周志飛，張?jiān)綇?qiáng)

(1.山西中鼎物流集團(tuán)有限公司 貨裝分公司，山西 晉中 030600；2.山西中鼎物流集團(tuán)有限公司 生產(chǎn)營(yíng)運(yùn)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(guó)道，靠近武宿飛機(jī)場(chǎng)、晉中高速鐵路站。為實(shí)現(xiàn)集裝箱場(chǎng)站作業(yè)的效率最大化、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)“無(wú)人化”和作業(yè)裝卸機(jī)械的“本質(zhì)安全”，借鑒上海洋山港四期、青島港自動(dòng)化碼頭的智能作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、門式起重機(jī)(以下簡(jiǎn)稱“門吊”)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化作業(yè)、鐵路專用集裝箱自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)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(diǎn)，中鼎物流園建成全國(guó)鐵路物流園區(qū)(貨場(chǎng))首家自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)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(dòng)強(qiáng)度大、箱區(qū)箱位管理手段落后、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員多，安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，形成具有鐵路特點(diǎn)的集裝箱自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)。

1 中鼎物流園自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)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(dòng)化集裝箱場(chǎng)站采用了集裝箱場(chǎng)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(chǎng)作業(yè)系統(tǒng)、計(jì)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(gè)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(cè)系統(tǒng)和鐵路車號(hào)識(shí)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)站管理系統(tǒng)的主要區(qū)別是不再僅僅對(duì)集裝箱的箱區(qū)、箱位信息進(jìn)行采集和管理，而是側(cè)重于從效率和安全角度，對(duì)裝卸作業(yè)設(shè)備作業(yè)流程進(jìn)行管理和指揮[2]。其主要優(yōu)點(diǎn)是在基于長(zhǎng)期鐵路集裝箱場(chǎng)站作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助于先進(jìn)的智能調(diào)度技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、精確定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)，按照堆碼原則、路徑優(yōu)化原則、作業(yè)排隊(duì)原則、均衡作業(yè)原則，通過計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)，生成自動(dòng)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(dòng)或半自動(dòng)按最優(yōu)路徑和程序進(jìn)行吊箱作業(yè)。

1.2 門吊遠(yuǎn)程監(jiān)控及操作功能

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

（1）實(shí)現(xiàn)門吊自動(dòng)、半自動(dòng)作業(yè)和遠(yuǎn)程手動(dòng)操作。園區(qū)建立了2個(gè)遠(yuǎn)控中心，1個(gè)在門吊司機(jī)間休樓，1個(gè)在園區(qū)的調(diào)度指揮中心，2個(gè)遠(yuǎn)控中心設(shè)備完全一樣，一主一備，正常作業(yè)由司機(jī)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(gè)系統(tǒng)采用光纖通訊，確?？刂菩盘?hào)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸和減少干擾。機(jī)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)的測(cè)量和反饋。

（2）實(shí)現(xiàn)門吊及吊具的精準(zhǔn)對(duì)位。采用多種傳感器，對(duì)門吊的起升系統(tǒng)、大小車走行系統(tǒng)、吊具系統(tǒng)的各項(xiàng)動(dòng)作準(zhǔn)確測(cè)量和精確定位，確保了整個(gè)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人作業(yè)。采用門吊遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，使得原來(lái)在門吊司機(jī)室操作的司機(jī)由門吊轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)控機(jī)房進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)人員與作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)行物理隔離，作業(yè)時(shí)整個(gè)場(chǎng)站可處于無(wú)人狀態(tài)。

（4）實(shí)現(xiàn)門吊大車自主防撞。一是通過系統(tǒng)軟件設(shè)置每臺(tái)門吊自身防護(hù)(運(yùn)行)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)交叉閉鎖，有效防撞。二是在2臺(tái)門吊上都安裝激光測(cè)距傳感器指向大車行走方向，2輛大車之間交叉測(cè)量。激光信號(hào)接入龍門吊的PLC系統(tǒng)，當(dāng)檢測(cè)到2臺(tái)設(shè)備間距小于10 m時(shí)，實(shí)現(xiàn)門吊大車機(jī)構(gòu)自動(dòng)減速停車。三是保留原有機(jī)械限位開關(guān)防撞，以防止2臺(tái)門吊共同作業(yè)時(shí)相撞[4]。

（5）實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)貨物防撞。利用在門吊相關(guān)位置增加的各種檢測(cè)設(shè)備，在吊裝作業(yè)時(shí)，隨時(shí)對(duì)堆場(chǎng)內(nèi)已有集裝箱(貨物)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在作業(yè)路徑上有障礙物時(shí)，能自主停車，防止與其他貨物發(fā)生碰撞。

（6）實(shí)現(xiàn)集卡車輛防吊起。利用傳感器、視頻監(jiān)控等方式，對(duì)作業(yè)時(shí)箱體與集卡車的相對(duì)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)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(shí)，將自動(dòng)停止當(dāng)前作業(yè)，報(bào)警后交由人工處理。

（7）實(shí)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(dòng)處理程序、故障人工干涉等多種措施，成功解決了FTR鎖自動(dòng)化連續(xù)作業(yè)的難題。

1.3 鐵路專用集裝箱自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車功能

中鼎物流園自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)站在全路范圍內(nèi)首次采用了鐵路專用集裝箱自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車，作為場(chǎng)內(nèi)集裝箱水平運(yùn)輸?shù)氖侄?，可以?shí)現(xiàn)以下功能。

（1）自動(dòng)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(shí)現(xiàn)在鐵路集裝箱場(chǎng)站內(nèi)相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境下自主導(dǎo)航。

（2）無(wú)人駕駛。集裝箱AGV是專門設(shè)計(jì)的無(wú)人導(dǎo)航搬運(yùn)車，與在原有柴油、天然汽集卡車基礎(chǔ)上改造的無(wú)人集卡車有本質(zhì)上的區(qū)別，可更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)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(chǎng)區(qū)地下混凝土的61199根磁釘來(lái)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(shí)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(shí)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(gè)集成化較高的自動(dòng)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(jìn)入集裝箱堆場(chǎng)、過鐵路道口、進(jìn)入庫(kù)區(qū)、進(jìn)入海關(guān)監(jiān)管區(qū)等，會(huì)與行人、機(jī)車車輛、汽車、裝卸作業(yè)機(jī)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(hù)措施，確保安全自主避障。集裝箱AGV主動(dòng)防護(hù)設(shè)備布置圖如圖2所示。

圖2?集裝箱AGV主動(dòng)防護(hù)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(wú)人道口系統(tǒng)無(wú)線聯(lián)接，當(dāng)集裝箱AGV過道口前，與無(wú)人道口系統(tǒng)進(jìn)行通訊，預(yù)計(jì)有列車通過時(shí)，主動(dòng)停車，待列車通過智能道口恢復(fù)通行后，自動(dòng)繼續(xù)作業(yè)。

（7）與倉(cāng)庫(kù)門對(duì)接。集裝箱AGV可以按系統(tǒng)指定，行駛到庫(kù)區(qū)，與倉(cāng)庫(kù)大門進(jìn)行對(duì)接，完成庫(kù)區(qū)掏裝箱作業(yè)。

（8）自主進(jìn)行海關(guān)作業(yè)區(qū)和集裝箱安檢儀作業(yè)?？砂l(fā)揮集裝箱AGV無(wú)人的特點(diǎn)，使用集裝箱AGV進(jìn)行集裝箱進(jìn)出海關(guān)監(jiān)管作業(yè)區(qū)卡口，減少人員查驗(yàn)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(jī)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(xiǎn)。

2 中鼎物流園自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)站應(yīng)用成效

2.1 提供鐵水聯(lián)運(yùn)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(yùn)的重要因素。中鼎物流園借助自動(dòng)化智能場(chǎng)站的信息優(yōu)勢(shì)，可以做到場(chǎng)站管理系統(tǒng)信息與海運(yùn)船公司的箱管系統(tǒng)互聯(lián)互通，可實(shí)時(shí)獲得在場(chǎng)站內(nèi)船公司集裝箱的作業(yè)、堆碼、使用信息，為與海運(yùn)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(yùn)公司的馬士基航運(yùn)公司(MSK)、地中海航運(yùn)有限公司(MSC)、中國(guó)遠(yuǎn)洋海運(yùn)集團(tuán)有限公司(COSCO)簽訂了CCA協(xié)議，成為三大海運(yùn)船公司的中國(guó)內(nèi)陸還箱點(diǎn)，并與天津港(集團(tuán))有限公司等多家公司，聯(lián)合組建了“中鼎多式聯(lián)運(yùn)服務(wù)中心”，可開展全程鐵水多式聯(lián)運(yùn)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(dòng)化集裝箱場(chǎng)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(yùn)行時(shí)間；提前進(jìn)行翻箱作業(yè)，縮短裝車時(shí)間，有效提升了集裝箱站場(chǎng)的作業(yè)效率[7]。

（2）提高堆場(chǎng)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(chǎng)利用率。場(chǎng)區(qū)所有集裝箱信息全部自動(dòng)采集，不需要人工進(jìn)行找箱[8]。

（3）減少作業(yè)人員。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集裝箱箱位自動(dòng)管理，無(wú)需進(jìn)行尋箱吊裝指揮、堆場(chǎng)集裝箱核對(duì)、車號(hào)與箱號(hào)適配核對(duì)等工作，減少輔助作業(yè)人員。實(shí)現(xiàn)了只用1名司機(jī)可遠(yuǎn)程操作2臺(tái)龍門吊，現(xiàn)場(chǎng)不需要起重工，可節(jié)省門吊司機(jī)4名，起重工10名，集卡車司機(jī)3名。

（4）降低勞動(dòng)強(qiáng)度。應(yīng)用智能調(diào)度技術(shù)，自動(dòng)編制最優(yōu)的裝車、卸車和倒箱等作業(yè)計(jì)劃，消除了人工編制作業(yè)計(jì)劃費(fèi)時(shí)費(fèi)力現(xiàn)象。

（5）確保作業(yè)安全。裝卸作業(yè)計(jì)劃自動(dòng)生成，避免了人工編制帶來(lái)的失誤；車號(hào)與箱號(hào)適配零誤差，消除了鐵路運(yùn)輸安全性問題；自動(dòng)化裝卸作業(yè)區(qū)實(shí)行封閉式管理，“無(wú)人站場(chǎng)”作業(yè)方式也保障了輔助作業(yè)人員的人身安全。

2.3 實(shí)現(xiàn)綠色裝卸作業(yè)

中鼎自動(dòng)化集裝箱作業(yè)場(chǎng)站，遵循交通運(yùn)輸部制定的《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見》，加大了新能源和清潔能源車輛在鐵路貨場(chǎng)的應(yīng)用。在集裝箱場(chǎng)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(dòng)，代替原有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了場(chǎng)區(qū)集裝箱裝卸作業(yè)零排放、低能耗、綠色環(huán)保。

2.4 擴(kuò)展企業(yè)增值項(xiàng)目

中鼎自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)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(yù)度創(chuàng)造了條件。中鼎物流園依托自動(dòng)化集裝箱場(chǎng)站，開展工業(yè)旅游等附加經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，僅2019年4—6月，已有4 000余人次來(lái)園進(jìn)行以集裝箱自動(dòng)化智能為主題的研學(xué)游；基于中鼎物流園先進(jìn)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(shí)驗(yàn)基地，為2019年中鼎物流園申報(bào)第一批國(guó)家物流樞紐互聯(lián)互通工程提供有力支撐。

3 結(jié)束語(yǔ)

中鼎物流園通過自動(dòng)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(chǎng)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(dòng)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(yùn)創(chuàng)造了條件。中鼎物流園集裝箱自動(dòng)化場(chǎng)站的實(shí)施，對(duì)于提高鐵路集裝箱裝卸技術(shù)裝備水平，改變?cè)瓉?lái)的裝卸技術(shù)水平由沿海港口—內(nèi)河碼頭—鐵路貨場(chǎng)的排序，實(shí)現(xiàn)彎道超車，與最先進(jìn)的自動(dòng)化港口看齊，實(shí)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(chǎng)的技術(shù)改造和功能提升提供了參考。