對散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)的幾點探討

馮軍偉 秦偉

摘 要：最近幾年以來，伴隨著現(xiàn)代工業(yè)在經(jīng)濟水平中的高速提升，我國對于港口的裝卸能力也隨之提出了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，以提高港口競爭力，提高卸船機的工作效率，而在這個過程中，應(yīng)用自動化控制，具有十分重要的意義。對散貨碼頭應(yīng)用智能化裝卸工藝技術(shù)，可有效提高裝卸效率，并推動節(jié)能減排的港口建設(shè)。基于此，本文簡要分析了現(xiàn)階段，散貨碼頭裝卸工藝所存在的問題，總結(jié)了散貨碼頭應(yīng)用智能化裝卸工藝技術(shù)的必要性，介紹了散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)，探討了散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)的發(fā)展方向，旨在為提高散貨的裝卸效率，減少能源損耗。

關(guān)鍵詞：散貨碼頭;智能化;裝卸工藝技術(shù)

伴隨著科研水平快速發(fā)展，電子信息技術(shù)隨之進一步創(chuàng)新，智能化裝卸工藝技術(shù)現(xiàn)已被散貨碼頭在裝卸過程中廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在，我國經(jīng)濟發(fā)展水平正處在一個十分重要的階段，散貨的吞吐量呈大幅度增長的趨勢。有調(diào)查統(tǒng)計資料指出，我國港口散貨吞吐量已突破百億噸，而且，在我國范圍內(nèi)，專業(yè)化萬噸級以上的港口泊位有一千多個，通用散貨泊位有約五百個左右，通用件雜貨泊位也有約四百個左右，并依舊處于持續(xù)增長的趨勢。不過，由于我國散貨碼頭的發(fā)展時期相對較晚，且設(shè)施設(shè)備、裝卸儲運水平相對落后，依舊存在能耗高、效率低、環(huán)保性差等不足，因此，對散貨碼頭，加用先進的智能化裝卸工藝技術(shù)，是非常有必要的。

1. 現(xiàn)階段，散貨碼頭裝卸工藝所存在的問題

目前，我國經(jīng)濟體制發(fā)生了極大的改變，進出口貿(mào)易也隨之朝更好的方向發(fā)展，經(jīng)濟水平的改革進一步推動著進出口貿(mào)易的快速發(fā)展。散貨碼頭裝卸工藝在進出口貿(mào)易中的占據(jù)著十分重要的地位，我國現(xiàn)階段的散貨碼頭裝卸工藝的裝卸貨種包括：礦石、煤炭、糧食、木材、散貨、零部件、其他雜貨等，裝卸工作包括輸入港的卸船工藝、輸出港的裝船工藝、卸裝中間環(huán)節(jié)的儲存工藝，不過，相對應(yīng)的也存在著諸多問題。

第一，輸入港卸船工藝。輸入港的卸船工藝按照裝卸周期可分為兩種：連續(xù)性、周期性，其中，連續(xù)性的卸船工藝需借助鏈斗式卸船機、斗輪式卸船機等設(shè)備完成，由于連續(xù)性卸船工藝的操作簡單，相對運行時間較短，因此，卸船效率相對較高，且清倉速度快，具有良好的裝卸銜接性，并且卸船作業(yè)過程中都處在全封閉過程，是一種環(huán)保式卸船作業(yè)方式，已成為現(xiàn)階段我國輸入港卸船工藝較為主要發(fā)展的一種方式，不過此卸船工藝的缺點是很難適應(yīng)船舶的起伏顛簸，技術(shù)正在發(fā)展期設(shè)備故障率較抓斗卸船高。而周期性的卸船工藝因為散貨裝卸時間較長，多通過應(yīng)用抓斗卸船的方式進行裝卸工作，該方式可以很好的適應(yīng)商船由于海浪而誘發(fā)的顛簸，在進行卸船工作時，具有高穩(wěn)定性，適用范圍較廣，不過，抓斗卸船的方式對船艙內(nèi)散貨不能全覆蓋，清艙階段任務(wù)重效率較低會降低整體卸船效率，卸船過程處于半開放式狀態(tài)，開閉抓斗放料易產(chǎn)生揚塵，需要設(shè)計專用的除塵抑塵設(shè)備降低對環(huán)境的污染。

第二，輸出港裝船工藝。輸出港裝船工藝的工序復(fù)雜且工作相對繁重，不過，伴隨著科學(xué)技術(shù)水平的進一步革新，輸出港裝船工藝實現(xiàn)了連續(xù)性裝船、散貨集裝化裝船等一系列先進的裝船工藝，例如：抓斗周期性裝船方式、皮帶機裝船方式等，從而改善了裝船工藝，有效提高了輸出港裝船工藝作業(yè)的效率。不過，輸出港裝船工藝需要相關(guān)工作人員具備嫻熟的操作技能及理論知識。

第三，裝卸中間環(huán)節(jié)的儲存工藝。在碼頭裝卸工藝中，散貨儲存是其中一個較為重要的組成部分，依據(jù)貨種之間存在的差異，其儲存方式也是不同的。儲存裝卸工藝按照儲存場所的差異可分為兩種方式：露天堆場、封閉筒倉等方式，而散貨在進行裝卸工作時，主要應(yīng)用兩種不同的手段：堆取分開或者是堆取合一，不過，這兩種手段都需要在露天堆場中實行，堆取分開主要指對散貨應(yīng)用專門的堆料機、取料機進行分別堆料取料作業(yè)，而堆取合一主要指對散貨應(yīng)用斗輪堆取料機進行統(tǒng)一操作。封閉筒倉的儲存裝卸方式，更適用于對溫度、濕度要求高的貨種，具有高穩(wěn)定性、對貨種形狀要求低的特征，封閉筒倉應(yīng)用了現(xiàn)代化科技，可以實現(xiàn)貨物之間的倒倉與并倉，一切存取操作都可以借助相對應(yīng)的裝卸工藝來完成。

2. 散貨碼頭應(yīng)用智能化裝卸工藝技術(shù)的必要性

第一，可有效提高散貨碼頭的運營效率。港口散貨運輸具有批量大、運價低的特征，因此，港口散貨運輸系統(tǒng)投資成本就相對較大，單位產(chǎn)出相對較小，而且，與其他貨物運輸裝卸工作系統(tǒng)相比，工藝流程相對復(fù)雜、工藝環(huán)節(jié)相對較多，所以，需要大量的各類崗位勞動人員密切配合。例如：天津港某一大型散貨碼頭，其中的正式員工以及勞務(wù)人員大約有三千人左右，通過調(diào)查分析，該公司每年需盈利七千萬及以上才能夠確保公司正常運轉(zhuǎn)。隨著散貨吞吐量的日益增長，港口費率的進一步下降，各港口碼頭的市場競爭環(huán)境也隨之逐漸激烈，散貨碼頭企業(yè)想要在市場競爭中占據(jù)一席之地，就必須要提升裝卸儲運能力、開拓港口通過能力、提高散貨碼頭的運營效率。而智能化的裝卸工藝以及新型、高效、先進的裝卸機械設(shè)備，可有效改善散貨碼頭作業(yè)條件，提高裝卸質(zhì)量。由此可見，散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)是加快車船周轉(zhuǎn)、降低人工成本、開拓港口通過能力、開發(fā)增值服務(wù)、提高經(jīng)濟水平、增強港口競爭能力的必要途徑。

第二，可有效提高環(huán)保節(jié)能效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)階段，在我國范圍內(nèi)，各港口的數(shù)量呈日趨增多的態(tài)勢，規(guī)模隨之逐漸擴大，而且，貨物吞吐量也隨之逐年上升，而港口能源消耗量也隨之進一步增大，比如：汽油、重油、柴油、電力等，因此，為了適應(yīng)經(jīng)濟水平快速發(fā)展的需求，對散貨碼頭應(yīng)用智能化裝卸工藝技術(shù)，是非常有必要的。智能化裝卸工藝技術(shù)不僅可以提高裝卸效率，同時，還可以合理配置散貨碼頭裝卸過程中的各環(huán)節(jié)資源，以避免能源浪費，增強能源利用率。另外，散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)相比于傳統(tǒng)散貨裝卸工藝技術(shù)來說，傳統(tǒng)散貨裝卸工藝技術(shù)更容易造成貨物的損失，影響環(huán)境污染。例如：木薯干是一種較為典型的高粉塵物料，在裝卸工作的過程當(dāng)中，依舊應(yīng)用簡單的露天堆場抓斗方式進行取料卸料，不僅效率低，而且，污染高，當(dāng)木薯干進出港裝卸時，空氣中就會彌漫著白色粉塵。相關(guān)工作人員長時間在粉塵飛揚的環(huán)境中進行工作，極易誘發(fā)嚴(yán)重的肺部纖維化、全身性疾病等并發(fā)癥，同時，還會影響港區(qū)周圍居民的生活質(zhì)量水平。而智能化裝卸工藝技術(shù)，可有效解決高粉塵類散貨裝卸的污染問題，比如：實現(xiàn)智能化調(diào)控、封閉裝卸作業(yè)、縮短裝卸作業(yè)時間、袋裝粉塵物料、減少相關(guān)工作人員裝卸現(xiàn)場勞動等，從而進一步提高裝卸效率。

3. 散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)

第一，散貨碼頭智能化抓斗卸船工藝應(yīng)用激光測距技術(shù)，借助激光測距技術(shù)可以自動識別貨船的整體規(guī)格以及船艙散貨物料的相關(guān)狀況，工作人員再應(yīng)用可編程邏輯控制器 （PLC）技術(shù)，根據(jù)激光掃描取得的數(shù)據(jù)結(jié)果，進行有效分析，并制定科學(xué)、合理的相關(guān)卸船工藝計劃，設(shè)定機械運作參數(shù)，從而實現(xiàn)自行控制機械的工序（升降、移動、抓放等）。而且，在裝卸時，智能化抓斗卸船工藝可以對數(shù)據(jù)進行及時反饋，實時調(diào)控管理，從而保證卸船工藝的穩(wěn)定、高效。不過，現(xiàn)階段的智能化散貨卸船工藝依舊存在著一定的難度，比如：測量精度實時監(jiān)控、艙內(nèi)物料三維動態(tài)模擬、平衡卸船數(shù)據(jù)分析方案、抓斗卸船機鋼絲繩柔性控制等[1]。

第二，散貨碼頭智能化裝船工藝借助多軸運動控制的激光雷達，可有效檢測貨船的整體規(guī)模，通過數(shù)據(jù)分析，制定出合理的物料裝運軌跡、物料分布情況，實時調(diào)整機械的位置，及時控制工作的速率，從而有效提高物料裝船的空間最大利用率，增強裝運的效率，確保裝運的質(zhì)量。不過，現(xiàn)階段的智能化散貨卸船工藝仍有一定的難點，需依據(jù)物料特性，科學(xué)合理的規(guī)劃艙內(nèi)裝船路徑[2]。

第三，在堆取料的過程當(dāng)中，也具備著智能化的裝卸工藝，例如：斗輪堆取料機，通過借助激光雷達掃描，可以實時監(jiān)控技術(shù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析，制定出合理的物料堆取工序，包括：數(shù)量、速率、規(guī)模、路徑等。斗輪堆取料機的技術(shù)難點是物料堆場模型構(gòu)造、精度控制、物料堆取路徑制定等。現(xiàn)階段，我國散貨碼頭智能化裝卸工藝包括：多自由度機械手、智能機器人、自動識別裝置等技術(shù)，不僅可以有效提高散貨裝卸船的效率，節(jié)省人工成本，同時，還可以減少環(huán)境污染，增強港口資源周轉(zhuǎn)效率，進一步提升企業(yè)的經(jīng)濟、社會效益[3]。

4. 散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)的發(fā)展方向

第一，構(gòu)建集生產(chǎn)、管理、控制于一體的智能化系統(tǒng)。散貨碼頭在生產(chǎn)、管理方面需突破各個系統(tǒng)間的層次概念，可通過構(gòu)建集生產(chǎn)、管理、控制于一體的智能化系統(tǒng)，將生產(chǎn)控制、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、調(diào)度管理、資產(chǎn)設(shè)備等各個系統(tǒng)結(jié)合起來，通過實現(xiàn)計算機與通信網(wǎng)絡(luò)的整合，優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而實現(xiàn)降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，提高運營效率的作用[4]。

第二，構(gòu)建設(shè)備故障遠程監(jiān)測系統(tǒng)。在散貨碼頭上，構(gòu)建設(shè)備故障遠程監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時取得各個設(shè)備（卸船機、裝船機、堆取料機、翻車機、皮帶機等）的運行狀態(tài)以及其故障信息，制定科學(xué)合理的散貨碼頭設(shè)備維護策略，從而發(fā)揮延長設(shè)備使用壽命，確保設(shè)備安全正常運轉(zhuǎn)的作用[5]。

第三，強化對于大型散貨裝卸設(shè)備的研發(fā)。現(xiàn)階段，在世界范圍內(nèi)，各國主要的航運公司都在發(fā)展特大型遠洋運輸船，其中，最大散貨運輸船已達到40萬噸級。因此，滿足市場發(fā)展需求的前提是港口散貨裝卸設(shè)備要具備更大的裝卸能力。我國相較于發(fā)達國家港口來說，我國的港口散貨裝卸能力還需要不斷提高。由此可見，強化對于大型散貨裝卸設(shè)備的研發(fā)，是非常有必要的。

第四，增強散貨裝卸設(shè)備的安全性能。港口生產(chǎn)作業(yè)的條件是確保工作過程中的安全。有調(diào)查資料指出，40%的港口生產(chǎn)事故都是由于港口裝卸設(shè)備的安全性差所致的。在散貨碼頭中，卸船機工作最為復(fù)雜，由于卸船設(shè)備需與船艙內(nèi)的貨物進行直接接觸，極易發(fā)生與艙口、艙底碰撞的情況，從而影響卸船設(shè)備、船舶的安全。因此，增強散貨裝卸設(shè)備的安全性能，是散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)有效推廣的必要前提，通過借助先進的制造工藝，并有效結(jié)合新型的避碰技術(shù)，從而確保裝卸設(shè)備工作過程的安全性。

第五，強化對于卸船機作業(yè)全自動化的研究。由于卸船工作具有復(fù)雜性的特征，碼頭對于卸船機的自動化水平也隨之有著更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求。現(xiàn)階段，自動卸船機主要是間歇式半自動抓斗卸船機，但是工作效率低、安全性差。所以，需依據(jù)卸船工作工況，強化對于卸船機作業(yè)全自動化的研究，以提高散貨碼頭卸船工作效率。

第六，強化對于多用途裝卸設(shè)備的研發(fā)。現(xiàn)階段，散貨碼頭主要是專業(yè)化煤炭碼頭或者是礦石碼頭，僅單一散貨裝卸。不過，伴隨著經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進一步調(diào)整，散貨碼頭也由單一散貨裝卸朝多用途化發(fā)展。因此，強化對于多用途裝卸設(shè)備的研發(fā)，具有十分重要的意義。

第七，強化對于環(huán)保型裝卸設(shè)備的研發(fā)。散貨物料在裝卸過程中常伴有粉塵污染，嚴(yán)重影響港口環(huán)境。現(xiàn)階段，港口除塵的方式主要包括：干式除塵、濕式除塵，具有除塵效率低、不環(huán)保等特征。因此，強化對于環(huán)保型裝卸設(shè)備的研發(fā)，從裝卸工藝上嚴(yán)格抑塵、除塵，才能真正解決粉塵問題。

第八，強化對于自動化清艙設(shè)備的研究。當(dāng)前，清艙作業(yè)效率相對較低，因此，需強化對于自動化清艙設(shè)備的研究，實現(xiàn)自動化清艙作業(yè)，從而提高物料運輸效率，減少船舶在港時間，進一步增強港口作業(yè)能力。

綜上所述，對散貨碼頭智能化裝卸工藝技術(shù)，通過結(jié)合電子信息技術(shù)、自動化機械設(shè)備、數(shù)據(jù)分析軟件等先進技術(shù)，優(yōu)化配置智能化裝卸工藝以及裝卸設(shè)備，綜合控制散貨碼頭的裝卸儲運工藝，可有效增強對于散貨碼頭設(shè)施的利用率，改善散貨裝卸作業(yè)環(huán)境，進一步推動智能化港口建設(shè)，提升企業(yè)市場競爭力，大力推進我國港口的長遠發(fā)展。

參考文獻：

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[4]車玉軒. 自動化與智能化電氣設(shè)備的適用性探討[J]. 煤炭工程， 2019， v.51;No.504（S1）：152-154.

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