肖勁勇 謝淞郁 李勇華 劉洪星

1 重慶果園港埠有限公司 2 武漢理工大學(xué)

1 引言

港口是水陸交通運(yùn)輸?shù)臉屑~，85%以上的進(jìn)出口貨物需要通過港口中轉(zhuǎn)[1]。由信息化向智慧化發(fā)展是各港口未來發(fā)展的重點(diǎn)，智慧港口的建設(shè)不僅是新技術(shù)的創(chuàng)新運(yùn)用，更是生產(chǎn)關(guān)系的深刻變化[2-3]。面對迅速發(fā)展的內(nèi)河港口物流市場，綜合運(yùn)用信息化和智能化技術(shù)，對于提升內(nèi)河港口的管理水平、提高生產(chǎn)作業(yè)效率有著重要的意義。以重慶果園港散雜貨碼頭為應(yīng)用背景，介紹了針對內(nèi)河港口的智能化作業(yè)管理與決策系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。該系統(tǒng)采用“互聯(lián)網(wǎng)+港口”的設(shè)計(jì)理念，將“生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理”、“生產(chǎn)作業(yè)控制”、“生產(chǎn)智能調(diào)度”集成管理，是一個(gè)集生產(chǎn)、控制、調(diào)度于一體的集成化平臺。

2 系統(tǒng)概況

內(nèi)河港口的散雜貨作業(yè)包括生產(chǎn)調(diào)度、作業(yè)線管理、堆場管理和理貨管理等環(huán)節(jié)，在整個(gè)作業(yè)流程中，必須使用大量的作業(yè)機(jī)械和計(jì)量設(shè)備。智能化作業(yè)管理與決策系統(tǒng)從設(shè)備的智能化改造開始，包含信息的自動采集、智能分析和智能決策幾個(gè)子系統(tǒng)，完成對散雜貨作業(yè)全過程的智能化管理。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了散雜貨作業(yè)生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理過程的緊密集成，初步達(dá)到了管理智能化與裝卸生產(chǎn)自動化。

系統(tǒng)采用三層架構(gòu)：

(1)環(huán)境支撐層。指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通平臺、應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器等軟硬件支撐平臺，是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

(2)信息管理層。即功能實(shí)現(xiàn)層，包含生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理、辦公管理、分析決策三部分，采用.NET框架技術(shù)、Android技術(shù)實(shí)現(xiàn)，面向碼頭生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程及具體業(yè)務(wù)操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理、智能分析決策、商務(wù)管理、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能，同時(shí)包括與控制系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)以及現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)的接口。

(3)服務(wù)層。分為內(nèi)、外兩部分，采用Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)；內(nèi)部部分主要面向于碼頭內(nèi)部操作用戶，如高層領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)相關(guān)部門等；外部部分主要面向于碼頭外部操作用戶，如貨主、貨物代理、船代、政府機(jī)關(guān)等。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)從功能上可分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、智能作業(yè)子系統(tǒng)和智能決策子系統(tǒng)。

3.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)+、RFID(射頻識別)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對港口的計(jì)量設(shè)備進(jìn)行智能化改造，將港口的大型機(jī)械、流動機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)計(jì)量設(shè)備的無人化采集和自動化管理。機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)采集的一個(gè)典型界面見圖1，圖中顯示了堆場斗輪堆取料機(jī)和皮帶秤的作業(yè)情況以及作業(yè)數(shù)據(jù)。

計(jì)量設(shè)備(地磅)的數(shù)據(jù)采集界面見圖2，磅秤系統(tǒng)利用RFID技術(shù)，對各類過磅車輛進(jìn)行自動識別、自動稱量、數(shù)據(jù)自動匯總。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程無需人員參與，全自動完成。

圖1 堆場機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)采集界面

圖2 計(jì)量設(shè)備(地磅)的數(shù)據(jù)采集界面

3.2 智能作業(yè)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)對采集到的作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，綜合多渠道數(shù)據(jù)來源，對作業(yè)流程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和校驗(yàn)，防止錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對作業(yè)現(xiàn)場的智能化管理，在整個(gè)作業(yè)過程中，無需理貨員現(xiàn)場參與，通過智能終端、手機(jī)APP(港外貨車司機(jī)使用)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程數(shù)據(jù)的自動提醒、智能校驗(yàn)、作業(yè)量自動匯總、港內(nèi)人員工作量自動統(tǒng)計(jì)等功能。

該App可對港外提貨車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)提醒。在堆場取貨時(shí)，提貨車輛需要通過App掃描堆場二維碼，與智能作業(yè)子系統(tǒng)進(jìn)行通訊和校驗(yàn)；在所有步驟均正確的情況下，智能作業(yè)子系統(tǒng)會指揮流動裝載機(jī)給客戶完成裝貨作業(yè)，從而確保客戶提貨作業(yè)的準(zhǔn)確性和高效性。

3.3 智能決策子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過對港區(qū)的資源情況進(jìn)行動態(tài)分析，結(jié)合業(yè)務(wù)特殊要求，實(shí)現(xiàn)港區(qū)作業(yè)調(diào)度和決策的智能推薦，從而實(shí)現(xiàn)散雜貨生產(chǎn)作業(yè)的精益化和成本控制的精細(xì)化，更好地提高港口的資源利用率和港口的收益。該子系統(tǒng)包括如下3個(gè)主要模塊。

(1)裝卸船作業(yè)調(diào)度決策推薦模塊。根據(jù)當(dāng)前船舶作業(yè)進(jìn)度、等待船舶數(shù)量(包括載貨數(shù)量)、裝卸船作業(yè)相關(guān)的內(nèi)轉(zhuǎn)車數(shù)量、機(jī)械作業(yè)能力等因素，從多種調(diào)度方案中自動規(guī)劃出一種最優(yōu)的裝卸船作業(yè)指令集，供調(diào)度員參考選用。

(2)客戶提貨預(yù)約模塊。客戶車輛在來港提貨作業(yè)前，先在預(yù)約網(wǎng)站中預(yù)約車輛到港時(shí)間和提貨數(shù)量；預(yù)約模塊會根據(jù)港區(qū)提貨作業(yè)量的歷史信息，結(jié)合港區(qū)可用流動機(jī)械數(shù)量，對客戶預(yù)約的時(shí)間進(jìn)行合理推薦，可保證港區(qū)作業(yè)處于平穩(wěn)狀態(tài)，同時(shí)縮短客戶在港區(qū)內(nèi)的等待時(shí)間。

(3)港區(qū)車輛作業(yè)交通引導(dǎo)模塊。在內(nèi)河港口港區(qū)作業(yè)時(shí)，碼頭平臺、地磅、流動設(shè)備周邊是內(nèi)運(yùn)車和港外提貨車云集的地方，這些地方極易發(fā)生交通擁堵，從而影響港區(qū)的整體作業(yè)效率。在司機(jī)到上述關(guān)鍵設(shè)備處作業(yè)時(shí)，該引導(dǎo)模塊會根據(jù)設(shè)備周邊的交通情況，通過智能終端和手機(jī)APP，提醒相關(guān)作業(yè)司機(jī)按指令分批抵達(dá)，從而避免交通擁堵。

4 系統(tǒng)主要技術(shù)

4.1 “互聯(lián)網(wǎng)+”港口機(jī)械智能化改造技術(shù)

“互聯(lián)網(wǎng)+”的核心內(nèi)容是依靠信息物理系統(tǒng)構(gòu)建一套智慧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這就要求港口的各個(gè)主要生產(chǎn)設(shè)備成為具有信息處理能力的“智能體”，以便于設(shè)備之間的協(xié)同工作。內(nèi)河港口普遍存在作業(yè)機(jī)械種類雜、老舊設(shè)備多的情況，由于港口機(jī)械投資大，難以大批量直接淘汰老舊設(shè)備。系統(tǒng)采用了“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)改造舊設(shè)備，對其進(jìn)行信息化改造，使之具備數(shù)據(jù)收發(fā)和處理能力，能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備工作過程信息的實(shí)時(shí)采集和管理。

4.2 智慧化資源調(diào)度模型與算法

內(nèi)河港口由于受機(jī)械設(shè)備和傳統(tǒng)調(diào)度方法的限制，作業(yè)效率普遍低于沿海大型港口。分析果園港散雜貨現(xiàn)有的調(diào)度方法，發(fā)現(xiàn)存在的效率瓶頸，結(jié)合改造后的智慧化機(jī)械設(shè)備，研究了內(nèi)河港口多種資源的實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)度模型和算法，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、設(shè)備利用率、堆場利用率、鐵路利用率、碼頭利用率、船舶停時(shí)、外運(yùn)車輛、能耗優(yōu)化等多要素的綜合優(yōu)化，進(jìn)而提高港口經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

以港口常見的閘口管理為例，因?yàn)楦劭诜讲恢揽蛻糗囮?duì)準(zhǔn)確達(dá)到時(shí)間，客戶也不清楚港口作業(yè)是否繁忙，因此港口方難于制訂準(zhǔn)確的作業(yè)計(jì)劃，易導(dǎo)致港口進(jìn)出通道過車效率低、港口入口車輛擁堵，給港口方和客戶方都造成損失。結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套支持客戶預(yù)約、港口自動審批、閘口自動識別、自動稱重的調(diào)度模型，能有效地解決這一問題，從而為港口節(jié)省人力成本，為客戶和運(yùn)輸公司節(jié)省時(shí)間成本，進(jìn)而降低了整體物流成本。

4.3 數(shù)據(jù)采集和決策系統(tǒng)

在港口已經(jīng)建成的生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)和完善了覆蓋生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理過程和機(jī)械作業(yè)控制過程的集成系統(tǒng)(管控一體化系統(tǒng))。該系統(tǒng)能對生產(chǎn)作業(yè)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控與智能分析，能有效地幫助內(nèi)河港口實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的生產(chǎn)作業(yè)和成本控制。

5 結(jié)語

內(nèi)河港口散雜貨智能化作業(yè)管理與決策系統(tǒng)，已在重慶果園港投產(chǎn)運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)了碼頭作業(yè)區(qū)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的無人化、生產(chǎn)過程管理的自動化和作業(yè)調(diào)度的智能化。實(shí)踐表明，系統(tǒng)能減少現(xiàn)場理貨作業(yè)人員20%，同時(shí)能明顯地提高港口作業(yè)效率。系統(tǒng)的部分子系統(tǒng)已在重慶江津港和珞璜港推廣。目前系統(tǒng)還缺乏港區(qū)鐵路作業(yè)的智能化管理子系統(tǒng)，下一步，將研究內(nèi)河港口在鐵水聯(lián)運(yùn)模式下的作業(yè)管理流程，實(shí)現(xiàn)對鐵路作業(yè)的智能管控和智能調(diào)度，以減少鐵路作業(yè)區(qū)的理貨人員，提高港口鐵水聯(lián)運(yùn)的作業(yè)效率。