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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    自動化集裝箱碼頭技術

                    2021-06-11 13:12:00

                      1934年,由蒲風作詞、聶耳作曲的《碼頭工人歌》生動描繪了碼頭工人的苦難生活:“從朝搬到夜,從夜搬到朝,眼睛都迷糊了,骨頭架子都要散了……笨重的麻袋、鋼條、鐵板、木頭箱,都往我們身上壓?!?/p>

                      我國地域廣闊,屬于沿海國家,擁有綿長的海岸線和豐富的內河資源。隨著近代工業、交通的發展,我國在水陸交通要地誕生了一批港口城市,如天津、青島、上海、寧波、廣州等。在20世紀初葉,港口碼頭的貨物裝卸主要通過人力。在反映那一時期社會狀況的影視劇作品中,我們經??梢钥吹酱a頭工人揮汗如雨扛麻袋的場景。

                      不過,歌曲中描述的這些場景都是老皇歷了。隨著碼頭貨物吞吐量的增大,單靠碼頭工人已經遠遠不能滿足貨物裝卸和運輸的需要。在機械制造技術的支持下,一系列碼頭裝卸機械設備應運而生,如抓斗卸船機、龍門起重機等起重機械,帶式輸送機、氣力輸送機等輸送機械,叉式裝卸車、跨運車等裝卸搬運機械等。

                      隨著現代運輸體系的建立,傳統的散貨和小件雜貨運輸模式逐漸被集裝箱運輸所代替。集裝箱可以把各種繁雜的件貨和包裝雜貨組成規格化的統一體,具有能長期反復使用、容積大、規格標準、擺放方便、節省船舶空間、可以進行快速裝載和卸載等優點。因此,集裝箱運輸成為當今世界主要的貨運方式。

                      世界各國紛紛建設集裝箱碼頭,集裝箱質量大和外形規整的特點,使得自動化技術在集裝箱碼頭的應用推廣具有了必要性和可能性。自動化碼頭徹底顛覆了傳統碼頭的運作模式,是一場“碼頭革命”,從人工碼頭到自動化碼頭,這項技術給港口的運作模式、航運經濟和貿易的發展都帶來了巨大影響。

                      自動化集裝箱碼頭的發展

                      與傳統碼頭相比,自動化碼頭是以科技手段實現集裝箱裝卸、水平運輸、堆場裝卸全過程自動化的新型碼頭。在自動化碼頭,碼頭作業由原先的碼頭操作員現場操作變成監控室電腦操作完成。自動化碼頭具有很多技術亮點,如:碼頭、集裝箱岸橋、堆場吊橋均是無人操作,機器人自動拆集裝箱鎖墊,全自動岸邊無人理貨、全自動噴淋熏蒸消毒、全自動空箱查驗,自動運行的無人駕駛集裝箱拖運車(AGV)將集裝箱運到堆場,AGV循環補電,巡航里程無限制等。

                      自動化集裝箱碼頭的發展過程基本可分為三個階段。

                      第一代自動化集裝箱碼頭以1993年投入運營的荷蘭鹿特丹港ECT碼頭為代表,它的特點是岸橋是單小車結構,水平運輸采用的自動導引小車沿固定圓形路線運行,AGV采用內燃機液壓驅動。

                      第二代自動化集裝箱碼頭以2002年投入運營的德國漢堡港CTA碼頭為代表,特點是岸橋是雙小車結構,水平運輸采用的AGV沿靈活路線運行,碼頭的路徑規劃設計和設備調度采用了計算機模擬技術。AGV起初采用內燃機液壓驅動,后來采用柴油發電機供電的電力驅動,2009年逐步升級為動力電池供電的電力驅動。

                      第三代自動化集裝箱碼頭以2008年投入運營的荷蘭鹿特丹港Euromax碼頭為代表,AGV采用柴油發電機電力驅動。

                      我國自動化碼頭建設起步較晚,但追趕速度很快。2014年,廈門港率先建成我國第一個全自動化集裝箱碼頭。2015年,上海港、青島港先后規劃建設自動化集裝箱碼頭。2017年12月,上海洋山深水港四期(簡稱洋山港四期)開港試運營,標志著我國港口業在運營模式、技術應用以及裝備制造上實現了跨越升級與重大變革。

                      洋山港四期工程共建設7個集裝箱泊位,集裝箱碼頭岸線總長2 350米,設計年通過能力初期為400萬標準箱,遠期為630萬標準箱,采用全自動化集裝箱碼頭建設方案。洋山港四期的建成和投產標志著中國港口行業在運行模式和技術應用上實現里程碑式跨越升級。

                      “中國智造”的自動化集裝箱碼頭技術

                      從肩挑手提到機械抓斗,再到全自動化操作,近年來,碼頭作業由曾經的勞動密集型逐漸轉為科技密集型。

                      智能化、無人化的自動化集裝箱碼頭是港口裝備與系統研發的制高點。面對我國產業智能化升級的技術需求,自動化碼頭的成套裝備與系統技術一直是我國產業創新、科技攻關戰略方向之一。

                      面對智能化、無人化的碼頭發展趨勢,從2006年開始,上海振華重工(集團)有限公司(簡稱振華重工)領銜的研究團隊歷經10多年的研發,在自動化碼頭裝卸系統關鍵技術上取得了一系列創新成果,使自動化集裝箱碼頭裝卸系統中的多種裝備和裝卸環節實現了智能化。如世界首創的自動化雙小車岸邊集裝箱起重機,其中的門架小車無須人工控制就能自主運行,將集裝箱放到全電動AGV上。國內首創、國際先進的裝卸設備遠程控制與調度系統(ECS),實現了多設備遠程綜合控制、多任務柔性調度與協同作業、多設備遠程監測與故障診斷,能對自動化碼頭上的700多臺設備進行智能調度。

                      在洋山港四期碼頭的裝卸現場,橋吊抓起集裝箱,將其輕輕地放在AGV上,AGV將集裝箱拖向堆場指定位置,再交給軌道吊抓取堆放。整個作業過程前后不過10分鐘,現場既沒有橋吊駕駛員,也沒有集卡駕駛員,所有操作都在50米外的中控塔內遠程操控完成。其中最引人注目的是碼頭上的數十輛AGV,這種車靜質量20~30噸,加上集裝箱的質量,全車可達70噸,但它們在碼頭上來回穿梭,彼此從不會發生碰撞,且停車位置十分精確,誤差不會超過2厘米。

                      這些AGV全天候不間斷行駛,能耗卻不高,大容量鋰電池讓車輛可以在滿電后持續運行8個小時。振華重工為這些無人車研發了自動換電系統,電量不足時,車輛可自行前往換電站更換電池。更換電池全程只需6分鐘,電池充滿電僅需2小時,整個充電過程零排放,可節省能耗40%左右。與借助GPS和傳感器實現無人駕駛的汽車有所不同的是,AGV依靠的是敷設于地面上的6萬多個磁釘引導。這些磁釘宛若一個個路標,通過無線通信設備、自動調度系統以及磁釘引導,AGV可自如穿梭,通過精密定位準確到達指定停車位。

                      2012—2017年,振華重工先后承擔了廈門港、青島港、洋山港四期工程3個自動化碼頭的裝卸系統研發和建造。目前,該公司還在阿聯酋、印度、意大利等國家建造自動化碼頭,將“中國智造”輸往了海外。

                    本文來自《科學畫報》

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