自動化毫無疑問將成為碼頭未來的發展趨勢，對于傳統碼頭堆場自動化的改造，也成為了各港口轉型升級的突破點。今天，就跟小編一起走進天津港，看看他們是如何在“邊生產、邊改造，邊調試、邊上線”的情況下，突破內跨式軌道橋單邊雙車道布局、TOS系統對“邊裝卸”工藝的適應性等技術難點，從而實現堆場策劃方式從集中式向分散式（智能分位）、操作體制從圍繞單一船舶向圍繞整體資源的優化配置的轉變。
01碼頭概況
天津五洲國際集裝箱碼頭有限公司坐落于天津港東突堤北側，建成于2003年，是天津港北港池最先運營投產的集裝箱碼頭，碼頭岸線總長1202m，擁有4個20萬噸深水泊位，堆場平行于岸線布置，堆存能力3.2萬TEU， 配有12臺岸橋和31臺軌道橋，年設計吞吐能力為150萬TEU，是我國第一個全部采用定軌式場地設備作業工藝的專業數字化集裝箱碼頭。
02改造目的
作為傳統軌道橋工藝碼頭，五洲堆場自動化改造的目的在于：
搶抓集裝箱碼頭智慧化轉型升級的先機。天津港正處在重要的轉型機遇期，規劃了5類29個“智慧港口”重點項目，大力推動集裝箱碼頭操作一體化、集裝箱碼頭堆場自動化升級改造和港口云數據中心等項目建設。五洲國際以特有的設備工藝優勢，積極搶抓轉型先機。
突破工藝效率的瓶頸。五洲國際投產至今，軌道式堆場設備工藝雖已成熟，但作業效率、服務水平、操作能力受轉場限制、機械配比、生產組織模式的制約，再難取得新的突破。效率天花板與設備利用率低的現象共存，宏觀資源空閑與局部資源緊張的現象共存。具體指標上，陸運車輛滯場時間居高不下、夜間作業效率低、司機工班作業量不均衡等問題固化已久。需要通過堆場設備的改造徹底解放思想、革新操作、突破資源配置上的瓶頸。
破解招工難、用工難問題。五洲國際近三年來勞務用工成本持續以超過10%的速度增長，成本壓力加大，裝卸司機崗位競爭力下降，軌道橋司機流失情況不容忽視，招工難、成本高的問題愈發凸顯。自動化改造是破解這一難題最徹底的途徑。
實現低投入、高收益。五洲碼頭裝卸設備均已服役15年以上，主要電氣部件已到產品生命周期的末端，堆場設施也進入大修周期，此時實施堆場自動化升級改造是難得的契機，不僅固基礎，同時上臺階。
03改造歷程
五洲堆場自動化改造必須與生產作業同步進行，采用“邊生產、邊改造，邊調試、邊上線”的方式。改造前，五洲國際組織九方參建單位，明確5類22個限制要素，通過桌面推演制訂了40個階段的改造計劃。改造中，以周為單位滾動更新，甚至每隔兩三日就更新一次，以此預判生產與改造的交叉狀態，確保每階段改造范圍和設備數量的最大化，并維持正常的生產秩序。最終，歷時13個月完成全部改造任務，在堆場操作環節，實現了航運全自動作業和陸運遠程干預作業。
04難點突破與操作革新
五洲國際的自動化改造，從本質上講，是一個探索加實踐的過程，是把現有成熟的自動化技術，同自身的實際條件結合起來的過程。在此過程中，克服難題、革新操作，找出一條傳統碼頭自動化改造的可行之路。主要就是“克服兩個難點”、“實現兩個轉變”。
4.1克服內跨式軌道橋單邊雙車道布局的難題
水平布局的自動化堆場多采用外懸臂式軌道橋工藝，可以實現內外集卡的分離，并在每側設置公共車道，通行自由度較高。五洲內跨式軌道橋的車道在門腿以內，集卡只能從軌距內穿行，易產生堵塞點。經過論證，最終選擇了內跨式單側雙車道布局，通過設置超車道來保證集卡在堆場內的通行要求。這種布局意味著內外集卡要在堆場內混行，作業組織難點在于對車流和車序的控制。對此，五洲會同項目總包方開發了PDS系統來管理自動化交換區（TP）和控制時序。主要實現以下功能：
通過入場口RFID天線識別內外集卡。
收集并過濾集卡的到達信息。
根據TP占用情況緩沖和推送集卡到達信息。
通過補發、回退、置頂等功能對車輛到達信息進行時序控制和糾正。
連接TOS和ECI，針對指令順序錯誤的情況，進行換車操作。
各類RFID未識別原因的自動記錄與管理。
內集卡手動和自動確認到達方式分場地切換控制。
外集卡分階段滯場狀態監控。
4.2 克服TOS系統對“邊裝卸”工藝的適應性難題
TOS系統是生產作業指揮的大腦。在自動化之前，TOS指令和設備動作之間由人工操作來銜接。五洲自動化改造則采取了TOS驅動作業指令的模式。
天津港各集裝箱碼頭TOS系統已經在集團主管部室統籌下，由天津港信息公司完成了一體化部署，五洲國際另外應用其AYC模塊實現對自動化作業的控制。該模塊通過對時間、距離、作業類型等項要素的綜合評估，來優化作業指令順序，在“端裝卸”自動化方面具有很多成功案例。而在“邊裝卸”堆場自動化方面，五洲國際會同天津港信息公司對AYC模塊做了140余項改進，以解決其對“邊裝卸”工藝的適應性難題。重點是以下三個方面的改進。
實現按貝設置自動化交換區。與“端裝卸”不同，“邊裝卸”條件下，自動化軌道橋與集卡的交互發生在堆場的每個貝位上。為此AYC改變了傳統的TP布局方式，使每個貝都能設置為獨立的自動化交換區。
實現沿車道行進方向派發指令。“邊裝卸”條件下，集卡要沿車道行進方向行駛，為避免倒車和二次入場，同車雙箱的指令派發順序至關重要。為此，AYC明確了裝、卸、集、提四項作業類型的指令派發規則，總體上按照“先低貝后高貝”、“先前位后后位”、“同車同貝連續做”的規則派發指令。
實現在限定范圍內的自動搗箱。與“端裝卸”接力完成水平運輸的方式不同，“邊裝卸”條件下的水平運輸主要靠水平運輸工具來完成，AYC必須消除其自動接力搗箱的功能，將搗箱控制在本貝或限定的區間范圍以內。在此需求下，AYC增加了搗箱范圍的設置功能，就近尋找搗箱位，同時降低了系統FLD概率。
4.3堆場策劃方式從集中式向分散式（智能分位）轉變
分散策劃是相對于集中策劃而言的，是以TOS系統智能分位功能為基礎，把集裝箱按照需要的屬性分類，然后綜合考慮設備工作量、大車跑動距離（時間）、場地利用率、同場作業優先級、泊位堆場距離等匹配要素，并以較為廣闊的區域（甚至拓展到全場）作為智能分位的范圍，多場多點分配同類型箱的位置。分散策劃方式的主要目的是平衡每個堆場和每臺設備的工作量。
五洲國際在自動化作業之前，堆場策劃采用的是集中式策劃方式。對于船舶作業而言，按照一定的岸邊與堆場設備配置比例，把進出口箱集中策劃到一個連續的貝位區域，堆場設備以最少的跑動距離和時間，逐層逐排連續作業。
但近年來，隨著天津港進出口規模的不斷擴大、港區功能結構性調整和轉型升級、新技術新工藝的引入，以及口岸環境的不斷改善，傳統的堆場策劃方式正面臨諸多現實挑戰，越來越不適應港口發展的需要。一是難以應對作業高峰的連續沖擊，二是難以挖掘和提升堆場設備的整體作業效能，三是難以適應新的口岸政策要求。
自動化設備作業的優勢在于快速的響應和穩定高效的效率表現，劣勢在于各環節嚴苛的操作標準以及缺乏極限效率沖擊能力。要揚長避短，自動化作業恰好帶來了堆場策劃方式革新的契機。分散式堆場策劃方式更適合自動化設備的運行特點（沒有生理疲勞期、不抱怨頻繁的跑動和翻搗、速度恒定、效率穩定、均勻并及時的響應任務指令，等等）。五洲國際認為分散式堆場策劃方式是與自動化操作匹配最佳的配套工藝，可以此挖掘設備整體的潛力。
五洲國際通過“分級策劃”、“進出口分區策劃”、“進出口全場混合策劃”三個階段，24次的參數調整與優化，實現了分散式堆場策劃方式的革新與穩定運行。提高了場橋使用均衡度、選位合理性和場地調配的彈性，降低了由于進出口比例轉換、船舶班期調整等原因對生產作業產生的負面影響，減少了裝船搗箱總量，進而發揮出自動化軌道橋作業效能整體優勢。
4.4操作體制從圍繞單一船舶向圍繞整體資源的優化配置轉變
自動化改造后，五洲國際生產、操作、設備、IT等諸多領域都進行了深刻的管理變革，以適應全新的自動化生產工藝。以操作領域為例，自動化改造前，五洲國際操作管理體制是圍繞單一船舶的生產組織來建立的。自動化改造之后，特別是分散策劃工藝投入應用之后，航運作業和陸運作業以及航運各船舶作業之間的資源界限不再明顯，調配上不再獨立。操作管理體制隨之做出調整，向圍繞整體資源優化配置的方向轉變。以四班中控為例，改變了原有的4+2中控配置架構，即：將原來“4名航運中控加2名場地實時中控指揮現場司機”的管理結構，調整為以“資源三崗位”+“車輛時序管理”為核心的組織結構。資源三崗位具體為：統籌場地資源的實時策劃、統籌自動化軌道橋資源的機械中控和統籌所有水平運輸資源的拖車中控。此外，充分發揮自動化軌道橋遠程操控員的技術能力，統籌外部集卡的時序管理工作，使遠控員不再僅僅是操作司機，提升了崗位的綜合技能水平，充分調動起工作進取心。
05改造效果
5.1 改造后的作業指標
RCS對自動化軌道橋操控比達到1:6；改造后自動化軌道橋平均機械動作效率為35.2箱/小時；RFID掃描成功率99%；流程外人工介入率2%。
5.2改造實現的四點提升
場地設備吞吐能力的提升。通過改造，堆場設備資源能力提升20.7%，至本年末提升到40%以上，將不再是資源短板。
船舶平均在泊停時由2018年的23.45小時，縮減到2019年截至目前的19.15小時，進一步釋放了泊位資源。
司機人數大幅度減少。由原來的132人減少到40人。
外集卡滯場時間大幅度減少。由2018年的50.9分鐘，縮減至23.2分鐘，提升了對外服務水平。
5.3經濟性成效
五洲自動化改造項目實際投資3.1億，評估回收期8.59年，平均總投資收益率9.39%，大于港口行業投資基準收益率。與此同時，本項投資兼顧了設備核心部件的更新換代和堆場年限大修的需要，達成了“固基礎、上臺階”的目標成效。
