魔鬼码头白菜化前奏

作者:周远方
本文转载自:观察者网(ID:guanchacn)
中交集团党委工作部副部长查长苗说,抗美援朝时,我们的战士是最可爱的人,和平年代,我们的工程师是最可爱的人。

我国目前约有5000万工程师,正是这支知识水平过硬、能够吃苦耐劳的工程师队伍,夯实了我们大国崛起的基础。一旦中国人掌握了一项技术,就会迅速使它“白菜化”,推广到全国乃至全世界,让所有人都能够享受到技术进步带来的便利。

随着青岛港、厦门远海港、上海洋山港等全自动化集装箱码头的相继投产运行,无人作业的“魔鬼码头”的概念逐渐为中国大众熟知。

如今,振华重工研发成功并正在测试的IGV,使“魔鬼码头”技术再次升级。与此前在洋山港等地的投运AGV相比,IGV无需依赖地上的磁钉就能自动驾驶,使全球传统码头以更为简单的施工和较低的成本改造为“魔鬼码头”成为可能。

2021年中国品牌日(5月10日至12日)前夕,观察者网参加了由国务院国资委新闻中心组织的“走进新国企业·智能制造”大型采访活动,4月27日与新华社、科技日报等16家媒体一起走进上海振华重工长兴基地,参观采访智能制造生产车间和调试现场。

长兴岛基地IGV测试场

基于IGV,振华重工自主研发、全球首创的“单小车自动化岸桥+智能引导车(IGV)+堆场平行布置”作业模式也即将在南沙港四期工程落地,打造粤港澳大湾区首个全自动化码头和全国5G应用示范工程。

在长兴岛振华基地IGV测试场地,振华南沙自动化码头项目电气工程师张宇欣介绍,今年年底即将在南沙港投入运行的无人驾驶智能引导车(Intelligence Guide vehicle,下简称IGV)是无人驾驶自动引导车(Automatic Guide vehicle,下简称AGV)的升级版本。IGV和AGV同属港口“水平运输机械”(相对于岸桥等机械的垂直作业方式而言)两者最主要的区别在于,AGV主要依靠作业区地面每2米铺设一个的无缘磁钉定位,实现自动驾驶,但这种模式资金投入和施工难度较大,而且一定范围内不能有铁质物体干扰,对整个码头作业区的地面和周围环境要求较高。

魔鬼码头白菜化前奏

长兴岛振华基地IGV测试场地

而IGV不再依赖地面磁钉,而是依靠北斗导航定位、机器视觉系统和激光雷达协同来实现自动驾驶,这样就无需在基础设施上做较大的改造。另外,“堆场平行布置”方案也更加贴合传统码头的布置方式。此外,IGV引入配合对整个岸桥、堆场已有设备的改造,这对全球所有老旧码头的自动化、智能化改造,实现“魔鬼码头”的低成本普及有较大意义。

此外,在人机交互方面,IGV相比AGV也有一定升级,AGV的作业环境要求完全无人,人机交互在特定区域静止状态时进行,而IGV允许在部分场景与人进行有限交互。这一设计主要是出于集装箱装卸过程中拆装锁销的需要。

振华重工总工费国介绍,集装箱在运输过程中,箱与箱之间通过锁销连结固定,拆装锁销的工序仍然必须由工人完成,主要原因是锁销种类太多,没有统一标准。费国坦言,目前全球锁头种类可能有数百种,目前还无法靠机器自动完成,可谓码头自动化“最后一公里”的难题。

魔鬼码头白菜化前奏

IGV上的激光雷达和机器视觉系统

谈及IGV的自动驾驶与特斯拉等厂商的“Autopilot自动辅助驾驶”有何区别,费国表示,两者还是有较大不同,在公开道路的自动辅助驾驶只需保持车道或避免碰撞,而IGV要实现码头正常装卸集装箱作业,必需把行车精度保持在50毫米以内,同时还要跟港区其他作业设备进行交互,这是比较难的。

此外,IGV与目前一些厂商开发的“无人集卡”也有区别,在灵活度方面,IGV尺寸较短,还能够实现前后轮独立大幅度转向;而无人集卡转向半径较大,也缺乏专业的港口物联网交互设备,在复杂狭窄的港区作业环境中,IGV能够更加灵活。

张宇欣介绍,自上世纪90年代集装箱运输模式进入成熟期,自动化码头的发展就已开始,迄今已有30多年历史,已经历了4次迭代。

1993年,世界上第一个集装箱自动化码头在鹿特丹港的ECT Delta Sealand投产。德国汉堡港随后效仿,成为第一代集装箱自动化码头。但其投资巨大、比人工操作效率低,且水平运输采用内燃机驱动,噪音大,有污染,因而未能广泛应用。

进入21世纪,随着集装箱运输的快速发展,特别是超巴拿马型运输船的大量出现,推动了码头港口机械及装卸系统的更新换代。

2002年,汉堡港CTA化码头投入运营,成为第二代集装箱自动化码头的代表。

2008年,荷兰鹿特丹港Euromax码头投入运营,成为第三代集装箱自动化码头的代表。

2015年,厦门远海码头建成世界首个第四代集装箱自动化码头。

早在1998年,振华重工就开始着手研究集装箱自动码头装卸系统,对当时世界上所有投入运行的自动化码头进行调研,依托“产学研用”联盟以及振华超过100名设计和调试工程师组成自动化控制系统研发队伍,其整体水平居当时全球第一。

费国进一步介绍,自1999年打入德国市场后,振华装备相继进入荷兰、英国。在当时的全球第一大港鹿特丹港的Euromax码头,振华提供了除AGV以外的全套设备,包括轨道吊、堆场设备、岸边设备等。

魔鬼码头白菜化前奏

振华长兴基地等待发运的岸桥设备

2003年,全国劳模包起帆认为,中国也应该有全自动化码头,我们就在上海的外高桥二期设立了亚洲最大的自动化的空箱堆场。时任振华港机总裁管彤贤提出,自动化码头的概念不一定是必须听老外的,我们必须有中国的解决方案。

2004年至2005年,振华投资约1亿元,在长兴基地建成了自动化码头的垂直水平分配线的示范线。由于研发中的AGV技术尚未成熟,码头上的水平机械大多是集卡,振华当时认为,要让集卡实现自动化很难,但是如果改变传统码头的堆放方向,由水平改为垂直,就可以更容易地实现自动化。当时我们曾经想把这个概念在连云港实现,但因故没有实现。

2002年,振华重工研制出第一代AGV原型机,在2005年至2007年期间,相继开发出了三代跨运车的原型机。逐步将AGV和跨运车的动力从大功率内燃机改为混合动力直至全电动,解决高耗能、高成本的难题。

在2010年至2011年,振华完成香港国际货柜码头(hit)的24台轨道吊升级改造项目。之后,厦门远海港希望建设自动化码头,成为国内首个自动化码头项目,我们就实现了整个项目的全国产化,从设备、堆场、水平运输机器、设备调动系统,全部都是中国自研。之后,青岛港、洋山港也就顺理成章。

在自动化码头上的进展是振华在其他港机产品上的一个缩影。中国港机产品早期主要是靠性价比优势进入国际市场,但是经过近30年的发展,中国早已从世界最大的集装箱机械进口国变成最大出口国,也早已摆脱靠价格取胜的阶段。

魔鬼码头白菜化前奏

振华科技管理部副部长朱昌彪举了两个例子:在港机电控、自动化系统上的模式方面,上世纪90年代,起重机的电控系统基本都是国外原装进口。我们先引进之前的原装系统,并组建技术团队学习不同的原装系统的特点,逐渐培养组装电控的开发设计调试能力,最终形成自主电控品牌EZ,摆脱对原装电控的依赖,大幅增加产品竞争力。目前我们自主电控已经提供了4000多套,在振华起重机的占比约达50%左右。这个模式同样延伸到自动化系统,目前我们已开发了自主的起重机自动化系统,并广泛应用于厦门、青岛、洋山、宁波、广州、钦州、泰国、巴基斯坦、阿曼、阿布扎比、意大利等国内外自动化码头中。

另一个例子是低姿态岸桥,分了1~3代产品,第一代基本是消化意大利用户给的老设备图纸,第二代我们就从设计和工艺上做了全面改进,形成振华自己风格的产品,到第三代我们依靠创新完成了限高严、起升高度高的全新产品,技术达到国际领先水平,并持续拿下了美国多个项目的订单。最新进展是美国福罗里达项目第一批设备顺利交机,美国波士顿项目近期也已顺利发运。

进入新时代,振华重工副总裁山建国系统介绍了振华重工智能制造的整体规划,为响应“中国制造2025”要求,进一步打造全球竞争力,振华提出开创“振华重工4.0”的新时代,从一体化的制造、精益化的制造、智能制造和绿色制造4个维度,提出新的规划。

魔鬼码头白菜化前奏

在制造过程精益化自动化的基础上,达成设计先进工艺的CAPP和制造工艺的MES、资源的ERP等环节的数据流,实现产品全生命的周期管理,应用仿真技术、虚拟现实技术、传感与射频技术,网络化技术、大数据技术,实现智能生产与决策,打造重型装备制造企业、智能制造工厂。

振华将总体目标分为几个阶段来实施,第一步是做到精益制造,在2016年-2018年实施,现在基本上全面完成了改革提升工作,达成了制造标准化、经营管理战略专业化,为下一步的信息化夯实基础。

第二步是“两化融合”,时间段是2018年-2020年,目前基本已经实现制造自动化与信息化,实现了实现了公司主要产品的关键制造过程的制造自动化,广泛自动化的一系列改造。目前已经在核心生产工艺逐步打造一些数字化制造示范车间,主要包括结构件的制造、机械件的加工、零件的装配,以及一些涂装车间。

第三步要实现智能制造,可能要分6年来实现,从2020年-2025年,目标是基本完成数字化工厂的建设与推广,初步实现由数字化向智能化的转型升级。同时利用我们制造加工资源共享的服务,来探索建立面向集团内外部的一些云制造平台,构成制造服务化支持平台,并为所有起重机设备提供在线检测、远程诊断服务,实现实际生产与模拟生产同步,对产品全生命周期进行管理。

目前振华已经逐步实现了一些小型零部件的智能制造和装配,逐渐开始在箱梁焊接车间试点少人化和智能化生产,目标是用5年左右时间把所有的箱梁车间打造成智能制造机器人的自动流水线生产。

柔性钣金车间机器人

但是像高大起重机这样的大型装备,如何实现自动化流水线的生产和装配,还是一个重大科技难题,如果解决,对未来的智能制造提升将产生很大帮助,无论从时间、人力、物力、安全、环保角度都能够得到巨大提升。

谈及把“中国标准”输出海外的问题,费国坦言,“输出标准是个大题目”。

“我们公司从发展到现在,实际上一直花了很大功夫适应国外的标准。从振华第一台出口设备,出口到加拿大的岸桥努力适应加拿大标准,到后来适应美国标准,全球很多地方都有各自的标准。”

实际上这么多年来,起重机行业没有一个统一产品标准,这有点像电器,有欧洲标准、德国标准、美国标准等等,还有各种国家和地方的安全标准。起重机是一个古老的行业,这么多年来,其实把所有的标准都自然分散到各个专业体系里面去了。

我们自己的标准输出,目前只有到亚非拉第三世界。实际上我们的产品出口到欧美富裕国家比较多,他们目前还是比较强势,但我们也参与了很多行业协会标准制定的过程。

5G的出现可能是一个新的契机。朱昌彪表示,5G使原来不具备远程及自动化能力的设备具备了改造升级的能力,2019年上半年,在振华承建的青岛港全自动化码头上,我们联合相关方,成功实现全球首例基于5G通信的自动化岸桥平稳移动。

2019年10月,振华重工还联合中国移动、沃达丰和华为共同发布了《5G智慧港口白皮书》,加快5G在港口的应用研究及项目落地。

目前,振华重工作为系统总承包商,与广州港联手将南沙四期打造成全球首创“单小车自动化岸桥、无人驾驶水平运输智能导引车、堆场水平布置侧面装卸、港区全自动化”方案的智慧港口,融入新一代物联网感知、大数据分析、人工智能等先进技术,助力粤港澳大湾区首个全自动化码头建设。未来,5G将会加速人工智能技术在港口的发展,引发码头行业的新一轮变革。

来源|观察者网 文/周远方

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