桥吊司机作业精准效率测评的方法研究

张乾能，竺士杰，俞浩焕，郑恒亮，郑志南，曹浩峰

（1宁波北仑第三集装箱码头有限公司，浙江 宁波 315813；2宁波开放大学，浙江 宁波 315016）

一、引言

桥吊作业是整个集装箱码头生产作业中的重要环节，时常会因作业场地的限制，频繁出现等待集卡现象，严重制约和影响桥吊作业效率[1]。现有的效率统计为单机作业线的整体作业效率，无法真正体现操作司机的真实水平，用于桥吊司机作业水平的考核并不合适[2]。要准确衡量操作司机技能水平，首先需要有精准的桥吊“作业效率”数据来准确评价司机的操作水平[3]。攻关小组通过对桥吊作业流程的详细分析，利用设备程序编写、信息系统交互和软件开发，建立了一套完整的桥吊司机作业精准效率测评系统[4]。以此为抓手来提高桥吊司机单兵作战能力，现已在宁波北仑第三集装箱码头有限公司应用。

二、研究内容

国内现有的效率统计基本都是单机作业线的整体作业效率，主要体现整个作业线的作业水平，对于桥吊和桥吊司机的单独精准效率统计几乎没有，本项目的研究目标是要获得桥吊司机作业精准效率。通过作业流程分析可知，限制司机作业效率的因素是作业环路中集卡等待时间和司机非工作时间，因此需要在设计过程中排除这部分时间，以获得司机精准的作业效率。在对码头现有的设备和信息系统分析后，认为可以通过多系统交互实现该功能。

系统的总体设计思路：第一步，通过桥吊的PLC编程实现桥吊的单机精准效率统计；第二步，通过生产管理系统CTOS（Container Terminal Operation System）获取桥吊司机的作业和作业船舶信息[5]；第三步，通过上述两者数据的匹配得到司机在实际作业时间段的精准效率。系统整体架构如图1所示。

图1 系统整体架构图

（一）精准效率的定义[6]

司机实际作业时间T（单位：小时）：司机实际作业过程的时间累计，整个生产过程去除等待集卡时间和非作业时间。

司机实际作业量M（单位：move）：司机实际作业时间内的作业量。

司机精准操作效率P（单位move/小时）：司机实际作业量/司机实际作业时间，即P=M/T。

（二）精准效率的指标

桥吊的作业场景和作业对象有多种类型，为详细研究桥吊司机在不同场景作业的效率，把精准效率指标设计分为12个指标：40FT轻箱装船效率、40FT轻箱卸船模式效率、40FT重箱装船模式效率、40FT重箱卸船模式效率、20FT轻箱装船模式效率、20FT轻箱卸船模式效率、20FT重箱装船模式效率、20FT重箱卸船模式效率、双箱轻箱装船模式效率、双箱轻箱卸船模式效率、双箱重箱装船模式效率、双箱重箱卸船模式效率[7]。最后，通过统计运算可以得到司机的装船汇总效率、卸船汇总效率、总作业效率。

同时，桥吊司机作业大船和小船时的作业效率是有明显区别的，因此上述指标还要分成大船作业时的指标和小船作业时的指标，这样可以更全面地研究不同场景和作业对象下司机的作业水平。大小船区分是通过CTOS系统（生产管理系统）识别船型大小来实现，结合实际运行情况，定义船舶长度小于180米或船宽小于30米的船型按小型船舶作业统计，这样便可实现作业大船和小船模式下的不同效率统计[8]。

（三）单机精准效率的实现

要实现司机精准效率的统计，首先要实现12个单机精准效率的统计。通过司机作业过程的详细分析，实现司机实际作业时间统计，并在该工作时间段内获得实际作业箱量、作业模式、轻重箱状态、集装箱箱型数据，在桥吊PLC中编入程序，以实现上述效率的单机统计。

1.司机实际作业时间统计

通过分析作业场景，桥吊在等待作业和非作业时起升和小车不发生动作，因此可以采集起升和小车动作时的累计时间作为司机的实际作业时间，有效排除等待集卡和非作业时间。小组编写完程序段后，写在桥吊PLC系统的低速扫描里面，实现起升或小车制动器打开时，程序扫描寄存器开始动作，累计扫描次数。低速扫描周期为每40毫秒一次，司机实际作业时间为采集到的扫描次数乘以40毫秒，精度满足实际需求（见图2）。

图2 精准的作业时间统计程序段

2.箱子MOV数的统计

司机实际作业量的判定是按司机实际作业循环数来获得，并要避免错误循环量的增加。根据装卸箱的情况，箱子MOV数的统计分为了装船MOV数和卸船MOV数。

计算装船MOV数：在码头面上，吊具着箱状态下，闭锁信号触发，这个状态一直保持到船上开锁信号进来，然后就给MOV计数器一个脉冲，这时MOV数增加1。这样可以避免司机带箱来回动小车，或者着箱时来回打开闭锁增加错误MOV数。

计算卸船MOV数：在船上，吊具着箱状态下，闭锁信号触发，这个状态一直保持到码头面上开锁信号进来，然后就给MOV计数器一个脉冲，这时MOV数增加1。同理可以避免司机带箱来回动小车，或者着箱时来回打开闭锁增加错误MOV数。

再根据20FT，40FT，45FT和双箱信号分别区分各自MOV数。比如要采集20FT箱装船MOV数，只要在MOV计数器前面条件加上20FT轻箱和装船模式条件，这个计数器算出来的都是20FT轻箱装船模式下MOV数。以此类推，分别加条件组合可以得到不同条件下的MOV数（见图3）。

图3 装船/卸船的MOVE值统计程序段

3.识别装船模式和卸船模式

集装箱作业工艺中桥吊和船舶之间的交互分为装船模式和卸船模式，这两种模式的识别可以通过PLC程序实现（见图4）。

图4 区分装船模式与卸船模式的程序段

在码头面上吊具着箱状态下司机打闭锁命令或在船上吊具着箱状态下司机打开锁命令，PLC系统给一个字节赋0，使得这个字节第一位一直不动作，以这个点位状态作为装船模式。

在码头面上吊具着箱状态下司机打开锁命令或在船上吊具着箱状态下司机打闭锁命令，PLC系统给一个字节赋1，使得这个字节第一位一直动作，以这个点位状态作为卸船模式。

装船模式和卸船模式的点位是同一个点位，根据最后赋值者为准来区分装船模式和卸船模式，且这两个模式互锁。

4.区分轻重箱

桥吊上安装有数个重量传感器，可以实施监测吊具下集装箱重量。根据桥吊重量传感器采集的箱子重量数值来区分轻重箱，大于25吨设定为重箱（见图5）。

图5 区分轻重箱的程序段

5.区分集装箱箱型

目前桥吊大都采用伸缩式吊具，吊具底梁主结构上安装了一套伸缩定位装置。当吊具伸缩至20FT，40FT，45FT位置时，定位液压缸推动活塞杆插入焊于伸缩推杆相应位置上的定位孔中，并由限位开关提供其动作信号。集装箱箱型可以根据吊具段输入的20FT、40FT、45FT和双箱信号进行区分。

6.举例说明

40尺重箱装船时间和MOV数采集方式：计算40FT重箱装船司机实际作业时间只要在计算司机作业时间程序里加入40FT吊具信号，重箱信号及装船模式就可以实现。计算40FT重箱装船MOV数也就是计算MOV数程序里加入40FT吊具信号，重箱信号及装船模式就可以实现。其他箱型依次类推，只要加入不同箱型、轻重箱条件、装船还是卸船模式等就可以分别采集到对应实际作业时间和MOV数。

（四）司机精准效率的实现

图6所示为精准效率程序总流程图。项目涉及多系统交互，这里包括桥吊PLC系统、CMS系统和生产管理系统CTOS。在桥吊PLC系统建立了桥吊单机精准效率的统计，再在CMS PLC中编写程序，用于存储对应的MOV值和时间（例如地址：MW8919-MW8936，MW8957- MW8974）。从程序段，可以直接计算获取“司机精准操作效率（P）”。再结合调用CTOS 系统WebService接口获取桥吊司机信息[司机姓名+工作时间段+船舶（大或小船）]，进行司机信息匹配，匹配条件结合12个指标计算出单个司机每日作业大船和小船的24个指标结果，并实现月、年统计，最终通过远程CMS系统界面输出报表。

图6 精准效率程序总流程

三、应用情况

在CMS系统内整合采集的各项数据，实现桥吊司机作业精准效率统计，见表1。统计功能可按司机编号、作业班次、时间，实现对每个司机在不同时间段实际作业箱量、作业模式、轻重箱状态、集装箱箱型统计，开发大数据自动统计记录匹配每位桥吊司机的效率。实施以后，精准测评桥吊司机作业效率从原有的桥吊操作时间检测准确率71.89%提高到精准率100%。有了精确的数据以后，班组对每位桥吊司机的操作技能进行科学评估，一方面可以有针对性地对司机薄弱环节进行培训，另一方面可以为司机安排难易、轻重相匹配的作业路数，同时为个人绩效提供依据。

表1 司机作业精准效率统计表

该项目实施后，形成的效益主要如下：

（1）通过精确统计桥吊司机的作业效率，可以将桥吊司机的操作技能量化分析，从而对桥吊操作司机整体的技能水平有客观的评价。

（2）有针对性地开展桥吊技能培训从而提高桥吊司机的技能管理水平。

（3）桥吊司机团队每个班员技能梯队化管理，更加科学、高效、准确地匹配不同作业效率需求。

（4）公司实现大数据管理，提高司机团队的单兵作战能力。作出积极的探索和示范，相关岗位有推广借鉴价值。

4结束语

通过该功能的开发，能获得精确的桥吊作业效率，可以更准确地体现桥吊司机真实的技能水平，有助于促进码头整体的作业线效率提升。通过数据分析，自我加压，帮助桥吊司机提高单兵作战能力。同时，该功能的开发能为作业线上的其他岗位提供借鉴及示范引领作用，为其他岗位开发相关效率评测提供参考。