胸怀“国之大者” 剑指“国际领先” 用“山港智慧”打造全球干散货全自动化码头建设“中国样本”

来源:胶东在线  2022-08-04 15:42:00
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胸怀“国之大者” 剑指“国际领先”

用“山港智慧”打造全球干散货全自动化码头建设“中国样本”

——记2021年山东省感动交通“十大年度人物”榜首、山东港口烟台港矿石公司“于新国创新工作室”

  夏日的山东港口烟台港,碧波粼粼、海天一色。

  8月4日,烟台港西港区40万吨级矿石码头正在进行“深圳矿业”轮卸船作业,这是这个全球首座专业化干散货全自动码头今年接卸的第16艘40万吨级矿石船舶。在作业现场,6台巨型橙色卸船机灵巧地舞动着“机械臂”,将铁矿源源不断地抓取出舱,配合飞速转动的皮带和与之遥相呼应的堆取料机及装车机,卸货、装车,整套流程精准运行,丝滑流转,一气呵成。

40万吨级“深圳矿业”轮靠泊
40万吨级“深圳矿业”轮靠泊
于新国现场介绍自动化卸船相关技术
于新国现场介绍自动化卸船相关技术

  很难想象,曾经上述的种种环节,都需要人工完成。现如今,仅需几名工作人员在远程控制中心通过屏幕监管着远在几千米外的作业设备,即可完成“深圳矿业”轮从码头装卸、混配、转运全流程各环节的作业,整个工作环境科技感十足。

  “曾经很向往‘集装箱自动化’作业,如今我们率先实现了‘干散货自动化’作业。”山东港口烟台港矿石公司副总经理于新国介绍说。

  这里首创全球领先的卸船自动化技术,综合接卸效率提高21.9%;首创全球领先的装船自动化技术,散货装船综合效率提高22.6%;首创全球领先的装车自动化技术,火车平均在港停时压缩20.8%;首创全球领先的清舱智能化技术,改变了传统人工下舱作业的工作状况,实现了清舱作业无人化、自动化、智能化;全球领先的流程线设备故障预控系统技术,码头流程线设备技术状况可实现全天候实时监控;并创新推出全球领先的料场数字化技术,动动手指便可实时掌握堆场信息。

  而在这些技术的背后,是一支勇于创新、善于创新、干在实处、走在前列的技术团队——山东港口烟台港矿石公司“于新国创新工作室”团队。

  “于新国创新工作室”长期致力于干散货码头自动化技术创新研究,2021年2月被交通运输部授予“全国交通运输行业自动化码头技术研发中心(山东港口烟台港研发基地)”,主攻方向为干散货码头自动化技术,同年围绕这一技术,“智能清舱设备研发”“设备智能巡检及故障预控”两个子项目被列入山东省重大科技创新工程“智慧港口科技示范工程”课题,获省科技厅补助。团队现有骨干成员25人,其中正高级工程师1名、高级工程师8人、首席技师2人,平均年龄35岁。曾获山东省科学技术奖1项、中国港口协会科技成果奖7项、山东省交通行业职工创新创效科技成果奖1项、山东省职工创新创效竞赛省级决赛1项、山东省港口集团科技创新成果奖3项、山东省港口集团管理创新成果奖1项、烟台港科技成果奖34项。目前团队拥有专利20余项,发表科技论文20余篇;其中,专利“一种智能履带式船舱清舱机”全球领先、独一无二。

  他们锚定“走在前列、全面开创”“三个走在前”总遵循、总定位、总航标,瞄准“五个国际领先”世界一流海洋港口建设目标,胸怀“国之大者”,剑指“国际领先”,立足港口主业,推进科技与产业融合,加快港口核心技术攻关,率先突破行业发展壁垒,将自动化技术与干散货码头进行有机结合,率先研究推出“全系统、全流程、全自动”全球首创干散货专业化码头控制技术,以“山港智慧”为世界港口干散货码头自动化升级提供了全新“中国方案”,为加快海洋强省建设提供了强大创新动能。近日,该团队荣膺2021年山东省感动交通“十大年度人物”榜首,技术成果和工作业绩再次得到各界的高度肯定。

烟台港图片2_副本
干散货接卸作业

  破冰:独辟干散货自动化升级“山港路径”

  让干散货码头实现自动化有多难?

  干散货作业具有环境恶劣、劳动强度大、劳动力成本高等特点,实现干散货自动化码头升级意义非凡。可一直以来,全球范围内的港口升级多聚焦于集装箱码头的新建和自动化改造,对干散货专业化码头自动化技术攻关却望而却步。

  “并非干散货码头不想努力,但确实太难了。”于新国创新团队骨干成员卢聪说,“与标准化的集装箱作业相比,干散货形态多样,运输船舶类型不尽相同,作业对象和作业工艺皆有较大差异。”

  将高度自动化应用于作业流程复杂多变的干散货码头,很多港口人都认为这只是个可探讨却不可躬行的课题。干散货自动化曾一度成为港口领域的一块“坚冰”。

  面对这个领域的世界难题和技术空白,于新国团队曾多次赴国内外港口寻找办法和经验,但却屡屡无功而返。中国科技事业蓬勃发展的实践证明,关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。自力更生、自主创新是中国科技工作者骨子里的奋斗基因,是山东港口科技工作者奔流不息的精神传承。既然“要、买、讨”都不成,那就干脆横下一条心、憋足一口气,靠我们山东港口人自己的双手和智慧创出新办法,闯出新路子!

  在经历了数不清的反复调研、推敲、复盘的基础上,于新国团队决定针对矿石码头特点,从提高铁矿混配精度入手,将堆取料机的自动化升级改造,作为干散货码头自动化“破冰”的首个突破口。

  干就干一流!“混”就“混”出点真名堂!取料恒流量是实现铁矿石精准混配的核心环节,做不到恒流量取料,精准混配就无从谈起。为实现两种以上物料同步到达指定位置,使斗轮机取料更均匀,于新国团队在上千个研发思路及方向中,不断推翻归零,失败、重启、再失败、再重启……只为“结果再精准一点,误差再缩小一点”的执著信念,历时百天耗费2000多个小时“鏖战”,关键核心技术终于被攻克。

  正值炎热盛夏,闷热的机房被戏称为“于新国团队专用桑拿房”,团队核心成员在这一待就是10多个小时,里外衣服都能拧出水来,红色的油漆在汗水的覆盖下透射出别样的红,为的只是获取一个个精确的实时电流值反馈。为了不影响正常生产,他们成了穿梭在码头现场的“流动作战部队”,抓住一切工歇和机器“暂停”的机会,见缝插针,与机器比拼,与时间赛跑,常常在10米高的料堆上一待就是一整天,逐个边角调整试验参数。现场边角看不清就跑到货垛上蹲点看,看完再回设备上改参数,一天之内在现场来回走个几万步是每个人的“家常便饭”。他们就这样枯燥地循环往复,周而复始,天天汗满脸、土满身,经常换下的衣服硬结得能立起来,但他们脑子里始终坚守着“数据必须精确,就算是用皮尺量也要量出来”的“倔强”。一次次地推倒重来,一遍一遍地反复论证,山东港口人那股不达目的、决不罢休的钉子精神支撑起团队绝不向困难低头的坚定信念。

  逆境出强者,烈火炼真金。经过150多个日夜的艰苦奋战和反复试验,于新国和团队成员们成功研创了全球首个自动化高精度混配矿控制系统。通过高精度皮带秤、多机协同控制、动态补偿等多个独创技术和设备,实现货物配比实时监控、参数自动调整,烟台港铁矿混配成品铁、硅含量标准差控制在0.2%以内,达到行业一流水准,成为全球首个且唯一能够实现四种物料混配的码头,率先打开了日韩混配业务的新局面。这项技术的研发成功,也成为了烟台港干散货码头自动化升级的“破冰锤”。

于新国创新团队部分核心成员
于新国创新团队部分核心成员
于新国创新工作室团队
于新国创新工作室团队

  蝶变:“中国方案”从梦想照进现实

  突破高精度混配技术,只是干散货码头自动化升级的万里长征第一步,在打破这一关键点的“坚冰”后,还必须对整条作业线的技术进行自动化、智能化升级改造,实现全系统、全流程、全自动。为此,作为山东港口科技工作者,于新国创新团队笃定建设国际领先的智慧绿色港的目标,紧跟前沿技术潮流,紧抓“智慧港口”建设机遇,持续加大核心技术攻坚,一个堡垒一个堡垒去攻克,一个瓶颈一个瓶颈去突破,披星戴月、夙夜不怠。

  港口自动化建设的核心主要在模型算法的优化完善及数据采集上。而项目建设之初,这一切都是“零”。被大家称为“愚公”的于新国拿出了“移山”那股劲头,跑遍沿海9省17市港口,把能搜集的技术资料全部找来,一段段推敲、一字字揣摩,整理出了整整三大箱共计百余本学习笔记及千余份设计手稿,与大家第一时间分享学习。堆场内、卸船机上,大家同吃同住、边学边想。一心沉浸在研发攻坚上,孩子高中3年来,于新国一次都没有参加过家长会。作为团队的“定盘星”“主心骨”,每当攻关遇到难题,于新国就领着大家一起开展“头脑风暴”,集聚智慧,突破瓶颈。他常常鼓励大家,我们开发干散货自动化码头技术,就是“愚公移山”,干一点就离最终的目标近一点,只要我们不服输、勇向前,就能找到方向、蹚出自己的路来。

  山港的大舞台,最好的年华里,就要做最有意义的事,事实检验着这支团队的战斗力。在清舱机械与自动化卸船机互锁安全策略研发过程中,于新国带领卢聪、周思远、刘春阳等团队主要成员穿着厚重的防护服,背着40多斤重的设备,在二三十米高的船舱爬上爬下进行定位调试,长此以往的高强度“体能训练”,泰山十八盘在他们面前就是小儿科,因为他们每天都要攀爬10多次。为及时准确地向卸船机反馈设备姿态及舱内状况,实现舱内“无死角”全面扫描,在闷热的船舱内有时一待就是一整天,轰鸣的机械声既像他们内心奋斗的激情“战鼓”,又是驱赶他们困意的“兴奋剂”,艰苦环境中反复试验,收集数据,脱下防护服,褪下的鞋套里都能倒出一滩水。

  每个团队成员都在与时间赛跑,与困难“掰手腕”。为了赶进度,太多的队员现场调试连续几周不回家,为了一个程序的编写,白加黑地连轴转。38岁的卢聪,号称“磐石”的程序员。主要负责十余个平台系统的开发与维护,累计开发近千个模块,高峰期平均每天要调试程序近百次,累计提出的自动化设备效率优化方案,多得都数不过来。担任整个项目“机械师”角色的周思远,在攻坚船舶偏载智能检测系统整整7个昼夜后,枕着带来的馒头口粮睡去;负责堆取料机操作系统前端应用及调试的团队成员刘春阳,在现场一待就是30多个小时,成功解决自动取料边角控制问题;被大家称为“拼命熊猫”的栾文轩,在设备调试关键时期,坚守现场连续几周不回家,每天只睡3-4小时;为了调试优化卸船机自动化,宋辉辉顶着近40℃的高温在60米高的卸船机上一待就是一整天;负责堆取料机及装车机项目的王招平,“连做梦都是‘堆取料机运转是否正常’的梦话”;团队成员王海洋孩子年仅4岁,急需赴北京长期接受治疗,而当时也是技术研发的关键期,“媳妇,你先带着孩子上北京,我处理完手头工作就过去”,这一处理就是整整6个多月,每逢电话视频,孩子总说的一句话就是“爸爸,我疼”。

  从酷暑走向严寒,冬季的夜晚寒风刺骨,这支团队依然奋战在码头,攀爬于设备之上,行走于堆场之间;为了更加灵活地调试采集数据,抢抓关键时间,他们摘下手套,手冻僵、搓一搓、继续干,一个班下来,手上皲裂出一道道口子,疼得发痒……“爱港如家、兴港有责”的主人翁精神,在这支“港口科技铁军”身上得到了充分体现。

  “青春就是用来奋斗的,烟台港全自动化干散货码头这个平台,使我们有机会在自己年轻时候拼了把劲儿、圆了自己的青春奋斗梦。”卢聪说。

于新国创新团队项目研讨
于新国创新团队项目研讨
获奖证书
获奖证书

  奋楫者先,勇为者成。誓将干散货码头的全自动“大脑”贴上“国”字标,平均年龄只有30多岁的团队年轻成员,坚持实践创新,逐项突破,攻克了道道关键难题:三维仿真精度均达到15厘米内;三维图像更新时间达到10秒以内;首创智能抓取算法模型;首创高点抓取模型……同时先后研发出自动化堆取料控制系统,实现作业过程中自动垛型扫描、自动对位、自动开层、自动取料、自动回转,兼具防碰预警、塌垛应急处理等功能;研发出抓斗智能防摇系统,将抓斗在行进过程中摆动幅度控制在5厘米范围内,解决了抓斗精准控制的难题;研发出自动化装船控制系统,用激光扫描技术自动获取和识别船舱边缘数据,利用GPS定位技术提升定位精度,并根据配载图建立装船换仓模型,有效预防船舶偏载;研发出自动化装车机控制系统,建立换车厢装车模型。

  点滴溪流、汇成江海,一次次开拓性的创新之举,最终换来了最后的成功。2021年12月22日,山东港口在烟台港向全球正式发布“全系统、全流程、全自动”全球首创干散货专业化码头控制技术,为全球传统干散货码头自动化升级提供了示范样本。

  发布会上,北京理工大学毛二可院士团队成员、动力控制教授张鹏奇说:“山东港口烟台港实现码头卸船、水平运输、堆取料、装车、混配、装船等全过程的作业自动化和集中管控,为全球首个实现全系统、全流程、全自动干散货专业化控制技术的作业码头。研究成果为国内外散货码头的自动化建设提供了示范应用场景,意义重大。”北京理工大学机械与车辆学院教授齐志权表示,山东港口烟台港散货码头的自动化、智能化建设,为实现散货码头安全高效、绿色智能的可持续发展目标提供了坚实的基础。

  同行的惊叹,业内的点赞,彰显出了“全系统、全流程、全自动”的全球首创干散货专业化码头控制技术的珍贵!而更有意义的是,带着山东港口人智慧的自动化码头升级方案,为全球传统干散货码头自动化升级提供了示范版本,“共享理念”推动干散货码头作业方式再次演变。

  亮眼:以“全球首创”打造“世界同业高标”

  技术强不强,码头生产的亮眼数字最有说服力。于新国创新团队研发的全球首创干散货专业化码头控制技术,经过不断的研发攻坚和系统调试,创造了全球港口技术界的多个“第一”,推动作业效率实现持续提升。

  首创全球领先的卸船自动化技术。矿船抵靠501#-502#泊位,只需轻点一键,卸船机、皮带机、堆取料机迅速响应同步启动,在三维激光扫描成像及抓斗防摇系统的加持下,卸船机漏斗如精灵般飞速往返于船舱及卸船料斗之间,综合接卸效率提高21.9%。

  首创全球领先的装船自动化技术。通过自主核心技术,在船舶作业换舱中,可做到装船作业“停料不停机”,每个舱口换舱可节约10余分钟,散货装船综合效率提高22.6%。

  首创全球领先的装车自动化技术。无需人工操作,装车机可自动完成装车作业,特别是通过精准激光扫描,提前预控取料料流,解决了跨空车作业难点,在有效降低操作人员劳动强度的同时,火车平均在港停时压缩20.8%。

  首创全球领先的清舱智能化技术,通过卸船机与清舱设备互锁,改变了传统人工下舱作业的工作状况,实现了清舱作业无人化、自动化、智能化。

  “像‘深圳矿业’轮这艘40万吨级的船舶,过去至少需要主、副司机两人户外操作一台设备,现在在控制室里1人可以同时管控3台设备,4名工作人员通过10个操作台即可完成卸船机、装船机、装车机、堆取料机共计18台大型设备的自动化作业。”正在进行视频监控的司机姜永恒介绍说。通过自动化升级,有效减员132人,自动化实现了减人、帮人、护人目标。面朝大海背朝矿堆的港口“蓝领”,在技术加持赋能下,变成了坐在中控室里监控生产画面、简单操作按钮和手柄的港口“白领”,人员作业本质安全进一步提高。此外,在大幅提高综合作业效率的同时,有效助推港口节能减排和节支降耗,较传统码头能耗降低10%,年成本可压减4300余万元。

中控操作室1
中控操作室

  领航:在集成创新路上接续奋斗

  头雁领航,雏雁齐飞。这支本来就很年轻的团队,还在不断充实着“新鲜血液”。在于新国和团队里几个“老大哥”的带动和帮助下,烟台港矿石公司的几十个“初出茅庐”的年轻小伙子们,自发组建了“红锋”青年创新创效基地,在“于新国创新工作室”导师带徒帮助下,研发出生产综合管控系统、大机CMS系统、小型PLC控制系统及纵向撕裂报警装置等多个创新成果,获得山东港口和烟台港科技创新等各类奖项40余项,为智慧绿色港建设注入了一股青春活力。薪火相传培育科创新锐,星星之火已成燎原之势。

  2022年山东港口科技创新大会“智慧引领、科技支撑、创新驱动,加快建设世界一流海洋港口”的号召激励前行奋斗路,在成功研发全球首创干散货专业化码头控制技术的基础上,于新国创新团队勇攀高峰、永争一流,更加坚定了致力自主研发、自主创新,深耕细作“空白领域”,实现弯道超越、突破发展的信心和决心。

  笃行不怠,创新不止。虽然已经站在行业的“最高点”,走在技术领航的“最前沿”,“光环”加身的于新国团队却始终保持着少有的冷静。效率还可以再提高,技术还可以更先进,系统还可以更智能,他们在干散货自动化控制技术“精”“尖”“深”上持续攻坚探索,“全球首创”榜单不断扩容。

  团队协作,再接再厉,全球首创“智能清舱设备”横空出世,卸船机实现100%自动化作业。全球领先的“流程线设备故障预控系统”,码头流程线设备技术状况实现全天候实时监控,设备的预防性维修更加及时精准,在减少巡检人员的同时,大幅提升设备本质安全水平。创新推出全球领先的料场数字化技术,搭建“全自动散货无人机生产应用平台”,无需人为操纵,无人机自动完成“盘货”“巡检”等任务,精准计算堆场货物体积和重量,在广袤的堆场里来回奔走盘点货垛的人工理货成为了历史,堆场理货员“足不出户”动动手指便可实时掌握堆场信息,库场管理和生产组织更加科学化、精细化、高效化。

山东港口烟台港矿石公司流程作业队副队长王招平介绍巡检机器人
山东港口烟台港矿石公司流程作业队副队长王招平介绍巡检机器人
无人机飞控平台
无人机飞控平台

  纤纤不绝林薄成,涓涓不止江河生。踏上全省“走在前、开新局”蓝图征程上的山东港口人,处在山东港口全面融合发展新阶段的创新团队,始终保持着开拓者的志气、先行者的勇气、排头兵的锐气。在加快建设国际领先的智慧绿色港的新征程上,心中有梦、奋力逐梦的于新国创新团队将不忘初心使命,秉持归零心态,从“心”开始,重“新”出发,与山东港口广大科技工作者一起主动作为,加倍奋斗,锚定建设世界一流海洋港口、争创世界一流企业的目标,为加快山东港口高质量发展,为美丽中国、美丽山东不断贡献力量。(胶东在线记者 董晨曦 通讯员 严纲轩)

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