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智能化集装箱码头成套装卸系统

上海振华重工(集团)股份有限公司    上海海事大学、上海交通大学、同济大学

上海振华重工(集团)股份有限公司(ZPMC,以下简称“振华重工”)是重型装备制造行业的知名企业、世界500强之一的中国交通建设股份有限公司控股的A、B股上市公司。

公司拥有上海、南通、江阴等地的8个生产基地,共有员工1.3万人,另有外协工人1.5万人。公司主营业务包括港口机械、海洋工程装备、大重特型钢结构、系统集成与总承包、船运、电气、一体化服务等八大业务。经过23年市场竞争的磨砺,振华重工在国际市场上成绩斐然,总资产增长了9000多倍,产品遍布89个国家和地区。其中港口集装箱机械连续十七年占据世界70%以上的市场份额,实现了“凡是有集装箱港口的地方就有ZPMC品牌的起重机”这一目标。

振华重工建有国家级企业技术中心和博士后工作站,现有从事机、电、液设计研发的工程技术人员2400名。

一、产学研合作的主要做法

(一)以企业为主体开展产学研合作

1、企业提出研发内容及产学研合作指导原则

振华重工突出企业在产学研合作中的主体地位,在和高校合作的过程中,依据项目的研究内容,以各高校的科研优势来分解所承担的研究课题。课题组以资深科研人员为课题负责人,围绕项目的总体研究内容,发挥群体创新能力。作为主体,振华重工始终与合作单位保持紧密的联系,建立了常态的合作网络,增加研发的透明度,及时解决研发过程中出现的问题。同时,通过把握项目的全程研发动态,起到项目研发的实施、交流、检验、监控和督促作用。

振华重工针对产学研合作工作,提出了“实践-理论-再实践与提高”的指导原则。企业面向市场,充分了解客户的需求,能够比较准确的把握产品的发展趋势,因此企业是创新的主体,也最善于把握产品的创新方向。本项目许多理论和技术问题都来源于企业的产品创新过程,直接面向实际应用,具有重要的应用价值。而这些问题的解决,单靠企业的力量很难在短时间内完成,必须有效的联合高校共同开发,高效地发挥各学院的优势。

2、承担研发经费并承担项目研发的组织协调

振华重工在充分发挥高校和科研院所在产学研合作中技术支撑作用的同时,为产学研合作项目配备足够的人力和物力。振华重工还着力规范产学研合作项目从建议、立项、实施、检查、验收到评审鉴定的执行流程。项目立项后,与合作单位签订研制任务书和合同,明确项目的研制目标、完成时间及具体的任务指标。同时,振华重工强化研制费用与奖励分配制度的执行力,以鼓励高校和科研院所人员的积极性,确保产学研合作的顺利进行。

(二)开展多方位多层次合作

1、发挥各方优势协同创新

振华重工坚定走产学研合作的发展道路,在承接国家和上海市的重大科研项目的过程中,与政府、高等院校、科研院所、产品配套供应商建立了密切的合作关系,有的还发展为产学研合作战略联盟。上海交通大学、同济大学、上海海事大学、上海大学、浙江大学、哈尔滨理工大学、武汉理工大学、江苏科技大学、中国船舶科学研究中心、上海船舶研究设计院、上海船舶运输科学研究所、美国Lifteck公司、美国Mckay公司、美国F&G等20多个国内外高等院校和科研单位,都成为振华重工发展科技的稳定的合作伙伴。

振华重工自动化码头项目在和上海交通大学、同济大学、上海海事大学等高等院校的合作过程中,按项目的特点进行合理的分工,以充分发挥各合作单位优势力量,协作攻关。振华重工将项目合理拆分成多个子课题任务,对每个子课题由各合作单位组成子课题研究小组负责研发。振华重工分别与上海交通大学、同济大学、上海海事大学就各自承担的子课题签订合同,明确任务和责任。振华重工对各子课题承担小组都进行了严格的选择,公开项目信息,由有意向和能力的研究小组申报,组织力量对各研究小组的项目申请报告、研发条件进行严格的评选,确保每个子课题由真正具备本专业专长的研究小组承担。

上海交通大学在机械制造、振动与噪声、物流、远程监控与智能维护等方面具有科研优势,因此,在项目研发中主要承担远程控制系统的研发任务。

同济大学在系统开发装备研究方面具有学科综合优势和人才资源优势,因此,主要承担集装箱装卸智能调度和监测控制的模型建立、算法研究、软件开发、仿真研究、系统评价和主要硬件调试等方面的任务。

上海海事大学在集装箱码头装卸工艺、港口自动化、港口机械化、港口信息化、港口管理等方面具有较强的整体学科优势,拥有交通部重点实验室“航运技术与控制工程实验室”,设有全国唯一的“港口自动化实验室”,同时学校还设有“港口机械设备检验检测中心”,因此,主要承担码头装卸工艺、AGV装卸船路径优化、装卸设备多机调度的研发任务。

2、建立联络人制度

振华重工项目组的技术骨干作为子课题负责人,要求其在各子课题实施过程中加强与高校课题组之间的联系,掌握项目进度,及时解决问题,确保各子课题研发的顺利进行。

(三)共建实习基地和工程实践教育基地

在与高校的产学研合作过程中,振华重工十分注重人才的联合培养和交流。振华重工与海事大学共建了“港口与海洋装备校外实习基地”、“研究生产学研合作人才联合培养示范及实践基地”,以及国家级“工程实践教育中心”。海事大学为振华重工开设了国家承认的EMBA学历班,并开创性地开设了学士后班,为企业培养急需人才。2013年到2015年,振华重工安排了高校的47名研究生进入研发部门实习。

振华重工还与同济大学共建了国家级“工程实践教育中心”,委派16名指导教师,为实习学生进行专业指导。企业和学校按照“实践-理论-再实践与提高”的指导原则,通过学生实习、企业员工再教育培训等方式,进行知识交流,促进了双方的知识创新,增强了对基础理论和前沿技术的了解。

二、产学研合作取得的主要成绩

1、获得多项重大成果

振华重工与上海交通大学、同济大学、上海海事大学和新加坡国立大学形成产学研联盟,并与中交第三航务工程勘察设计院、中交水运规划设计院等码头设计单位展开广泛交流与合作,实现了优势互补,资源共享。在集装箱自动化码头项目中取得的主要技术成果包括:世界首创立体分配装卸系统研发、码头设备调度控制系统研发、船舶自动配载与作业计划智能算法研发、QC-AGV-ARMG协同调度方法研发、气电混合AGV、双箱轨道吊等创新型码头设备研发等。

项目研制过程中,产学研合作攻关突破的关键技术,形成自主知识产权,其中:发表相关学术论文17篇,申请发明专利17项,获得软件著作权及软件产品登记证14项。攻克的这些技术难关,形成了集装箱自动化码头系统的核心技术。通过首先在厦门远海码头建设具有自主知识产权和专利技术的国际领先、国内第一个全智能、零排放、安全、环保的全自动化集装箱码头,标志着振华重工由港机设备制造商向港口智能系统集成服务商转型升级走出了坚实的一步。

2013年,由新加坡国家海事与港口管理局及新加坡海事研究中心联合举办了全球“新一代集装箱码头设计挑战赛”,旨在为未来10年新一代集装箱码头建设征集优秀设计方案。大赛吸引了来自全球25个国家和地区的56支队伍参赛。振华重工与新加坡国立大学、上海海事大学组团参赛。团队提出的双层堆场及三小车岸桥设计方案,最终力压群雄夺得赛事金奖。此次参赛夺冠成功,依靠了合作三方的优势互补,充分发挥振华的先进制造经验以及高等学校多学科、多功能的优势,积极联合国内外创新力量,有效整合创新资源,形成协同创新的新模式与新机制。

2、经济效益显著

2015年3月,本项目工程在厦门远海集装箱自动化码头14#泊位正式投产试运行。

2015年6月,振华重工与青岛港签订了全自动化集装箱码头总承包项目(一期工程包括7台岸桥、20台自动化轨道吊、38台L-AGV及码头设备控制管理系统),合同金额约1.7亿美元。

2015年8月,振华重工与上海洋山四期签订了全球最大的集装箱全自动化码头(一期工程包括10台岸桥、30台自动化轨道吊和50台L-AGV及其调度导航系统),合同金额约2.2亿美元。

由于自动化、信息化、智能化技术含量的提高,产品附加值增加,目前世界集装箱码头正处于更新与换代的生命期,产业化前景看好,集装箱全自动化码头项目为振华重工开辟新的经济增长点。

3、促进科技人才培养

在项目的产学研合作过程中,各子课题研究的进展不是由高校科研人员在办公室独立完成的,而是基于共同的研究领域与兴趣,不同的研发思路和技术方法,相互借鉴,共同提高,学校与企业科研人员密切合作,协同工作。高校的研究人员带来了新的理论和方法,企业技术人员给出了实际的技术手段。最终,企业和学校都培养出一批技术人才。

高校的教师和学生通过实际课题的研究,也可以发掘有发展潜力的理论研究方向,同时也提高了自身解决实际问题的能力。高校通过合作研究,还可以优化学生培养模式和知识培养结构,使培养出来的学生更符合企业的需求。

各高校每个子课题的研究力量包含了一批硕士研究生和博士研究生。研究生通过参加项目的研发,提炼理论方向,促进了他们对于自己研究方向的理解和把握。同时,具体项目的研发,也锻炼学生应用理论方法解决实际问题的能力。

通过与各高校的合作,增强了振华重工在学校的影响,使高校的学生对振华重工有更深的了解,吸引高校优秀毕业生的加盟振华重工。参加项目的研究生通过应聘,到振华重工工作,使得项目工作有了延续性。

三、下一步深化产学研合作的打算

经过多年的产学研合作,振华重工充分认识和体会到产学研合作在企业技术创新中的重要作用。振华重工现已形成了设计研发、持续改进、协作创新的科技创新“三个运行”体系,即以陆工海工两大设计院、电控散货事业部设计研究所为主体的设计研发体系,以项目为依托、以设计工艺人员为主体的持续改进体系,采用产学研用合作方式构建创新协作体系。

振华重工突出企业在产学研合作中的主体地位,在和高校的合作过程中,依据项目的研究内容,以各高校的科研优势来分解所承担的研究课题。课题组围绕项目的总体研究内容,发挥群体创新能力。作为主体,振华重工始终与合作单位保持紧密的联系,建立了常态的合作网络,增加研发的透明度,及时解决研发过程中出现的问题。同时,通过把握项目的全程研发动态,起到项目研发的实施、交流、检验、监控和督促作用。

振华重工还将着力规范产学研合作项目从建议、立项、实施、检查、验收到评审鉴定的执行流程。振华重工还将强化研制费用与奖励分配制度的执行力,以鼓励高校和科研院所人员的积极性,确保产学研合作的顺利进行。

近八年来,振华重工通过产学研合作取得成功的项目多达百余个,其中重大项目近10项,突破了我国重大制造业和交通运输业的一些关键、共性的技术。产学研合作增强了振华重工的综合竞争力,为振华重工打造国际卓越公司的目标奠定了坚实的基础。