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供稿︰中國工控網 2016/4/5 19:09:16
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   目前,全球有32個自動化集裝箱碼頭建成,反觀國內,上海、青島和廈門等港口也正在為建成自動化集裝箱碼頭積極布局。

    一、發展概述

    目前,全球有32個自動化集裝箱碼頭建成,見表1。從上世紀80年代中期開始,自動化學科技術的進步使得歐洲和日本的港口率先規劃嘗試建設自動化集裝箱碼頭。就全球範圍來看,世界上第一個自動化集裝箱碼頭在1993年荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭投入運行,接著是英國倫敦港、日本川崎港、新加坡港、德國漢堡港等相繼建成全自動化或半自動化(僅堆場自動化)的集裝箱碼頭。但受全球經濟波動和財政政策的影響,自動化集裝箱碼頭發展曾一度陷入了停滯狀態。

    我國的自動化集裝箱碼頭建設發展目前處于起步階段,2014年,廈門遠海碼頭對14號泊位及15號部分泊位開始進行改造,建成國內第一個全自動化集裝箱碼頭。2015年,上海港、青島港先後公開宣布開始規劃建設自動化集裝箱碼頭,引領著國內集裝箱碼頭發展的新潮流。 

    二、裝卸工藝模式

    早在上個世紀 80 年代中期,在人口遞減、勞動力成本昂貴和熟練勞動力匱乏的西歐地區,自動化集裝箱碼頭首先受到關注。一般情況下,全自動化碼頭的前沿裝卸和堆場的裝卸搬運都是自動化的,而半自動化碼頭僅限堆場自動化。自動化集裝箱碼頭發展到今天,技術系統日趨成熟,其裝卸工藝逐漸形成四類模式︰

    1.“雙小車岸橋+ AGV+自動化軌道吊”模式的全自動化碼頭。如︰德國漢堡港CTA以及荷蘭鹿特丹港的 ECT、Euromax等。通常表現為雙小車岸橋負責船舶裝卸、AGV負責岸邊水平運輸,自動化軌道吊負責堆場集疏運裝卸。

    2.“單小車岸橋+跨運車+自動化軌道吊”模式的半自動化碼頭。如︰美國的弗吉尼亞APM、韓國的釜山新集裝箱碼頭、英國的倫敦Thamesport、西班牙的韓進TTI等。通常表現為單小車岸橋負責船舶裝卸、跨運車負責岸邊水平運輸,自動化軌道吊負責堆場集疏運裝卸。相對而言,該類工藝定位較為全面,在適用于半自動化碼頭的同時,也為將來的全自動改造預留空間,所以被廣泛采用。

    3.“單小車岸橋+集卡+帶外伸臂的軌道吊”模式的半自動化碼頭。如︰中國香港國際貨櫃、韓國的PNC和韓進碼頭、中國台灣的TPCT和KMCT等。第3類和第2類最大的區別在于由集卡負責岸邊水平運輸,考慮到將來全自動化碼頭的發展趨勢和未來改造的成本,目前采用相對少一些。

    4.“雙小車岸橋+軌道分配+自動化軌道吊”(立體庫)模式的全自動化碼頭。目前,振華港機正在研制的“無人化碼頭”就屬于該類模式,國內目前正在規劃建設自動化碼頭的上︰頹嗟焊劬捎黴媚J。第4類模式和前面3類模式主要區別是取消了集卡、跨運車和AGV水平運輸設備,而采用立體軌道式電動小車傳送分配系統。在整個“無人化碼頭”中,最大的亮點是一個與岸邊平行、以鋼筋構築的低架橋水平分配機構,該機構上方有起重小車,下面有平板車,起重小車、平板車以及堆場里的軌道吊等都在特定軌道上運行,通過中央控制室控制,現場不需要裝卸工人。

    以上為4種基本模式,在實際應用中,也會出現一些所謂的“衍生變種”。例如日本的TCB碼頭,就是采用“單小車岸橋+ AGV+自動化輪胎吊”的半自動化工藝,屬于第二類模式的“變種”,把軌道吊換成輪胎吊的主要原因是為了減少地震︰。

    三、外因分析

    實際上,自動化引發的“機器換人”已經成為全產業轉型升級發展的時代潮流,港口行業也概莫能外。首先,只要風險控制得當,實現自動化沒有實質性的技術風險,並能降低成本和風險。實際上,近10年來,國內沿海港口行業勞動力越來越短缺,人力成本飆升,同時港口自動化技術逐步成熟,設施成本逐漸下降。此消彼長,集裝箱自動化碼頭發展在經歷了漫長的階段之後條件已經變得相當成熟,設備的自動化技術已經相當可靠。其次,港口行業環保要求越來越高。環保理念在港航領域不斷深入人心並付諸于實施,隨著信息技術的不斷發展,自動化集裝箱碼頭在應用方面有所突破已是大勢所趨。在機器換人、節能環保的時代大背景下,集裝箱自動化碼頭發展還受到船舶大型化、航運聯盟常態化兩個關鍵外部因素的影響。

    1.船舶大型化

    據統計預測,全球對集裝箱運力的需求在未來幾年將繼續保持9%∼10%的增長速度,各大航運公司出于規模經濟、降低成本,以及提高能力上的需要,正在紛紛淘汰老舊船只,購買和租賃超過10000TEU的超大型集裝箱船 (VLCS)。見表2

表2 部分集裝箱船型技術參數

    事實上,船舶大型化直接導致有能力接納大船的港口數目和航班數目地減少,每個航班需要處理的集裝箱數目大幅度上升。例如,過去扎堆到港的船舶載箱量大都在6000TEU左右,而現在的載箱量卻是超過15000TEU。從表1可以看出,雖然大船更長、更寬,但其寬度的增加明顯大于長度的增加。15000TEU大船的“每米TEU數”比6000TEU左右的船要高出80%。這就意味著集裝箱泊位平均每一米岸線需要處理的集裝箱比原先多出80%。目前普通的集裝箱碼頭,1艘6000TEU的船配備4台岸橋作業就足夠,這已經達到岸線上配置的岸橋數目上限。如果考慮到其間的交換裝卸平均往返次數大約為2750TEU/1720次。那麼,如果不對現有碼頭裝卸工藝和設施進行根本改革,顯然船時裝卸效率很難提高,碼頭也就根本無法裝卸這些超大型的集裝箱船舶。

    同時,對于沿海各大港口非常致命的問題是,亞歐線與太平洋航線上的船舶大型化,將改變干線港與支線港的布局,進而使得港口集中化趨勢加強,“強者更強、弱者更弱”的馬太效應在港口領域將更為突出,後發港口反超成熟港口的機會將變得更加渺茫。這必將誘導天津、青島、上海、寧波等各大沿海深水港口必然在這方面不遺余力地來推進集裝箱自動化碼頭的建設來應對挑戰,但是很顯然,廈門、上海、青島等港口已經走在了前面。

    2.航運聯盟常態化

    從上世紀90年代以來,由于航運聯盟通過掛靠港口互補、船期協調、艙位互換、信息互享等合作很好地解決了集裝箱海運的規模經濟和艙位利用率的兩難權衡問題,導致船公司之間相互結盟,逐漸演化成當今的四大聯盟局面,同時也推進了集裝箱自動化碼頭的產生和發展。實際上,2M、O3、G6 和 CKYHE 四大聯盟的籌建和擴大合作,導致同一聯盟不同成員的關聯碼頭之間相互轉運的集裝箱增加了,造成集裝箱在碼頭與碼頭之間的重復搬運,中轉箱比例大大增加。為了保證效率,理論上就要求集裝箱岸橋的台時效率超過 40 TEU,這實際上已接近傳統集裝箱碼頭的操作效率上限,可提升空間十分有限,只能通過集裝箱自動化碼頭來改革現有港口裝卸工藝。

    近十多年來,集裝箱碼頭經營國際化趨勢日趨明顯,集中表現為船公司日益成為各個集裝箱碼頭公司的主要股東,並在某種意義上擁有了絕對決策權。以荷蘭鹿特丹港RWG 為例,主要是美國總統輪船、現代商船、達飛輪船和商船三井 4 家班輪公司持有該設施的多數股權。RWG 于 2007 年組建的附帶條件是它將滿足大型集裝箱船裝卸的要求。這種情況下,為保證整個航運產業鏈的整體優化,船公司主導全球各集裝箱自動化碼頭的發展就自然而然之舉。

    四、內因分析

    除了外部因素的壓力之外,整個沿海港口行業內部經過了改革開放以來30多年的快速發展之後,也積累了大量問題造成集裝箱碼頭行業發展的瓶頸和桎梏,需要通過自動化來做進一步根本解決。

    1.碼頭運營安全劣于普通行業標準。潤海堆場的災難性的後果讓世人不寒而栗。需要如何從根本上改革?首先要從集裝箱碼頭的運營安全管理問題著手,就目前來看,集裝箱自動化碼頭提供了一種可行的模式。人機分離、智能化遠程操控、無人化堆場等理念,對于改進目前嚴峻的行業安全標準具有實際意義。

    2.大規模運營復雜性。實際上,現有的集裝箱碼頭管理系統(CTOS),包括︰中央調度、運輸調度、場地輪胎吊、岸橋、集卡等系統,大規模運營已經初具雛形,今後發展趨勢是復雜性將大大增加。如果沒有自動化作為支撐,難以想象怎樣來大大提高碼頭總體的資源利用率。比如︰橋吊與橋吊之間的間隔距離縮。 踩 芾砟訊卻蟠笤黽,港口作業人員大量減少,同時還大大提高工作效率,運營成本還大大下降。

    3.現有碼頭升級與空間限制。比較突出的問題是,單純依靠增加機械來提高碼頭處理能力的想法已經難以延續,可以想象1個400 m長的泊位,能夠以每艘船舶配備4台起重機裝卸6000TEU的集裝箱船。但是,然而按照這個標準,你還能想象同樣的作業模式被要求取代以每艘船舶配備12台起重機在該泊位上進行15000TEU船舶的操作嗎?並在同一時間完成的交換裝卸平均往返次數大約為原先2.6倍,按照目前集裝箱碼頭安全規則,這顯然是不可能的。

    4.港口交通擁堵沉痾難治。一旦產業鏈條上的某一環節出現梗阻,就會影響全局,擁堵就很難避免。理論上來說,新式岸橋可以達到每起重機每小時80∼100TEU的裝卸箱量。然而,常規的集卡水平運輸作業的工作效率明顯太低,裝卸和轉運的餃接就成為瓶頸,還有堆場翻倒箱、龍門吊和水平運輸之間的餃接等都是大問題。更進一步來說,港口擁堵使工作量積壓,工作量的激增導致效率降低,繼而導致港口擁堵。擁堵又加了貨物的積壓,港口更加擁堵,形成惡性循環,並且帶來一系列的安全和管理隱患。

    其實,除了上述原因以外,我國沿海集裝箱碼頭在經歷了1998—2008年的“十年高速增長期”以後,目前普遍面臨著現有集卡社會外包模式弊端逐步凸顯、單泊位集裝箱平均操作能力的提高空間越來越有限、利潤增長率下降、管理成本上升等問題。這些都需要通過新的裝卸工藝流程的引入,以及現有裝卸組織模式改革提高生產率,來從港口組織內部從根本上加以解決。這種情況下,借助自動化集裝箱碼頭的升級改造就成為各大港口內在的需求。

    五、挑戰和問題

    自動化集裝箱碼頭在世界範圍的發展已有二十多年的歷史,從技術、工藝角度都是比較成熟完善,國外的有些經驗是完全可以借鑒的。然而,考慮到國內的具體情況,特別是在制度、管理等“軟環境”上,發展肯定需要一個過程,並且在這一過程中將要面臨一些挑戰,克服一些困難。

    1.磨合期。要建設和發展自動化集裝箱碼頭,除了試驗一系列工藝流程和集裝箱裝卸設備,包括遙控船岸起重機和自動無人搬運車,一切都朝著最大限度地減少手工操作的方向發展。自然要經歷傳統模式與自動化軟件磨合的階段。另外,自動化在某種程度上就是改變目前港口生產組織的“游戲規則”,從改革的高度和經驗,以唯物論和辯證法的角度來看,也不會是一路高歌猛進式的,將會是一個“螺旋式上升”的過程,這需要加深和提高這方面的認識。

    2.管理團隊。如何構建一支管理團隊,這種團隊要求擁有自動化碼頭工作經驗的系統化人才。一般而言,主要是內部培養。港口企業要制定一個完整的三年或者五年培訓計劃,系統有組織有目標地在重要崗位人群中實施,特別是對于遠程操作員、中央調度人員和業務人員通過必要內部培訓實現轉型,這是基礎。同時,外部招聘亟需人才作為輔助。由于自動化倉庫和機場行業內的項目部署和技術應用比集裝箱碼頭更加先進,並且比集裝箱碼頭有更好的和更長久的自動化操作業績紀錄。從這些行業的 IT 和自動化流程的人才中進行選聘,作為必要的補充和輔助。

    3.工藝模式。目前,自動化集裝箱碼頭在歐洲、亞洲等港口得到較為廣泛的應用,由于它在節省碼頭人力成本、提高港口通過能力、節能環保、提升港口形象方面具有優勢顯著,這是未來集裝箱碼頭未來發展必然趨勢。至于沿海各大港口究竟該選擇那種裝卸工藝模式,選擇全自動化還是半自動化模式,這要綜合考慮。按照國外發展的經驗,需要考慮的因素主要包括實際需求和習慣、碼頭規︰托巫、吞吐量、成本(投資、維護、運行)等。

    4.操控系統。模式確定以後,操控系統選擇就成為關鍵。操作系統和設備控制系統作為整個碼頭運營組織的“指揮中樞”和“現場操作者”具有非常重要作用。前者保障碼頭高效率運行;後者執行前者指令,並且反饋設備狀態信息,二者相輔相成。

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