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联通网研院5G创新中心助力青岛港自动化码头

2019-10-20 14:26| 发布者: 索拉| 评论: 0

摘要 :   2019年的第一天,全球第七大港口山东青岛港各大码头一派繁忙、车船如织,当天全港靠离船舶达100多艘次,再次创出新的世界纪录——平均单机装卸效率43.23自然箱/小时,打破了42.9自然箱/小时的原纪录。    不 ...

  2019年的第一天,全球第七大港口山东青岛港各大码头一派繁忙、车船如织,当天全港靠离船舶达100多艘次,再次创出新的世界纪录——平均单机装卸效率43.23自然箱/小时,打破了42.9自然箱/小时的原纪录。
  
  不同于传统港口的人工作业,青岛港是完全自动化的,其智能化程度之高令外国网友惊叹:看着像科幻小说,但却是真实发生在我们眼前的!太惊人了!现场操作人员只要要坐在办公室里,像“打电玩”一样远程操控,就可以将装卸时间缩短好几个小时,有效地节省了装卸成本。
  
  
  在港口岸边作业区域,我们看到了中国联通的5G基站和现场工作人员,他们选取了一个特定的岸桥场景,开展了5G试验,探索通过真正的5G网络应用和相关技术,助力青岛港集装箱码头成为亚洲第一个基于5G网络连接的远程操控港口,并将其装载速度提升到世界第一的位置。中国联通网络技术研究院5G创新中心青岛港项目专家团队主导了整个项目端到端的方案设计和项目实施,也在青岛这座美丽的海滨城市,见证了5G在工业互联网领域助力智慧港口的新升级。
  最“笨”的选择
  
  在网研院青岛港项目团队总担任人荆雷眼中,这个仅有三人的团队有着用最“笨”的方法处理困难的信心和毅力。荆雷原先是做设计的,技术研发总监刘思聪之前是做网络技术的,而团队惟一的90后女生、处理方案经理韩政鑫去年刚从英国留学归来,学的是无线通信专业。面对着港口这个钢筋混凝的“硬骨头”,带着对探索5G技术应用落地的极大热情,这个仅有三人的团队一头扎进了青岛港项目之中。
  其实早在2017年5月11日,青岛港全自动化集装箱码头便已建成并投入商业经营。“我们选取的是一个自动化程度较高的港口,然而在前期调研中发现,虽然其自动化程度已经在国内港口中做得比较好,但还是有很多业务操作及运营管理上的痛点及需求。”荆雷总结了青岛港的几大痛点:工作环境非常顽劣,港口常受天气影响,不安全因素剧增,同时生产现场的重型设施存在很大安全隐患;每一次起吊操作需要至少4名现场工作人员配合,生产效率低;招工难,人工成本逐年增加;WiFi网络抗干扰能力差,毛病率高;光纤在海边顽劣环境下磨损快,维护难度大。这些痛点中让荆雷最为揪心的就是港口人工作业的安全隐患问题。近年来,人工作业的码头屡屡遭遇自然及人工事故,轻则形成设施毁坏,重则发生人员伤亡。港口作业,人命关天,无人化改造,势在必行!
  
  而在前期的团队调研中,他们还发现港口核心的业务指标要求都非常严苛,而这与5G网络低时延、高可靠及大带宽的技术特点婚配度很高。如果可以进行深度结合,使5G应用于港口生产控制中,将助力港口逐渐实现自动化码头的无线化改造以及传统人工码头的半自动化改造,简化现有网络架构,实现更灵活的业务组网。荆雷还向记者透露,在原来有线作业的方式下,每个吊车都需要安装巨型光纤转盘,一个转盘就价值10多万元,吊车设施作业的时候移动范围大,光纤损耗极大,而无线化的尝试将会大幅度降低人工成本。
  “最终我们选择了包含内容最多、难度最大的岸桥吊装卸货场景。这个场景的首要目标就是要处理作业现场的无人化问题,用无线代替有线,以此来处理人力及无线控制这两大核心痛点。”荆雷说。这个最初看似最“笨”的选择,却为项目最终实施打下了坚实的基础。
  而对刚走出校园的韩政鑫来说,第一份工作的第一个项目就撞上了这样一个大挑战,她的心田是激动又忐忑的。“整个项目我们都是在摸着石头过河。最终能否能成功,说实话我们自己也不敢保证。”毕竟在大部分人的概念中,5G依然是一种全新且未被商用的技术,产业链不够完善,方案和技术也十分不成熟,未被验证的5G和工业领域的结合依然属于探索期,想要实现这个具有预研性的5G行业创新应用项目谈何容易!
  “去年10月17日是我们团队第一次到青岛港现场进行实际需求沟通。”刘思聪回忆道,“沟通的结果是,我们需要在不改变原有工作环境、不干扰现场作业的基础上,对项目进行5G网络部署。”严格的进场环境要求团队只有在达到一定指标的基础上,才能获得进入现场部署的机会,并且这个部署的时间也非常有限。
  
  顺义实验室
  在与港口进行反复沟通后,团队争取到了每周四下午短短两个小时的时间进行现场实地实验。而一周仅一次的实地演练机会根本无奈满足复杂的测试与调试,这象征着团队在真正进入项目实地操作前,需要进行大量模仿测算与实验。于是团队又一次采用了最笨、最原始但也是最有效的方式——在北京顺义的实验室中搭建一个完全模仿现场环境的实验场地,实时模仿现场业务进行多次端到端的组网试验。
  项目实验期正值寒冬,顺义实验场地的测试环境十分顽劣。韩政鑫脑海里对那时的记忆是每天超过12小时的工作时长,是实验室里反反复复的测试,是每天近百公里的往返车程和“深夜11点钟的露天厕所”。“顺义实验室是临时搭建的,厕所就是室外的露天茅厕。”韩政鑫坦言,自己是一个比较讲究的姑娘,如果在外面吃饭,遇到厕所不干净的时候,就宁愿不上。但在顺义实验室测试的那段时间,往往一扎进实验里就是十几个小时,当反应过来,天已经黑了。“测试有时不够顺利,我心里就着急,正是因为当时心里有更重要的事情想要去做,我就会自动忽视一些环境的因素。”
  在团队成员的共同努力下,大家终于在实验室中磨合出了5G港口吊车远程控制的初步处理方案和工业级5G适配网关的产品雏形。项目方案失去了认可,团队也获得了进场调试的机会。但在出发返回青岛的前一天晚上,韩政鑫心里依然对实验结果存在着些许疑难。“实验室的测试结果已经达到要求,但我自己知道,还是差那么一点。”在韩政鑫的坚持下,在大部分设施已经寄往青岛的背景下,团队利用出发前的时间及东拼西凑的设施,还原了测试场景,并进行了最后一次实验室测试。幸运的是,这次临行前的最后一次测试,他们真正做到了万无一失。
  最大的挑战
  凭仗着前期对项目的深入了解,韩政鑫成为青岛港5G试点项目现场调试的主要担任人。临行前的“完满测试”让韩政鑫觉得,现场的调试应该不会再像顺义实验室中那么艰辛。“设施上午到达现场,通上电调试好,可能下午我就能返程了。”对团队方案抱有充分决心的韩政鑫心里这么想。然而真实的调试结果却给了团队当头一棒,项目的困难才刚刚开始……
  
  港口现场环境复杂,业务泛滥,现场大量金属会发生反射,从而影响无线信号的传输。许多在顺义实验室测试出的万无一失的方案,到了现场就是行不通。“比如我们需要起吊装置在抓取或者放下货物的霎时实现稳定操作,这时来了一阵风或者一艘船,就会引发晃动,从而影响数据的记录。”一次次的失败,让荆雷心田开始不止一次地提出了“不可能”的疑难。而对于韩政鑫而言,数据出现大范围偏差是她最不想看到的结果,而该项全球领先的方案并没有任何可以参考的案例与数据,远程沟通及现场问题排查的困难让她也开始觉得这是一件“不可能完成的任务”。
  
  除了现场设施调试与数据测算异常困难外,紧靠海岸的港口工作环境对于团队而言更是一种挑战。为了保证项目的正常运转,设施安装的地点定在了距离地面数十米高的控制室里。“在现场作业区,我们都不敢多喝水,因为不方便上厕所,吃饭也没法儿按点,有时就提前带个面包充饥。”刘思聪说。作为靠海的港口城市,青岛的冬天本身就异常凛冽,更别提是在海岸边离地十米高的控制室里。海风不光给现场工作人员带来凛冽,更吹动五米见方的控制室来回摇晃。与此同时,港口机械臂抓取几十吨重的集装箱后要首先将其放在与控制室几米相隔的中转站上,然后才能将集装箱最终运送到地面上,即便自动抓取与起落的动作非常小心,在控制室里工作的人员依然能够感遭到地震般的强烈晃动。韩政鑫比喻在青岛港口调试的半个多月,就像是坐了半个月的绿皮火车。
  最韧的坚持
  调试期间大小不间断的困难与挑战令团队成员不止一次想到了放弃,但他们又比谁都更清楚这个项目成功后的意义。
  
  韩政鑫的父亲就是龙门吊工程师,常年艰辛且存在巨大安全隐患的工作环境,让女儿韩政鑫看在眼里,疼在心里。每当项目遇到瓶颈时,都会有不少人来劝她:“有些事能不能成功是注定的。”可韩政鑫不这么想,父亲工作的亲自经历让她看到了港口无人化的重要性,也让她意识到自己所做的工作意义所在。“既然做,我们就要把它做成、做实!”抱着这样的目标与心态,韩政鑫继续坚持来回穿越于十米桥吊控制室与测试车之间……而在刘思聪看来,如果项目能够成功完成,就可以将经验平滑复制到更多诸如散货码头、内河码头、航空物流港等类型的码头,并利用5G技术对码头进行自动化升级和改造。
  
  功夫不负有心人,在团队上下一心,集团、网研院领导的大力支持下,在山东联通踊跃协作保障现场网络资源的基础上,在各方合作伙伴的踊跃协作下,在5G创新中心青岛港项目专家团队技术过硬,根据现场实际情况及时对方案做出调整,克服种种技术难题,寻找合适处理方案的背景下,在港口项目团队现场工作人员不分昼夜,攻坚克难,利用一个月的坚守和努力排查问题点,高效快速推进试点项目落地的基础上,青岛港项目团队最终成功实现了与港口现有业务系统的割接,借助中国联通5G网络和自研设施远程控制工业PLC,实现了通过无线网络抓取和运输集装箱,满足了毫秒级时延的工业控制要求以及大于30路1080P高清摄像头的视频传输要求,可以将远程操控、高清视频辅助控制以及复杂环境监控用于传统码头,实现无线化改造和无人化改造。
  
  荆雷
  “青岛港码头的总经理给我打电话说已经节省了70%的人力,今年青岛下大雪的时候,他的港口都没有人扫雪了。”荆雷笑着说,“我们不仅是做了一个通信承载方案,实际上做的是一个现场处理方案。下一步,我们可以与工业互联网结合,在一些危险、复杂的3D(危险、脏、重复)场景下,都可尝试使用这样的方案与模式,用无线代替有线将是未来发展的大趋势。”
  
  当网研院5G创新中心青岛港项目团队再次站在他们奋战过的码头上,看着全球首例基于5G网络覆盖的自动化港口如火如荼地运转时,相信他们心中会对5G的行业商用充满希冀。正是他们迈出的坚实步伐,让我们对未来的智慧生产生活愈发期待!
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