中鼎物流園自動化集裝箱場站的功能與成效分析

周志飛，張越強

(1.山西中鼎物流集團有限公司 貨裝分公司，山西 晉中 030600；2.山西中鼎物流集團有限公司 生產(chǎn)營運部，山西 晉中 030600)

中鼎物流園綜合性樞紐物流園，銜接太中銀鐵路(太原—中衛(wèi)—銀川)、大西高速鐵路(大同—西安)、太焦鐵路(太原—焦作)、南北同蒲鐵路(大同—風(fēng)陵渡)等7條鐵路干線，聯(lián)通京昆高速公路、青銀高速公路、二廣高速公路，緊鄰108國道，靠近武宿飛機場、晉中高速鐵路站。為實現(xiàn)集裝箱場站作業(yè)的效率最大化、作業(yè)現(xiàn)場“無人化”和作業(yè)裝卸機械的“本質(zhì)安全”，借鑒上海洋山港四期、青島港自動化碼頭的智能作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、門式起重機(以下簡稱“門吊”)遠(yuǎn)程控制和自動化作業(yè)、鐵路專用集裝箱自動導(dǎo)引運輸車(Automated Guided Vehicle，AGV)技術(shù)，根據(jù)鐵路作業(yè)的安全技術(shù)特點，中鼎物流園建成全國鐵路物流園區(qū)(貨場)首家自動化集裝箱場站，以智能作業(yè)調(diào)度為“大腦”，門吊遠(yuǎn)程操作為“神經(jīng)”，集裝箱AGV為“車輪”，改變了采用傳統(tǒng)人工作業(yè)模式存在的作業(yè)效率低、工人勞動強度大、箱區(qū)箱位管理手段落后、現(xiàn)場作業(yè)人員多，安全風(fēng)險大等問題，形成具有鐵路特點的集裝箱自動化作業(yè)系統(tǒng)。

1 中鼎物流園自動化集裝箱場站功能分析

1.1 智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮功能

中鼎物流園自動化集裝箱場站采用了集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)由基礎(chǔ)信息設(shè)置、堆場作業(yè)系統(tǒng)、計劃作業(yè)制定、裝卸作業(yè)指令、裝卸設(shè)備管理、外部系統(tǒng)接口和系統(tǒng)用戶管理8個功能模塊組成。此外，與智能化裝卸設(shè)備系統(tǒng)、集裝箱門檢系統(tǒng)、集卡?？课恢脵z測系統(tǒng)和鐵路車號識別系統(tǒng)等外部系統(tǒng)建立信息交換功能。中鼎物流園集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能模塊示意圖如圖1所示。

圖1?中鼎物流園集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)功能模塊示意圖Fig.1 Diagram of the function modules of the intelligent scheduling and commanding system for the container station at the Zhongding logistics park

中鼎物流園集裝箱場站智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)與傳統(tǒng)的集裝箱場站管理系統(tǒng)的主要區(qū)別是不再僅僅對集裝箱的箱區(qū)、箱位信息進行采集和管理，而是側(cè)重于從效率和安全角度，對裝卸作業(yè)設(shè)備作業(yè)流程進行管理和指揮[2]。其主要優(yōu)點是在基于長期鐵路集裝箱場站作業(yè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，借助于先進的智能調(diào)度技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、精確定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能識別技術(shù)，按照堆碼原則、路徑優(yōu)化原則、作業(yè)排隊原則、均衡作業(yè)原則，通過計算機輔助決策系統(tǒng)，生成自動化作業(yè)指令，通過集裝箱門吊遠(yuǎn)程作業(yè)系統(tǒng)，使門吊自動或半自動按最優(yōu)路徑和程序進行吊箱作業(yè)。

1.2 門吊遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作功能

為實現(xiàn)門吊的遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動化作業(yè)，采用了專用的門吊智能遠(yuǎn)控操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)的功能如下。

（1）實現(xiàn)門吊自動、半自動作業(yè)和遠(yuǎn)程手動操作。園區(qū)建立了2個遠(yuǎn)控中心，1個在門吊司機間休樓，1個在園區(qū)的調(diào)度指揮中心，2個遠(yuǎn)控中心設(shè)備完全一樣，一主一備，正常作業(yè)由司機在間休樓操作，應(yīng)急狀態(tài)下在調(diào)度中心直接操作。整個系統(tǒng)采用光纖通訊，確?？刂菩盘栠h(yuǎn)程實時傳輸和減少干擾。機上系統(tǒng)主要是安裝各類傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)的測量和反饋。

（2）實現(xiàn)門吊及吊具的精準(zhǔn)對位。采用多種傳感器，對門吊的起升系統(tǒng)、大小車走行系統(tǒng)、吊具系統(tǒng)的各項動作準(zhǔn)確測量和精確定位，確保了整個門吊作業(yè)三維精確定位，為提高作業(yè)效率，確保作業(yè)安全提供了基本條件[3]。

（3）實現(xiàn)現(xiàn)場無人作業(yè)。采用門吊遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，使得原來在門吊司機室操作的司機由門吊轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)控機房進行操作，實現(xiàn)人員與作業(yè)現(xiàn)場分離，避免作業(yè)人員人身傷亡事故的發(fā)生。為了防止非作業(yè)人員任意闖入龍門吊工作區(qū)域，導(dǎo)致發(fā)生意外事故，采用圍欄，將集裝箱作業(yè)區(qū)和堆場進行物理隔離，作業(yè)時整個場站可處于無人狀態(tài)。

（4）實現(xiàn)門吊大車自主防撞。一是通過系統(tǒng)軟件設(shè)置每臺門吊自身防護(運行)區(qū)域，實現(xiàn)交叉閉鎖，有效防撞。二是在2臺門吊上都安裝激光測距傳感器指向大車行走方向，2輛大車之間交叉測量。激光信號接入龍門吊的PLC系統(tǒng)，當(dāng)檢測到2臺設(shè)備間距小于10 m時，實現(xiàn)門吊大車機構(gòu)自動減速停車。三是保留原有機械限位開關(guān)防撞，以防止2臺門吊共同作業(yè)時相撞[4]。

（5）實現(xiàn)作業(yè)時貨物防撞。利用在門吊相關(guān)位置增加的各種檢測設(shè)備，在吊裝作業(yè)時，隨時對堆場內(nèi)已有集裝箱(貨物)進行檢測，發(fā)現(xiàn)在作業(yè)路徑上有障礙物時，能自主停車，防止與其他貨物發(fā)生碰撞。

（6）實現(xiàn)集卡車輛防吊起。利用傳感器、視頻監(jiān)控等方式，對作業(yè)時箱體與集卡車的相對位置進行實時測量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)車輛與貨物之間鉤掛，不符合安全要求時，將自動停止當(dāng)前作業(yè)，報警后交由人工處理。

（7）實現(xiàn)FTR鎖安全作業(yè)。采用集裝箱四角稱重、空重箱起重量限制、激光箱底掃描、視頻監(jiān)控、植入自動處理程序、故障人工干涉等多種措施，成功解決了FTR鎖自動化連續(xù)作業(yè)的難題。

1.3 鐵路專用集裝箱自動導(dǎo)引運輸車功能

中鼎物流園自動化集裝箱場站在全路范圍內(nèi)首次采用了鐵路專用集裝箱自動導(dǎo)引運輸車，作為場內(nèi)集裝箱水平運輸?shù)氖侄?，可以實現(xiàn)以下功能。

（1）自動導(dǎo)航。集裝箱AGV采用了慣性導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航和GPS導(dǎo)航3種導(dǎo)航方式，可以實現(xiàn)在鐵路集裝箱場站內(nèi)相對復(fù)雜的環(huán)境下自主導(dǎo)航。

（2）無人駕駛。集裝箱AGV是專門設(shè)計的無人導(dǎo)航搬運車，與在原有柴油、天然汽集卡車基礎(chǔ)上改造的無人集卡車有本質(zhì)上的區(qū)別，可更好地實現(xiàn)無人駕駛作業(yè)。

（3）精準(zhǔn)定位。洋山港四期的集裝箱AGV精準(zhǔn)定位，是通過埋在場區(qū)地下混凝土的61199根磁釘來感知位置，并且要求地下的混凝土內(nèi)不能有傳統(tǒng)的鋼筋等磁性物體(采用了玻璃纖維筋)[5]。如果要在已建成的鐵路物流園和集裝箱中心站采用磁釘定位法比較困難，中鼎物流園采用了GPS差分站、地面視覺識別等綜合手段，保證了集裝箱AGV的精確定位[6]。

（4）自主規(guī)劃路徑。集裝箱AGV可實現(xiàn)在智能化裝卸作業(yè)調(diào)度指揮系統(tǒng)的指揮下，接收作業(yè)令，根據(jù)作業(yè)位置自主規(guī)劃行駛路徑，與門吊作業(yè)相互配合協(xié)調(diào)工作，形成一個集成化較高的自動化作業(yè)系統(tǒng)。

（5）安全自主避障。在鐵路物流園，集裝箱AGV要進入集裝箱堆場、過鐵路道口、進入庫區(qū)、進入海關(guān)監(jiān)管區(qū)等，會與行人、機車車輛、汽車、裝卸作業(yè)機具等發(fā)生干涉，安全避障要求更高。集裝箱AGV采用三重安全防護措施，確保安全自主避障。集裝箱AGV主動防護設(shè)備布置圖如圖2所示。

圖2?集裝箱AGV主動防護設(shè)備布置圖Fig.2 Layout of container AGV active protective equipment

（6）安全通過鐵路道口。集裝箱AGV可與中鼎物流園智能無人道口系統(tǒng)無線聯(lián)接，當(dāng)集裝箱AGV過道口前，與無人道口系統(tǒng)進行通訊，預(yù)計有列車通過時，主動停車，待列車通過智能道口恢復(fù)通行后，自動繼續(xù)作業(yè)。

（7）與倉庫門對接。集裝箱AGV可以按系統(tǒng)指定，行駛到庫區(qū)，與倉庫大門進行對接，完成庫區(qū)掏裝箱作業(yè)。

（8）自主進行海關(guān)作業(yè)區(qū)和集裝箱安檢儀作業(yè)。可發(fā)揮集裝箱AGV無人的特點，使用集裝箱AGV進行集裝箱進出海關(guān)監(jiān)管作業(yè)區(qū)卡口，減少人員查驗的麻煩。采用集裝箱AGV通過大型集裝箱安檢儀，可以不使用安檢儀的車輛牽引裝置，也不需要司機上下車作業(yè)，可有效提高安檢效率，減少人員受輻射風(fēng)險。

2 中鼎物流園自動化集裝箱場站應(yīng)用成效

2.1 提供鐵水聯(lián)運基本條件

鐵路物流園的集裝箱作業(yè)效率和信息化水平、信息交換能力，是影響開展海鐵、公鐵多式聯(lián)運的重要因素。中鼎物流園借助自動化智能場站的信息優(yōu)勢，可以做到場站管理系統(tǒng)信息與海運船公司的箱管系統(tǒng)互聯(lián)互通，可實時獲得在場站內(nèi)船公司集裝箱的作業(yè)、堆碼、使用信息，為與海運船公司合作提供了根本保障。2019年初，山西中鼎物流園與世界三大船運公司的馬士基航運公司(MSK)、地中海航運有限公司(MSC)、中國遠(yuǎn)洋海運集團有限公司(COSCO)簽訂了CCA協(xié)議，成為三大海運船公司的中國內(nèi)陸還箱點，并與天津港(集團)有限公司等多家公司，聯(lián)合組建了“中鼎多式聯(lián)運服務(wù)中心”，可開展全程鐵水多式聯(lián)運服務(wù)。

2.2 有效提升園區(qū)生產(chǎn)效率

（1）提升裝卸作業(yè)效率。中鼎物流園自動化集裝箱場站遵循最佳堆碼規(guī)則，縮短了裝卸作業(yè)路徑；應(yīng)用智能調(diào)度技術(shù)，綜合優(yōu)化整列火車批量作業(yè)順序，并均衡設(shè)備作業(yè)資源，減少了裝卸設(shè)備運行時間；提前進行翻箱作業(yè)，縮短裝車時間，有效提升了集裝箱站場的作業(yè)效率[7]。

（2）提高堆場利用率。通過合理規(guī)劃箱區(qū)，編制最佳堆碼規(guī)則，極大提高堆場利用率。場區(qū)所有集裝箱信息全部自動采集，不需要人工進行找箱[8]。

（3）減少作業(yè)人員。系統(tǒng)實現(xiàn)集裝箱箱位自動管理，無需進行尋箱吊裝指揮、堆場集裝箱核對、車號與箱號適配核對等工作，減少輔助作業(yè)人員。實現(xiàn)了只用1名司機可遠(yuǎn)程操作2臺龍門吊，現(xiàn)場不需要起重工，可節(jié)省門吊司機4名，起重工10名，集卡車司機3名。

（4）降低勞動強度。應(yīng)用智能調(diào)度技術(shù)，自動編制最優(yōu)的裝車、卸車和倒箱等作業(yè)計劃，消除了人工編制作業(yè)計劃費時費力現(xiàn)象。

（5）確保作業(yè)安全。裝卸作業(yè)計劃自動生成，避免了人工編制帶來的失誤；車號與箱號適配零誤差，消除了鐵路運輸安全性問題；自動化裝卸作業(yè)區(qū)實行封閉式管理，“無人站場”作業(yè)方式也保障了輔助作業(yè)人員的人身安全。

2.3 實現(xiàn)綠色裝卸作業(yè)

中鼎自動化集裝箱作業(yè)場站，遵循交通運輸部制定的《關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，加大了新能源和清潔能源車輛在鐵路貨場的應(yīng)用。在集裝箱場站作業(yè)使用的門吊、集裝箱AGV等所有裝卸設(shè)備：全部是電能驅(qū)動，代替原有內(nèi)燃機驅(qū)動的正面吊和集卡車，集裝箱作業(yè)的全過程只消耗電能，沒有廢氣排放，真正實現(xiàn)了場區(qū)集裝箱裝卸作業(yè)零排放、低能耗、綠色環(huán)保。

2.4 擴展企業(yè)增值項目

中鼎自動化集裝箱場站的投產(chǎn)，不僅提高了園區(qū)集裝箱作業(yè)水平，而且為提高園區(qū)整體服務(wù)水平，提高園區(qū)的美譽度創(chuàng)造了條件。中鼎物流園依托自動化集裝箱場站，開展工業(yè)旅游等附加經(jīng)營活動，僅2019年4—6月，已有4 000余人次來園進行以集裝箱自動化智能為主題的研學(xué)游；基于中鼎物流園先進的物流技術(shù)應(yīng)用，2019年初，山西中鼎物流園與北京交通大學(xué)簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，并確定為該高校的產(chǎn)學(xué)研實驗基地，為2019年中鼎物流園申報第一批國家物流樞紐互聯(lián)互通工程提供有力支撐。

3 結(jié)束語

中鼎物流園通過自動化集裝箱作業(yè)系統(tǒng)建設(shè)顯著提高了自身的集裝箱場站作業(yè)效率，使傳統(tǒng)的鐵路集裝箱作業(yè)具備了信息化智能化功能，使中鼎物流園高質(zhì)量發(fā)展具有了新的動力引擎，為更好地融入了“一帶一路”倡議和發(fā)展海鐵、公鐵集裝箱多式聯(lián)運創(chuàng)造了條件。中鼎物流園集裝箱自動化場站的實施，對于提高鐵路集裝箱裝卸技術(shù)裝備水平，改變原來的裝卸技術(shù)水平由沿海港口—內(nèi)河碼頭—鐵路貨場的排序，實現(xiàn)彎道超車，與最先進的自動化港口看齊，實現(xiàn)鐵路集裝箱裝卸技術(shù)裝備水平的整體性躍升有重要意義，為鐵路大型物流園、鐵路集裝箱中心站、鐵路大型集裝箱貨場的技術(shù)改造和功能提升提供了參考。