摘要：文章結(jié)合西部港口特點(diǎn)，以管控一體化為核心理念，以優(yōu)化港口物流運(yùn)作組織流程為主線，從散雜貨物流系統(tǒng)、集裝箱物流系統(tǒng)兩大方面，研究提出了港口業(yè)務(wù)管理與作業(yè)控制一體化框架體系、港口物流運(yùn)作組織優(yōu)化技術(shù)方案和港口物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)智能化監(jiān)控技術(shù)方案。研究成果對(duì)于提高港口物流運(yùn)營(yíng)組織與流程控制技術(shù)水平具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：港口物流樞紐;運(yùn)營(yíng);流程;優(yōu)化;機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：U695文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst.2019. 12. 045

文章編號(hào)：1673 - 4874（2019）12 - 0170 - 07

0 引言

北部灣港口作為連接我國(guó)西部地區(qū)與國(guó)際社會(huì)重要通道和國(guó)際化綜合物流鏈的重要環(huán)節(jié)，必須主動(dòng)承擔(dān)起區(qū)域性港口綜合物流樞紐的重任。但目前北部灣港口基本以大宗貨物裝卸、運(yùn)輸為主，物流業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)薄弱，與綜合物流樞紐建設(shè)的目標(biāo)存在差距。為促使北部灣港口實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、配送、加工改裝、包裝、通關(guān)、商檢、保險(xiǎn)和信息交換等商品供應(yīng)鏈服務(wù)，即為用戶提供多功能一體化的綜合物流服務(wù)，本文將從港口業(yè)務(wù)管理與作業(yè)控制一體化技術(shù)、樞紐運(yùn)營(yíng)組織優(yōu)化與模擬技術(shù)、港口作業(yè)智能化監(jiān)控技術(shù)等方面，破解制約西部港口綜合物流樞紐建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)問題。

1 關(guān)鍵技術(shù)的架構(gòu)

本文以管控一體化為港口物流運(yùn)作流程優(yōu)化的核心理念，以優(yōu)化仿真和機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控為關(guān)鍵技術(shù)，突出港口物流運(yùn)作流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)理論、流程、技術(shù)的有機(jī)統(tǒng)一。通過對(duì)北部灣港口進(jìn)行分析，各關(guān)鍵技術(shù)的邏輯架構(gòu)如圖1所示。

2 港口業(yè)務(wù)管理與作業(yè)控制一體化技術(shù)

2.1 管控一體化技術(shù)

管控一體化（也稱EMS）指的是處理ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）與現(xiàn)場(chǎng)控制層的中間層。管控一體化的核心思想就是“采用系統(tǒng)集成、信息集成的方法組織生產(chǎn)，把市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造過程、企業(yè)管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、售后服務(wù)看作統(tǒng)一的生產(chǎn)過程，把人力、財(cái)力、設(shè)備等生產(chǎn)要素集成起來統(tǒng)一控制，并采用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化，以改善生產(chǎn)加工、管理決策，實(shí)現(xiàn)從最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行到最高層的市場(chǎng)運(yùn)作所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)共享?！?/p>

2.2 港口物流樞紐管控一體化體系框架

港口物流樞紐管控一體化體系在本文中基本分成兩大系統(tǒng)：港口物流樞紐生產(chǎn)系統(tǒng)和港口物流樞紐運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)。這兩大系統(tǒng)通過指令流、數(shù)據(jù)流等在各個(gè)管理部門之間進(jìn)行交流。港口物流樞紐管控一體化體系框架如圖2所示。

3 港口樞紐運(yùn)營(yíng)組織優(yōu)化與模擬技術(shù)

3.1 港口物流運(yùn)作組織優(yōu)化總體目標(biāo)

港口物流運(yùn)作組織優(yōu)化與模擬從節(jié)省資源、提高效率、優(yōu)化布局、提高智能、節(jié)能減排等方面，以提高港口競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)港口發(fā)展為目的，實(shí)現(xiàn)港口資源合理配置和調(diào)度。在港口物流整體視角上優(yōu)化各作業(yè)環(huán)節(jié)的銜接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的優(yōu)化和無縫銜接。

鑒于文章篇幅，本文主要以欽州港集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化方案為例來解釋港口物流運(yùn)作組織優(yōu)化技術(shù)。

3.2 欽州港集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化

集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化包括兩個(gè)方面：（1）集裝箱碼頭不同業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)流程優(yōu)化的目標(biāo);（2）集裝箱物流運(yùn)作組織全過程優(yōu)化的目標(biāo)。

3.2.1 欽州港集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化需求分析

欽州港區(qū)TOPS集裝箱操作系統(tǒng)功能存在不足，導(dǎo)致出口堆場(chǎng)倒箱率較高。考慮欽州港集裝箱碼頭到港集裝箱船舶數(shù)量相對(duì)較少、裝卸箱量相對(duì)較少的實(shí)際情況，其具體需求為：

（1）到港船舶動(dòng)態(tài)指泊優(yōu)化。通過對(duì)欽州港保稅物流園區(qū)集裝箱碼頭到港船舶的靠泊作業(yè)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，分析船舶靠泊作業(yè)的瓶頸和制約因素，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)指泊的優(yōu)化，提高泊位利用率，減少船舶等待時(shí)間。

（2）港口裝卸設(shè)備配置的優(yōu)化與模擬。利用模擬優(yōu)化方法進(jìn)行港口裝卸流程的模擬，發(fā)現(xiàn)設(shè)備浪費(fèi)情況，優(yōu)化岸橋、場(chǎng)橋、集卡等裝卸設(shè)備的配置，提高裝卸資源的利用效率，控制裝卸設(shè)備使用、維護(hù)和保養(yǎng)成本。

（3）堆場(chǎng)自動(dòng)派位模擬優(yōu)化。通過模擬優(yōu)化技術(shù)對(duì)欽州港保稅物流園區(qū)集裝箱碼頭出口堆場(chǎng)的堆存作業(yè)進(jìn)行模擬優(yōu)化，分析堆場(chǎng)的運(yùn)作情況和貨物堆垛情況，優(yōu)化堆場(chǎng)貨物的堆存作業(yè)，實(shí)現(xiàn)堆場(chǎng)自動(dòng)派位優(yōu)化，降低倒箱率，減少堆場(chǎng)擁堵，實(shí)現(xiàn)貨物順利堆存、提取。

3.2.2 欽州港集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

欽州港集裝箱碼頭屬于小型集裝箱碼頭，盡管其泊位生產(chǎn)能力有限，但是隨著大型泊位的建設(shè)，欽州港集裝箱碼頭的裝卸需求會(huì)大大增加。針對(duì)欽州港的特點(diǎn)及需求，設(shè)計(jì)集裝箱碼頭物流運(yùn)作組織優(yōu)化業(yè)務(wù)流程（見圖3）。

具體來說，就是將模擬優(yōu)化技術(shù)嵌入到TOPS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)TOPS系統(tǒng)的升級(jí)，利用升級(jí)后的TOPS系統(tǒng)進(jìn)行靠泊計(jì)劃的編制。

3.3 欽州港集裝箱物流運(yùn)作組織優(yōu)化實(shí)證分析

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案的可行性，結(jié)合欽州港集裝箱碼頭的實(shí)際情況，對(duì)欽州港集裝箱碼頭的靠泊環(huán)節(jié)與出口堆場(chǎng)派位優(yōu)化選用POEM物流優(yōu)化平臺(tái)進(jìn)行實(shí)證分析。

3.3.1 動(dòng)態(tài)指泊優(yōu)化實(shí)證分析

欽州港集裝箱碼頭的岸線長(zhǎng)度約為1 000 m，假設(shè)船舶之間的安全距離為20 m，考慮1 d之內(nèi)的船舶的靠泊計(jì)劃，為了敘述方便，以30 min為1單位時(shí)間，將1 d劃分為48個(gè)單位時(shí)間，船舶信息如表1所示。

岸邊可用橋吊數(shù)為10，給10個(gè)岸橋進(jìn)行順序編號(hào)，從左至右依次為岸橋1到岸橋10。一臺(tái)岸橋作業(yè)30 min的費(fèi)用是300元，每開一臺(tái)岸橋圍繞其配置的人力、集卡等成本費(fèi)用為4 000元，船舶之間的安全距離為20 m，其他參數(shù)信息如表2所示。

以最小化船舶等待作業(yè)時(shí)間為目標(biāo)，通過第一階段模型對(duì)該問題運(yùn)用POEM物流優(yōu)化軟件進(jìn)行求解，能很快得到初始解。經(jīng)運(yùn)算，隨著POEM的運(yùn)行，等待時(shí)間的數(shù)值在不斷優(yōu)化，POEM運(yùn)行大約24 s后得到最優(yōu)解waittime=0，而且最優(yōu)解得到驗(yàn)證，船舶作業(yè)區(qū)間與停靠位置的POEM運(yùn)行結(jié)果信息見表3。

通過對(duì)第二階段的模型進(jìn)行求解，得到岸橋數(shù)量n=6，fee=690，即69 000元。具體岸橋數(shù)量配置及調(diào)度如表4所示。

從圖4及表4可以看出，POEM求解能有效地解決動(dòng)態(tài)指泊優(yōu)化問題，并且具有較高的運(yùn)算速度。但是，由于動(dòng)態(tài)指泊優(yōu)化問題的NP性，隨著問題規(guī)模的增大，需要對(duì)該問題設(shè)計(jì)專門的求解策略，才能得到較為滿意的求解速率及求解結(jié)果。

3.3.2 堆場(chǎng)自動(dòng)化派位優(yōu)化

在欽州港集裝箱碼頭船舶靠泊裝卸過程中，假設(shè)出口堆場(chǎng)中某箱區(qū)有40 TEU集裝箱需要出口裝船，這40 TEU集裝箱的重量級(jí)別與航線級(jí)別信息如表5所示。該箱區(qū)預(yù)留堆存這40 TEU的貝位、列位、層位分別為3、5、5，對(duì)這40 TEU進(jìn)行派位，力求派位后翻倒率最小。

利用POEM物流優(yōu)化系統(tǒng)軟件平臺(tái)對(duì)優(yōu)化模型運(yùn)行求解，能很快得到優(yōu)化結(jié)果，如圖5所示。

從圖5可以看出，POEM運(yùn)行2.7 s作業(yè)得到解，并且解的最優(yōu)性得到證明。POEM得到的最優(yōu)解如下：min p=0，具體堆放位置如表6所示。

由表6可知，利用POEM優(yōu)化后的集裝箱1放到1貝1列1層位置，集裝箱2放到1貝2列1層位置，集裝箱3放到1貝2列2層……以此派位后該箱區(qū)的倒箱率為0。派位示意圖如圖6～8所示。

由此可以看出，POEM求解能有效地解決出口堆場(chǎng)自動(dòng)派位問題，并且具有較高的運(yùn)算速度。但是，由于出口堆場(chǎng)派位優(yōu)化問題的NP性，隨著問題規(guī)模的增大，需要對(duì)該問題設(shè)計(jì)專門的求解策略，才能得到較為滿意的求解速率及求解結(jié)果。

4 港口物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)智能化監(jiān)控技術(shù)

港口物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)智能化監(jiān)控是智能化監(jiān)控在港口物流作業(yè)機(jī)械上的應(yīng)用，即利用智能監(jiān)控服務(wù)器、集成智能行為識(shí)別算法，對(duì)港口物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別、判斷，并在適當(dāng)?shù)臈l件下，產(chǎn)生報(bào)警提示，以達(dá)到監(jiān)控的目的。

4.1 港口物流作業(yè)機(jī)械監(jiān)控實(shí)施技術(shù)方案

針對(duì)與港口物流作業(yè)機(jī)械有關(guān)的環(huán)節(jié)，如碼頭前沿裝卸機(jī)械環(huán)節(jié)、堆存機(jī)械環(huán)節(jié)、地磅系統(tǒng)環(huán)節(jié)、集疏運(yùn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)等，采取遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、智能數(shù)字視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、移動(dòng)監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控以及無線互聯(lián)網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、無線射頻標(biāo)識(shí)（RFID）、自動(dòng)導(dǎo)引小車（AGV）技術(shù)、智能交通（ITS）等技術(shù)，研究機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)在關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施的目標(biāo)、范疇、環(huán)境等。

鑒于文章篇幅，本文主要以防城港散雜貨碼頭物流作業(yè)機(jī)械智能監(jiān)控實(shí)施方案為例來解釋港口物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)智能監(jiān)控技術(shù)。

4.2 防城港散貨碼頭物流作業(yè)機(jī)械智能化監(jiān)控實(shí)施方案

4.2.1 防城港散貨碼頭物流作業(yè)機(jī)械智能化監(jiān)控需求分析

防城港散貨碼頭現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)主要有視頻監(jiān)控和水平移動(dòng)車輛GPS監(jiān)控。

防城港散貨碼頭監(jiān)控指標(biāo)包括：車載機(jī)序列號(hào)、時(shí)間、回傳間隔、回傳次數(shù)、車牌號(hào)碼、車載電話、速度、狀態(tài)（剎車、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）、所在線路、所在位置、經(jīng)度、緯度、方位角、油量、總里程等。

4.2.2 防城港散貨碼頭物流作業(yè)機(jī)械智能化監(jiān)控流程方案設(shè)計(jì)

主要是對(duì)防城港散貨碼頭物流作業(yè)機(jī)械狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、數(shù)字智能化監(jiān)控以及基于.NET Remoting設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行詳細(xì)的方案設(shè)計(jì)。（1）機(jī)械狀態(tài)自動(dòng)監(jiān)控，針對(duì)防城港散貨碼頭的特點(diǎn)，主要應(yīng)用PLC、OPC技術(shù)和以太網(wǎng)系統(tǒng)，保證監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，這是其他監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。（2）遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控技術(shù)，主要針對(duì)散貨碼頭貨物的流動(dòng)性比較大、機(jī)械運(yùn)動(dòng)量也比較大的情況，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和視頻技術(shù)，提高監(jiān)控的范圍。（3）數(shù)字智能化監(jiān)控和基于.NET Remoting設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控是遠(yuǎn)程監(jiān)控的進(jìn)一步應(yīng)用。由于散貨碼頭機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以利用數(shù)字智能化監(jiān)控對(duì)監(jiān)控圖像進(jìn)行智能處理，提供清晰的畫面。由于散貨碼頭作業(yè)機(jī)械不斷運(yùn)動(dòng)，利用攝像機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械進(jìn)行監(jiān)控存在差錯(cuò)，可以利用.NET Remoting技術(shù)，無需攝像機(jī)就可以對(duì)機(jī)械狀態(tài)進(jìn)行信息采集?；?NET Remoting的設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控主要由監(jiān)控管理控制臺(tái)、監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控代理等構(gòu)成。

鑒于文章篇幅，本文主要以.NET Remoting技術(shù)為例來解釋物流作業(yè)機(jī)械智能化監(jiān)控技術(shù)方案。

4.2.3 基于.NET Remoting設(shè)備遠(yuǎn)程流程監(jiān)控方案

防城港散貨碼頭設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)由監(jiān)控管理控制臺(tái)、監(jiān)控服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控代理和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)組成。監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究成果已應(yīng)用于北部灣港口（防城港域、欽州港域），對(duì)于提高作業(yè)效率和管理效率，提升港口綜合交通具有重要的應(yīng)用價(jià)值。隨著港口操作系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，項(xiàng)目的研究成果將得到更多應(yīng)用，對(duì)于增強(qiáng)西部地區(qū)，乃至全國(guó)的港口物流操作系統(tǒng)的技術(shù)含量將發(fā)揮越來越重要的作用。本文提出的港口物流業(yè)務(wù)運(yùn)作優(yōu)化及仿真方案，試圖解決業(yè)界普遍存在的一些難題，優(yōu)化方案的實(shí)施需要一定的假設(shè)條件，而且如何在局部?jī)?yōu)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化還需進(jìn)一步探討。從方案的應(yīng)用方面看，目前只有一部分研究成果應(yīng)用于依托工程，需要與相關(guān)企業(yè)及管理部門共同在生產(chǎn)實(shí)踐中研究成果的應(yīng)用方式，通過實(shí)踐不斷完善。

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作者簡(jiǎn)介：王勇（1980-），高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事信息化建設(shè)和科研工作。

基金項(xiàng)目：交通運(yùn)輸部西部交通建設(shè)科技重大專項(xiàng)“西部港口物流樞紐運(yùn)營(yíng)組織與流程控制技術(shù)研究及示范應(yīng)用”（項(xiàng)目編號(hào)：2011328345530）