集裝箱碼頭設備管理智能化發展與構想

鄒國亮

（大連集裝箱碼頭有限公司，遼寧大連 116601）

0 引言

港口設備智能化程度的提升，對設備管理提出了更高的要求，智能化設備的管理水平在一定程度上直接決定自動化碼頭運營情況。設備管理智能化的發展已經如火如荼，隨著設備管理系統的推進，將大大降低設備管理人員的工作量。2016年4 月，交通部根據國家“十三五”規劃，明確提出了智慧港口的概念，旨在通過港口智能化提升物流服務水平和物流效率。截止2017 年，我國已建成廈門遠海、青島前灣，洋山四期3 個自動化集裝箱碼頭。目前碼頭自動化技術已經非常成熟，自動化碼頭已是大勢所驅。設備管理的智能化已經迫在眉睫，自動化碼頭已不是在比拼設備性能，而是在比拼設備管理系統的軟實力[1]。

1 設備管理智能化發展現狀

雖然自動化碼頭發展比較迅速，但設備智能化管理確剛剛起步。目前自動化碼頭的設備管理系統偏向業務型，以業務為導向，以碼頭作業需求為導向，是為碼頭業務開展服務的[2]。設備的管理工作主要是通過人員進行管理的，沒有形成系統的智能的管理模式。設備運行的經濟性、高效性，目前還只能靠人員的經驗控制，沒有科學的計算依據。設備的維修仍舊依靠人員分析，設備的保養使用的是固定的點檢標準，這些都是經驗的推斷，沒有形式理論的依據，沒有根據實事求是的原則進行區別的針對性的維修策略的制定。設備的預警功能仍然不夠完善，所以設備管理的智能化程度仍需提升。

2 設備管理理論的發展

設備管理理論的發展經歷了4 個階段：事后維修階段、設備預防維修管理階段、設備系統管理階段、綜合設備管理階段。綜合設備管理是建立在全員管理和全生命周期管理理論基礎上的，是對設備進行全過程、全方位、全員管理的設備管理理論[3]。

3 設備管理系統的架構構想

設備管理系統是借助計算機技術，按照設備管理理論建立的模式化的應用程序系統。設備管理系統旨在將管理理論模型化、規范化、系統化，通過計算機技術簡化人員的統計、歸類、計算、分析等工作，為設備管理人員的決策提供更快的數據支持，提升設備管理人員的工作質量和效率。系統的網絡架構主要分為數據層和應用層2 層。設備智能管理系統是將物聯網、大數據、云計算等現代互聯網技術與現代的智能感知技術相結合的新型管理系統。新型的設備管理系統增加了感知層和傳輸層，使得設備數據可直接通過網絡技術傳輸給系統服務器。

感知層網絡是隨機分布的集成有傳感器、數據處理單元和通信單元的微小節點，通過自組織的方式構成的網絡。就如人的神經系統一樣，通過不同的觀感對本身和周圍事物進行感知。如位置信息可通過GPS（Global Positioning System，全球定位系統）得到，溫度信息可通過溫度傳感器得到，視覺信息可通過視頻技術和自動識別技術得到相關信息，距離信息可通過距離傳感器，激光掃描儀得到，聲音數據通過噪聲檢測儀得到振動頻率、應力檢測等，通過各種方式感知的信息配以各種通信網絡共同組成設備感知層網絡。設備感知層的建立是實現設備管理智能化的基礎[4]。

如何將感知層的數據傳送到數據存儲層，根據不同的終端可采用4G/5G 網絡，無線通信2.4G 或5.8G 高頻網絡，光纖、有線網絡等技術。其作為數據傳送的介質。在集裝箱碼頭因設備、空間等因素限制，為了保證通信效果，往往采用多種通信方式并存的形式進行數據傳輸，如岸橋CMS（Crane Manage System，起重機管理系統）數據通過光纖進行傳輸，對講系統、終端通過2.4G 網絡傳輸。各種通信方式混合應用，取長補短，以實現最優的通信效果。

管理系統的數據層主要是通過數據庫軟件對傳感層采集后的數據進行存儲和處理，同時對這些數據進行分析和計算，將信息反饋給應用層，同時將應用層的數據也保存至數據層的數據服務器中。隨著半導體加工技術的提升，數據存儲的容量和數據計算速度都提升到一個新的高度，加之4G 和5G 技術，光線技術的應用共同為設備智能化管理提供了技術保障。

應用層的建立，主要是通過編程語言將綜合設備管理理論進行模塊化、系統化，加之數據庫的數據支持，通過應用模塊的建立實現設備全員管理和全生命周期管理過程中的各個階段和方面管理，各個應用模塊通過數據庫進行數據共享，通過對所有模塊數據的綜合分析，從而實現設備管理的信息化，通過對數據進行在加工和邏輯編程，進而實現設備管理的智能化[5]。

4 基于集裝箱碼頭設備管理系統的信息化和智能化設計

依據碼頭設備管理工作為基礎，進行集裝箱碼頭設備管理系統智能化的開發，智能化系統應該包括設備檔案管理系統、設備運行統計系統、設備安全管理系統、設備維護保養系統、設備遠程監控系統、設備故障自診斷系統、設備采購/備件管理系統、設備分析報告系統以及設備智能調度和控制系統。

（1）設備管理系統。高管管理智能化的前提是建立一個數據中心和數據采集、存儲、統計、分析的系統，通過強大的數據中心進行數據的綜合分析，得出相關結果，對結果進行輸出實現精確的設備管理動作。通過數據層和傳輸層的搭建，可以實現設備檔案管理系統、設備運行統計系統、設備采購和備件管理系統的數據收集。

（2）設備維護保養系統。通過對數據的綜合分析則可以進一步實現設備管理的智能化。如通過設備制動器的工作時間和工作次數，以及運行的噪聲、溫度，摩擦片厚度等一系列數據的采集和分析，可以推斷制動器的預計保養時間，進行預警式維修。依次類推，可以實現電機、減速箱、鋼絲繩、油缸等相關備件的預警維修，通過系統生成相應的維保計劃，通過系統將維保計劃和維保工作的SOP（Standard Operation Procedure，標準作業程序）發送給對應的人員，從而實現精確地維保計劃制定和標準的維保流程，減少不必要的人工成本，提升維保人員的工作效率和質量。

（3）設備遠程監控系統。隨著集裝箱碼頭自動化的發展，碼頭將實現無人化操作，為保證人員安全，設備作業時是無法進入作業區進行設備點檢的。隨著監控和傳輸技術的發展，遠程檢查的技術已經非常成熟。設備維修人員通過遠程圖像、聲音、溫度、振動、距離等采集系統，實現人員身臨其境的效果，從而可以利用設備作業過程進行設備的點檢，在空間上，減少了人員奔走的辛勞，同時也提升的檢查的效率，如果存在問題，則可以進行圖像等數據的保存。與傳統型設備維修相比，人員檢查效率預計可提升5～10 倍。降低人員勞動強度的前提下，也可以實現人員居家辦公的可能。

（4）設備故障自診斷系統。提升設備的可靠性和故障處置速度是提升碼頭效率的兩個方法。設備是通過PLC 控制的，所以故障其實是PLC 程序的條件不滿足導致的，如果可以快速找到不滿足的條件，便可以快速找到根源，實現故障的快速處理。利用CMS 的仿真功能和回放功能，以及出現故障時的程序情況，通過反向查找，找到問題點直接提醒維修人員，從而可以實現設備故障的快速處理。同時通過對設備故障的處理記錄，形式專家系統，當設備報相同故障時，系統將自動進行PLC 條件檢查，綜合分析，給出故障點，同時從故障數據庫中調取故障處置方案，發給維修人員，提升設備故障的處置的效率。

（5）設備智能調度和控制系統。通過與業務數據的對接和設備位置，狀態等信息的綜合分析，進行設備的智能調度和控制，從而實現設備運行的經濟性和高效性，提升設備和人員的工作效率，節省人力和能耗。

5 基于集裝箱碼頭設備管理智能化的意義

集裝箱裝卸設備的智能化必將推動設備管理的智能化發展。通過對物聯網、云計算、自動控制等技術的應用，提升設備管理的效率、管理的深度，提高生產力。因此設備管理智能化是大勢所趨。隨著國家“十三五”規劃和智慧港口的推進，設備管理智能化必將得以實現。