摘要：为了在集装箱码头完成3C(Computer，Communication and Control)之后，进一步提高生产效率，天津港集装箱码头有限公司利用高科技手段，制订了一系列新的工艺。介绍了诸如 双箱装卸同步工艺 、 无效连接最小化工艺 、 离散装卸工艺 、 生产预警机制 、 生产可视化 等集装箱码头前沿课题研究状况和应用情况，具有一定的参考价值。
关键词：集装箱码头生产 工艺研究应用
进入21世纪，天津港集装箱码头有限公司(简称TCT)投巨资引进国际一流的智能化的COSMOS集装箱操作管理系统(以下简称COSMOS操作系统)、AS400计算机网络系统、TEK无线通讯系统，快速完成了集装箱码头3C(computer、Communication、Contr01)生产体系建设，生产效率大幅度提升。但是，由于集装箱码头3C生产体系自身的局限性， 作业信息滞后 、 堆场集装箱错码 等行业性难题仍然无法解决。
2005年开始，TCT在国内港口首次将DGPS、GIS、DPS、导航、DLP、3D技术融人机车(轮胎吊、叉车、拖车)电控、COSMOS操作系统。研发完成具有世界领先水平的 集装箱码头生产过程控制可视化管理系统 ，一举实现了 码头 、 堆场 、 船舶 、 集装箱 、 装卸桥 、 轮胎吊 、 叉车 等生产元素数据自动采集、精确定位、动态跟踪、过程控制、可视化管理。同时深入开展码头作业工艺精细化研究，在每个工艺节点上优化资源配置，缩短工艺连接时间，增加机车重载率，减少运输路程，提高生产效率、降低运营成本，收到了显著的效果。
1. 双箱装、卸同步工艺研究
伴随着的集装箱双箱吊具的诞生，国际一流集装箱码头开始双箱装、卸工艺的研究与应用，国内集装箱码头基本局限在双箱卸船工艺部分研究与应用。
TCT经过不断地探索、研究。现已实现卸船时双箱装卸桥将两个20英尺箱卸船，拖车双箱去卸船堆场，双箱轮胎吊将两个20英尺箱卸车；拖车空去装船箱堆场，双箱轮胎吊将两个20英尺箱装车，拖车双箱去装船，双箱装卸桥将两个20英尺箱装船的双箱装、卸船同步装卸工艺，码头双箱装卸同步工艺研究与应用已走在世界的前列。
1．1双箱装、卸船同步装卸工艺流程(见图1)
1．2双箱装、卸船同步作业系统控制步骤
1)使用系统制作双箱卸船计划；
2)卸船时系统将双箱作业指令发送给装卸桥下理货员的手持无线终端、拖车上无线终端和轮胎吊上无线终端；
3)系统动态安排双箱各种机械作业顺序，合理动态分配场地；
4)使用系统制作适合双箱装船的收箱堆码规则，在集装箱进门时给出合适的场位；
5)使用系统制作双箱装船计划；
6)装船时系统将双箱作业指令发送给轮胎吊上无线终端、拖车上无线终端和装卸桥下理货员的手持无线终端；
7)系统动态安排各种机械双箱装船作业顺序；
经过实际运行，码头双箱装、卸船同步工艺作业已成熟，双箱作业相比单箱作业其作业效率有很大的提高，双箱平均装卸效率42箱／小时，比单箱平均装卸效率32箱／小时，提高3l％。
2 .无效连接最小化工艺研究
无效连接最小化工艺研究，是通过 集装箱码头生产过程控制可视化管理系统 自动采集装卸桥、轮胎吊、拖车位置，根据生产指令精算每个工艺过程用时，适量提前反馈节点连接时间，达到不同机车在同一工艺节点无效连接时间最小化。目前，国内外尚无该方面研究的报道。
以码头装船工艺为例，阐述研究前后工艺连接时间的变化。
2．1 COSMOS装船工艺流程(见图2)
1)拖车司机根据GOTO：CONT生产指令，拖车到达目标堆场，按确认键。信息反馈COSMOS集装箱操作管理系统，清屏，等待装箱；
2)COSMOS操作系统接到信息，通过车载终端TEK8570给轮胎吊司机FROM：TO：CONT生产指令；
3)轮胎吊司机选择FROM：TO：CONT生产指令，将堆场集装箱装到拖车，按确认键，信息反馈COSMOS操作系统，清屏；
4)COSMOS操作系统接到信息，通过车载终端TEK8255给拖车司机新的FROM：TO：CONT生产指令，去目标装卸桥；
5)拖车司机拉集装箱到达目标装卸桥下，按确认键，信息反馈COSMOS操作系统，清屏，等待卸箱；
6)理货员P-check(物理检查Physical check)通过TEKT035将拖车上的拖车集装箱数据录入COSMOS操作系统；
7)COSMOS操作系统接到信息，通过车载终端TEK8255给拖车司机新的FROM：TO：CONT生产指令，去目标堆场。
2．1．1存在问题
1)拖车空车从到达目标堆场(工艺环节①)到重车去目标装卸桥(工艺环节④)，与轮胎吊重叠时间约120 130s，其中有效装箱时间20 30s，无效重叠时问100s左右；
2)拖车重车从到达目标装卸桥(工艺环节⑤)到空车去目标堆场(工艺环节⑦)，与装卸桥重叠时间(若拖车数量安排合理)约40 50s，其中有效卸箱(包括理货员P-check人时间)20 30s，无效重叠时间20s左右；
2．2无效连接最小化装船工艺流程(见图3)
1)拖车司机根据GOTO：CONT生产指令。空车驶向目标堆场，DGPS拖车移动站子系统自动位置跟踪，在到达目标堆场前140s位置时，通过专用软件接口将拖车 到达目标堆场 信息提前自动反馈COSMOS操作系统，同时为方便拖车司机操作，车载终端TEK8255 FROM：TO：CONT生产指令保持到目标装卸桥，清屏；
2)COSMOS操作系统接到信息，通过车载终端TEK8570提前130s给轮胎吊司机FROM：TO：CONT提箱生产指令，轮胎吊提前0 10s将集装箱提到车道，准备装车；
3)轮胎吊装车，DGPS系统自动跟踪、采集吊具 开锁 信息，通过专用软件接口将 装车完成 信息提前20s反馈COSMOS操作系统，同时为方便轮胎吊司机操作，车载终端TEK8570 FROM：TO：CONT生产指令保持到装车完成，清屏；
4)COSMOS操作系统接到反馈信息，通过车载终端TEK8255提前10s给拖车司机FROM：TO：CONT生产指令；
5)拖车司机根据FROM：TO：CONT生产指令，拉着集装箱驶向目标装卸桥，DGPS+BPS系统自动跟踪拖车位置信息，在到达目标装卸桥前10s位置时，通过专用软件接口提前自动反馈COSMOS操作系统，同时为方便拖车司机操作车载终端TEK8255 FROM：TO：CONT生产指令到目标装卸桥，清屏；
6)理货员P-check(物理检查Physical check)通过TEKT035将拖车上的集装箱数据录入COSMOS操作系统；
7)COSMOS操作系统接到信息，通过车载终端TEK8255给拖车司机FROM：TO：CONT生产指令。
2．2．1问题的解决
1)拖车空车从到达目标堆场(工艺环节④)，与轮胎吊重叠连接时间(理想状态)约20 30s，其中有效重叠连接时间约20-30s，无效重叠时间几乎缩短为零；
2)拖车重车从到达目标装卸桥(工艺环节⑤ ⑦)，与装卸桥重叠连接时间(理想状态)约30 40s，其中有效重叠连接时间约20 30s，无效重叠时间占10s左右。
现场统计数据表明：装、卸船一个工艺流程，工艺节点无效连接时间约120s左右，占工艺流程用时的25 30％，节约潜力巨大。以年吞吐200万标箱计算，仅拖车每年可节约运行时间2000000 120s=240000000s，约2778天。
①相当于多投入10辆拖车，以每天每台拖车运行18小时计算，需运行一年；②柴油一年可节约(240000000 3600) 15箱/h 0.45kg／箱=450t，约合人民币450t 0.625万人民币/t=281.25万人民币；③30名拖车司机人工费约5 30=150万人民币。仅燃油和人工费每年可节约 ②+③=281.25+150=431.58万人民币。
3 .离散装卸工艺研究
集装箱码头离散装卸工艺，是集装箱码头全新的工艺研究方向。它打破集装箱码头传统的单一队列作业(固定装卸桥、拖车、轮胎吊组成一条作业线)模式，将一艘船或整个码头作为整体作业单元，装卸桥、拖车、轮胎吊在一个作业循环里，不再执行单一的装船或卸船生产指令。离散装卸工艺的基础是堆场信息的实时化。COSMOS操作系统TAEM-团队(简称：离散)装卸工艺，以单船作为作业单元，系统根据 机车位置信息 、 机车状态(有指状态、待指状态)信息 、 路径信息 等因素精算作业路线，合理安排每一条作业指令，争取最佳经济效果。
2007年COSMOS操作系统升级和集装箱操作管理系统、装卸机械电控系统、集装箱码头生产过程控制可视化管理三大系统实现数据共享，为开展集装箱离散装卸工艺研究创造了软、硬件环境。同年开始在大型(第六代以上集装箱船)集装箱船舶作业中，对离散装卸工艺进行了有益的尝试和推广。装卸桥、拖车、轮胎吊在一个作业循环里，不再执行单一作业指令。集装箱码头生产过程控制可视化管理系统为COSMOS操作系统实时提供机车位置信息，COSMOS操作系统将根据每一台机车的实时位置、作业状态寻求最经济的作业指令分配方案。例如装卸桥一个作业循环，前半部分(码头+船舶)执行装船工艺，后半部分(船舶+码头)执行卸船工艺；拖车一个作业循环，前半部分(码头+堆场)执行卸船工艺，后半部分(堆场+码头)执行装船工艺，即装卸同步进行。一个作业循环由于执行两个作业工艺，机车重载率由原来单一作业队列模式的50％。可以提高到60~80％；运输路程减少20％以上。目前。轮胎吊单箱平均能耗(柴油)0.65升／箱、拖车单箱平均能耗(柴油)0.45升／箱，远远低于国内同类型码头轮胎吊、拖车单箱平均能耗，经济效益十分显著。
4 .生产预警机制研究
集装箱码头生产预警机制研究，是探索性创建码头作业标准化流程的一种全新机制。研究将集装箱码头装卸机械在各生产工艺环节作业进行标准化、量化设计。通过调度监控终端界面图标出现闪烁和机车无线终端预警、实时揭示堆场作业 无指令超时 、 作业间隙超时 、 维修超时 、 超速 、 压车 、 违章 等事件发生并列表记录，规范司机、调度标准化操作、生产指挥。
4．1无指令超时预警
无指令超时预警是针对 装卸桥 、 轮胎吊 、 叉车 、 拖车 司机登录后，超时没有接到生产指令，系统自动警示调度，及时分发生产指令或发出退出生产指令。
4．2作业间隙超时预警
作业间隙超时预警是针对 装卸桥 、 轮胎吊 、 叉车 、 拖车 处于作业状态，当前完成作业指令与下一条作业指令间隔超时，系统自动警示调度，及时了解该机作业间隙超时原因，加快作业进程。
4．3维修超时预警
维修超时预警是针对当前作业 装卸桥 、 轮胎吊 、 叉车 、 拖车 发生故障后的抢修时间超时，系统自动警示凋度，决定故障设备是否退出生产。
4．4外拖车超时预警
外拖车超时预警是针对当前集港外拖车进场等待时间进行监控，若进场等待时间超出优质服务时间，系统自动警示调度，通知闸口控制集港车辆进场。
4．5压车预警
压车预警是针对当前装船、卸船、集港、疏港作业的轮胎吊出现拖车压车超量时，系统自动警示调度，调整生产指令，缓解局部拖车拥挤状态。
4．6超速预警
超速预警是针对拖车行驶出现超速时，系统自动警示司机(调度)，及时减速，安全行驶。
4．7违章预警
违章预警是针对当前作业的轮胎吊、叉车、拖车行车路线发生错误时，系统自动警示司机(调度)，注意安全，纠正违章行为。
生产预警机制系统投入运行后，由于生产全过程受控，司机、调度自觉遵守堆场作业、指挥，规章制度意识空前提高，堆场违章现象明显减少。
5 .堆场生产可视化研究
集装箱码头堆场可视化研究是将GIS、DGPS、导航、多媒体、DLP大屏幕等高科技融入机车电控系统、融入COSMOS操作系统，对港口集装箱码头生产的关键要素船舶、堆场、集装箱、装卸机械生产过程图形化的研究。
5．1 堆场司机操作三维可视化
全球集装箱码头首次在装卸桥(预留)、轮胎吊、叉车、拖车驾驶室内，通过无线车载终端TEK8570／TEK8255与司机建立三维图形化的操作信息交互平台(见图4)。窗口提供作业指令、本机作业过程实时三维图形、系统信息。较好地解决了堆场集装箱堆码准确率100％和集装箱码头全天候作业的国际集装箱码头行业难题。
5．2调度管理三维可视化
TCT在全球首次综合利用DGPS、GIS、DLP(1.5 3m)大屏、3D、电子贴片，多媒体(功放、内置DVD、外置DVD、有线TV)、视频技术，在集装箱码头调度中心，通过4台PC22英寸显示器和DIP 2~3(50英寸)大屏见图5组成三维(视图模式、3D模式、视频模式)图形化调度管理实时信息交互平台。
6 .集装箱码头生产过程控制精细化研究与应用的探索
集装箱码头生产过程控制精细化研究是在生产过程中，不断利用高科技手段，在每一个工艺节点上优化信息流程，整合工艺，提高装卸效率、降低经营成本，将集装箱码头数字化、智能化、可视化建设推向更高水平，以取得更可喜的成果。