天津港自动化集装箱码头信息管理系统构建

2015-01-06 18:36赵磊马全华
集装箱化 2014年12期
关键词:堆场天津港信息管理系统

赵磊+马全华

加快发展天津港集装箱业务,将天津港建设成北方国际航运中心和物流中心,使其成为面向东北亚、辐射中西亚的集装箱枢纽港,是落实天津港定位、加快滨海新区开发、促进区域协调发展的必然选择,也是增强天津港综合实力和国际竞争力的必由之路。推进港口信息化建设,提升港口生产作业智能化水平是增强港口核心竞争力、加快港口现代化步伐的重要举措。本文结合天津港自动化集装箱码头的装卸工艺特点,深入分析其信息管理系统的构建。

1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统设计背景

天津港自动化集装箱码头的信息技术应用主要经历3个发展阶段:第一阶段,采用先进的信息系统提升码头业务管理水平;第二阶段,逐步以计算机操作系统(如电子数据交换系统、全球定位系统等)取代人工操作;第三阶段,通过应用智能化技术(如无线数据终端技术等)提高码头作业效率。这些有益尝试对提高码头作业效率、保证服务质量产生积极影响,并在很大程度上促进港口的现代化进程。

未来,随着全球集装箱运量逐渐增长及集装箱船舶大型化趋势日益明显,集装箱码头发展面临以下局面:一方面,集装箱码头面临通过能力不足以及提高服务水平、降低运营成本、提升环保等级的压力;另一方面,基于先进科技发展成果的集装箱码头自动化作业技术、设备和控制软件得到重视和发展,并逐步得到推广应用。鉴于此,天津港致力于运用最新的装备制造技术和信息技术建设自动化集装箱码头。

2 天津港自动化集装箱码头装卸工艺特点

在岸边装卸和运输环节,天津港自动化集装箱码头采用“跨运车+新型岸桥”工艺。在堆场装卸环节,自动化轨道式集装箱龙门起重机(Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane,ARMG)工艺最为成熟,但其存在带箱行走距离长、能耗高等缺点;因此,在此基础上吸收轨道工艺的优点,创新引入梭车接力运输系统,由梭车完成堆场集装箱水平运输,由ARMG完成堆场集装箱装卸。梭车工艺适于长距离运输,与天津港自动化集装箱码头纵深较长的特点相适应,有利于降低堆场装卸整体能耗;不过,该工艺对码头信息系统的控制和处理能力提出更高要求。

3 天津港自动化集装箱码头信息管理系统构建

从天津港自动化集装箱码头实际装卸工艺出发,遵循分工协作、互联互通的原则,构建数据畅通、功能优化、分工明确、标准统一的信息管理系统,使其成为码头物流和信息流的总调度。

3.1 明确系统组成

天津港自动化集装箱码头信息管理系统主要由码头操作系统(Terminal Operation System,TOS)、设备控制系统(Equipment Control System,ECS)和数据交互接口组成(见图1)。

图1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统

TOS由资源计划系统、电子数据交换系统、监控及识别软件、作业计划系统和设备控制接口组成,其主要功能是计划和指派任务、管理任务状态以及向ECS发送指令并接收反馈信息。

ECS包括以下模块:(1)机械控制模块,控制特定的自动化设备(如梭车、轨道吊和桥吊等),该模块是ECS的核心组件;(2)支持性服务模块,负责与TOS的数据交互;(3)诊断模块,负责机械状态监控、关键指标分析和作业日志管理;(4)图形化显示模块,提供图形化用户窗口和远程操作台控制功能。ECS的主要功能包括接收作业信息、驱动设备执行指令、监控设备运行状态、向TOS反馈作业信息及设备状态等。

TOS与ECS之间通过数据交互接口实现任务指令传输和处理。为使数据流转更加高效、灵活,设计管理总线架构(见图2),由管理总线连接指令模块与控制模块,并通过发布和订阅机制完成高密度数据交换。采用管理总线架构后,用户可以根据需求定制所需要的模块,实现控制设备的自由组合和灵活添加,以适应未来码头的发展要求。

图2 管理总线架构

3.2 优化系统功能

3.2.1 派位算法优化

派位算法按进口箱、出口箱、中转箱、存储箱和其他类型箱进行分类。算法分组模式包括混港模式、混航线模式、混船模式、双箱模式、进出口箱混放模式、任意箱型混放模式、不混港模式、不混航线模式、不混船模式、进出口箱不混放模式等。堆码模式包括垂直方向(按列)、水平方向(平铺)、区分卸货港、区分船舶、区分质量等级、区分航线、区分进出口箱、区分重箱和轻箱的前后顺序、区分危险货物等级、区分空箱和重箱、区分特殊要求等。

自动化集装箱码头作业指令分配以减少堆场操作、提高空间利用率为目标,只有综合考虑作业时间、作业距离、工作量平衡等因素,依靠标准化作业流程和作业参数实现自动分配,才能提升指令分配和设备调配的可控性和有序性。

3.2.2 派工算法优化

在集装箱移动过程中,跨运车指令、梭车指令和场桥指令组成一个完整的循环,每个环节紧紧相扣、相互控制。派工算法根据全局代价、指令优先级、指令超时等多种因素,合理地生成和排列跨运车、梭车、场桥的作业指令,平衡作业量,使作业指令在作业环节等待的时间最短(如堆场作业等待时间最短、海侧交换区等待时间最短等)。

3.2.3 异常情况下干预手段创新

若自动化集装箱码头在作业过程中发生机械故障、特殊作业等异常情况,则由人工进行干预处理。为更有针对性地完成人工操作,ECS中的诊断模块除负责监控和分析自动化设备的工作状态外,还会在诊断出问题时给出提示或报警,以便人工干预和处理。

3.3 设计数据交互标准

自动化集装箱码头TOS具有与ECS通信的数据交互接口。数据交互接口由TOS链接口、消息队列和ECS链接口等组成。当TOS生成任务(如指令分配、箱信息、设备信息)后,通过TOS链接口的Web Service接口将任务添加到请求消息队列中;ECS链接口接收到任务指令后完成设备控制操作,并将处理结果发送到结果消息队列中;TOS调用Web Service接口获得返回的结果信息。

TOS与ECS的数据交换采用消息机制,通过消息队列和Web Service接口实现以下信息交互:(1)任务指派,即单条或批量任务的生成、更新和取消;(2)设备状态交互,涉及设备实时状态和实际位置反馈以及与设备操作状态相关的信息反馈;(3)堆垛状态交互,涉及区域(冷藏区、海侧交换区、陆侧交换区)状态信息以及设备或人员到达信息;(4)堆场地图更新,初始化时,ECS从TOS获取堆场集装箱位置更新信息,任务进行时,ECS根据任务状态实时更新堆场地图,TOS根据ECS返回的任务状态实时更新堆场地图。

(编辑:谢尘 收稿日期:2014-11-26)

加快发展天津港集装箱业务,将天津港建设成北方国际航运中心和物流中心,使其成为面向东北亚、辐射中西亚的集装箱枢纽港,是落实天津港定位、加快滨海新区开发、促进区域协调发展的必然选择,也是增强天津港综合实力和国际竞争力的必由之路。推进港口信息化建设,提升港口生产作业智能化水平是增强港口核心竞争力、加快港口现代化步伐的重要举措。本文结合天津港自动化集装箱码头的装卸工艺特点,深入分析其信息管理系统的构建。

1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统设计背景

天津港自动化集装箱码头的信息技术应用主要经历3个发展阶段:第一阶段,采用先进的信息系统提升码头业务管理水平;第二阶段,逐步以计算机操作系统(如电子数据交换系统、全球定位系统等)取代人工操作;第三阶段,通过应用智能化技术(如无线数据终端技术等)提高码头作业效率。这些有益尝试对提高码头作业效率、保证服务质量产生积极影响,并在很大程度上促进港口的现代化进程。

未来,随着全球集装箱运量逐渐增长及集装箱船舶大型化趋势日益明显,集装箱码头发展面临以下局面:一方面,集装箱码头面临通过能力不足以及提高服务水平、降低运营成本、提升环保等级的压力;另一方面,基于先进科技发展成果的集装箱码头自动化作业技术、设备和控制软件得到重视和发展,并逐步得到推广应用。鉴于此,天津港致力于运用最新的装备制造技术和信息技术建设自动化集装箱码头。

2 天津港自动化集装箱码头装卸工艺特点

在岸边装卸和运输环节,天津港自动化集装箱码头采用“跨运车+新型岸桥”工艺。在堆场装卸环节,自动化轨道式集装箱龙门起重机(Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane,ARMG)工艺最为成熟,但其存在带箱行走距离长、能耗高等缺点;因此,在此基础上吸收轨道工艺的优点,创新引入梭车接力运输系统,由梭车完成堆场集装箱水平运输,由ARMG完成堆场集装箱装卸。梭车工艺适于长距离运输,与天津港自动化集装箱码头纵深较长的特点相适应,有利于降低堆场装卸整体能耗;不过,该工艺对码头信息系统的控制和处理能力提出更高要求。

3 天津港自动化集装箱码头信息管理系统构建

从天津港自动化集装箱码头实际装卸工艺出发,遵循分工协作、互联互通的原则,构建数据畅通、功能优化、分工明确、标准统一的信息管理系统,使其成为码头物流和信息流的总调度。

3.1 明确系统组成

天津港自动化集装箱码头信息管理系统主要由码头操作系统(Terminal Operation System,TOS)、设备控制系统(Equipment Control System,ECS)和数据交互接口组成(见图1)。

图1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统

TOS由资源计划系统、电子数据交换系统、监控及识别软件、作业计划系统和设备控制接口组成,其主要功能是计划和指派任务、管理任务状态以及向ECS发送指令并接收反馈信息。

ECS包括以下模块:(1)机械控制模块,控制特定的自动化设备(如梭车、轨道吊和桥吊等),该模块是ECS的核心组件;(2)支持性服务模块,负责与TOS的数据交互;(3)诊断模块,负责机械状态监控、关键指标分析和作业日志管理;(4)图形化显示模块,提供图形化用户窗口和远程操作台控制功能。ECS的主要功能包括接收作业信息、驱动设备执行指令、监控设备运行状态、向TOS反馈作业信息及设备状态等。

TOS与ECS之间通过数据交互接口实现任务指令传输和处理。为使数据流转更加高效、灵活,设计管理总线架构(见图2),由管理总线连接指令模块与控制模块,并通过发布和订阅机制完成高密度数据交换。采用管理总线架构后,用户可以根据需求定制所需要的模块,实现控制设备的自由组合和灵活添加,以适应未来码头的发展要求。

图2 管理总线架构

3.2 优化系统功能

3.2.1 派位算法优化

派位算法按进口箱、出口箱、中转箱、存储箱和其他类型箱进行分类。算法分组模式包括混港模式、混航线模式、混船模式、双箱模式、进出口箱混放模式、任意箱型混放模式、不混港模式、不混航线模式、不混船模式、进出口箱不混放模式等。堆码模式包括垂直方向(按列)、水平方向(平铺)、区分卸货港、区分船舶、区分质量等级、区分航线、区分进出口箱、区分重箱和轻箱的前后顺序、区分危险货物等级、区分空箱和重箱、区分特殊要求等。

自动化集装箱码头作业指令分配以减少堆场操作、提高空间利用率为目标,只有综合考虑作业时间、作业距离、工作量平衡等因素,依靠标准化作业流程和作业参数实现自动分配,才能提升指令分配和设备调配的可控性和有序性。

3.2.2 派工算法优化

在集装箱移动过程中,跨运车指令、梭车指令和场桥指令组成一个完整的循环,每个环节紧紧相扣、相互控制。派工算法根据全局代价、指令优先级、指令超时等多种因素,合理地生成和排列跨运车、梭车、场桥的作业指令,平衡作业量,使作业指令在作业环节等待的时间最短(如堆场作业等待时间最短、海侧交换区等待时间最短等)。

3.2.3 异常情况下干预手段创新

若自动化集装箱码头在作业过程中发生机械故障、特殊作业等异常情况,则由人工进行干预处理。为更有针对性地完成人工操作,ECS中的诊断模块除负责监控和分析自动化设备的工作状态外,还会在诊断出问题时给出提示或报警,以便人工干预和处理。

3.3 设计数据交互标准

自动化集装箱码头TOS具有与ECS通信的数据交互接口。数据交互接口由TOS链接口、消息队列和ECS链接口等组成。当TOS生成任务(如指令分配、箱信息、设备信息)后,通过TOS链接口的Web Service接口将任务添加到请求消息队列中;ECS链接口接收到任务指令后完成设备控制操作,并将处理结果发送到结果消息队列中;TOS调用Web Service接口获得返回的结果信息。

TOS与ECS的数据交换采用消息机制,通过消息队列和Web Service接口实现以下信息交互:(1)任务指派,即单条或批量任务的生成、更新和取消;(2)设备状态交互,涉及设备实时状态和实际位置反馈以及与设备操作状态相关的信息反馈;(3)堆垛状态交互,涉及区域(冷藏区、海侧交换区、陆侧交换区)状态信息以及设备或人员到达信息;(4)堆场地图更新,初始化时,ECS从TOS获取堆场集装箱位置更新信息,任务进行时,ECS根据任务状态实时更新堆场地图,TOS根据ECS返回的任务状态实时更新堆场地图。

(编辑:谢尘 收稿日期:2014-11-26)

加快发展天津港集装箱业务,将天津港建设成北方国际航运中心和物流中心,使其成为面向东北亚、辐射中西亚的集装箱枢纽港,是落实天津港定位、加快滨海新区开发、促进区域协调发展的必然选择,也是增强天津港综合实力和国际竞争力的必由之路。推进港口信息化建设,提升港口生产作业智能化水平是增强港口核心竞争力、加快港口现代化步伐的重要举措。本文结合天津港自动化集装箱码头的装卸工艺特点,深入分析其信息管理系统的构建。

1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统设计背景

天津港自动化集装箱码头的信息技术应用主要经历3个发展阶段:第一阶段,采用先进的信息系统提升码头业务管理水平;第二阶段,逐步以计算机操作系统(如电子数据交换系统、全球定位系统等)取代人工操作;第三阶段,通过应用智能化技术(如无线数据终端技术等)提高码头作业效率。这些有益尝试对提高码头作业效率、保证服务质量产生积极影响,并在很大程度上促进港口的现代化进程。

未来,随着全球集装箱运量逐渐增长及集装箱船舶大型化趋势日益明显,集装箱码头发展面临以下局面:一方面,集装箱码头面临通过能力不足以及提高服务水平、降低运营成本、提升环保等级的压力;另一方面,基于先进科技发展成果的集装箱码头自动化作业技术、设备和控制软件得到重视和发展,并逐步得到推广应用。鉴于此,天津港致力于运用最新的装备制造技术和信息技术建设自动化集装箱码头。

2 天津港自动化集装箱码头装卸工艺特点

在岸边装卸和运输环节,天津港自动化集装箱码头采用“跨运车+新型岸桥”工艺。在堆场装卸环节,自动化轨道式集装箱龙门起重机(Automated Rail- Mounted Container Gantry Crane,ARMG)工艺最为成熟,但其存在带箱行走距离长、能耗高等缺点;因此,在此基础上吸收轨道工艺的优点,创新引入梭车接力运输系统,由梭车完成堆场集装箱水平运输,由ARMG完成堆场集装箱装卸。梭车工艺适于长距离运输,与天津港自动化集装箱码头纵深较长的特点相适应,有利于降低堆场装卸整体能耗;不过,该工艺对码头信息系统的控制和处理能力提出更高要求。

3 天津港自动化集装箱码头信息管理系统构建

从天津港自动化集装箱码头实际装卸工艺出发,遵循分工协作、互联互通的原则,构建数据畅通、功能优化、分工明确、标准统一的信息管理系统,使其成为码头物流和信息流的总调度。

3.1 明确系统组成

天津港自动化集装箱码头信息管理系统主要由码头操作系统(Terminal Operation System,TOS)、设备控制系统(Equipment Control System,ECS)和数据交互接口组成(见图1)。

图1 天津港自动化集装箱码头信息管理系统

TOS由资源计划系统、电子数据交换系统、监控及识别软件、作业计划系统和设备控制接口组成,其主要功能是计划和指派任务、管理任务状态以及向ECS发送指令并接收反馈信息。

ECS包括以下模块:(1)机械控制模块,控制特定的自动化设备(如梭车、轨道吊和桥吊等),该模块是ECS的核心组件;(2)支持性服务模块,负责与TOS的数据交互;(3)诊断模块,负责机械状态监控、关键指标分析和作业日志管理;(4)图形化显示模块,提供图形化用户窗口和远程操作台控制功能。ECS的主要功能包括接收作业信息、驱动设备执行指令、监控设备运行状态、向TOS反馈作业信息及设备状态等。

TOS与ECS之间通过数据交互接口实现任务指令传输和处理。为使数据流转更加高效、灵活,设计管理总线架构(见图2),由管理总线连接指令模块与控制模块,并通过发布和订阅机制完成高密度数据交换。采用管理总线架构后,用户可以根据需求定制所需要的模块,实现控制设备的自由组合和灵活添加,以适应未来码头的发展要求。

图2 管理总线架构

3.2 优化系统功能

3.2.1 派位算法优化

派位算法按进口箱、出口箱、中转箱、存储箱和其他类型箱进行分类。算法分组模式包括混港模式、混航线模式、混船模式、双箱模式、进出口箱混放模式、任意箱型混放模式、不混港模式、不混航线模式、不混船模式、进出口箱不混放模式等。堆码模式包括垂直方向(按列)、水平方向(平铺)、区分卸货港、区分船舶、区分质量等级、区分航线、区分进出口箱、区分重箱和轻箱的前后顺序、区分危险货物等级、区分空箱和重箱、区分特殊要求等。

自动化集装箱码头作业指令分配以减少堆场操作、提高空间利用率为目标,只有综合考虑作业时间、作业距离、工作量平衡等因素,依靠标准化作业流程和作业参数实现自动分配,才能提升指令分配和设备调配的可控性和有序性。

3.2.2 派工算法优化

在集装箱移动过程中,跨运车指令、梭车指令和场桥指令组成一个完整的循环,每个环节紧紧相扣、相互控制。派工算法根据全局代价、指令优先级、指令超时等多种因素,合理地生成和排列跨运车、梭车、场桥的作业指令,平衡作业量,使作业指令在作业环节等待的时间最短(如堆场作业等待时间最短、海侧交换区等待时间最短等)。

3.2.3 异常情况下干预手段创新

若自动化集装箱码头在作业过程中发生机械故障、特殊作业等异常情况,则由人工进行干预处理。为更有针对性地完成人工操作,ECS中的诊断模块除负责监控和分析自动化设备的工作状态外,还会在诊断出问题时给出提示或报警,以便人工干预和处理。

3.3 设计数据交互标准

自动化集装箱码头TOS具有与ECS通信的数据交互接口。数据交互接口由TOS链接口、消息队列和ECS链接口等组成。当TOS生成任务(如指令分配、箱信息、设备信息)后,通过TOS链接口的Web Service接口将任务添加到请求消息队列中;ECS链接口接收到任务指令后完成设备控制操作,并将处理结果发送到结果消息队列中;TOS调用Web Service接口获得返回的结果信息。

TOS与ECS的数据交换采用消息机制,通过消息队列和Web Service接口实现以下信息交互:(1)任务指派,即单条或批量任务的生成、更新和取消;(2)设备状态交互,涉及设备实时状态和实际位置反馈以及与设备操作状态相关的信息反馈;(3)堆垛状态交互,涉及区域(冷藏区、海侧交换区、陆侧交换区)状态信息以及设备或人员到达信息;(4)堆场地图更新,初始化时,ECS从TOS获取堆场集装箱位置更新信息,任务进行时,ECS根据任务状态实时更新堆场地图,TOS根据ECS返回的任务状态实时更新堆场地图。

(编辑:谢尘 收稿日期:2014-11-26)

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