岸橋箱命中率和作業能耗統計功能開發及應用

張乾能等

在國內外集裝箱碼頭企業，著箱命中率一直是岸邊橋式起重機（以下簡稱岸橋）司機操作技能的主要體現，直接影響岸橋及碼頭作業效率和作業能耗。由于監控難度較大，長期以來著箱命中率只是作為岸橋司機技能考核的重要指標，而在實際生產作業中卻未能加以體現和強化，從而不利于生產效率的提高及設備的節能降耗。本文基于集裝箱碼頭生產管理系統、起重機遠程管理系統、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等技術，開發岸橋著箱命中率和能耗統計功能，以期規范岸橋司機操作，實現碼頭節能降耗。

1 功能開發的意義

岸橋能耗與船型、集裝箱質量、司機操作、作業時間、作業箱量等因素直接相關。在船型、集裝箱質量、作業時間、作業箱量等因素固定的條件下，通過規范司機操作可以降低岸橋能耗。著箱命中率是岸橋作業效率和作業能耗的直接影響因素，經測試，減少1次著箱可以節約能耗成本0.22元人民幣；同時，作業能耗統計可以反映著箱命中率和司機操作技能水平。可見，岸橋作業能耗統計功能的實現是規范岸橋司機操作的重要條件。

隨著設備管理系統（尤其是起重機遠程管理系統）的不斷發展，岸橋許多參數均可以從PLC讀取，便于專業數據統計和分析。目前我國對岸橋著箱命中率的研究大多集中于仿真訓練系統中，對實際作業中著箱命中率的研究甚少，因此，岸橋著箱命中率統計功能開發意義重大。

2 功能開發技術難點

（1）網絡和數據異構問題。解決網絡和數據異構問題，實現系統與網絡之間的信息交互，是開發岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能的基礎和難點。

（2）難以準確檢測著箱未成功次數。缺乏有效的傳感器檢測司機著箱未成功次數，技術人員需要通過分析司機作業過程，找到合理、準確、可靠的統計方式。

（3）著箱命中率的統計分析。目前我國集裝箱碼頭企業尚無統計岸橋著箱命中率的經驗可以參照。統計岸橋著箱命中率需要解決異構問題，在不同系統之間采集數據，實現有線和無線信號傳輸，從而實現岸橋著箱命中率數據的統計分析功能。

3 功能開發方案

3.1 著箱命中率統計功能開發

岸橋著箱命中率統計功能即通過統計岸橋司機著箱命中率，分析司機業務操作水平。實現該功能需要統計的數據包括司機編號和作業時間段等，涉及的系統包括PLC系統（主要負責累計總著箱次數和作業自然箱量以及進行著箱檢測等）和集裝箱碼頭生產管理系統（主要負責提供司機編號、作業時間段等數據）。

3.1.2 數據流程

當起重機遠程管理系統檢測到著箱檢測點改變時，獲取由PLC系統統計的著箱次數和作業自然箱量累計值，采集吊車編號、作業時間、著箱次數、作業自然箱量，并查詢集裝箱碼頭生產管理系統視圖，采集司機編號、作業時間段等數據，形成1條記錄并存儲于數據庫中。

3.1.3 數據存儲

目前岸橋單機作業效率為36自然箱/h左右，著箱命中率經人工統計約為70%，每臺岸橋每天最多存儲條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄。

3.2 作業能耗統計功能開發

作業能耗統計功能即通過統計岸橋司機的作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、司機編號、作業時間段、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等數據，分析司機的業務操作水平。

3.2.1 界面

輸入司機編號和作業時間段作為統計條件；統計輸出表格的表頭內容包括序號、司機編號、統計時間段、20英尺集裝箱作業箱量、40英尺集裝箱作業箱量、20英尺雙箱作業箱量、45英尺集裝箱作業箱量、雙吊具集裝箱作業箱量、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等。

3.2.2 數據流程

數據流程涉及的系統主要有：（1）PLC系統，主要用于累計作業總質量和作業耗電量；（2）起重機遠程管理系統，主要用于計算和匯總系統和集裝箱碼頭生產管理系統數據并形成報表；（3）集裝箱碼頭生產管理系統，主要提供司機編號、作業時間段、作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、作業循環次數等數據。

數據流程如下：PLC系統統計作業質量和作業耗電量的累計值；起重機遠程管理系統采集到吊具閉鎖或開鎖信號后，將吊車編號、時間、作業質量累計值、作業耗電量累計值等形成1條流水記錄并存儲在數據庫中；起重機遠程管理系統定時（每隔）查詢集裝箱碼頭生產管理系統提供的數據（包括司機編號、作業時間段、作業箱量、作業循環次數等），若有新司機作業時間段記錄，匯總司機作業時間段內的作業質量、作業耗電量、作業箱量等，形成1條流水記錄，同時將流水記錄標記刪除，在1個月后將標記刪除的記錄徹底刪除。

3.2.3 數據存儲

岸橋司機作業1個集裝箱耗時約，每臺岸橋每天最多存儲720條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄，若保留原始數據1個月則最多存儲條記錄。

4 功能應用

4.1 著箱命中率統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋著箱命中率統計分析功能。如圖2所示，起重機遠程管理系統可依據岸橋和司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段岸橋總著箱次數、司機作業著箱次數、作業循環次數、著箱檢測時間等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用著箱命中率統計功能可以開展以下研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機著箱命中率的統計和對比。選擇6組司機（每組3人）作為研究對象，分成A、B、C、D、E、F組，A、B、C組采用傳統操作方法作業10個班，D、E、F組采用新型操作方法作業10個班，統計司機著箱命中率和作業能耗。由表1可見：A、B、C組司機的平均著箱命中率比D、E、F組司機的平均著箱命中率低，這說明采用新型操作方法司機的著箱命中率比采用傳統操作方法司機的著箱命中率高。提高司機著箱命中率有利于降低司機單箱作業能耗。

（2）應用著箱命中率考核指標規范司機操作。利用著箱命中率統計功能，建立岸橋司機著箱命中率考核指標，有利于推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

4.2 作業能耗統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋作業能耗統計分析功能。如圖3所示，起重機遠程管理系統可依據司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段作業箱量、作業循環次數、作業耗電量、單次作業能耗、單箱作業能耗、艙蓋板、銷子箱等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用作業能耗統計功能可以開展多項研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機作業能耗的統計和對比。由表1可見：A、B、C組司機的平均單箱作業能耗比D、E、F組司機的平均單箱作業能耗高，這說明采用新型操作方法司機的單箱作業能耗比采用傳統操作方法司機的單箱作業能耗低。

（2）使用作業能耗考核指標規范司機操作。利用作業能耗統計功能，歸納、總結新型操作方法，建立岸橋司機作業能耗考核指標，以推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

5 結束語

岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能開發克服多項技術難題，為后續研究提供技術支持和平臺。利用信息和網絡技術監控岸橋司機作業能耗情況能有效提高岸橋作業效率，實現集裝箱碼頭生產作業精細化管理，同時可為提高岸橋著箱命中率提供技術參照和指標，有利于碼頭提升設備設施管理水平、司機作業操作水平和生產服務能力。

在國內外集裝箱碼頭企業，著箱命中率一直是岸邊橋式起重機（以下簡稱岸橋）司機操作技能的主要體現，直接影響岸橋及碼頭作業效率和作業能耗。由于監控難度較大，長期以來著箱命中率只是作為岸橋司機技能考核的重要指標，而在實際生產作業中卻未能加以體現和強化，從而不利于生產效率的提高及設備的節能降耗。本文基于集裝箱碼頭生產管理系統、起重機遠程管理系統、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等技術，開發岸橋著箱命中率和能耗統計功能，以期規范岸橋司機操作，實現碼頭節能降耗。

1 功能開發的意義

岸橋能耗與船型、集裝箱質量、司機操作、作業時間、作業箱量等因素直接相關。在船型、集裝箱質量、作業時間、作業箱量等因素固定的條件下，通過規范司機操作可以降低岸橋能耗。著箱命中率是岸橋作業效率和作業能耗的直接影響因素，經測試，減少1次著箱可以節約能耗成本0.22元人民幣；同時，作業能耗統計可以反映著箱命中率和司機操作技能水平。可見，岸橋作業能耗統計功能的實現是規范岸橋司機操作的重要條件。

隨著設備管理系統（尤其是起重機遠程管理系統）的不斷發展，岸橋許多參數均可以從PLC讀取，便于專業數據統計和分析。目前我國對岸橋著箱命中率的研究大多集中于仿真訓練系統中，對實際作業中著箱命中率的研究甚少，因此，岸橋著箱命中率統計功能開發意義重大。

2 功能開發技術難點

（1）網絡和數據異構問題。解決網絡和數據異構問題，實現系統與網絡之間的信息交互，是開發岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能的基礎和難點。

（2）難以準確檢測著箱未成功次數。缺乏有效的傳感器檢測司機著箱未成功次數，技術人員需要通過分析司機作業過程，找到合理、準確、可靠的統計方式。

（3）著箱命中率的統計分析。目前我國集裝箱碼頭企業尚無統計岸橋著箱命中率的經驗可以參照。統計岸橋著箱命中率需要解決異構問題，在不同系統之間采集數據，實現有線和無線信號傳輸，從而實現岸橋著箱命中率數據的統計分析功能。

3 功能開發方案

3.1 著箱命中率統計功能開發

岸橋著箱命中率統計功能即通過統計岸橋司機著箱命中率，分析司機業務操作水平。實現該功能需要統計的數據包括司機編號和作業時間段等，涉及的系統包括PLC系統（主要負責累計總著箱次數和作業自然箱量以及進行著箱檢測等）和集裝箱碼頭生產管理系統（主要負責提供司機編號、作業時間段等數據）。

3.1.2 數據流程

當起重機遠程管理系統檢測到著箱檢測點改變時，獲取由PLC系統統計的著箱次數和作業自然箱量累計值，采集吊車編號、作業時間、著箱次數、作業自然箱量，并查詢集裝箱碼頭生產管理系統視圖，采集司機編號、作業時間段等數據，形成1條記錄并存儲于數據庫中。

3.1.3 數據存儲

目前岸橋單機作業效率為36自然箱/h左右，著箱命中率經人工統計約為70%，每臺岸橋每天最多存儲條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄。

3.2 作業能耗統計功能開發

作業能耗統計功能即通過統計岸橋司機的作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、司機編號、作業時間段、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等數據，分析司機的業務操作水平。

3.2.1 界面

輸入司機編號和作業時間段作為統計條件；統計輸出表格的表頭內容包括序號、司機編號、統計時間段、20英尺集裝箱作業箱量、40英尺集裝箱作業箱量、20英尺雙箱作業箱量、45英尺集裝箱作業箱量、雙吊具集裝箱作業箱量、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等。

3.2.2 數據流程

數據流程涉及的系統主要有：（1）PLC系統，主要用于累計作業總質量和作業耗電量；（2）起重機遠程管理系統，主要用于計算和匯總系統和集裝箱碼頭生產管理系統數據并形成報表；（3）集裝箱碼頭生產管理系統，主要提供司機編號、作業時間段、作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、作業循環次數等數據。

數據流程如下：PLC系統統計作業質量和作業耗電量的累計值；起重機遠程管理系統采集到吊具閉鎖或開鎖信號后，將吊車編號、時間、作業質量累計值、作業耗電量累計值等形成1條流水記錄并存儲在數據庫中；起重機遠程管理系統定時（每隔）查詢集裝箱碼頭生產管理系統提供的數據（包括司機編號、作業時間段、作業箱量、作業循環次數等），若有新司機作業時間段記錄，匯總司機作業時間段內的作業質量、作業耗電量、作業箱量等，形成1條流水記錄，同時將流水記錄標記刪除，在1個月后將標記刪除的記錄徹底刪除。

3.2.3 數據存儲

岸橋司機作業1個集裝箱耗時約，每臺岸橋每天最多存儲720條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄，若保留原始數據1個月則最多存儲條記錄。

4 功能應用

4.1 著箱命中率統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋著箱命中率統計分析功能。如圖2所示，起重機遠程管理系統可依據岸橋和司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段岸橋總著箱次數、司機作業著箱次數、作業循環次數、著箱檢測時間等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用著箱命中率統計功能可以開展以下研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機著箱命中率的統計和對比。選擇6組司機（每組3人）作為研究對象，分成A、B、C、D、E、F組，A、B、C組采用傳統操作方法作業10個班，D、E、F組采用新型操作方法作業10個班，統計司機著箱命中率和作業能耗。由表1可見：A、B、C組司機的平均著箱命中率比D、E、F組司機的平均著箱命中率低，這說明采用新型操作方法司機的著箱命中率比采用傳統操作方法司機的著箱命中率高。提高司機著箱命中率有利于降低司機單箱作業能耗。

（2）應用著箱命中率考核指標規范司機操作。利用著箱命中率統計功能，建立岸橋司機著箱命中率考核指標，有利于推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

4.2 作業能耗統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋作業能耗統計分析功能。如圖3所示，起重機遠程管理系統可依據司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段作業箱量、作業循環次數、作業耗電量、單次作業能耗、單箱作業能耗、艙蓋板、銷子箱等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用作業能耗統計功能可以開展多項研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機作業能耗的統計和對比。由表1可見：A、B、C組司機的平均單箱作業能耗比D、E、F組司機的平均單箱作業能耗高，這說明采用新型操作方法司機的單箱作業能耗比采用傳統操作方法司機的單箱作業能耗低。

（2）使用作業能耗考核指標規范司機操作。利用作業能耗統計功能，歸納、總結新型操作方法，建立岸橋司機作業能耗考核指標，以推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

5 結束語

岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能開發克服多項技術難題，為后續研究提供技術支持和平臺。利用信息和網絡技術監控岸橋司機作業能耗情況能有效提高岸橋作業效率，實現集裝箱碼頭生產作業精細化管理，同時可為提高岸橋著箱命中率提供技術參照和指標，有利于碼頭提升設備設施管理水平、司機作業操作水平和生產服務能力。

在國內外集裝箱碼頭企業，著箱命中率一直是岸邊橋式起重機（以下簡稱岸橋）司機操作技能的主要體現，直接影響岸橋及碼頭作業效率和作業能耗。由于監控難度較大，長期以來著箱命中率只是作為岸橋司機技能考核的重要指標，而在實際生產作業中卻未能加以體現和強化，從而不利于生產效率的提高及設備的節能降耗。本文基于集裝箱碼頭生產管理系統、起重機遠程管理系統、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）等技術，開發岸橋著箱命中率和能耗統計功能，以期規范岸橋司機操作，實現碼頭節能降耗。

1 功能開發的意義

岸橋能耗與船型、集裝箱質量、司機操作、作業時間、作業箱量等因素直接相關。在船型、集裝箱質量、作業時間、作業箱量等因素固定的條件下，通過規范司機操作可以降低岸橋能耗。著箱命中率是岸橋作業效率和作業能耗的直接影響因素，經測試，減少1次著箱可以節約能耗成本0.22元人民幣；同時，作業能耗統計可以反映著箱命中率和司機操作技能水平。可見，岸橋作業能耗統計功能的實現是規范岸橋司機操作的重要條件。

隨著設備管理系統（尤其是起重機遠程管理系統）的不斷發展，岸橋許多參數均可以從PLC讀取，便于專業數據統計和分析。目前我國對岸橋著箱命中率的研究大多集中于仿真訓練系統中，對實際作業中著箱命中率的研究甚少，因此，岸橋著箱命中率統計功能開發意義重大。

2 功能開發技術難點

（1）網絡和數據異構問題。解決網絡和數據異構問題，實現系統與網絡之間的信息交互，是開發岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能的基礎和難點。

（2）難以準確檢測著箱未成功次數。缺乏有效的傳感器檢測司機著箱未成功次數，技術人員需要通過分析司機作業過程，找到合理、準確、可靠的統計方式。

（3）著箱命中率的統計分析。目前我國集裝箱碼頭企業尚無統計岸橋著箱命中率的經驗可以參照。統計岸橋著箱命中率需要解決異構問題，在不同系統之間采集數據，實現有線和無線信號傳輸，從而實現岸橋著箱命中率數據的統計分析功能。

3 功能開發方案

3.1 著箱命中率統計功能開發

岸橋著箱命中率統計功能即通過統計岸橋司機著箱命中率，分析司機業務操作水平。實現該功能需要統計的數據包括司機編號和作業時間段等，涉及的系統包括PLC系統（主要負責累計總著箱次數和作業自然箱量以及進行著箱檢測等）和集裝箱碼頭生產管理系統（主要負責提供司機編號、作業時間段等數據）。

3.1.2 數據流程

當起重機遠程管理系統檢測到著箱檢測點改變時，獲取由PLC系統統計的著箱次數和作業自然箱量累計值，采集吊車編號、作業時間、著箱次數、作業自然箱量，并查詢集裝箱碼頭生產管理系統視圖，采集司機編號、作業時間段等數據，形成1條記錄并存儲于數據庫中。

3.1.3 數據存儲

目前岸橋單機作業效率為36自然箱/h左右，著箱命中率經人工統計約為70%，每臺岸橋每天最多存儲條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄。

3.2 作業能耗統計功能開發

作業能耗統計功能即通過統計岸橋司機的作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、司機編號、作業時間段、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等數據，分析司機的業務操作水平。

3.2.1 界面

輸入司機編號和作業時間段作為統計條件；統計輸出表格的表頭內容包括序號、司機編號、統計時間段、20英尺集裝箱作業箱量、40英尺集裝箱作業箱量、20英尺雙箱作業箱量、45英尺集裝箱作業箱量、雙吊具集裝箱作業箱量、作業循環次數、作業總質量、作業耗電量等。

3.2.2 數據流程

數據流程涉及的系統主要有：（1）PLC系統，主要用于累計作業總質量和作業耗電量；（2）起重機遠程管理系統，主要用于計算和匯總系統和集裝箱碼頭生產管理系統數據并形成報表；（3）集裝箱碼頭生產管理系統，主要提供司機編號、作業時間段、作業箱量（分20英尺集裝箱、40英尺集裝箱、20英尺雙箱、45英尺集裝箱、雙吊具集裝箱）、作業循環次數等數據。

數據流程如下：PLC系統統計作業質量和作業耗電量的累計值；起重機遠程管理系統采集到吊具閉鎖或開鎖信號后，將吊車編號、時間、作業質量累計值、作業耗電量累計值等形成1條流水記錄并存儲在數據庫中；起重機遠程管理系統定時（每隔）查詢集裝箱碼頭生產管理系統提供的數據（包括司機編號、作業時間段、作業箱量、作業循環次數等），若有新司機作業時間段記錄，匯總司機作業時間段內的作業質量、作業耗電量、作業箱量等，形成1條流水記錄，同時將流水記錄標記刪除，在1個月后將標記刪除的記錄徹底刪除。

3.2.3 數據存儲

岸橋司機作業1個集裝箱耗時約，每臺岸橋每天最多存儲720條記錄，總共20臺岸橋每天最多存儲條記錄，若保留原始數據1個月則最多存儲條記錄。

4 功能應用

4.1 著箱命中率統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋著箱命中率統計分析功能。如圖2所示，起重機遠程管理系統可依據岸橋和司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段岸橋總著箱次數、司機作業著箱次數、作業循環次數、著箱檢測時間等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用著箱命中率統計功能可以開展以下研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機著箱命中率的統計和對比。選擇6組司機（每組3人）作為研究對象，分成A、B、C、D、E、F組，A、B、C組采用傳統操作方法作業10個班，D、E、F組采用新型操作方法作業10個班，統計司機著箱命中率和作業能耗。由表1可見：A、B、C組司機的平均著箱命中率比D、E、F組司機的平均著箱命中率低，這說明采用新型操作方法司機的著箱命中率比采用傳統操作方法司機的著箱命中率高。提高司機著箱命中率有利于降低司機單箱作業能耗。

（2）應用著箱命中率考核指標規范司機操作。利用著箱命中率統計功能，建立岸橋司機著箱命中率考核指標，有利于推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

4.2 作業能耗統計功能應用

起重機遠程管理系統整合采集的各類數據，實現岸橋作業能耗統計分析功能。如圖3所示，起重機遠程管理系統可依據司機編號、作業班次、作業時間等，實現在司機不同作業時間段作業箱量、作業循環次數、作業耗電量、單次作業能耗、單箱作業能耗、艙蓋板、銷子箱等統計，并具有打印和導出為Excel文件等功能。利用作業能耗統計功能可以開展多項研究。

（1）采用傳統操作方法司機與采用新型操作方法司機作業能耗的統計和對比。由表1可見：A、B、C組司機的平均單箱作業能耗比D、E、F組司機的平均單箱作業能耗高，這說明采用新型操作方法司機的單箱作業能耗比采用傳統操作方法司機的單箱作業能耗低。

（2）使用作業能耗考核指標規范司機操作。利用作業能耗統計功能，歸納、總結新型操作方法，建立岸橋司機作業能耗考核指標，以推動司機改進操作方法，改正不良操作習慣。

5 結束語

岸橋著箱命中率和作業能耗統計功能開發克服多項技術難題，為后續研究提供技術支持和平臺。利用信息和網絡技術監控岸橋司機作業能耗情況能有效提高岸橋作業效率，實現集裝箱碼頭生產作業精細化管理，同時可為提高岸橋著箱命中率提供技術參照和指標，有利于碼頭提升設備設施管理水平、司機作業操作水平和生產服務能力。