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)現從傳統碼頭到自動(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，對國內自動(dòng)化碼頭兩化建設及傳統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(cháng)滿(mǎn) 

上港集團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)展的必然結果，工業(yè)化是信息化的本源和基礎，信息化是工業(yè)化的引擎和動(dòng)力，二者相互支持。當前，國際經(jīng)濟局勢進(jìn)入新常態(tài)，全球產(chǎn)業(yè)格局面臨重大調整，搶占行業(yè)發(fā)展新高地的競爭愈演愈烈。黨中央準確把握國際、國內形勢，將深入推進(jìn)兩化融合上升為國家戰略。“十五大” 以來(lái)，兩化融合取得長(cháng)足發(fā)展，特別是“十二五” 期間，我國兩化融合頂層設計不斷加強，整體意識不斷提高，發(fā)展成效不斷凸顯，對新興產(chǎn)業(yè)誕生及傳統產(chǎn)業(yè)轉型作用顯著(zhù)。近幾年，信息技術(shù)在碼頭的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等環(huán)節深入滲透，實(shí)現從傳統碼頭到半自動(dòng)化碼頭，再到全自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。

一、傳統集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展現狀

隨著(zhù)經(jīng)濟全球化發(fā)展，國際貿易量劇增，碼頭作為全球貨物運輸核心物流節點(diǎn)，其物流及信息流的效率對全球貨物流通速度起到關(guān)鍵作用。原始的人工作業(yè)嚴重限制了碼頭作業(yè)效率及服務(wù)水平。為此，20 世紀90 年代國內港口行業(yè)在碼頭原業(yè)務(wù)流程、工藝及裝備等基礎上引入了信息技術(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)能級得到顯著(zhù)提升。

經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，傳統碼頭兩化融合具有以下特征。

碼頭管理系統的運用。通過(guò)數據傳輸、存儲及處理等功能，實(shí)現對全場(chǎng)船、貨、堆場(chǎng)、車(chē)、岸橋、場(chǎng)橋、道口等數據統籌管理、跟蹤及記錄。通過(guò)發(fā)送作業(yè)指令，實(shí)現生產(chǎn)組織及資源調度。隨著(zhù)信息技術(shù)基礎及創(chuàng )新能力加強，國內自主研發(fā)的碼頭管理系統得到發(fā)展及廣泛運用。

信息共享平臺的搭建。建立EDI 中心信息共享平臺，碼頭與船公司、口岸監管或貨代等相關(guān)單位實(shí)現信息聯(lián)網(wǎng)和電子數據交互，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)現船舶一站式申報、口岸政府監管和電子對賬支付等業(yè)務(wù)服務(wù)。

電子單證的推行。建立數字平臺，統一數據傳輸標準及基礎數據格式標準，實(shí)現在船代、貨代、場(chǎng)站及碼頭任意節點(diǎn)觸發(fā)，都可及時(shí)實(shí)現貨物數據共享的功能，減少人工成本及差錯率，提升單證流通效率。

除此以外，RFID、PDA、OCR 等技術(shù)也得到廣泛運用。

二、傳統集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展問(wèn)題

雖然傳統集裝箱碼頭兩化融合發(fā)展成效顯著(zhù)且發(fā)展后勁強勁，然而，技術(shù)起點(diǎn)低，受傳

統碼頭業(yè)務(wù)流程、工藝及裝備限制大等因素影響，缺少全局性統籌規劃，故傳統集裝箱碼頭兩化融合存在一些問(wèn)題。

1. 信息化水平較低

碼頭管理系統通過(guò)數據采集、存儲及處理等技術(shù)，為集裝箱碼頭提供了數字化生產(chǎn)支撐，但信息化水平仍較低。

一是大數據處理及智能算法等技術(shù)未實(shí)現大規模運用。數據處理速度及處理能力不足，數據分析能力受限，數據價(jià)值無(wú)法進(jìn)一步挖掘， 智能化計劃、智能化生產(chǎn)控制及智能化調度缺少技術(shù)支持，人工決策在生產(chǎn)作業(yè)中仍處于主導地位，距離“系統換人”的目標存在較大差距，阻礙傳統碼頭從勞動(dòng)密集型作業(yè)模式轉化到知識密集型作業(yè)模式。此外，隨著(zhù)碼頭規模擴大，人工調配全場(chǎng)設備資源能力有限，全場(chǎng)設備無(wú)法實(shí)現最優(yōu)調度，一方面存在設備閑置問(wèn)題，降低利用率，另一方面存在設備空運行問(wèn)題，提高能耗，對節能減排帶來(lái)不利影響。

二是設備傳感技術(shù)及控制技術(shù)在傳統碼頭設備上的運用有限，司機需在場(chǎng)橋、岸橋幾十米高空的駕駛室內根據碼頭控制系統的指令通過(guò)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(wèn)題。

2. 網(wǎng)絡(luò )化水平較低

一是碼頭業(yè)務(wù)系統信息分散。碼頭管理系統及信息共享平臺互聯(lián)互通的建設缺乏統籌考慮及前瞻性規劃，與此同時(shí)，受技術(shù)、原架構、資金及環(huán)境等限制，傳統碼頭信息集成度較低， “信息孤島”問(wèn)題無(wú)法打破，同區域內，碼頭、船公司、口岸單位及貨代等相關(guān)方之間船、貨、車(chē)數據交互不順暢，不同港區間系統數據庫、數據接口及傳輸協(xié)議等標準不統一，阻礙信息跨區間流通。

二是碼頭管理系統與設備控制系統相脫節。目前國內大部分傳統碼頭存在管理系統與設備控制系統相脫節的問(wèn)題，導致碼頭管理系統無(wú)法直接獲取設備作業(yè)時(shí)間、作業(yè)狀態(tài)等數據，進(jìn)而導致無(wú)法通過(guò)對設備底層數據進(jìn)行分析來(lái)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、生產(chǎn)決策及設備性能。

3. 信息安全防護措施不完備

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，信息攻擊出現手段多樣、覆蓋全面、無(wú)法快速破解的發(fā)展趨勢對碼頭生產(chǎn)帶來(lái)巨大威脅。由于過(guò)去使用環(huán)境相對封閉，傳統碼頭在搭建系統架構時(shí)側重于系統功能的實(shí)現，對安全的重視度相對較弱，系統存在較多安全漏洞。與此同時(shí)，傳統碼頭對于網(wǎng)絡(luò )攻擊缺乏有效的、系統的應對措施，對攻擊爆發(fā)后的及時(shí)止損帶來(lái)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)現由勞動(dòng)密集型行業(yè)轉向知識密集型行業(yè)，這對人員能力提出較高要求。對碼頭生產(chǎn)系統、控制系統的熟練運用可以提升碼頭作業(yè)效率，體現系統的性能及價(jià)值，反之將無(wú)法體現兩化融合的成效。這就要求碼頭從業(yè)人員具備一定的計算機、網(wǎng)絡(luò )、信息及管理等技術(shù)能力，然而，傳統碼頭的從業(yè)人員大部分不具備相關(guān)專(zhuān)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)在建設新碼頭時(shí)從頂層設計出發(fā)，全面統籌，加大資金投入，將信息技術(shù)、大數據技術(shù)、智能算法、“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算、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(yíng)、管理等環(huán)節中，實(shí)現從傳統碼頭到自動(dòng)化碼頭的跨越式發(fā)展。

縱觀(guān)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模最大的全自動(dòng)化碼頭，采用“雙小車(chē)岸橋+ 自動(dòng)導引車(chē)+ 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、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)現路徑對國內自動(dòng)化碼頭建設及傳統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)現碼頭操作系統智能化

構建全面覆蓋的系統架構，碼頭操作系統包含信息管理系統、生產(chǎn)作業(yè)系統、作業(yè)調度系統、過(guò)程控制系統、監控分析系統等5 大模塊，針對各模塊同時(shí)提升軟件、硬件智能化水平，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程集約高效、動(dòng)態(tài)優(yōu)化、安全可靠和綠色低碳。

一是計劃模塊智能化。自動(dòng)堆存計劃方面，以船舶靠泊位置、進(jìn)出口箱量等為決策要素， 系統為每個(gè)航次自動(dòng)分配最優(yōu)的箱區位置及數量。在進(jìn)、提、裝、卸集裝箱過(guò)程中，通過(guò)對箱區設備繁忙程度、箱狀態(tài)、箱重量及箱尺寸等要素進(jìn)行判斷，系統自動(dòng)分配最優(yōu)位置。自動(dòng)岸橋作業(yè)計劃方面，系統根據船型結構、碼頭裝卸繁忙程度及各貝位集裝箱數量等情況，自動(dòng)安排岸橋作業(yè)動(dòng)貝計劃，顯著(zhù)提升岸橋利用效率。自動(dòng)配載計劃方面，以預配船圖為基礎，結合箱區內集裝箱的堆存情況，以降低翻箱率、確保箱區出箱率為目標，系統自動(dòng)完成配載計劃。

二是裝卸船生產(chǎn)指令發(fā)送智能化。針對裝卸船工況，系統將根據決策因素自動(dòng)安排發(fā)箱順序，并精確地執行。當生產(chǎn)出現異常時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)調整發(fā)箱次序，確保作業(yè)流暢性。裝船生產(chǎn)指令受到水平運輸工具、場(chǎng)橋運行狀態(tài)等復雜要素的影響，實(shí)現難度大，系統利用時(shí)間序列，精確計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。

三是設備調度智能化。洋山四期自動(dòng)化碼頭水平運輸工具采用自動(dòng)導引車(chē)，以提升AGV 周轉率為目標，系統對AGV 空閑情況、距離、設備狀態(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 準時(shí)到達作業(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調度優(yōu)先考慮重進(jìn)重出原則，減少設備空運行時(shí)間。洋山四期自動(dòng)化碼頭每個(gè)箱區布置2 臺尺寸一致的自動(dòng)軌道吊，海側軌道吊主要負責裝卸船，陸側軌道吊主要負責外集卡進(jìn)、提箱。系統根據海、陸側作業(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、陸側軌道吊， 均衡作業(yè)強度，提高箱區出箱能力。

2. 實(shí)現碼頭生產(chǎn)設備自動(dòng)化

以感知技術(shù)、控制技術(shù)、人機交互技術(shù)為支撐，岸橋、水平運輸設備及場(chǎng)橋三大核心生產(chǎn)設備實(shí)現全面感知、設備互聯(lián)、數據集成及智能控制，促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程精準化、柔性化、敏捷化。

岸橋采用雙小車(chē)（包括主小車(chē)及門(mén)架小車(chē)）+ 中轉平臺的設計，不設置駕駛室，主小車(chē)作業(yè)時(shí)僅在船側取放集裝箱時(shí)需要人工介入，其余均采用自動(dòng)運行。依托船型掃描系統（SPSS），對船型進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描并建立輪廓地圖，實(shí)現智能減速和防撞保護功能。門(mén)架小車(chē)為全自動(dòng)作業(yè)。

軌道吊基本實(shí)現全自動(dòng)作業(yè)，陸側軌道吊在進(jìn)、提集裝箱過(guò)程中，為確保集卡安全，采用自動(dòng)化配合可人工干預的遠程監控方式。

自動(dòng)導引車(chē)支持無(wú)人駕駛、自動(dòng)導航、主動(dòng)避障、自我故障診斷及自我電量監控功能。通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信設備、自動(dòng)調度系統和磁釘引導，自動(dòng)導引車(chē)可實(shí)現在繁忙的碼頭平穩、安全、自如地穿梭，并通過(guò)精密的定位準確到達指定停車(chē)位置。

3. 實(shí)現信息網(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、管理系統和數據平臺的縱向集成，以通信協(xié)議、數據接口、數據分析等關(guān)鍵技術(shù)為突破口，實(shí)現信息無(wú)縫銜接和綜合集成。

碼頭管理系統銜接上海港的各大數據信息平臺，包括：業(yè)務(wù)受理平臺、集卡預約平臺、數據分析平臺、統一調度平臺，實(shí)現港區內船、貨、車(chē)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、海事的口岸智慧監管系統，實(shí)現智能碼頭作業(yè)和智慧口岸監管無(wú)縫對接。

碼頭管理系統銜接設備控制系統，設備控制系統及時(shí)、精確地執行碼頭管理系統發(fā)出的指令，并將設備位置、作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)時(shí)間等數據時(shí)時(shí)傳輸給碼頭管理系統，為其生產(chǎn)決策提供數據支撐。

4. 實(shí)現信息安全可控化

建設自主可控的信息安全綜合防護平臺，包括縱深防御平臺、感知監管平臺及可視化服務(wù)平臺?？v深防御平臺支持工業(yè)網(wǎng)絡(luò )隔離、入侵監測、入侵誘捕、主機安全防護及數據態(tài)勢感知等安全防護技術(shù)。感知監管平臺通過(guò)對IT 資產(chǎn)、控制設備、重要數據進(jìn)行統一管理，實(shí)現資產(chǎn)監控、數據挖掘、日志異常分析、通報預警等功能?？梢暬?wù)平臺設立態(tài)勢感知可視化顯示系統、運營(yíng)調度席位等，滿(mǎn)足平臺服務(wù)需求。綜合防護平臺貫穿生產(chǎn)、運營(yíng)、應用服務(wù)全生命周期。

5. 實(shí)現人員能力綜合化

從招聘源頭把控人員能力，需具備信息技術(shù)、數學(xué)、電氣、通信或控制等多學(xué)科交叉融合專(zhuān)業(yè)背景。根據新型生產(chǎn)流程，搭建適應自動(dòng)化生產(chǎn)模式的組織架構，合理設置崗位和工作場(chǎng)景，生產(chǎn)過(guò)程中作業(yè)人員發(fā)揮綜合能力，實(shí)現一崗多能，多崗位聯(lián)動(dòng)，提升問(wèn)題響應能力及解決速度。

加大培訓資金投入，制定詳細的人才培養方案，除業(yè)務(wù)培訓外，每年安排交叉領(lǐng)域系列課程，組織輪崗掛職實(shí)習，實(shí)現人才精細化管理，培養寬口徑、多面手、復合型作業(yè)人員。

四、結論

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)現從傳統碼頭到自動(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(guò)實(shí)現碼頭操作系統智能化、碼頭生產(chǎn)設備自動(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，對國內自動(dòng)化碼頭兩化建設及傳統碼頭兩化改造具有一定的借鑒價(jià)值。