橋吊司機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)效率測評的方法研究

張乾能，竺士杰，俞浩煥，鄭恒亮，鄭志南，曹浩峰

（1寧波北侖第三集裝箱碼頭有限公司，浙江 寧波 315813；2寧波開放大學(xué)，浙江 寧波 315016）

一、引言

橋吊作業(yè)是整個集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，時常會因作業(yè)場地的限制，頻繁出現(xiàn)等待集卡現(xiàn)象，嚴(yán)重制約和影響橋吊作業(yè)效率[1]。現(xiàn)有的效率統(tǒng)計為單機(jī)作業(yè)線的整體作業(yè)效率，無法真正體現(xiàn)操作司機(jī)的真實水平，用于橋吊司機(jī)作業(yè)水平的考核并不合適[2]。要準(zhǔn)確衡量操作司機(jī)技能水平，首先需要有精準(zhǔn)的橋吊“作業(yè)效率”數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評價司機(jī)的操作水平[3]。攻關(guān)小組通過對橋吊作業(yè)流程的詳細(xì)分析，利用設(shè)備程序編寫、信息系統(tǒng)交互和軟件開發(fā)，建立了一套完整的橋吊司機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)效率測評系統(tǒng)[4]。以此為抓手來提高橋吊司機(jī)單兵作戰(zhàn)能力，現(xiàn)已在寧波北侖第三集裝箱碼頭有限公司應(yīng)用。

二、研究內(nèi)容

國內(nèi)現(xiàn)有的效率統(tǒng)計基本都是單機(jī)作業(yè)線的整體作業(yè)效率，主要體現(xiàn)整個作業(yè)線的作業(yè)水平，對于橋吊和橋吊司機(jī)的單獨(dú)精準(zhǔn)效率統(tǒng)計幾乎沒有，本項目的研究目標(biāo)是要獲得橋吊司機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)效率。通過作業(yè)流程分析可知，限制司機(jī)作業(yè)效率的因素是作業(yè)環(huán)路中集卡等待時間和司機(jī)非工作時間，因此需要在設(shè)計過程中排除這部分時間，以獲得司機(jī)精準(zhǔn)的作業(yè)效率。在對碼頭現(xiàn)有的設(shè)備和信息系統(tǒng)分析后，認(rèn)為可以通過多系統(tǒng)交互實現(xiàn)該功能。

系統(tǒng)的總體設(shè)計思路：第一步，通過橋吊的PLC編程實現(xiàn)橋吊的單機(jī)精準(zhǔn)效率統(tǒng)計；第二步，通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)CTOS（Container Terminal Operation System）獲取橋吊司機(jī)的作業(yè)和作業(yè)船舶信息[5]；第三步，通過上述兩者數(shù)據(jù)的匹配得到司機(jī)在實際作業(yè)時間段的精準(zhǔn)效率。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

（一）精準(zhǔn)效率的定義[6]

司機(jī)實際作業(yè)時間T（單位：小時）：司機(jī)實際作業(yè)過程的時間累計，整個生產(chǎn)過程去除等待集卡時間和非作業(yè)時間。

司機(jī)實際作業(yè)量M（單位：move）：司機(jī)實際作業(yè)時間內(nèi)的作業(yè)量。

司機(jī)精準(zhǔn)操作效率P（單位move/小時）：司機(jī)實際作業(yè)量/司機(jī)實際作業(yè)時間，即P=M/T。

（二）精準(zhǔn)效率的指標(biāo)

橋吊的作業(yè)場景和作業(yè)對象有多種類型，為詳細(xì)研究橋吊司機(jī)在不同場景作業(yè)的效率，把精準(zhǔn)效率指標(biāo)設(shè)計分為12個指標(biāo)：40FT輕箱裝船效率、40FT輕箱卸船模式效率、40FT重箱裝船模式效率、40FT重箱卸船模式效率、20FT輕箱裝船模式效率、20FT輕箱卸船模式效率、20FT重箱裝船模式效率、20FT重箱卸船模式效率、雙箱輕箱裝船模式效率、雙箱輕箱卸船模式效率、雙箱重箱裝船模式效率、雙箱重箱卸船模式效率[7]。最后，通過統(tǒng)計運(yùn)算可以得到司機(jī)的裝船匯總效率、卸船匯總效率、總作業(yè)效率。

同時，橋吊司機(jī)作業(yè)大船和小船時的作業(yè)效率是有明顯區(qū)別的，因此上述指標(biāo)還要分成大船作業(yè)時的指標(biāo)和小船作業(yè)時的指標(biāo)，這樣可以更全面地研究不同場景和作業(yè)對象下司機(jī)的作業(yè)水平。大小船區(qū)分是通過CTOS系統(tǒng)（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）識別船型大小來實現(xiàn)，結(jié)合實際運(yùn)行情況，定義船舶長度小于180米或船寬小于30米的船型按小型船舶作業(yè)統(tǒng)計，這樣便可實現(xiàn)作業(yè)大船和小船模式下的不同效率統(tǒng)計[8]。

（三）單機(jī)精準(zhǔn)效率的實現(xiàn)

要實現(xiàn)司機(jī)精準(zhǔn)效率的統(tǒng)計，首先要實現(xiàn)12個單機(jī)精準(zhǔn)效率的統(tǒng)計。通過司機(jī)作業(yè)過程的詳細(xì)分析，實現(xiàn)司機(jī)實際作業(yè)時間統(tǒng)計，并在該工作時間段內(nèi)獲得實際作業(yè)箱量、作業(yè)模式、輕重箱狀態(tài)、集裝箱箱型數(shù)據(jù)，在橋吊PLC中編入程序，以實現(xiàn)上述效率的單機(jī)統(tǒng)計。

1.司機(jī)實際作業(yè)時間統(tǒng)計

通過分析作業(yè)場景，橋吊在等待作業(yè)和非作業(yè)時起升和小車不發(fā)生動作，因此可以采集起升和小車動作時的累計時間作為司機(jī)的實際作業(yè)時間，有效排除等待集卡和非作業(yè)時間。小組編寫完程序段后，寫在橋吊PLC系統(tǒng)的低速掃描里面，實現(xiàn)起升或小車制動器打開時，程序掃描寄存器開始動作，累計掃描次數(shù)。低速掃描周期為每40毫秒一次，司機(jī)實際作業(yè)時間為采集到的掃描次數(shù)乘以40毫秒，精度滿足實際需求（見圖2）。

圖2 精準(zhǔn)的作業(yè)時間統(tǒng)計程序段

2.箱子MOV數(shù)的統(tǒng)計

司機(jī)實際作業(yè)量的判定是按司機(jī)實際作業(yè)循環(huán)數(shù)來獲得，并要避免錯誤循環(huán)量的增加。根據(jù)裝卸箱的情況，箱子MOV數(shù)的統(tǒng)計分為了裝船MOV數(shù)和卸船MOV數(shù)。

計算裝船MOV數(shù)：在碼頭面上，吊具著箱狀態(tài)下，閉鎖信號觸發(fā)，這個狀態(tài)一直保持到船上開鎖信號進(jìn)來，然后就給MOV計數(shù)器一個脈沖，這時MOV數(shù)增加1。這樣可以避免司機(jī)帶箱來回動小車，或者著箱時來回打開閉鎖增加錯誤MOV數(shù)。

計算卸船MOV數(shù)：在船上，吊具著箱狀態(tài)下，閉鎖信號觸發(fā)，這個狀態(tài)一直保持到碼頭面上開鎖信號進(jìn)來，然后就給MOV計數(shù)器一個脈沖，這時MOV數(shù)增加1。同理可以避免司機(jī)帶箱來回動小車，或者著箱時來回打開閉鎖增加錯誤MOV數(shù)。

再根據(jù)20FT，40FT，45FT和雙箱信號分別區(qū)分各自MOV數(shù)。比如要采集20FT箱裝船MOV數(shù)，只要在MOV計數(shù)器前面條件加上20FT輕箱和裝船模式條件，這個計數(shù)器算出來的都是20FT輕箱裝船模式下MOV數(shù)。以此類推，分別加條件組合可以得到不同條件下的MOV數(shù)（見圖3）。

圖3 裝船/卸船的MOVE值統(tǒng)計程序段

3.識別裝船模式和卸船模式

集裝箱作業(yè)工藝中橋吊和船舶之間的交互分為裝船模式和卸船模式，這兩種模式的識別可以通過PLC程序?qū)崿F(xiàn)（見圖4）。

圖4 區(qū)分裝船模式與卸船模式的程序段

在碼頭面上吊具著箱狀態(tài)下司機(jī)打閉鎖命令或在船上吊具著箱狀態(tài)下司機(jī)打開鎖命令，PLC系統(tǒng)給一個字節(jié)賦0，使得這個字節(jié)第一位一直不動作，以這個點位狀態(tài)作為裝船模式。

在碼頭面上吊具著箱狀態(tài)下司機(jī)打開鎖命令或在船上吊具著箱狀態(tài)下司機(jī)打閉鎖命令，PLC系統(tǒng)給一個字節(jié)賦1，使得這個字節(jié)第一位一直動作，以這個點位狀態(tài)作為卸船模式。

裝船模式和卸船模式的點位是同一個點位，根據(jù)最后賦值者為準(zhǔn)來區(qū)分裝船模式和卸船模式，且這兩個模式互鎖。

4.區(qū)分輕重箱

橋吊上安裝有數(shù)個重量傳感器，可以實施監(jiān)測吊具下集裝箱重量。根據(jù)橋吊重量傳感器采集的箱子重量數(shù)值來區(qū)分輕重箱，大于25噸設(shè)定為重箱（見圖5）。

圖5 區(qū)分輕重箱的程序段

5.區(qū)分集裝箱箱型

目前橋吊大都采用伸縮式吊具，吊具底梁主結(jié)構(gòu)上安裝了一套伸縮定位裝置。當(dāng)?shù)蹙呱炜s至20FT，40FT，45FT位置時，定位液壓缸推動活塞桿插入焊于伸縮推桿相應(yīng)位置上的定位孔中，并由限位開關(guān)提供其動作信號。集裝箱箱型可以根據(jù)吊具段輸入的20FT、40FT、45FT和雙箱信號進(jìn)行區(qū)分。

6.舉例說明

40尺重箱裝船時間和MOV數(shù)采集方式：計算40FT重箱裝船司機(jī)實際作業(yè)時間只要在計算司機(jī)作業(yè)時間程序里加入40FT吊具信號，重箱信號及裝船模式就可以實現(xiàn)。計算40FT重箱裝船MOV數(shù)也就是計算MOV數(shù)程序里加入40FT吊具信號，重箱信號及裝船模式就可以實現(xiàn)。其他箱型依次類推，只要加入不同箱型、輕重箱條件、裝船還是卸船模式等就可以分別采集到對應(yīng)實際作業(yè)時間和MOV數(shù)。

（四）司機(jī)精準(zhǔn)效率的實現(xiàn)

圖6所示為精準(zhǔn)效率程序總流程圖。項目涉及多系統(tǒng)交互，這里包括橋吊PLC系統(tǒng)、CMS系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)CTOS。在橋吊PLC系統(tǒng)建立了橋吊單機(jī)精準(zhǔn)效率的統(tǒng)計，再在CMS PLC中編寫程序，用于存儲對應(yīng)的MOV值和時間（例如地址：MW8919-MW8936，MW8957- MW8974）。從程序段，可以直接計算獲取“司機(jī)精準(zhǔn)操作效率（P）”。再結(jié)合調(diào)用CTOS 系統(tǒng)WebService接口獲取橋吊司機(jī)信息[司機(jī)姓名+工作時間段+船舶（大或小船）]，進(jìn)行司機(jī)信息匹配，匹配條件結(jié)合12個指標(biāo)計算出單個司機(jī)每日作業(yè)大船和小船的24個指標(biāo)結(jié)果，并實現(xiàn)月、年統(tǒng)計，最終通過遠(yuǎn)程CMS系統(tǒng)界面輸出報表。

圖6 精準(zhǔn)效率程序總流程

三、應(yīng)用情況

在CMS系統(tǒng)內(nèi)整合采集的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)橋吊司機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)效率統(tǒng)計，見表1。統(tǒng)計功能可按司機(jī)編號、作業(yè)班次、時間，實現(xiàn)對每個司機(jī)在不同時間段實際作業(yè)箱量、作業(yè)模式、輕重箱狀態(tài)、集裝箱箱型統(tǒng)計，開發(fā)大數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計記錄匹配每位橋吊司機(jī)的效率。實施以后，精準(zhǔn)測評橋吊司機(jī)作業(yè)效率從原有的橋吊操作時間檢測準(zhǔn)確率71.89%提高到精準(zhǔn)率100%。有了精確的數(shù)據(jù)以后，班組對每位橋吊司機(jī)的操作技能進(jìn)行科學(xué)評估，一方面可以有針對性地對司機(jī)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行培訓(xùn)，另一方面可以為司機(jī)安排難易、輕重相匹配的作業(yè)路數(shù)，同時為個人績效提供依據(jù)。

表1 司機(jī)作業(yè)精準(zhǔn)效率統(tǒng)計表

該項目實施后，形成的效益主要如下：

（1）通過精確統(tǒng)計橋吊司機(jī)的作業(yè)效率，可以將橋吊司機(jī)的操作技能量化分析，從而對橋吊操作司機(jī)整體的技能水平有客觀的評價。

（2）有針對性地開展橋吊技能培訓(xùn)從而提高橋吊司機(jī)的技能管理水平。

（3）橋吊司機(jī)團(tuán)隊每個班員技能梯隊化管理，更加科學(xué)、高效、準(zhǔn)確地匹配不同作業(yè)效率需求。

（4）公司實現(xiàn)大數(shù)據(jù)管理，提高司機(jī)團(tuán)隊的單兵作戰(zhàn)能力。作出積極的探索和示范，相關(guān)崗位有推廣借鑒價值。

4結(jié)束語

通過該功能的開發(fā)，能獲得精確的橋吊作業(yè)效率，可以更準(zhǔn)確地體現(xiàn)橋吊司機(jī)真實的技能水平，有助于促進(jìn)碼頭整體的作業(yè)線效率提升。通過數(shù)據(jù)分析，自我加壓，幫助橋吊司機(jī)提高單兵作戰(zhàn)能力。同時，該功能的開發(fā)能為作業(yè)線上的其他崗位提供借鑒及示范引領(lǐng)作用，為其他崗位開發(fā)相關(guān)效率評測提供參考。