近幾年,港口行業(yè)在新建碼頭時(shí)深入推進(jìn)兩化融合,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。洋山四期自動(dòng)化碼頭作為推進(jìn)兩化深入融合的先行者,已取得一定成效,對(duì)國內(nèi)自動(dòng)化碼頭兩化建設(shè)及傳統(tǒng)碼頭兩化改造具有一定借鑒價(jià)值
集裝箱碼頭兩化深入融合發(fā)展策略
文|柳長滿
上港集團(tuán)尚東集裝箱碼頭分公司總經(jīng)理
兩化融合是信息化與工業(yè)化深入發(fā)展的必然結(jié)果,工業(yè)化是信息化的本源和基礎(chǔ),信息化是工業(yè)化的引擎和動(dòng)力,二者相互支持。當(dāng)前,國際經(jīng)濟(jì)局勢(shì)進(jìn)入新常態(tài),全球產(chǎn)業(yè)格局面臨重大調(diào)整,搶占行業(yè)發(fā)展新高地的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。黨中央準(zhǔn)確把握國際、國內(nèi)形勢(shì),將深入推進(jìn)兩化融合上升為國家戰(zhàn)略。“十五大” 以來,兩化融合取得長足發(fā)展,特別是“十二五” 期間,我國兩化融合頂層設(shè)計(jì)不斷加強(qiáng),整體意識(shí)不斷提高,發(fā)展成效不斷凸顯,對(duì)新興產(chǎn)業(yè)誕生及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型作用顯著。近幾年,信息技術(shù)在碼頭的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等環(huán)節(jié)深入滲透,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到半自動(dòng)化碼頭,再到全自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。
一、傳統(tǒng)集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展,國際貿(mào)易量劇增,碼頭作為全球貨物運(yùn)輸核心物流節(jié)點(diǎn),其物流及信息流的效率對(duì)全球貨物流通速度起到關(guān)鍵作用。原始的人工作業(yè)嚴(yán)重限制了碼頭作業(yè)效率及服務(wù)水平。為此,20 世紀(jì)90 年代國內(nèi)港口行業(yè)在碼頭原業(yè)務(wù)流程、工藝及裝備等基礎(chǔ)上引入了信息技術(shù),邁出兩化融合第一步,部分人工作業(yè)被取代,碼頭作業(yè)能級(jí)得到顯著提升。
經(jīng)過二十多年的發(fā)展,傳統(tǒng)碼頭兩化融合具有以下特征。
碼頭管理系統(tǒng)的運(yùn)用。通過數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)及處理等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)全場(chǎng)船、貨、堆場(chǎng)、車、岸橋、場(chǎng)橋、道口等數(shù)據(jù)統(tǒng)籌管理、跟蹤及記錄。通過發(fā)送作業(yè)指令,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)組織及資源調(diào)度。隨著信息技術(shù)基礎(chǔ)及創(chuàng)新能力加強(qiáng),國內(nèi)自主研發(fā)的碼頭管理系統(tǒng)得到發(fā)展及廣泛運(yùn)用。
信息共享平臺(tái)的搭建。建立EDI 中心信息共享平臺(tái),碼頭與船公司、口岸監(jiān)管或貨代等相關(guān)單位實(shí)現(xiàn)信息聯(lián)網(wǎng)和電子數(shù)據(jù)交互,促進(jìn)各方物流信息共享。成立服務(wù)口岸各方的物流信息網(wǎng)及電子商務(wù)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)船舶一站式申報(bào)、口岸政府監(jiān)管和電子對(duì)賬支付等業(yè)務(wù)服務(wù)。
電子單證的推行。建立數(shù)字平臺(tái),統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)在船代、貨代、場(chǎng)站及碼頭任意節(jié)點(diǎn)觸發(fā),都可及時(shí)實(shí)現(xiàn)貨物數(shù)據(jù)共享的功能,減少人工成本及差錯(cuò)率,提升單證流通效率。
除此以外,RFID、PDA、OCR 等技術(shù)也得到廣泛運(yùn)用。
二、傳統(tǒng)集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展問題
雖然傳統(tǒng)集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展成效顯著且發(fā)展后勁強(qiáng)勁,然而,技術(shù)起點(diǎn)低,受傳
統(tǒng)碼頭業(yè)務(wù)流程、工藝及裝備限制大等因素影響,缺少全局性統(tǒng)籌規(guī)劃,故傳統(tǒng)集裝箱碼頭兩化融合存在一些問題。
1. 信息化水平較低
碼頭管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)及處理等技術(shù),為集裝箱碼頭提供了數(shù)字化生產(chǎn)支撐,但信息化水平仍較低。
一是大數(shù)據(jù)處理及智能算法等技術(shù)未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)用。數(shù)據(jù)處理速度及處理能力不足,數(shù)據(jù)分析能力受限,數(shù)據(jù)價(jià)值無法進(jìn)一步挖掘, 智能化計(jì)劃、智能化生產(chǎn)控制及智能化調(diào)度缺少技術(shù)支持,人工決策在生產(chǎn)作業(yè)中仍處于主導(dǎo)地位,距離“系統(tǒng)換人”的目標(biāo)存在較大差距,阻礙傳統(tǒng)碼頭從勞動(dòng)密集型作業(yè)模式轉(zhuǎn)化到知識(shí)密集型作業(yè)模式。此外,隨著碼頭規(guī)模擴(kuò)大,人工調(diào)配全場(chǎng)設(shè)備資源能力有限,全場(chǎng)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度,一方面存在設(shè)備閑置問題,降低利用率,另一方面存在設(shè)備空運(yùn)行問題,提高能耗,對(duì)節(jié)能減排帶來不利影響。
二是設(shè)備傳感技術(shù)及控制技術(shù)在傳統(tǒng)碼頭設(shè)備上的運(yùn)用有限,司機(jī)需在場(chǎng)橋、岸橋幾十米高空的駕駛室內(nèi)根據(jù)碼頭控制系統(tǒng)的指令通過肉眼完成集裝箱全流程操作,既影響作業(yè)精度、效率,也容易造成作業(yè)疲勞,引發(fā)安全問題。
2. 網(wǎng)絡(luò)化水平較低
一是碼頭業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息分散。碼頭管理系統(tǒng)及信息共享平臺(tái)互聯(lián)互通的建設(shè)缺乏統(tǒng)籌考慮及前瞻性規(guī)劃,與此同時(shí),受技術(shù)、原架構(gòu)、資金及環(huán)境等限制,傳統(tǒng)碼頭信息集成度較低, “信息孤島”問題無法打破,同區(qū)域內(nèi),碼頭、船公司、口岸單位及貨代等相關(guān)方之間船、貨、車數(shù)據(jù)交互不順暢,不同港區(qū)間系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)接口及傳輸協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,阻礙信息跨區(qū)間流通。
二是碼頭管理系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)相脫節(jié)。目前國內(nèi)大部分傳統(tǒng)碼頭存在管理系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)相脫節(jié)的問題,導(dǎo)致碼頭管理系統(tǒng)無法直接獲取設(shè)備作業(yè)時(shí)間、作業(yè)狀態(tài)等數(shù)據(jù),進(jìn)而導(dǎo)致無法通過對(duì)設(shè)備底層數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、生產(chǎn)決策及設(shè)備性能。
3. 信息安全防護(hù)措施不完備
信息技術(shù)的快速發(fā)展在為碼頭提能增效的同時(shí)也為黑客提供了先進(jìn)的攻擊工具。近幾年,信息攻擊出現(xiàn)手段多樣、覆蓋全面、無法快速破解的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)碼頭生產(chǎn)帶來巨大威脅。由于過去使用環(huán)境相對(duì)封閉,傳統(tǒng)碼頭在搭建系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)側(cè)重于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),對(duì)安全的重視度相對(duì)較弱,系統(tǒng)存在較多安全漏洞。與此同時(shí),傳統(tǒng)碼頭對(duì)于網(wǎng)絡(luò)攻擊缺乏有效的、系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)措施,對(duì)攻擊爆發(fā)后的及時(shí)止損帶來不利影響。
4. 人員能力不相匹配
信息技術(shù)讓港口逐步實(shí)現(xiàn)由勞動(dòng)密集型行業(yè)轉(zhuǎn)向知識(shí)密集型行業(yè),這對(duì)人員能力提出較高要求。對(duì)碼頭生產(chǎn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的熟練運(yùn)用可以提升碼頭作業(yè)效率,體現(xiàn)系統(tǒng)的性能及價(jià)值,反之將無法體現(xiàn)兩化融合的成效。這就要求碼頭從業(yè)人員具備一定的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、信息及管理等技術(shù)能力,然而,傳統(tǒng)碼頭的從業(yè)人員大部分不具備相關(guān)專業(yè)背景。
三、集裝箱碼頭兩化深入融合路徑——以洋山四期自動(dòng)化碼頭為例
近幾年,為實(shí)現(xiàn)兩化深入融合,全面打破兩化融合障礙,更好地發(fā)揮信息化、智能化的引擎作用,港口行業(yè)在建設(shè)新碼頭時(shí)從頂層設(shè)計(jì)出發(fā),全面統(tǒng)籌,加大資金投入,將信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能算法、“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等深入滲透到生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等環(huán)節(jié)中,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。
縱觀全球建成及在建的自動(dòng)化碼頭,洋山四期自動(dòng)化碼頭是目前全球單體規(guī)模最大的全自動(dòng)化碼頭,采用“雙小車岸橋+ 自動(dòng)導(dǎo)引車+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化作業(yè)模式。洋山四期自動(dòng)化碼頭深入推進(jìn)兩化融合,打造了精細(xì)、柔性、智能、綠色的新型生產(chǎn)服務(wù)體系, 其兩化深入融合實(shí)現(xiàn)路徑對(duì)國內(nèi)自動(dòng)化碼頭建設(shè)及傳統(tǒng)碼頭改造具有一定的借鑒價(jià)值。
洋山四期自動(dòng)化碼頭推進(jìn)兩化深入融合的主要路徑:
1. 實(shí)現(xiàn)碼頭操作系統(tǒng)智能化
構(gòu)建全面覆蓋的系統(tǒng)架構(gòu),碼頭操作系統(tǒng)包含信息管理系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)、作業(yè)調(diào)度系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、監(jiān)控分析系統(tǒng)等5 大模塊,針對(duì)各模塊同時(shí)提升軟件、硬件智能化水平,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程集約高效、動(dòng)態(tài)優(yōu)化、安全可靠和綠色低碳。
一是計(jì)劃模塊智能化。自動(dòng)堆存計(jì)劃方面,以船舶靠泊位置、進(jìn)出口箱量等為決策要素, 系統(tǒng)為每個(gè)航次自動(dòng)分配最優(yōu)的箱區(qū)位置及數(shù)量。在進(jìn)、提、裝、卸集裝箱過程中,通過對(duì)箱區(qū)設(shè)備繁忙程度、箱狀態(tài)、箱重量及箱尺寸等要素進(jìn)行判斷,系統(tǒng)自動(dòng)分配最優(yōu)位置。自動(dòng)岸橋作業(yè)計(jì)劃方面,系統(tǒng)根據(jù)船型結(jié)構(gòu)、碼頭裝卸繁忙程度及各貝位集裝箱數(shù)量等情況,自動(dòng)安排岸橋作業(yè)動(dòng)貝計(jì)劃,顯著提升岸橋利用效率。自動(dòng)配載計(jì)劃方面,以預(yù)配船圖為基礎(chǔ),結(jié)合箱區(qū)內(nèi)集裝箱的堆存情況,以降低翻箱率、確保箱區(qū)出箱率為目標(biāo),系統(tǒng)自動(dòng)完成配載計(jì)劃。
二是裝卸船生產(chǎn)指令發(fā)送智能化。針對(duì)裝卸船工況,系統(tǒng)將根據(jù)決策因素自動(dòng)安排發(fā)箱順序,并精確地執(zhí)行。當(dāng)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整發(fā)箱次序,確保作業(yè)流暢性。裝船生產(chǎn)指令受到水平運(yùn)輸工具、場(chǎng)橋運(yùn)行狀態(tài)等復(fù)雜要素的影響,實(shí)現(xiàn)難度大,系統(tǒng)利用時(shí)間序列,精確計(jì)算裝船集裝箱在岸橋下的作業(yè)時(shí)間,確保集裝箱按時(shí)到達(dá)。
三是設(shè)備調(diào)度智能化。洋山四期自動(dòng)化碼頭水平運(yùn)輸工具采用自動(dòng)導(dǎo)引車,以提升AGV 周轉(zhuǎn)率為目標(biāo),系統(tǒng)對(duì)AGV 空閑情況、距離、設(shè)備狀態(tài)等要素進(jìn)行判斷,自動(dòng)分配作業(yè)任務(wù),確保指派的AGV 準(zhǔn)時(shí)到達(dá)作業(yè)位置,并以最優(yōu)的路徑完成作業(yè)任務(wù)。與此同時(shí),AGV調(diào)度優(yōu)先考慮重進(jìn)重出原則,減少設(shè)備空運(yùn)行時(shí)間。洋山四期自動(dòng)化碼頭每個(gè)箱區(qū)布置2 臺(tái)尺寸一致的自動(dòng)軌道吊,海側(cè)軌道吊主要負(fù)責(zé)裝卸船,陸側(cè)軌道吊主要負(fù)責(zé)外集卡進(jìn)、提箱。系統(tǒng)根據(jù)海、陸側(cè)作業(yè)繁忙程度、作業(yè)距離等決策要素,將作業(yè)任務(wù)合理地分配給海、陸側(cè)軌道吊, 均衡作業(yè)強(qiáng)度,提高箱區(qū)出箱能力。
2. 實(shí)現(xiàn)碼頭生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化
以感知技術(shù)、控制技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)為支撐,岸橋、水平運(yùn)輸設(shè)備及場(chǎng)橋三大核心生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全面感知、設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)集成及智能控制,促進(jìn)生產(chǎn)過程精準(zhǔn)化、柔性化、敏捷化。
岸橋采用雙小車(包括主小車及門架小車)+ 中轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì),不設(shè)置駕駛室,主小車作業(yè)時(shí)僅在船側(cè)取放集裝箱時(shí)需要人工介入,其余均采用自動(dòng)運(yùn)行。依托船型掃描系統(tǒng)(SPSS),對(duì)船型進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描并建立輪廓地圖,實(shí)現(xiàn)智能減速和防撞保護(hù)功能。門架小車為全自動(dòng)作業(yè)。
軌道吊基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)作業(yè),陸側(cè)軌道吊在進(jìn)、提集裝箱過程中,為確保集卡安全,采用自動(dòng)化配合可人工干預(yù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式。
自動(dòng)導(dǎo)引車支持無人駕駛、自動(dòng)導(dǎo)航、主動(dòng)避障、自我故障診斷及自我電量監(jiān)控功能。通過無線通信設(shè)備、自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)和磁釘引導(dǎo),自動(dòng)導(dǎo)引車可實(shí)現(xiàn)在繁忙的碼頭平穩(wěn)、安全、自如地穿梭,并通過精密的定位準(zhǔn)確到達(dá)指定停車位置。
3. 實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)化
洋山四期自動(dòng)化碼頭進(jìn)一步推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺(tái)的縱向集成,以通信協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)為突破口,實(shí)現(xiàn)信息無縫銜接和綜合集成。
碼頭管理系統(tǒng)銜接上海港的各大數(shù)據(jù)信息平臺(tái),包括:業(yè)務(wù)受理平臺(tái)、集卡預(yù)約平臺(tái)、數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái),實(shí)現(xiàn)港區(qū)內(nèi)船、貨、車全流程信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。同時(shí),還研發(fā)了海關(guān)、邊防、海事的口岸智慧監(jiān)管系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)智能碼頭作業(yè)和智慧口岸監(jiān)管無縫對(duì)接。
碼頭管理系統(tǒng)銜接設(shè)備控制系統(tǒng),設(shè)備控制系統(tǒng)及時(shí)、精確地執(zhí)行碼頭管理系統(tǒng)發(fā)出的指令,并將設(shè)備位置、作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)時(shí)間等數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)傳輸給碼頭管理系統(tǒng),為其生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支撐。
4. 實(shí)現(xiàn)信息安全可控化
建設(shè)自主可控的信息安全綜合防護(hù)平臺(tái),包括縱深防御平臺(tái)、感知監(jiān)管平臺(tái)及可視化服務(wù)平臺(tái)??v深防御平臺(tái)支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò)隔離、入侵監(jiān)測(cè)、入侵誘捕、主機(jī)安全防護(hù)及數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)感知等安全防護(hù)技術(shù)。感知監(jiān)管平臺(tái)通過對(duì)IT 資產(chǎn)、控制設(shè)備、重要數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘、日志異常分析、通報(bào)預(yù)警等功能??梢暬?wù)平臺(tái)設(shè)立態(tài)勢(shì)感知可視化顯示系統(tǒng)、運(yùn)營調(diào)度席位等,滿足平臺(tái)服務(wù)需求。綜合防護(hù)平臺(tái)貫穿生產(chǎn)、運(yùn)營、應(yīng)用服務(wù)全生命周期。
5. 實(shí)現(xiàn)人員能力綜合化
從招聘源頭把控人員能力,需具備信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、電氣、通信或控制等多學(xué)科交叉融合專業(yè)背景。根據(jù)新型生產(chǎn)流程,搭建適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)模式的組織架構(gòu),合理設(shè)置崗位和工作場(chǎng)景,生產(chǎn)過程中作業(yè)人員發(fā)揮綜合能力,實(shí)現(xiàn)一崗多能,多崗位聯(lián)動(dòng),提升問題響應(yīng)能力及解決速度。
加大培訓(xùn)資金投入,制定詳細(xì)的人才培養(yǎng)方案,除業(yè)務(wù)培訓(xùn)外,每年安排交叉領(lǐng)域系列課程,組織輪崗掛職實(shí)習(xí),實(shí)現(xiàn)人才精細(xì)化管理,培養(yǎng)寬口徑、多面手、復(fù)合型作業(yè)人員。
四、結(jié)論
近幾年,港口行業(yè)在新建碼頭時(shí)深入推進(jìn)兩化融合,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。洋山四期自動(dòng)化碼頭作為推進(jìn)兩化深入融合的先行者,通過實(shí)現(xiàn)碼頭操作系統(tǒng)智能化、碼頭生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化、信息網(wǎng)絡(luò)化、信息安全可控化、人員能力綜合化等路徑,已取得一定成效,對(duì)國內(nèi)自動(dòng)化碼頭兩化建設(shè)及傳統(tǒng)碼頭兩化改造具有一定的借鑒價(jià)值。