集装箱码头智能信息管理系统模块化建设

王天然

随着港口业务的不断发展，港口集装箱吞吐量节节上升，集装箱码头生产作业对设备的可靠性、利用率、故障率等提出越来越高的要求，这就要求设备技术管理不能仅仅停留在被动管理或简单的预防性维保层面上，而要充分利用成熟的物联网、移动互联网、云计算、大数据等技术，结合集装箱码头设备特点，以设备状态为驱动，在安全性、实时性、有效性、准确性等方面进行创新管理，并以此为基础建设智能信息化的集装箱码头管理系统。集装箱码头智能信息管理系统建设是一个大课题，需要分步骤、分功能、分批次地逐步建设实现，这种开发模式称为模块化建设。

1 模块化的基本概念

模块化指解决一个复杂问题时自上而下逐层将系统划分为若干模块的过程;每个模块有不同属性，分别反映其内部特性，其作用是分割、组织和打包软件，且每个软件有特定的子功能;所有模块按某种方法组装成为一个整体并完成整个系统所要求的全部功能。在本文中，这个系统即为“集装箱码头智能信息管理系统”。

1.1 模块化的特点

模块化的特点包括：（1）功能逐步实现;（2）子模块之间互不干扰;（3）不同模块对接不同用户;（4）单次投入资金较小;（5）开发容错度较高。

1.2 模块化的开发模式

（1）独立运行开发模式 在独立运行开发模式下，基于基础功能模块开发出的子模块可独立工作，单独某个模块出现问题不影响整体功能实现。

（2）分级开发模式 在分级开发模式下，在整个开发过程中，各模块拥有不同的优先级别，优先级别高的功能模块占用更多的开发资源。

2 集装箱码头智能信息管理系统各级模块功能需求

2.1 基础模块

2.1.1 设备资产模块

设备资产管理是集装箱码头设备整体管理的基础，设备资产信息明确是其他管理功能实现的前提;因此，设备资产模块是整个系统的基础模块。设备资产模块的主要功能包括：（1）及时更新静态设备资产状况，即设备残值状态、设备年检状态等，其端口向设备管理者开放，以便统一维护信息;（2）查看实时设备状态，即设备状态查阅端口向管理者开放，管理者可通过计算机或手机应用程序随时查阅设备资产相关实时信息。

2.1.2 设备管理模块

设备管理主要指设备用户信息管理和设备维保信息管理，设备管理模块与设备资产模块共同组成基础模块。如图1所示，设备管理模块在整个港口智能信息管理网络中占据十分重要的地位。设备管理模块的主要功能如下。

（1）全寿命管理 跟踪整机和关键替换件使用寿命，同时通过后台固有的算法输出数据，为管理者提供有效的数据支持。

（2）维保工作连续性管理 系统留存上次维保信息，同时对一线维保人员开放设备维保所需的图纸、技术参数和备件库存信息等，从而为一线维保工作提供支持。该功能在手机应用程序上实现，便于现场维保人员使用。

（3）维保责任落实 每个技术员都是网状系统中的独立节点。在工作前，技术员通过扫描输入的方式由系统自动录入本次维保人员相关信息;随后，维保人员手动输入本次维保的重点内容，如其他参与工作人员、工作性质（保养、维修、更换）以及故障部分状态的简单描述（可视情况上传照片）等;系统汇总维保人员输入信息后具有向前查阅维保责任人的功能，一旦发生问题，便于上溯责任人。

（4）管理监督 维保记录全部或部分向管理者和用户开放，便于对现场工作的管理监督。

（5）故障跟踪 对设备故障进行分类，例如，可在系统中将设备故障分为须立即解决的故障、待解决的故障和已经解决的故障等，以供相关人员查阅;同时，系统自动累计重复性故障和无法根除类故障，并通过系统内部固有算法分析数据和重点反馈，提示管理者制订针对性计划。

2.2 功能性模塊

2.2.1 项目管理模块

项目管理模块是在设备资产模块的基础上开发的功能性模块，其主要作用是对设备相关项目进行监控管理：（1）进度管理，通过系统整体反映项目进展，具体信息更新由项目负责人独立开放权限录入;（2）项目质量管理，对项目整体完成情况进行监督并在系统中予以体现，具体信息由客户监督维护或由第三方监理维护，信息上传可采用文字、图片、音频、视频等多种方式。

2.2.2 操作者管理模块

操作者管理模块是主要基于本地起重机管理系统（local crane management system，LCMS）远程监控接口上的功能性模块。LCMS本身可以监控操作者的动作，将其功能并入已开发的管理系统，便可实现两者间的信息共享（见图2）。

操作者管理模块的主要功能包括：（1）工作前试车记录，系统通过并联LCMS接口得到司机试车数据并保存记录以便查询;（2）司机需求反馈，系统向司机开放作业过程中设备使用情况反馈平台，该平台可以参考前文提及的技术员输入维保信息的方式，将每个司机作为独立的节点，允许其通过扫码方式录入信息;（3）误操作责任人监控，相关司机的操作记录保存在数据库中，随时可以通过系统提取查看，加之司机在操作前后扫码录入信息，在出现责任事故时，系统能自动锁定责任人。

2.2.3 能耗模块

能耗模块是在设备管理模块基础上开发的功能性模块，其主要作用是为系统自动采集设备能耗信息，并在后台运算得出数据，从而代替原来的人工抄表及手动录入运算的统计方式。能耗模块的主要功能包括：（1）自动采集数据，将设备原有各个计量表电信号数据并入系统并自动分类;（2）优化设备使用。

2.2.4 数据库模块

数据库模块的功能是为其他模块留存数据和引入各种算法。数据形式多种多样，数字、文字、视频、图片、文件等都可以引入数据库;所有数据汇总成网络后，便可进行基于集装箱码头的大数据统计分析。此外，档案管理、人员培训管理也可以借助数据库手段获得更多的相关信息。

3 集装箱码头智能信息管理系统模块化

实现形式

3.1 技术手段

集装箱码头智能信息管理系统最终要形成集输入、查看、分析于一体的功能完整的系统，具体可采取二维码、无线射频识别、云计算、移动应用、互联网等多种技术手段来共同实现相关功能。

（1）互联网与云计算结合 现有设备管理系统积累存储大量历史维修数据和相关备件信息，且系统是基于网络开发的，可以存储大规模数据，并通过数据接口与财务系统和生产系统链接，具备互联网访问的网络优势。为此，可以充分利用该系统优势，深度挖掘数据，并结合云计算功能，提炼供设备管理使用的数据计算、存储等服务。

（2）二维码与移动应用结合 在输入方式上，可以利用手机和二维码（或条形码）技术收集设备静态信息：现场人员通过使用手机扫描設备机构上的二维码来收集设备基础信息（包括设备部位、上次保养信息、近期巡检状态等）;同时，现场人员根据当日设备状态和工作性质利用手机对设备情况（包括设备检查和保养情况、工作状态照片、存在的问题等）进行二次输入。系统在自动收集设备静态信息的同时，将庞大的数据录入工作分解到每个现场人员，每个技术员都是数据收集的独立节点。集装箱码头智能信息管理系统手机端使用模块如图3所示，相关人员可以通过手机端远程查看设备参数（见图4）。

3.2 输入手段

以系统自动采集为主要输入手段，以半自动扫码采集为辅助输入手段，尽量避免手工输入（在无法避免手工输入的情况下，简化输入方式）;同时，侧重手机平台输入开发，原则上每人每次输入时间不超过3 min。数据汇总强调全员参与，采取以点成线、以线并网的方式，将庞大的数据汇总工作分散至每个现场人员。

3.3 查看手段

采用不同用户不同模块配属的查看原则，例如：现场维修人员只配属基础模块的查看权限;管理者配属能耗模块和数据库模块的查看权限;客户可视情况添加能耗采集模块、操作者模块等。查看平台为手机、电脑双平台，手机客户端预览如图5所示。

3.4 分析手段

通过大数据运算可以直接得出与生产相关的关键数据，如设备可靠性数据、设备出机率、设备单箱能耗等，以支持数据采集者的工作。

4 集装箱码头智能信息管理系统模块化

实现步骤

（1）成立专项项目组。

（2）调研、汇总码头业主单位和技术公司各个设备管理角色需求。

（3）考察外部成功案例。

（4）确定研发方案及厂商。

（5）制作基础模块。

（6）岸桥维保试用。

5 结束语

本文仅涉及集装箱码头智能信息管理系统模块化建设的首期开发内容。在此基础上，可以根据模块化智能信息管理系统的实际使用效果，决策该系统的多模块、多机种、多平台、多网络研发方向和内容，最终实现建设功能完善的智能信息化集装箱码头管理系统的目标。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2019-07-16）