煤炭输出港装卸系统技术创新管理研究

袁旭梅， 张 岭， 焦 钰

（1.燕山大学经济管理学院，河北秦皇岛066004；2.河北省现代港口煤炭物流工程技术研究中心，河北秦皇岛066004）

一、引言

港口企业是一种典型的依赖技术输入而生存和发展的先进技术应用型企业。随着港口装卸设备专业化、大型化以及高效化，世界各大港口都在大力研究与应用信息化、自动化及智能化技术，[1]同时也在研制新型装卸输送设备，以现有工艺为基础进行广泛的技术创新，使设备发挥其最大效能，从而提高港口企业的核心竞争力。其技术创新实践表明，先进技术应用型企业的技术创新活动对于企业的生存和发展同样具有重要作用。

我国港口企业在过去计划经济为主、政府主导的工业化进程中，关注的一直是吞吐量指标，对技术创新能力建设未给予足够的重视。“十一五”以来，在创新型国家战略的牵引下，各港口企业加大了技术创新的工作力度，[2]取得了一系列创新成果，但由于长期以来对吞吐量的追求在一定程度上淹没了对技术创新的重视，忽略了自主创新环境和能力的建设，技术创新的氛围尚未形成，技术创新体系及符合市场经济体系要求的创新制度尚未全面建立。[3]

本文以典型的煤炭输出港——秦皇岛港为例，通过对其装卸工艺流程的分析，识别其技术创新源，并通过典型技术创新案例阐明技术创新为企业带来的经济和社会效益，最后提出煤炭输出港口企业的创新管理建议。

二、煤炭输出港装卸系统工艺流程及创新特点

煤炭输出港是指将接运到的陆路煤炭换装到轮船，再经过水路运往最终煤炭需求地的枢纽港，秦皇岛港是我国煤炭输出港的典型代表，有着百年能源输运的历史。我国第一座利用国外先进技术建成的煤炭码头，第一座自行设计、施工、制造和安装的现代化煤炭专用码头，皆诞生于此。目前，秦皇岛港拥有世界上技术最先进、规模最大、效率最高的煤炭专用码头。作为世界第一大能源输出港，下水煤炭占全国沿海港口下水煤炭的五成，其煤炭装卸系统极具代表性。

1.煤炭输出港装卸系统

煤炭输出港庞大的装卸系统主要由众多的装卸作业机械和堆场组成，如图1所示。

装卸作业机械系统主要由卸车作业机械系统、堆场作业机械系统、装船作业机械系统三个主系统和计量系统、除尘系统等辅助系统构成。其中，卸车作业机械系统由翻车机、定位机、夹轮器、料斗和轨道衡组成，堆场作业机械系统由堆料机、高架皮带机和取料机组成，装船作业机械系统由码头前沿高架皮带机和装船机等组成。翻车机、堆料机、取料机、装船机和皮带机组成的“五大机”是煤炭输出港装卸生产的核心设备。

图1 煤炭装卸系统示意图

2.煤炭输出港装卸工艺流程

典型的煤炭输出港装卸工艺流程分为卸堆流程、取装流程和直取流程三种。

(1)卸堆流程

煤炭由火车运输到港后，车厢与车头分离，由定位机牵引，首先通过轨道衡对火车所载煤炭的数量进行过衡作业，停靠到位，然后由翻车机夹持车厢，使其倾侧，将所装煤炭倾倒于铁路轨道一侧的卸车地沟中，配置在地沟中的水平运输皮带机将煤炭运送至转接塔。[4]煤炭堆场的高架皮带机通过转接塔与地沟水平运输皮带机相连接，将火车所卸煤炭运往堆场，再经由配置在高架皮带机的煤炭场地堆料机，完成煤炭的堆存作业，如图2所示。

图2 卸堆流程（火车－堆场）

(2)取装流程[5]150-154

进行装船作业时，首先由堆场的斗轮取料机从煤炭堆场取料，经过堆场高架皮带机到达转接塔，码头前沿高架皮带机通过转接塔与贯穿码头煤炭堆场的高架皮带机相连接，从装船机门架下通过，由装船机尾车向装船机供料，码头前沿高架皮带机通过尾车与装船机相连接，煤炭经主机的臂架皮带机、臂架头部的溜筒进入船舱，使用抛料弯头进行平舱作业，完成煤炭的取装作业，如图3所示。

图3 取装流程（堆场-船）

(3)直取流程

直取流程是指载煤火车进入码头卸车线后，卸下的煤炭不进入码头堆场，直接通过高架皮带机的水平运输和转接塔的转接，进入装船系统装船，不经过煤炭进入堆场和堆场取料等操作环节，如图4所示。但是由于火车到达和船舶到达时间很难准确配合，该直取流程并不被经常使用。

图4 直取流程（火车－船）

3.煤炭输出港技术创新特点

技术创新管理理论将技术创新分为产品创新与过程（工艺）创新、重大创新与渐进式创新，其中，过程（工艺）创新是指企业不断改进生产流程、生产工艺、机器设备，以改善产品（服务）的性能、质量，降低产品（服务）成本，增强竞争力；渐进式创新通常没有技术原理的重大改变，主要是基于市场需求的扩大和技术上的改进。煤炭输出港作为典型的先进技术应用型企业，其技术创新大多属于渐进式过程创新，同降低消耗、提高劳动生产率有着密切的关系，包括对产品生产工艺进行改良、提高生产效率的一些措施以及降低生产成本的一些方法，由此为企业带来可观的经济效益。

三、技术创新源识别

本文将新产品、新工艺或新服务设想提出过程中所涉及的技术问题或管理问题称作创新源，创新源识别就是寻找新的、可能的创新点。对创新源的识别，是技术创新的起点和切入点。依据煤炭港口企业渐进式过程创新的特点，本文按图5的逻辑思路识别创新源，通过对秦皇岛港煤炭装卸工艺流程的实地调研和访谈，确定目前秦皇岛港煤炭装卸系统技术创新源如下。

图5 煤炭输出港技术创新原理图

1.装卸系统环保与节能技术研究

煤炭在港口装卸输运过程所经过的翻车、皮带输送、堆场堆垛和取料、装船等多个环节，会使煤炭产生一定高度的落差，有的甚至高达数十米，致使煤尘飞扬污染环境。煤粉尘是港口危害最严重的污染源，煤炭运输转接部位和堆场尤为突出。目前国内外港口采用的主要粉尘防治有湿法、干法、干湿结合和其它机械物理方法等。[6]具体措施有：设置风障，降低作业区的风速；洒水增湿，增加粉尘颗粒间的粘滞性和颗粒重量；人造雪覆盖，抑制扬尘，防止渗漏和凝固；起尘部位密封、半密封，或者降低装卸作业落差高度来消除或缓解外界起尘因素。我国港口多为开敞式卸煤输送系统，堆场普遍实行的是洒水除尘的湿式除尘，煤炭运输转接部位主要采用布袋除尘和静电除尘技术。但这些抑尘、除尘技术或装置存在成本高、效果不理想等问题。

另外，煤炭在港口的输运具有距离长、环节多的特点，在长距离的输运作业过程中，输送带承压阻力影响着输送机运行阻力，同时，装卸输运系统空载运行的环节多、时间长，这些都导致耗能较大，能源浪费严重，迫切需要研究装卸设备新技术，减少空载时间、降低输送带运行阻力，降低能源消耗、有效节约能源。[7]

2.装卸工艺与技术改造

装卸工艺系统是煤炭输运港的核心技术内容，秦皇岛港经过多年的建设和运营，已经形成一套较为先进和稳定的工艺系统，但还存在一些需要改进和解决的技术问题。（1）电磁脉冲清车的煤块拥堵：在翻车机卸车流程中，煤炭中的水分致使冬季经常发生粘底、挂壁及结块等冻车现象。粘底和挂壁使车厢内的煤炭不能卸干净，增加卸车难度，严重影响到铁路运煤车辆的周转和运输效率。现在利用电磁脉冲的振动来清理冻煤，但是脱离车体后的煤炭内部仍有很多成大块状，造成堵煤。（2）液压系统故障：翻车机翻转过程中，其重要组成部分液压系统驱动压车油缸和靠车油缸将车厢固定在翻车机轨道上，液压系统非常精细，抗污能力较弱，由于港口装卸作业的连续性，使用频率相对较高，无法及时得到保养和维修。因此实际生产作业中经常出现压力油的跑冒滴漏现象，影响作业的正常进行，故障频发。（3）皮带非故障停机：皮带机是港口煤炭装卸系统的重要设备之一，秦皇岛港皮带机全长约70公里，其停机会对整个系统的效率造成严重影响。调查显示，皮带机在运行一段时间后，时常会出现非故障停机现象，一是港口生产作业的复杂性和恶劣的生产环境等干扰因素使皮带保护装置误动作导致皮带机停机，二是超声波堵料检测装置过于灵敏造成的非故障停机。（4）提速改造后的皮带机与堆料机额定能力不匹配：秦皇岛港煤四期皮带机经提速改造，速度从4.8 m/s提高到了5.4 m/s，而堆场堆料系统的额定能力仅为5400 t/s，堆场皮带机的生产效率和堆料机的生产效率不匹配，导致漾煤现象的出现，造成很多煤炭的损失。（5）不同煤种翻卸工作的调整缺乏标准：由于煤种不同，煤的比重会有较大差异，根据工业工程原理，在煤炭翻卸作业过程中，对于比重较小的煤，翻卸时应扩大装卸单元，减少设备的轻载；比重较大的煤，翻卸时就应调整给料标准，防止流量过大造成堵料或压停皮带机。在现行系统中，上述调整皆基于工人自身的经验，缺乏统一的工作标准。

3.装卸过程管理与信息化

大型船舶的营运成本很高，其接卸港口必须全天候进出、快速装卸、通关、集疏储运与配送，所有这一切要依靠先进的管理模式与现代化的信息技术来实现。新一代港口已经不再属于劳动密集型或资本密集型产业，技术与信息已经成为现代化港口生存和发展的决定性因素，港口管理现代化、信息化已经成为港口发展的重要目标之一。

我国年吞吐量超过亿吨的港口，信息化建设起步较早、计算机应用面广，已基本实现了生产业务管理、安全调度的视频化和港口管理数字化。例如，秦皇岛港的核心功能系统生产调度指挥及码头GIS系统和企业资产管理系统的高效稳定应用，有效提升了港内煤炭、杂货生产的调度指挥效率。设备依赖型的秦皇岛港对高价值固定资产的维护、保养、跟踪的管理水平，在港口生产中发挥了举足轻重的作用。电子商务、物联网以及云计算的应用与发展，为港口运营管理模式的改善和信息化整体水平的继续提高，提供了有力支撑。

四、技术创新典型案例及效益

围绕上述装卸系统及工艺流程，秦皇岛港在生产中通过技术创新活动，为企业带来了明显的经济和社会效益，其中逆向启动工艺与流程顺停工艺[8]是两个典型的技术创新案例。

逆向启动工艺是相对于煤炭运输过程中顺向启动的传统工艺而言的。在顺向启动工艺的散物料运输流程中，先启动下游受料设备皮带机，然后由下游向上游顺序启动转接皮带机，最后再启动上游给料设备皮带机，当流程中的所有皮带机全部运转时，开始给料。虽该启动方式可以防止皮带转接处发生物料堵塞，但皮带机空驶时间较长，耗能较大。改造后的逆向启动工艺则先启动上游给料设备皮带机，待皮带机运转后即可开始给料，然后按照皮带的长度及运行速度来精确计算料流位置，当料流即将到达皮带的转接点时，开始启动下一条皮带机，大大减少了皮带机的空驶时间，节能效果十分明显。据计算，在一条3.7公里的卸车流程中，逆向启动较传统的顺向启动每年节约电能200万度左右。

流程顺停工艺是另一个典型的创新案例。在传统散物料运输流程的顺向停机中，先停止上游给料皮带机，然后由上游向下游顺序停止转接皮带机，最后再停止下游受料皮带机，流程顺停延时时间以皮带机长度为依据。该传统工艺虽可以完全保证物料输送完毕，但各皮带机的空运转时间长，能源损耗大。改造后的流程顺停工艺依据皮带机实际受料长度来确定流程中各皮带机的顺停时间，该工艺不仅可以减少本条皮带机的物料排空停止时间，而且也会减少下游皮带机流程顺停期间的总运行时间，从而大大降低其空载率，提高生产效率，降低能耗。一个拥有40条皮带、皮带机总长度达30公里、有4条装船流程的皮带机系统，按每天每条流程顺停4次计算，年减少流程空载时间454小时，节约电能约63万度。

上述两个典型技术创新案例表明，煤炭输出港口企业虽然是先进技术应用型企业，但其自身的技术创新仍具有重要意义。港口企业作为技术应用的直接主体，最明晰自身的技术需求，而需求是技术创新成果产出的基本前提，如果辅以充足的技术人员、适当的技术创新机制和制度，先进技术应用型企业必然能够通过技术创新优化工艺流程、缩短非生产时间、降低生产运营成本，为企业带来可观的经济和社会效益。[9]

五、技术创新管理

技术创新源的识别是企业技术创新的起点，但是实现技术创新绝不仅是技术的问题，有时即使在技术上是可以实现的，但如果企业缺乏创新动力和相应的创新机制，技术创新也是无法实现的。因此，必须依据技术创新的一般规律，通过有效的技术创新管理，促进企业技术创新的实现和持续创新能力的提升。[10]

1.培育企业创新文化，建立健全技术创新体系

组织文化是一种长期积淀而成的传统、风气和环境，文化环境决定着组织的创新倾向，影响着员工的创新态度和创新思维，从而对技术创新的成败产生潜移默化的影响。技术创新的文化环境，如对创新的执着、敢于冒险的精神、对失败的高度宽容、忧患和危机意识以及对知识共享与信息交流的高度认同等，需要企业中科技创新管理机构与其他部门共同营造，形成一种技术创新与组织文化的良性互动机制。同时，构建技术委员会—技术中心—分公司技术部门—科研院所及大专院校外聘专家四位一体、分工各有侧重的科技协同创新体系，努力消除制约技术创新的机制性障碍，激发创新体系的创新活力和潜能。

2.以战略需求为牵引，加强高层次人才队伍建设

紧密围绕港口的战略需求，牢固树立人才资源是企业赖以健康生存和快速发展的关键资源的理念，加大人力资本投资力度，构建公正科学的高层次创新型科技人才的激励机制。立足港口企业内部进行人才资源开发，通过重大项目和课题来培养和造就创新型科技人才。采取多种方式引进人才，重点引进一批能够突破关键技术、促进科技创新、带动新兴学科的科技领军人才。创新与高等学校的科技人才培养合作模式，充分利用高等教育资源，开展在职人员培训工作，全面提升港口企业的科技创新能力与管理水平。

3.强化企业创新战略，推进科技创新基础平台建设

强化创新在企业发展战略中的核心地位以及技术中心在科技创新工作中的重要作用，以企业技术中心为主体，以煤炭物流为特色，加强创新基础和能力建设，完善管理职能与创新机制，加强在研究、开发和试验条件等方面的实质性建设，着力打造国内同行业中具有竞争优势和示范作用的一流国家级科技创新平台，提升港口在国内外同行中的话语权。

4.做好科技创新项目规划，加大科技研发投入

认真梳理源于生产实践的技术瓶颈和管理短板，充分研究国际、国内同类港口的科技发展趋势，紧密围绕港口生产和发展中的关键技术领域和重大科技问题，主动适应船舶大型化和建设环境友好型、资源节约型港口的发展需要，科学规划和管理公司的技术研发项目。在坚持科技投入主体地位的同时，强化多元化的科研经费筹措，鼓励各级技术管理部门和科技人员结合自身的科研计划，积极参与国家、省部级科技项目的申请和研究工作，提高公司科技经费的投入产出比。

5.注重长效，建立产学研合作互动机制

产学研合作已经成为推动企业技术创新和技术进步的重要途径之一。煤炭输出港口企业要以开放的胸怀和积极的态度，围绕科技创新能力建设和高层次专门人才培养，深化与大学和科研院所的合作，加强科技大协作和优势科技资源的有效整合，完善有利于项目实施和人才培养的配套政策和良好环境，逐步建立起合作紧密、管理科学、互利共赢、创新发展的产学研合作体制。注重长效，积极谋划与本企业具有科技创新互补优势的科研院所和大专院校结成产业技术创新战略联盟，通过联盟这种有效形式，引导产学研的技术创新方向与公司的战略利益相结合，针对港口发展的紧迫需求和技术瓶颈，实现共性关键技术与核心技术的突破。

[1] 李伟.第四代港口对我国港口建设的启示 [J].改革与战略，2011,27(10):151-154.

[2] 吴佩，陈继祥.自主创新模式下企业技术能力提升机理研究[J].科学学与科学技术管理,2011,32(4):165-172.

[3] 赵琳.煤矿企业技术创新机制研究 [J].中国市场,2011,9(36):137-138.

[4] 蒋慧略.翻车机系统扩能提效设计 [D].青岛:中国海洋大学,2009:4-23.

[5] 宗蓓华,真虹.港口装卸工艺学 [M].北京:人民交通出版社,2003.

[6] 郭珊,詹水芬,张斌斌,周军.煤炭港粉尘污染防治技术综述 [J].水道港口,2006,27(1):40-44.

[7] 崔忠健.秦皇岛港节能的成绩和努力目标 [C]//科技兴港论文集.2007:270-274.

[8] 徐春阳.依据大机位置的流程顺停工艺 [J].港口装卸,2009(4):28.

[9] 王国强.绿色技术创新——港口科技创新的新思路 [J].港口装卸,2010(6):35-37.

[10]卢中华,李岳云.企业技术创新系统的构成、演化与优化分析 [J].科技进步与对策,2010,27(24):86-91.