自动化集装箱码头带来了什么？

1、自动化集装箱码头带来了什么？ 围绕自动化集装箱码头带来的冲击和机遇，聚焦中国自动化码头建设现状和亟待解决的难题，各路观点持续发酵中目前，全球有32个自动化集装箱码头建成，由于在节省码头人力成本，提高港口通过能力，降低设备能源消耗，提升港口形象等方面具有显著的优势，自动化集装箱码头已成为未来集装箱码头发展的必然趋势。我国自动化集装箱码头建设发展仍处于起步阶段，还面临着很多亟待解决的难题。如何破解难题，顺势发展？ 2016年8月34日，来自自动化集装箱码头产业链各个领域的500多名领导、专家齐聚青岛，共同参与“2016集装箱码头自动化推进与技术交流会”。与其说他们是这一领域的专家学者，不如说是求知

2、者、探索者和开拓者。记者全程参会，见证了他们对自动化集装箱码头未来发展的热情和渴望，也记录了当前自动化集装箱码头带给我们的机遇和挑战。一、自动化集装箱码头建设面临       5大现实挑战和3大核心问题 交通运输部水运科学研究院研究员、信息化战略研究与咨询部主任、副总工程师、中国IDC产业联盟专业委员会副主任委员罗本成先生认为，自动化集装箱码头建设面临着巨大的现实挑战。首先需要充足的资金支撑，不仅要有建设资金还要有预留资金，包括运维资金以及后期的管理资金。同时也要有先进的技术积累，包括工艺的、装备的以及本身的控制技术。另外还要有专业的运营团队、合适的运作

3、模式、良好的保障条件等5个方面。罗本成提出，建设自动化集装箱码头要考虑3个核心问题：一个是成本因素，即投入多少钱才合适，这是一个战略选择的问题，既要考虑近期成本也要考虑远期成本，还要考虑投入和产出、考虑竞争和联盟的问题。第二个是效率因素，这方面要达到一个平衡，海侧和陆侧的动态平衡，选择什么样的工艺模式，采用什么样的技术装备，都需要平衡。第三个是发展因素，包括转型升级、技术改进，要考虑可持续性、可拓展性。自动化码头建设有其内在特点：其一是投资大，一般投入规模都在10亿元以上。其二是周期长，建设与成熟运营周期都比较长。其三是复杂度高，自动化码头的技术要求使其高复杂性指数级增加。其四是对人员的要求高

4、，需要专业技术、专业团队与新一代蓝领工人。另外，自动化码头的建设还有开放性强、风险多等特点。鉴于上述特点，罗本成建议：要密切跟踪行业科技态势（科学研判+ 动态跟踪+ 理智思维），要系统性思考和战略布局（实用性、经济性、先进性、可操作性、开放性），要做好充分的积累与准备（人力、财力、物力、宣传、组织、理念生态圈），要找准良好契机与突破口（码头改造、技术变革、工艺优化、市场态势、战略伙伴），尽量采用成熟方案与合适模式（标杆、量力、有序、因地制宜），做好人员培训安置与高端团队打造（系统磨合与业务磨合），营造良好的组织生态圈（战略联盟、技术联盟、应用联盟、资金保障、政策生态、知识产权）。二、自动化码头

5、建设须理清7大关系 整个港口行业都面临着新的技术、新的概念包括信息化、自动化、智能化，智慧港口、绿色港口，工业4.0、物联网、大数据、云计算， 这些到底是什么？自动化码头和传统码头与这些技术到底又有什么样的关系？上海洋山深水港区四期工程指挥部副总指挥罗勋杰为我们理清了自动化集装箱码头建设的7大关系。一是规划与设计。在整个码头建设运营过程中，首先考虑的是规划和设计，是否要建自动化码头，建多大，用什么样的系统均是首要考虑的问题。洋山深水港区四期在规划方面， 首先要了解码头状况，要对货运结构并对整个码头靠泊情况进行系统分析。在整个设计过程中主要解决三大平衡：一个是解决桥吊、轨道堆场能力、后期集疏运能

6、力的整体开发，在这个基础上，码头设计就要同时解决好装卸能力、操作成本和操作效率之间的平衡，这是整个设计方案过程中需要考量的。而怎样的工艺系统， 直接关系到运作成本、运作效率和运作能力的平衡。二是设备与技术。自动化设备需要解决船舶作业设备、水平运输设备、堆场设备以及后方集疏运系统、铁路公路等方面的自动化。解决了设备问题之后就是解决技术问题，包括： 自动化停车、自动化驱动、自动化引导，这些是基础。在这个基础上还需要解决操作问题， 首先是远程操作，最高层才是自动化操作。三是系统与管控。目前最先进的自动化码头采用的是TOS系统+ECS系统+ 整机系统和电控系统。四是网络与数据。自动化码头网络机构最底层

7、的是过程控制和装备的连接，中间是数字分析，上层是提供服务，从上至下，通过服务和人的互联进行物联。除了码头内部的网络， 还有码头跟整个港口以及政府部门的网络联通。除了网络以外就是数据，所有码头运营的情况和状态都必须通过数据推算，包括APP应用、终端、智能化设备的运作状态，包括故障的自我等待、自我报故，相互之间的智能化运行，这些数据要有非常好的技术平台支撑，要有非常好的渠道相互输入输出。还有船舶作业的数据，在整个网络基础上建立港航级的大数据解决方案。五是算法与学习。设备要有自我学习的功能，然后根据情形进行后期推演。算法主要包括三个层次：计算、人工、智能。目前的研究是从第一个层次到第二个层次再到第三

8、个层次，从人工生物智能上升到人工智能，从人工智能上升到计算层。自动化码头实现智能化的关键是如何把司机、桥吊、轨道吊之间的人工生物智能通过数学方法上升到人工智能，然后上升到计算智能。当前整个港口业，包括中国的高校和研究院都在做大量工作，但基本都停留在人工智能阶段。在解决了计算以后，接下来是解决学习的问题，如何通过计算智能使机器人自我学习，而且是深入学习。最高级的机器人应像人类一样思考，包括学习、自动推理、人工意识、知识表示和总结。六是自动和智能。解决了前面五大关系之后，接下来才能实现自动和智能，这是全球自动化码头发展的历程。七是智慧港口。所有的硬件、软件都围绕过程自动化和设备自动化做文章。上海港

9、也在思考智慧港口未来的发展，提出了3E智慧港口（港口运营作用、港口生态圈开放、创新业务拓展）的建设。三、中国自动化码头的技术革新和瓶颈 1. 青岛前湾：亚洲真正意义上的全自动化码头2015年6月27日，青岛港集团与上海振华重工签订了全自动化码头总承包项目，开始了全自动化码头的建设。2015年12月，青岛港自动化码头基本打桩完成。2016年4月首批设备已经上岸。2016年7月，所有设备包括7个桥吊、38个轨道吊全部上岸。当前阶段青岛港自动化码头各个区域开始进行全封闭，正在进行不同阶段的调试。大会上，青岛港股份有限公司信息中心副主任杨杰敏介绍了青岛港前湾自动化码头建设的基本情况。码头整体布局主要分

10、为几部分：第一是船舶的装卸区，第二是堆场区，第三是集疏运区， 第四是辅助生产区。由此可见，青岛港自动化码头采用条块分离，功能区分工明确。具体主要分为几个区域：首先是海侧作业区，其次是水平运作系统，后面是陆侧交换区，包括闸口区（进闸出闸）。自动化整个装卸工艺，从海侧到陆侧，首先经过自动化桥吊，海侧作业区经过装运通过运输系统把船舶运到海侧交换区，再通过轨道吊到堆场的陆侧交换区。作为自动化码头，整个进出闸口设计与传统也是有差异的，青岛港自动化码头整个闸门码头进出闸分离，进闸和出闸分为几步作业。最大优势是通过不停车的信息采集区以及海关闸口等，不同闸门如果有信息变化，可以在中间采取措施。青岛港自动化码头

11、一期工程重点建2个泊位，包括7个桥吊、38个AGV（自动导引运输车）和38个轨道吊。自动化吊桥。自动化码头一般采用双小车。主小车负责从船舶把集装箱作业到桥吊平台上，门架小车负责把集装箱从平台运到AGV上。整个作业区只是在需要人工交付的时候基于安全因素进行人工交付，除此之外整个桥吊作业基本上都是全自动化运作的。自动化轨道吊与传统设备完全不一样，对设备的制造、装配工艺、定位等提出了更高要求，特别是大车定位和小车定位基本上是毫米级别。AGV技术。青岛港自动化码头采用的是国际上最新一代的AGV。最主要的几个特点：一是纯电动；二是它是世界上最轻的AGV；另外它采用了自动循环充电技术，每次充电可最低满足它

12、一次循环的电量消耗。信息系统。信息系统作为自动化码头整个工程项目中的核心，是工程项目运作的灵魂， 主要分为几个部分：第一部分是码头操作系统（TOS），这部分基本定位与传统码头的TOS 差别不大，当中增加了部分设备调度模块。差别最大的是设备控制系统（ECS），这部分系统对当前自动化码头建设来讲还没有特别成熟和特别好的解决方案，也是在全力探索和突破的领域。2. 洋山深水港区四期：全球最大自动化码头作为世界上最大的单体自动化集装箱码头， 洋山深水港区四期预计2017年将投入运行。根据上港集团的规划，上海国际航运中心洋山深水港区四期工程采用了代表当前国际集装箱码头技术最高水平的全自动化集装箱码头方案，

13、码头建成后将在通过能力、装卸效率、节能环保、安全等方面具有显著优势。上港集团总裁严俊早前在接受媒体采访时表示，洋山深水港区四期体现了上港在科技创新上的全面探索。他介绍，传统码头的作业效率是每小时完成抓取30 次自然箱或者标准箱的动作，而全自动码头每小时作业效率将提高30% 50%，同时排放量可减少30%以上，对建设绿色港口具有非常重要的意义。2014年12月23日，洋山深水港区四期工程正式开工。在建设之初，洋山深水港区四期就有一个与世界接轨的目标，那就是打造一个全自动化集装箱码头，这不仅代表了当前国际集装箱码头的最高水平，同时也是发展方向。据严俊介绍，在码头建设推进中，远程操控桥吊、全自动轨道

14、吊、无人驾驶自动导航AGV等成为重点。自动化码头的操作系统和调度系统都来自于上港集团的自主研发，其中码头的装卸设备将全部采用智能化和全电力驱动。建成之后，洋山港四期码头将成为“无人码头”，真正实现智能装卸，增加整个码头的利用效率。相对于传统码头，实现自动化运转后，码头也将更为安全、高效和可靠。目前洋山深水港区四期各项建设工作进展顺利，水工码头工程沉桩施工已完成总量的45%，第一批主要装卸设备已完成招标采购， 自动控制系统开发正稳步推进。整个洋山深水港区四期码头计划2016年底基本建成，预计在2017年底投入试运营。另据上港集团工程技术部副总经理、技术中心主任王黎明在大会上表示：“如何在传统码头

15、进行自动化改造已成为我们另外一个关注的课题，我们需要两条腿走路，因为传统码头还是主要的集装箱生产能力的体现。” 他主要介绍了正在推进的项目：一是岸桥的远程控制，另一个是IPG的半自动控制，包括全自动重箱堆场的改造。轮胎吊远程半自动操控项目分为3个阶段：第一是实现单台轮胎吊远程操作，2015年12月已经实现。这个阶段主要解决的难点是无线通信方案的可行性、大车自动纠偏技术、大小车定位系统。第二阶段的目标是实现1 名司机对3台轮胎吊的操作，本阶段主要解决的难点是实现13司机远程操控，实现作业指令TOS系统与轮吊箱区管理系统（BMS）间的对接， 现在这个项目正在推进过程中。第三个阶段目标是提

16、升作业效率，达到设计要求。后续主要是对TOS系统、自动调度系统、箱区内自动推放箱、箱号识别系统等进行优化。在项目推进过程中还面临着其他难点问题，主要包括：无线通信、集装箱堆叠情况识别技术、大车定位和纠偏技术、吊具精确定位、车号和箱号识别等问题。重箱堆场装卸设备采用双旋臂、单小车轨道吊，可以分开作业，最大限度保障装船卸船的效能，也兼顾对外服务的质量。自动化集装箱堆场系统主要包括自动化轨道吊、集卡检测识别系统、集卡停车系统、视频监视系统等， 其中：集卡识别系统采用RFID识别技术，内集卡采用粘贴有源RFID标签，进堆场后自动识别；外集卡采用自动发卡、收卡技术，在入口道闸处进行自动识别，然后自动发卡

17、；在出场处拿出来，收口后自动放行。3. 厦门远海：完全自主知识产权自动化码头厦门远海自动化集装箱码头2015 年3 月开始进行实船作业测试，至2016年1月完成13艘次各种类型集装箱船舶实船生产测试；ECS 软件开发完成了10.018.5版本，通过现场测试完成了基本的码头流程作业，实现可试生产能力；2016年3月23日自动化码头正式开始试生产，自动化码头所有流程和功能区域全面试投产。厦门远海是中国第一个全自动化集装箱码头，并且也是第一个完全自主知识产权的自动化码头。据厦门远海集装箱码头有限公司技术总监王沈元介绍，CiTOS为烟台华东电子软件技术有限公司开发的集装箱码头操作系统； ECS为上海振

18、华重工自主研发的自动化码头设备调度控制管理系统；上海振华重工ECS系统和华东电子CiTOS系统均采用WebService方式， 其中华东电子CiTOS系统提供WebService服务， 上海振华重工ECS作为客户端访问CiTOS提供的各种服务；自动化码头计算机系统采用虚拟化技术，对自动化设备控制采用双链路、双机房设计保证自动化码头技术操作平台的可靠、高效。另外一个突出特点是自动化海铁联运。采用是垂直的方式，从后面2km 多的铁路线直接进入码头前沿。可以看到，4条铁路轨道直接通到码头前沿，用来做集装箱自动化运作。王沈元表示：“现在最大的问题是，铁路部门只对车体比较感兴趣，码头企业的用户对箱号感兴趣，怎么把这两个结合在一起是目前比较麻烦的事情。” 纵观世界自动化集装箱码头的发展态势： 欧洲引领，亚澳快速跟进，美洲落后510年； 国际国内比较，国外还未成熟，国内刚起步， 但局