Trong thế giới cảng biển, nơi mỗi giây tàu nằm bến đều quy ra chi phí, và mỗi container di chuyển đều là một mắt xích trong chuỗi cung ứng toàn cầu, thì việc tối ưu hóa năng suất cẩu STS không còn là một lựa chọn, mà là điều tất yếu thể hiện qua hai xu hướng chính là Bán tự động (Semi-automation) và Tự động hoàn toàn (Full Automation) quá trình khai thác container bằng cẩu STS.

Bán tự động (Semi-automation)

Đây là bước đi phổ biến và thực tế nhất cho hầu hết các cảng đang hoạt động muốn nâng cao hiệu suất mà không cần phải tái cấu trúc toàn bộ hoạt động.

1. Bản chất bán tự động cẩu STS:

Bán tự động không có nghĩa là loại bỏ người vận hành. Ngược lại, nó trang bị cho người vận hành những năng lực mới bằng cách tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại và đòi hỏi độ chính xác cao, trong khi con người vẫn thực hiện các thao tác mang tính quyết định hoặc xử lý những tình huống phát sinh đặc thù. Người vận hành vẫn ngồi trong cabin, nhưng công việc của họ trở nên nhẹ nhàng, nhanh hơn và an toàn hơn rất nhiều.

2. Các công nghệ cốt lõi của cẩu STS bán tự động:

• Hệ thống chống lắc chủ động (Active Anti-Sway System): Đây là tính năng nền tảng nhất. Các thuật toán thông minh sẽ điều khiển động cơ xe tời (trolley) và cơ cấu nâng hạ để dập tắt sự lắc lư của khung chụp gần như ngay lập tức giúp việc điều khiển dễ dàng hơn

  • Lợi ích: Giảm đáng kể thời gian chờ container ổn định, cho phép người vận hành đặt container xuống chính xác ngay từ lần đầu tiên. Năng suất chu kỳ (cycle time) có thể tăng từ 10-15%. Đồng thời về lâu về dài giảm chi phí tuyển dụng lái cẩu do không cần phải cần những cá nhân thực sự xuất sắc để vận hành

• Định vị tự động xe tời (Trolley Auto-Positioning): Người vận hành chỉ cần chọn vị trí container mục tiêu trên tàu (ví dụ: Hầm 20, Hàng 08, Tầng 04) thông qua màn hình. Cẩu sẽ tự động di chuyển xe tời và khung chụp đến ngay phía trên vị trí đó với quỹ tích ngắn và nhanh nhất. Người vận hành chỉ thực hiện thao tác cuối cùng là hạ khung chụp chính xác, khóa/mở gù.

  • Lợi ích: Giảm mệt mỏi và căng thẳng cho người vận hành, loại bỏ các thao tác thừa, tăng tốc độ di chuyển giữa các lần gắp/đặt container.

• Hệ thống hạ cánh mềm & Chống va chạm khung chụp (Soft Landing & Spreader Collision Prevention): Cảm biến tiệm cận sẽ phát hiện khoảng cách đến container hoặc boong tàu, tự động giảm tốc độ hạ để tránh va đập mạnh (slamming). Hệ thống cũng ghi nhớ “bản đồ” các chồng container để ngăn khung chụp va vào các container lân cận. Mặc dù hệ thống này mang đến nhiều lợi ích tích cực như giảm hỏng hóc đáng kể cho hệ thống khung chụp nhưng lại tăng thời gian xử lý container mặc dùng không nhiều nhưng ở những cảng ưu tiên hiệu suất hệ thống này có thể được tháo bỏ.

  • Lợi ích: Tăng tuổi thọ cho kết cấu cẩu và khung chụp, bảo vệ hàng hóa, và quan trọng nhất là tăng cường an toàn.

• Tích hợp OCR (Optical Character Recognition): Camera gắn trên cẩu, xe tời và khung chụp sẽ tự động chụp và nhận dạng số hiệu container, tự động gửi dữ liệu về hệ thống quản lý cảng (TOS).

  • Lợi ích: Loại bỏ sai sót do nhập liệu thủ công, tăng tốc độ xử lý dữ liệu, minh bạch hóa thông tin.

3. Tại sao nên chọn Bán tự động cho cẩu STS?

Đây là lựa chọn “đáng tiền” nhất cho các cảng hiện hữu. Nó mang lại hiệu quả tức thì với chi phí đầu tư hợp lý và không yêu cầu thay đổi đột ngột quy trình vận hành tại bến. Đồng thời theo tìm hiểu của tancangtech đây là phương án phù hợp nhất với thị trường Việt Nam trong thời điểm hiện tại. Do chi phí lái cẩu ở Việt Nam tương đối thấp so với trên thế giới và bài toán các cảng lớn ở Việt Nam chồng chờ không phải là giảm số lượng lái cẩu mà là tăng năng suất khai thác. Với hệ thống bán tự động các thao tác như di chuyển cẩu, di chuyển xe tời, ổn định khung chụp… sẽ được xử lý nhanh và tối ưu hơn nhờ hệ thống cảm biến và máy tính hỗ trợ, phần việc còn lại cần tính linh hoạt, sự chính xác cao hoặc mang tính phát sinh sẽ do người lái xử lý. Với sự kết hợp này có thể giúp cảng nâng năng suất khai thác từ 10 – 30%.

Đồng thời hạ tầng các cảng ở Việt Nam hiện tại chưa thực sự đồng bộ, kèm với đó là chi phí cho để mua mới hoặc nâng cấp thành hệ thống tự động hóa toàn diện là rất lớn và mất nhiều thời gian trong quá trình nâng cấp do đó chỉ phù hợp với những dự án chưa thành hình và nhà đầu tư muốn tạo ra bước đột phá trên thị trường.

---

Tự động hoàn toàn (Full Automation) cẩu STS

Đây là đỉnh cao của công nghệ cẩu STS, biến cẩu thành một robot công nghiệp khổng lồ, hoạt động gần như không cần sự can thiệp của con người trong chu trình chính.

1. Bản chất tự động hóa hoàn toàn cho cẩu STS

Người vận hành được chuyển từ cabin trên cao xuống một phòng điều khiển trung tâm (Remote Operation Station – ROS) tiện nghi và an toàn. Một người có thể giám sát và điều khiển nhiều cẩu. Cẩu sẽ tự thực hiện toàn bộ chu trình xếp dỡ, và con người chỉ can thiệp khi có tình huống bất thường (exception handling).

2. Chu trình vận hành điển hình của cẩu STS tự động:

1. Phía tàu (Ship-side – Can thiệp bởi con người): Trong trường hợp hệ thống tự động không thể tự ra quyết định hoặc gặp tình huống phát sinh đặc thù (do tàu nghiêng, danh sách hàng thay đổi, cont lệch tải, hàng quá khổ – quá tải…) nên vẫn cần sự khéo léo của con người để điều khiển

2. Chu trình tự động: Tự động hóa gắp, hạ container toàn diện hoặc ngay khi container được nhấc lên khỏi lan can tàu sau quá trình lái cẩu điều khiển thủ công gắp những mã hàng đặc thù, lái cẩu chỉ cần nhấn nút và chu trình tự động sẽ xử lý phần còn lại.

3. Hệ thống sẽ tự động 100%:

   • Tự động nâng container lên độ cao an toàn và phù hợp

   • Tự động di chuyển xe con vào bờ 

   • Tự động hạ container xuống một vị trí chuyển giao đã được xác định trước.

   • Điều quan trọng là toàn bộ quá trình nâng hạ và di chuyển container từ tàu lên bờ sẽ được tính toán để tối ưu hóa về thời gian, chi phí và đảm bảo được độ an toàn

4. Giao nhận tại bến (Quay-side Hand-off – Tự động): Cẩu sẽ tự động đặt container lên một phương tiện vận chuyển do người lái hoặc tự hành đã được đồng bộ hóa với hệ thống quản lý cảng (TOS). 

3. Yêu cầu tiên quyết khi tự động hóa hoàn toàn:

Tự động hóa hoàn toàn không chỉ là câu chuyện của một chiếc cẩu. Nó đòi hỏi một hệ sinh thái đồng bộ:

• Hệ thống quản lý cảng (TOS) thông minh: TOS phải có khả năng lập kế hoạch và ra lệnh trực tiếp cho cẩu.

• Hạ tầng bến bãi được chuẩn hóa: Làn đường, cẩu, vị trí dừng đậu, mọi thứ phải được bố trí có độ chính xác cao và thiết bị sẽ phải được hiệu chỉnh định kỳ để hạn chế lỗi có thể phát sinh trong quá trình khai thác.

• Phương tiện vận chuyển: Ở một số cảng phương tiện vận chuyển có thể triển khai dưới dạng xe tự hành, còn nếu do người lại thì phải đảm bảo độ chính xác cao nhằm hạn chế phát sinh lỗi hay các tình huống phát sinh nằm ngoài khả năng xử lý của hệ thộng tự động

• Hệ thống mạng và truyền dữ liệu tốc độ cao, ổn định: Do không có người vận hành trực tiếp cho từng thiết bị điều này đồng nghĩa với việc mọi dữ liệu, thông tin phải được xử lý tập trung điều này yêu cầu hệ thống mạng, truyền tải phải được đầu tư bài bản để duy trì vận hành ổn đinh. Đối với những cảng sử dụng xe và các thiết bị tự hành thậm chí áp dụng mạng wifi phủ khắp hạ tầng cảng để duy trì kết nối và điều khiển.

4. Lợi ích chiến lược của Tự động hóa hoàn toàn:

• Năng suất ổn định và có thể dự đoán (Predictable Productivity): Cẩu có thể hoạt động 24/7 với một năng suất nhất quán, không bị ảnh hưởng bởi sự mệt mỏi hay ca làm việc của con người.

• An toàn Vượt trội: Loại bỏ hoàn toàn con người khỏi khu vực làm việc nguy hiểm trên cầu cảng. Đây là lợi ích lớn nhất.

• Tối ưu hóa chi phí nhân công dài hạn: Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu rất lớn, nhưng về lâu dài sẽ giảm đáng kể chi phí cho người vận hành.

• Vận hành dựa trên dữ liệu: Toàn bộ hoạt động được ghi lại, cho phép phân tích và tối ưu hóa liên tục. Nhất là trong kỷ nguyên AI khi máy móc có thể tự học, tự nhận định, tự phát triển kỹ năng thông qua thu thập dữ liệu. Bằng cách này phạm vị những tình huống đặc thù cần con người điều khiển sẽ ngày càng thu hẹp và cuối cùng là hoàn toàn không cần con người hình thành nên cảng, ICD, nhà kho không đèn.

Tuy nhiên theo tancangtech nhận thấy thực tế hệ thống tự động hóa hoàn toàn chỉ có thể áp dụng đối với những cảng mở mới và cần có sự đầu tư đồng bộ hóa ngay từ đầu điều này mang lại gánh năng tài chính rất lớn cho doanh nghiệp. Đồng thời với hệ thống sông ngòi dày đặc và đường bờ biển dài ở Việt Nam thuận lợi cho việc bố trí rải rác nhiều cảng giúp tối ưu hóa cho việc vận chuyển do đó việc bố trí một cảng trọng điểm là không cần thiết trong thời điểm hiện tại. Việc đầu tư theo hướng bố trí các cảng rải rác để tận dụng hiệu quả từ mạng lưới sông ngòi sẽ là phương án hợp lý hơn , trong trường hợp nhu cầu khai thác gia tăng các cảng có thể tiến hành nâng cấp trang thiết bị từ từ hoặc tiến hành mua sắm mới

Tương lai của ngành cảng là tự động. Việc lựa chọn cấp độ phù hợp vào đúng thời điểm sẽ là chìa khóa để mở ra cánh cửa thành công và phát triển bền vững trong hàng thập kỷ.