集装箱码头装卸工艺优化系统

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1、集装箱码头装卸工艺优化系统专家点评1项目概述（1）项目背景传统集装箱作业模式下，货主提箱时按照箱号进行提箱，且时间不定，因此提箱时翻倒箱成为集装箱码头常有的现象。此外由于采用传统固定机械配置的生产组织模式，使得一组装卸机械只为指定的一条作业线服务，从而造成设备空载率较高，浪费了能源和设备资源。青岛港（集团）有限公司针对上述情况，研发了集装箱码头装卸工艺优化系统，在集装箱的收发箱方面推行“按提单号提箱”的新模式，在装卸船方面研发了“集卡最优路径”系统，大幅度提高了作业效率，节能减排效果显著。（2）项目主要内容该项目包括两方面内容：“按提单号提箱”新模式和集卡最优路径系统。“按提单号提箱”新模式主

2、要内容有：一是进口重箱预约提箱，二是进口提重箱由按箱号提箱改为按提单号提箱。要求码头对进口货物按提单号进行集中堆码，客户需凭有效单据到码头进行预约提箱受理，在预定的提箱时间前，码头安排机械到相应场地做提箱准备。提箱时，货主按提单号提箱，计算机系统自动派发该提单中最适合场地机械作业的箱号及其位置。集卡最优路径系统动态地实现码头不同集装箱船舶的边装边卸，作业机械不仅仅属于一条固定作业线，而是为整个码头所共享，在整个码头范围内获取最优化的作业指令。通过全场智能调控，根据作业线需求的优先级，兼顾路径最短化原则，动态配置集卡作业，使场内所有的集卡同时为所有的作业线服务。（3）项目实施情况该项目目前在青岛

3、前湾集装箱码头有限责任公司全面应用，项目投资额2300万元，投资回收期为3年。预计每年可节约能源1344吨标煤，单位节能量为1.7万元/吨标准煤。2项目评价（1）项目先进性和技术成熟度评价该项目有利于提高集装箱码头生产组织、调度和运输智能化水平，实现机械设备的资源共享，减少机械空载运行和待机时间，有效地提高了设备利用率及作业效率，在国内同类码头处于领先水平。该项目经不断完善、改进，技术已经较为成熟。（2）项目节能与环保潜力评价该项目技术在同类码头应用较少，推广潜力较大。（3）项目经济效益评价该项目投资额2300万元，此外还有系统运行的维护、管理费用等，实施后每年预计可降低总成本费用为772万元

4、，投资回收期为3年。（4）项目的推广应用条件该技术需要相关的科技人员投入时间进行系统的研发、测试、改进及用户培训等工作，较适宜在大型集装箱码头进行推广。（5）项目推广价值评价该项目节能减排效果显著，适合在大型集装箱码头进行推广。3存在问题及推广建议（1）由于码头作业模式、规模存在差异，以及外部条件的影响，“按提单号提箱”新模式的推广会受到一定的限制。（2）船舶调度和配载等因素对集卡最优路径系统的实施效果有一定影响。（3）本项目需较大的初期投入资金及人力物力。（4）建议政府相关部门在指导节能减排工作中，鼓励企业自主研发，并适当给予财政补助。（5）建议项目实施单位进一步完善该系统的相关技术。（6）

5、建议大型集装箱港口企业可结合自身情况和研发能力采用该技术。经验材料实施单位：青岛港（集团）有限公司1 概况青岛前湾集装箱码头拥有11个深水集装箱船舶专用泊位，码头岸线长达3400米，是中国最大的单体集装箱码头。堆场总面积达225万平方米，陆域纵深1.5公里，泊位水深负17.5米，可以全天候装卸10,000TEU以上的超大型集装箱船舶，2010年集装箱吞吐量达1020万TEU以上。设备情况：桥吊41台、轮胎吊108台、叉车12部、集卡180辆。青岛前湾集装箱码头致力于通过优化作业流程达到提高生产效率、节能减排的目的。本项目在装卸船和收发箱两个核心业务上进行流程改造，自2008年上线以来，通过不断

6、地优化调整，目前已基本成熟，效果显著。“按提单号提箱”新模式是对原有码头提箱模式的重大变革，主要特点有两个：一是进口重箱预约提箱，另一个是由按箱号提箱改为按提单号提箱。预约提箱可以有效缩短外集卡在码头的逗留时间，减少轮胎吊的转场，节约能耗。而按提单号提箱能有效减少翻倒，提高码头堆场利用率。节约了场地机械的能耗，降低了设备的磨损及维修成本，同时加快客户车辆周转周期。传统的装卸工艺流程由于固定机械配置造成机械和能源的大量浪费。卸船时集装箱卡车空来重去，装船时集装箱卡车重来空去。集卡有很多时间在空驶，浪费了宝贵的能源和设备资源。该系统运用装卸新工艺，动态地实现码头不同集装箱船舶的边装边卸，打破当前机

7、械分配惯用方式。作业机械不仅仅属于一条固定作业线，而是为整个码头所共享，能够在整个码头范围内获取最优化的作业指令。从而最大限度地实现集卡重来重去，减少轮胎吊和桥吊的等待时间，提高了设备利用率。集卡空载率显著下降，轮胎吊作业效率和桥吊作业效率显著提高。降低了单箱作业能耗，提高了设备利用率及船舶作业效率，节约了资源，减少了污染排放，实现了节支降耗，达到节能减排的目的。2节能原理2.1“按提单号提箱”新模式原作业模式下造成提箱翻倒较多，其主要原因为无序导致的生产不可控，进口箱提箱无序，进口箱卸船时，码头会根据自身堆存能力和设备配置自行设定操作规则，如作业线规则、货类规则、特殊堆存规则等，这些都在码头

8、控制范围之内。在原有模式下，货主提箱时按照箱号进行提箱，且时间不定，因此提箱时翻倒箱成为集装箱码头司空见惯的现象。“按提单号提箱”新模式要求码头对进口货物按提单号进行集中堆码，客户需凭有效单据到码头进行预约提箱受理，提供集中预约提箱时间段和指定车牌号。在预定的提箱时间前，码头安排机械到相应场地做提箱准备。提箱时，货主按提单号提箱，计算机系统自动派发该提单中最适合场地机械作业的箱号及其位置，从而最大限度地降低翻倒几率，如图1所示。这样就最大程度地减少了堆场机械的翻倒作业，实现了节能降耗，如表1所示。表1原模式和新模式对比堆码方式提箱方式提箱时间提箱翻倒率原模式不分票按箱号不定150%新模式按票集

9、中堆码按提单号预约时间50%图1原模式和新模式提箱顺序比较2.2集卡最优路径系统当前，我国集装箱码头的装卸工艺普遍采用按作业线固定机械配置的生产组织模式，这种传统的装卸工艺流程造成机械和能源的大量浪费。因为一组装卸机械只为指定的一条作业线服务，由于作业负荷随时间分布不均匀，在某一时段内，各作业线机械需求差异很大，设备空载率较高。卸船时集装箱卡车空来重去，装船时集装箱卡车重来空去。集卡有很多时间在空驶，浪费了宝贵的能源和设备资源。集卡最优路径系统运用装卸新工艺，动态实现码头不同集装箱船舶的边装边卸，打破当前集装箱码头装卸机械分配惯用方式。作业机械不仅仅属于一条固定作业线，而是为整个码头所共享，能

10、够在整个码头范围内获取最优化的作业指令，如图2所示。最大限度实现集卡重来重去，减少空驶，如图3所示。通过对集装箱流向分析，减少轮胎吊翻箱，降低了能源消耗。图2优化后的作业线示意图图3优化后的集卡运行轨迹图3技术内容3.1“按提单号提箱”新模式主要操作：码头对同一提单号的进口箱进行集中堆码。客户需凭有效单据到码头进行预约提箱受理。码头提前安排机械到场地做提箱准备。提箱时，码头计算机系统根据当前场地情况选择最优位置的箱子派送给提箱外集卡。系统实现：卸箱计划：为了达到同票货物集中堆码以降低提箱时的翻倒率并尽量少占用场地的目的，系统可在进口卸船前根据需要做好分票，按列堆码的卸箱计划。进口卸船：桥吊将进

11、口箱卸至集卡后，系统自动分发指令给集卡无线终端，指导集卡司机将箱卸到合理场位上，中控员也可根据实际生产情况在系统中灵活调整。受理：受理提箱时，系统自动给各箱分配码头的受理号和预约时间，并在图形界面加注醒目的VIP标志，提醒操作人员这些箱已受理，处于待提状态，不得随意翻动或在其上层堆码其他集装箱，中控员提前安排机械到相应场区，减少客户等待时间。并将提箱车辆、受理单号和提单号在系统内绑定，便于合理安排集装箱堆码，有效保证码头提箱安全。为满足查验或指定箱号提箱的要求，系统还提供指定箱号和按票提箱混合的模式，满足客户多种需求。提箱：输入提箱申请，系统根据需求自动返回满足提箱条件下的最优箱号。如果是按箱

12、号提箱则返回指定的箱号。控制：业务人员可以随时根据生产情况（机械位置、与装卸船作业的冲突等）将某些场区设为优先发箱或禁止发箱。规则：返回最优场位箱为系统的技术难点及亮点。为了实现该功能，特将所有进口重箱场区定义为叉车场区，系统提箱时从靠近车道起，每列从上至下提箱，最后实现清垛，降低了翻倒率并提高了堆场利用率，并为以后的卸船提供了完整的场地。系统计算规则：根据提箱需求（按提单号、尺寸、箱型、箱属公司、放行标志等）将所有满足条件的箱子生成清单（包括残损箱）；场区的发箱状态定义，如果有场区定义为优先发箱则仅考虑该场区的箱子；去除禁止发箱的场区的箱子；叉车场区的规则：计算出清单中所有箱子的翻倒数量（已

13、经申请、还未确认装车的不计翻倒）；翻倒数量最小，即场位最适合的箱子；3.2集卡最优路径系统建设及优化码头无线通讯网络系统架设无线局域网络，无线局域网产品除保证码头作业区的无线网络信号覆盖完整、数据传输交互稳定以外，还需要具备相应工业等级的防震防水防尘免维护等特点，能够在恶劣的气候条件下稳定工作。并且能够实现多种工作模式，如单接入点连接，多接入点连接，大范围无线蜂窝漫游等等。此外，无线网络传输系统需与码头集装箱管理软件紧密配合，保证整个码头范围现场作业指令在调度中心与车载、手持终端等无线设备间的协同数据传输，以便工作人员随时随地获取所需的指令和数据，实时指挥场桥、集卡进行合理作业。建立码头堆场路

14、径模型通过定义各场区和泊位的入口点出口点以及场区与泊位之间的实际距离、场区各通道的交通方向，将场地连成一个如图4所示网状结构，这样系统可以确定场地内点到点之间可能的各种线路及各节点的交通流向，并准确的计算出集卡完成每一条指令所需的空载距离和重载距离。场地交通模型为最优路线的筛选和作业成本计算奠定了基础。图4堆场路径模型图建设最优路径分派系统，优化堆场路径以生产作业桥吊为主线，科学合理调配全场区作业机械，实现全场区所有操作机械的多点资源共享。建立集装箱码头作业模型，实现对机械车载等的最佳控制调度与管理。从集装箱码头模型的角度看，最佳路径求解就是在指定网络中两结点间找一条阻碍强度最小的路径。在码头

15、装卸过程中，需要系统能一次求出所有结点对间的最佳路径，或者要了解两结点间的第二、第三乃至第k条最佳路径，为码头集装箱轮胎吊、叉车及集卡运输灵活调度提供服务，达到真正意义上的最优作业路径分派。桥吊、轮胎吊和集卡的合理配比是整个装卸现场有序高效的保证。由于船舶装卸和现场情况随时发生变化，计算机系统在满足桥吊效率的前提下，根据实际进度、目标效率、作业距离、指令优先级等情况，确定每一时刻为各桥吊分配的集卡数，将作业分发给最合适的集卡。如图5所示，系统综合考虑桥吊效率、集卡数目、作业总箱量、运行距离、设定的集卡推进效率等条件，为每条指令计算出最早及最晚派发集卡时间。图5最优路径分派系统4推广应用条件推广

16、应用该项目需要具备一定的经济实力，以购买所需的硬件设备（包括无线终端、基站等），另外需要相关的科技人员投入时间进行系统的研发、测试、改进及用户培训等大量工作。考虑到目前港口行业的发展水平，中大型集装箱码头可以结合自己的实际情况推广应用，其他行业也可借鉴。5效益分析5.1节能效益集装箱码头装卸作业流程优化改造后，可提高整个码头堆场机械作业流程的预先控制效率，实现码头各类装卸机械资源共享，减少码头机械空载运行时间和机械作业待时，减少堆场翻倒率与操作量，提高码头机械和堆场利用率。按照青岛前湾集装箱码头2010年吞吐量1020万TEU进行计算：（1）“按提单提箱”新模式进口重箱提箱翻倒比例：进口重箱翻

17、倒比例（翻倒数/提箱数）由2008年的月平均150%降到目前的50%以下，月平均减少翻倒52452自然箱。燃油成本：按照减少翻倒1个集装箱，节省燃油1升的标准，月均可节省52452升燃油，则年节省燃油52452120.86=541吨，折合标煤5411.4571789吨。（2）集卡最优路径系统集卡最优路径系统的实施，有效地提高了各类机械的作业性能，在不影响效率的情况下，使用较少的作业机械，就可完成同等作业箱量。集卡最优路径系统的应用有效地提高了重载率（重载行驶距离/全程行驶距离），由原来的47%提高到了56%，实现了节能减排。随着重载率的提高，经济效益明显。按每月平均重载距离为30万公里，拖车空

18、车时百公里油耗36升，柴油每升7.19元，每升柴油的二氧化碳排放量2.6765kg计算，则得出每月经济效益如表2所示。表2每月经济效益重载率51.00%52.00%53.00%54.00%55.00%56.00%节省空载距离（千米）5006361375722608274292843102584节省油（升）180232209526014297873342436930节省燃油费用（元）129582158863187038214170240316265527减少碳排放（千克）482375913769626797268945898843每年节省燃油3693012=443160升=381吨；折合标煤38

19、11.4571555吨；本项目改造完成后，每年共可节约柴油541吨+381吨=922吨；共节约标煤=789吨+555吨=1344吨标煤；本项目建成后，每年节约标煤1344吨，每年减少CO2排放2871吨、SO2排放27吨、NOx排放5.2吨。5.2经济效益该项目共投入资金2300万元，由企业自筹解决。投资回收期为3年。硬件投资（网络设备、无线系统、服务器、GPS定位等）共1500万元；软件研发费用700万元；软件维护费及设备折旧费约100万。主要经济效益如下：（1）“按提单提箱”新模式采用该模式后月均可节省52452升燃油，则年节省资金52452127.19453万元。货物集中发箱，减少车辆磨

20、损，延长机械的使用寿命，降低机械维修成本，同时也降低人工成本。场地作业的均衡性，降低了轮胎吊转场。作好出口场地的分块收箱作业，及空箱的合理卸船、发箱作业，均衡了出口场地的作业，减少了机械的转场次数。（2）集卡最优路径系统仅集卡一项每年即可节省燃油3693012=443160升，年节省资金4431607.19319万元。集卡平均周转时间由原23分钟降低至18分钟。用现有的180部集卡，达到205部集卡（以桥吊和拖车配比1：5计算）的作业量，由此可节约大量购买集卡的资金，同时节约了司机和日常维修费用。本项目启用后总计年节约资金453+319=772万元。5.3社会效益本项目的实施，降低了单箱作业能

21、耗，提高了客户满意度。大票客户切实享受到了VIP待遇，车辆的运转周期大大加快。据客户反馈，原本车辆一天可循环4次，改为“按提单提箱”新模式以来，车辆一天可循环7次。同时提高了设备利用率及船舶作业效率，提升了港口生产组织水平，达到充分利用有效资源、节约成本、节能减排、保护环境的目的，体现了应对全球气候恶化企业能够勇于承担起自己的责任，能够带动其他企业和个人积极行动，为保护环境做出最大的努力，也使船东、货主享受到了更好的客户服务。本项目完成后，能够提高能源利用效率，减少燃油消耗，进一步降低综合能耗水平。通过本项目改造，每年节约标煤1344吨，每年减少CO2排放2871吨、SO2排放27吨、NOx排放5.2吨。有利于改善青岛市大气环境，减少污染。不仅为社会节省了能源，又为企业降低生产成本。