的难题，为重大装备的实时备复杂工况下，多种物理量可靠监测的难题，为重大装备的实时 监测提供了基础元器件。监测提供了基础元器件。 技术特点技术特点 石英光纤金属化封装结构、方法，保证了镀制金属层的附着力石英光纤金属化封装结构、方法，保证了镀制金属层的附着力 和光纤光栅的谱型稳定，提高了重大机械装备用各类光纤传感器和光纤光栅的谱型稳定，提高了重大机械装备用各类光纤传感器 的灵敏性、线性、长期稳定性和温度使用范

47、围。石英光纤金属化的灵敏性、线性、长期稳定性和温度使用范围。石英光纤金属化 湿化学工艺，实现了光纤大范围的金属化。湿化学工艺，实现了光纤大范围的金属化。 关键技术关键技术 （2 2）能耐受恶劣环境的新型传感原理和技术能耐受恶劣环境的新型传感原理和技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 针对长期存在的机械装备旋转体实时在线监测与诊断技术难题针对长期存在的机械装备旋转体实时在线监测与诊断技术难题 ，基于磁力耦合和光纤光栅传感技术，发明了多种基于光纤传感，基于磁力耦合和光纤光栅传感技术，发明了多种基于光纤传感 技术的特殊机械安全监测新方法及装置，为旋转机械装备的实

48、时技术的特殊机械安全监测新方法及装置，为旋转机械装备的实时 在线安全监测提供了新的可靠技术。在线安全监测提供了新的可靠技术。 关键技术关键技术 （3 3）长期在线、动态监测的新原理和新方法长期在线、动态监测的新原理和新方法 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 光纤光栅传感磁力耦合非接触光纤光栅传感磁力耦合非接触 传输的新方法，应用光学方法传输的新方法，应用光学方法 实现了光信号的空间非接触传实现了光信号的空间非接触传 输输 解决了转轴运行扰动、振动偏解决了转轴运行扰动、振动偏 差、微小差、微小偏心偏心与倾斜引起耦合与倾斜引起耦合 特性变化对光束的干扰问题特性变

49、化对光束的干扰问题 首创了光纤光栅实时在线监测首创了光纤光栅实时在线监测 旋转机械装备的新方法旋转机械装备的新方法 在港口大型岸桥、翻车机和浮在港口大型岸桥、翻车机和浮 吊等重大机械装备旋转体状态吊等重大机械装备旋转体状态 监测中成功应用监测中成功应用 转子转子旋转光纤旋转光纤 磁耦合环磁耦合环B 无线传输无线传输 磁耦合环磁耦合环A 固定光纤固定光纤 固定盘固定盘同步盘同步盘 关键技术关键技术 （3 3）长期在线、动态监测的新原理和新方法长期在线、动态监测的新原理和新方法 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 此技术通过多技术集成，以及多信号传输、多信息融合等

50、此技术通过多技术集成，以及多信号传输、多信息融合等 研究，科学地实现了重大装备实时在线监测的系统集成，解研究，科学地实现了重大装备实时在线监测的系统集成，解 决了不同领域应用中特殊的要求。决了不同领域应用中特殊的要求。 装备监测相关硬件设施装备监测相关硬件设施 数据采集及通信数据采集及通信 软件软件 综合数据库管理综合数据库管理 软件软件 装备安全运行专装备安全运行专 家系统家系统 维修管理决策系维修管理决策系 统软件统软件 健康状况评价、健康状况评价、 诊断系统软件诊断系统软件 信息查询信息查询 维护决策维护决策 状况评估状况评估 远程管理远程管理 费用分析费用分析 灾害处理灾害处理 重大机

51、械装备运行监测现场重大机械装备运行监测现场 物理层物理层 传感器及数据采集传输系统传感器及数据采集传输系统 数据处理及数据库管理系统数据处理及数据库管理系统 信息处理及应用系统信息处理及应用系统 数据层数据层 信息层信息层 应力、应变、振动、温度等传感器应力、应变、振动、温度等传感器 预警预报预警预报 软件系统软件系统 关键技术关键技术 （4 4）安全运行实时在线、动态监测与诊断系统集成技术安全运行实时在线、动态监测与诊断系统集成技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 国内外比较国内外比较 本项目成果水平本项目成果水平国内现有水平国内现有水平国外水平国外水平

52、 解调速度解调速度4000Hz4000Hz200Hz200Hz2500Hz2500Hz 应变测量范围应变测量范围400040002000200020002000 温度使用范围温度使用范围-70-70800800-30-30200200-30-30200200 旋转机械光纤光栅旋转机械光纤光栅 非接触监测方法非接触监测方法 已实施已实施未见报导未见报导未见报导未见报导 大型旋转机械监测大型旋转机械监测 与诊断集成化系统与诊断集成化系统 已在港口翻车机、已在港口翻车机、 塔吊、浮吊、大型塔吊、浮吊、大型 轧机等重大机械装轧机等重大机械装 备实时在线监测中备实时在线监测中 成功应用，产生了成功应用，

53、产生了 可观经济效益可观经济效益 未见报导未见报导 未见表中所列大未见表中所列大 型机械装备实时型机械装备实时 在线监测报道在线监测报道 关键技术关键技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 应用与推广（一）应用与推广（一） 外伸臂外伸臂 内传感器内传感器 梯形架上部梯形架上部 横梁上传感器横梁上传感器 大拉杆下部大拉杆下部 传感器传感器 关键技术关键技术 三、港口机械设备状态监测与诊断技术三、港口机械设备状态监测与诊断技术 应用与推广应用与推广 (二二) 武钢武钢15801580轧机监测轧机监测 大型轧机振动是世界轧制生产大型轧机振动是世界轧制生产 中普遍存

54、在和期待解决的问题中普遍存在和期待解决的问题 振动能量通常较大振动能量通常较大, ,具有很强具有很强 的破坏性的破坏性, ,经常带来不可预料经常带来不可预料 的后果的后果 强电磁干扰，空间狭小，传统强电磁干扰，空间狭小，传统 压电传感无法远传压电传感无法远传 研制成功光纤光栅地脚螺栓等研制成功光纤光栅地脚螺栓等 特种振动传感器特种振动传感器 关键技术关键技术 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 （1）港口的发展面临着挑战）港口的发展面临着挑战 （2）“智慧港口智慧港口”的内涵的内涵 （3）“智慧港口智慧港口”的规划的规划 （4）“智慧港口智慧港口”的关键技术的关键技术 （5）“智慧港

55、口智慧港口”的推广应用基础的推广应用基础 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 （1 1） 港口信息化建设面临四大问题港口信息化建设面临四大问题 1）缺乏有效规划，重复建设：信息化全局工作缺乏有效的规）缺乏有效规划，重复建设：信息化全局工作缺乏有效的规 划，导致部分重复建设划，导致部分重复建设 。 2）信息孤岛现象严重：各部门、各行业都在信息化，但不能）信息孤岛现象严重：各部门、各行业都在信息化，但不能 连接起来发挥综合效应。连接起来发挥综合效应。 3）缺乏完整、科学的标准体系：缺乏统一的港口信息化标准）缺乏完整、科学的标准体系：缺乏统一的港口信息化标准 体系，不同部门组织制订的信息化

56、标准之间不协调。体系，不同部门组织制订的信息化标准之间不协调。 4）缺乏合适的运行管理模式：缺乏科学、实用的港口信息化）缺乏合适的运行管理模式：缺乏科学、实用的港口信息化 建设的总体框架，缺乏适合不同类型港口使用的建设与运建设的总体框架，缺乏适合不同类型港口使用的建设与运 行模式。行模式。 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 智慧港口是信息技术高度集成、信息应用深度整合的的网络智慧港口是信息技术高度集成、信息应用深度整合的的网络 化、信息化和智能化港口。化、信息化和智能化港口。 智慧港口是信息化向更高阶段发展的表现智慧港口是信息化向更高阶段发展的表现, ,具有更强的集中智具有更强的集

57、中智 慧发现问题、解决问题的能力，因而具有更强的创新发展能慧发现问题、解决问题的能力，因而具有更强的创新发展能 力。力。 智慧港口是以智慧技术、智慧产业、智慧人文、智慧服务、智慧港口是以智慧技术、智慧产业、智慧人文、智慧服务、 智慧管理、智慧生活等为重要内容的港口发展的新模式。智慧管理、智慧生活等为重要内容的港口发展的新模式。 “智慧港口智慧港口”的定义的定义 （2 2）“智慧港口智慧港口”的内涵的内涵 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 智慧港口让港口的管理及服务呈现六大特点：富有预见性、智慧港口让港口的管理及服务呈现六大特点：富有预见性、 更加高效、更加科学、更加敏捷、更富有创造

58、性、更加协作。更加高效、更加科学、更加敏捷、更富有创造性、更加协作。 如何形成广泛的认知如何形成广泛的认知 如何破解体制的障碍如何破解体制的障碍 如何突破人才的瓶颈如何突破人才的瓶颈 如何形成持续的投资如何形成持续的投资 “智慧港口智慧港口”的特点及难点的特点及难点 （2 2）“智慧港口智慧港口”的内涵的内涵 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 智慧港口的发展现状智慧港口的发展现状 与趋势分析与趋势分析 “十二五十二五”规划规划 解读解读 各领域各领域 应用需求应用需求 港口港口 信息化现状与基础信息化现状与基础 总体需求总体需求现有基础现有基础智慧港口关键点智慧港口关键点 总体建设

59、思路总体建设思路 指导思想、建设原则、发展远景指导思想、建设原则、发展远景 建设目标、建设任务建设目标、建设任务 港口智慧港口港口智慧港口的架构规划的架构规划 港口智慧港口的规划港口智慧港口的规划 应用体系规划、运营体系规划应用体系规划、运营体系规划 港口智慧港口建设的港口智慧港口建设的综合保障措施综合保障措施 （3 3）“智慧港口智慧港口”的规划的规划总体思路总体思路 四、四、“智慧港口智慧港口”解决方案解决方案 物联网：是通过识别、感知的技术与设备获取物体物联网：是通过识别、感知的技术与设备获取物体/ /环境的静环境的静/ /动态属性信息，再由动态属性信息，再由 网络传输通信技术与设备进行

60、信息网络传输通信技术与设备进行信息/ /知识交换和通信，并最终经智能信息知识交换和通信，并最终经智能信息/ /知识处理技知识处理技 术与设备实现人术与设备实现人机机物世界的智能化管理与控制的一种物世界的智能化管理与控制的一种“人物互联、物物互联、人人物互联、物物互联、人 人互联人互联”的高效能、智能化网络。的高效能、智能化网络。 物联网技术包含：感知层技术、传输层技术和应用层技术；物联网技术包含：感知层技术、传输层技术和应用层技术； 物联网技术为智慧港口中实现物联网技术为智慧港口中实现“人人机机物物”三元融合一体的世界提供最重要的基三元融合一体的世界提供最重要的基 础使能技术与新运行模式。础使