近幾年，港口行業(yè)在新建碼頭時深入推進兩化融合，實現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動化碼頭的跨越式發(fā)展。洋山四期自動化碼頭作為推進兩化深入融合的先行者，已取得一定成效，對國內(nèi)自動化碼頭兩化建設及傳統(tǒng)碼頭兩化改造具有一定借鑒價值。

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)化的引擎和動力，二者相互支持。當前，國際經(jīng)濟局勢進入新常態(tài)，全球產(chǎn)業(yè)格局面臨重大調(diào)整，搶占行業(yè)發(fā)展新高地的競爭愈演愈烈。黨中央準確把握國際、國內(nèi)形勢，將深入推進兩化融合上升為國家戰(zhàn)略?！笆宕蟆?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(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型作用顯著。近幾年，信息技術在碼頭的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等環(huán)節(jié)深入滲透，實現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到半自動化碼頭，再到全自動化碼頭的跨越式發(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)濟全球化發(fā)展，國際貿(mào)易量劇增，碼頭作為全球貨物運輸核心物流節(jié)點，其物流及信息流的效率對全球貨物流通速度起到關鍵作用。原始的人工作業(yè)嚴重限制了碼頭作業(yè)效率及服務水平。為此，20 世紀90 年代國內(nèi)港口行業(yè)在碼頭原業(yè)務流程、工藝及裝備等基礎上引入了信息技術，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)的運用。通過數(shù)據(jù)傳輸、存儲及處理等功能，實現(xiàn)對全場船、貨、堆場、車、岸橋、場橋、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，實現(xiàn)生產(chǎn)組織及資源調(diào)度。隨著信息技術基礎及創(chuàng)新能力加強，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(jiān)管或貨代等相關單位實現(xiàn)信息聯(lián)網(wǎng)和電子數(shù)據(jù)交互，促進各方物流信息共享。成立服務口岸各方的物流信息網(wǎng)及電子商務網(wǎng)，實現(xiàn)船舶一站式申報、口岸政府監(jiān)管和電子對賬支付等業(yè)務服務。

電子單證的推行。建立數(shù)字平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸標準及基礎數(shù)據(jù)格式標準，實現(xiàn)在船代、貨代、場站及碼頭任意節(jié)點觸發(fā)，都可及時實現(xiàn)貨物數(shù)據(jù)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 等技術也得到廣泛運用。

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)展后勁強勁，然而，技術起點低，受傳

統(tǒng)碼頭業(yè)務流程、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、存儲及處理等技術，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未實現(xiàn)大規(guī)模運用。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)價值無法進一步挖掘， 智能化計劃、智能化生產(chǎn)控制及智能化調(diào)度缺少技術支持，人工決策在生產(chǎn)作業(yè)中仍處于主導地位，距離“系統(tǒng)換人”的目標存在較大差距，阻礙傳統(tǒng)碼頭從勞動密集型作業(yè)模式轉(zhuǎn)化到知識密集型作業(yè)模式。此外，隨著碼頭規(guī)模擴大，人工調(diào)配全場設備資源能力有限，全場設備無法實現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度，一方面存在設備閑置問題，降低利用率，另一方面存在設備空運行問題，提高能耗，對節(jié)能減排帶來不利影響。

二是設備傳感技術及控制技術在傳統(tǒng)碼頭設備上的運用有限，司機需在場橋、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)絡化水平較低

一是碼頭業(yè)務系統(tǒng)信息分散。碼頭管理系統(tǒng)及信息共享平臺互聯(lián)互通的建設缺乏統(tǒng)籌考慮及前瞻性規(guī)劃，與此同時，受技術、原架構、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)議等標準不統(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)與設備控制系統(tǒng)相脫節(jié)的問題，導致碼頭管理系統(tǒng)無法直接獲取設備作業(yè)時間、作業(yè)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，進而導致無法通過對設備底層數(shù)據(jù)進行分析來優(yōu)化業(yè)務流程、生產(chǎn)決策及設備性能。

3. 信息安全防護措施不完備

信息技術的快速發(fā)展在為碼頭提能增效的同時也為黑客提供了先進的攻擊工具。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)展趨勢對碼頭生產(chǎn)帶來巨大威脅。由于過去使用環(huán)境相對封閉，傳統(tǒng)碼頭在搭建系統(tǒng)架構時側重于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，對安全的重視度相對較弱，系統(tǒng)存在較多安全漏洞。與此同時，傳統(tǒng)碼頭對于網(wǎng)絡攻擊缺乏有效的、系統(tǒng)的應對措施，對攻擊爆發(fā)后的及時止損帶來不利影響。

4. 人員能力不相匹配

信息技術讓港口逐步實現(xiàn)由勞動密集型行業(yè)轉(zhuǎn)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(tǒng)、控制系統(tǒng)的熟練運用可以提升碼頭作業(yè)效率，體現(xiàn)系統(tǒng)的性能及價值，反之將無法體現(xiàn)兩化融合的成效。這就要求碼頭從業(yè)人員具備一定的計算機、網(wǎng)絡、信息及管理等技術能力，然而，傳統(tǒng)碼頭的從業(yè)人員大部分不具備相關專業(yè)背景。

三、集裝箱碼頭兩化深入融合路徑——以洋山四期自動化碼頭為例

近幾年，為實現(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)在建設新碼頭時從頂層設計出發(fā)，全面統(tǒng)籌，加大資金投入，將信息技術、大數(shù)據(jù)技術、智能算法、“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡安全技術等深入滲透到生產(chǎn)、經(jīng)營、管理等環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動化碼頭的跨越式發(fā)展。

縱觀全球建成及在建的自動化碼頭，洋山四期自動化碼頭是目前全球單體規(guī)模最大的全自動化碼頭，采用“雙小車岸橋+ 自動導引車+ 自動化軌道吊”的全自動化作業(yè)模式。洋山四期自動化碼頭深入推進兩化融合，打造了精細、柔性、智能、綠色的新型生產(chǎn)服務體系， 其兩化深入融合實現(xiàn)路徑對國內(nèi)自動化碼頭建設及傳統(tǒng)碼頭改造具有一定的借鑒價值。

洋山四期自動化碼頭推進兩化深入融合的主要路徑：

1. 實現(xiàn)碼頭操作系統(tǒng)智能化

構建全面覆蓋的系統(tǒng)架構，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，針對各模塊同時提升軟件、硬件智能化水平，實現(xiàn)生產(chǎn)過程集約高效、動態(tài)優(yōu)化、安全可靠和綠色低碳。

一是計劃模塊智能化。自動堆存計劃方面，以船舶靠泊位置、進出口箱量等為決策要素， 系統(tǒng)為每個航次自動分配最優(yōu)的箱區(qū)位置及數(shù)量。在進、提、裝、卸集裝箱過程中，通過對箱區(qū)設備繁忙程度、箱狀態(tài)、箱重量及箱尺寸等要素進行判斷，系統(tǒng)自動分配最優(yōu)位置。自動岸橋作業(yè)計劃方面，系統(tǒng)根據(jù)船型結構、碼頭裝卸繁忙程度及各貝位集裝箱數(shù)量等情況，自動安排岸橋作業(yè)動貝計劃，顯著提升岸橋利用效率。自動配載計劃方面，以預配船圖為基礎，結合箱區(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，系統(tǒng)自動完成配載計劃。

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(tǒng)將根據(jù)決策因素自動安排發(fā)箱順序，并精確地執(zhí)行。當生產(chǎn)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動調(diào)整發(fā)箱次序，確保作業(yè)流暢性。裝船生產(chǎn)指令受到水平運輸工具、場橋運行狀態(tài)等復雜要素的影響，實現(xiàn)難度大，系統(tǒng)利用時間序列，精確計算裝船集裝箱在岸橋下的作業(yè)時間，確保集裝箱按時到達。

三是設備調(diào)度智能化。洋山四期自動化碼頭水平運輸工具采用自動導引車，以提升AGV 周轉(zhuǎn)率為目標，系統(tǒng)對AGV 空閑情況、距離、設備狀態(tài)等要素進行判斷，自動分配作業(yè)任務，確保指派的AGV 準時到達作業(yè)位置，并以最優(yōu)的路徑完成作業(yè)任務。與此同時，AGV調(diào)度優(yōu)先考慮重進重出原則，減少設備空運行時間。洋山四期自動化碼頭每個箱區(qū)布置2 臺尺寸一致的自動軌道吊，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、提箱。系統(tǒng)根據(jù)海、陸側作業(yè)繁忙程度、作業(yè)距離等決策要素，將作業(yè)任務合理地分配給海、陸側軌道吊， 均衡作業(yè)強度，提高箱區(qū)出箱能力。

2. 實現(xiàn)碼頭生產(chǎn)設備自動化

以感知技術、控制技術、人機交互技術為支撐，岸橋、水平運輸設備及場橋三大核心生產(chǎn)設備實現(xiàn)全面感知、設備互聯(lián)、數(shù)據(jù)集成及智能控制，促進生產(chǎn)過程精準化、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)平臺的設計，不設置駕駛室，主小車作業(yè)時僅在船側取放集裝箱時需要人工介入，其余均采用自動運行。依托船型掃描系統(tǒng)(SPSS)，對船型進行實時掃描并建立輪廓地圖，實現(xiàn)智能減速和防撞保護功能。門架小車為全自動作業(yè)。

軌道吊基本實現(xiàn)全自動作業(yè)，陸側軌道吊在進、提集裝箱過程中，為確保集卡安全，采用自動化配合可人工干預的遠程監(jiān)控方式。

自動導引車支持無人駕駛、自動導航、主動避障、自我故障診斷及自我電量監(jiān)控功能。通過無線通信設備、自動調(diào)度系統(tǒng)和磁釘引導，自動導引車可實現(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確到達指定停車位置。

3. 實現(xiàn)信息網(wǎng)絡化

洋山四期自動化碼頭進一步推進網(wǎng)絡、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)平臺的縱向集成，以通信協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)分析等關鍵技術為突破口，實現(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，包括：業(yè)務受理平臺、集卡預約平臺、數(shù)據(jù)分析平臺、統(tǒng)一調(diào)度平臺，實現(xiàn)港區(qū)內(nèi)船、貨、車全流程信息共享和業(yè)務協(xié)同。同時，還研發(fā)了海關、邊防、海事的口岸智慧監(jiān)管系統(tǒng)，實現(xiàn)智能碼頭作業(yè)和智慧口岸監(jiān)管無縫對接。

碼頭管理系統(tǒng)銜接設備控制系統(tǒng)，設備控制系統(tǒng)及時、精確地執(zhí)行碼頭管理系統(tǒng)發(fā)出的指令，并將設備位置、作業(yè)狀態(tài)、作業(yè)時間等數(shù)據(jù)時時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. 實現(xiàn)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(jiān)管平臺及可視化服務平臺?？v深防御平臺支持工業(yè)網(wǎng)絡隔離、入侵監(jiān)測、入侵誘捕、主機安全防護及數(shù)據(jù)態(tài)勢感知等安全防護技術。感知監(jiān)管平臺通過對IT 資產(chǎn)、控制設備、重要數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)資產(chǎn)監(jiān)控、數(shù)據(jù)挖掘、日志異常分析、通報預警等功能?？梢暬掌脚_設立態(tài)勢感知可視化顯示系統(tǒng)、運營調(diào)度席位等，滿足平臺服務需求。綜合防護平臺貫穿生產(chǎn)、運營、應用服務全生命周期。

5. 實現(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、數(shù)學、電氣、通信或控制等多學科交叉融合專業(yè)背景。根據(jù)新型生產(chǎn)流程，搭建適應自動化生產(chǎn)模式的組織架構，合理設置崗位和工作場景，生產(chǎn)過程中作業(yè)人員發(fā)揮綜合能力，實現(xiàn)一崗多能，多崗位聯(lián)動，提升問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(yǎng)方案，除業(yè)務培訓外，每年安排交叉領域系列課程，組織輪崗掛職實習，實現(xiàn)人才精細化管理，培養(yǎng)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)在新建碼頭時深入推進兩化融合，實現(xiàn)從傳統(tǒng)碼頭到自動化碼頭的跨越式發(fā)展。洋山四期自動化碼頭作為推進兩化深入融合的先行者，通過實現(xiàn)碼頭操作系統(tǒng)智能化、碼頭生產(chǎn)設備自動化、信息網(wǎng)絡化、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(nèi)自動化碼頭兩化建設及傳統(tǒng)碼頭兩化改造具有一定的借鑒價值。