當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)處于深度調(diào)整期，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，港口運(yùn)輸需求增速放緩，港口發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)。面對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩的新常態(tài)以及社會(huì)對(duì)環(huán)保、安全等方面的新需求，諸多港口開始借助創(chuàng)新智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)以尋求利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前，我國(guó)港口的智能化主要集中在集裝箱碼頭，散貨碼頭的智能化起步較晚，設(shè)備設(shè)施以及裝卸儲(chǔ)運(yùn)水平還比較落后，相較國(guó)際先進(jìn)水平存在效率低、能耗高、環(huán)保性差的劣勢(shì)。

交通運(yùn)輸部《關(guān)于推進(jìn)港口轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見》主要任務(wù)中指出，提升港口裝備智能化水平。支持港口企業(yè)加強(qiáng)科技創(chuàng)新，提高碼頭前沿裝卸設(shè)備、水平運(yùn)輸車輛、堆場(chǎng)裝卸機(jī)械等關(guān)鍵設(shè)備的自動(dòng)化、智能化水平，提升貨物在港口的換裝作業(yè)效率。鼓勵(lì)港口企業(yè)推進(jìn)自動(dòng)化裝卸設(shè)備、智能化流程優(yōu)化與控制、管控一體化等的應(yīng)用，開發(fā)應(yīng)用專業(yè)化碼頭生產(chǎn)智能調(diào)度系統(tǒng)，開展全自動(dòng)化碼頭應(yīng)用試點(diǎn)。

對(duì)于傳統(tǒng)散貨碼頭要圍繞裝卸設(shè)備自動(dòng)化、管控系統(tǒng)一體化、調(diào)度流程智能化的“智”理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和效益提升。目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的散貨碼頭設(shè)計(jì)單位強(qiáng)調(diào)的是基于管控一體化設(shè)計(jì)的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，“智”理的設(shè)計(jì)和過程多來自于碼頭企業(yè)本身。因此，管控一體化成為了目前散貨碼頭應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。

一、管控一體化認(rèn)識(shí)與發(fā)展

管控一體化認(rèn)識(shí)與發(fā)展管控一體化概念的起源是由美國(guó)普渡大學(xué)的PURDUE企業(yè)參考體系的五層結(jié)構(gòu)（經(jīng)營(yíng)決策層、企業(yè)管理層、生產(chǎn)調(diào)度層、過程優(yōu)化層、過程控制層）發(fā)展而來，如圖1。

經(jīng)過發(fā)展五層結(jié)構(gòu)過渡為三層結(jié)構(gòu)，即經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)BPS、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、過程控制系統(tǒng)PCS。通常經(jīng)營(yíng)計(jì)劃系統(tǒng)BPS層是以企業(yè)資源計(jì)劃ERP為主，如圖2。

三層結(jié)構(gòu)在功能劃分上雖有重疊，但各有側(cè)重。以設(shè)備管理為例，ERP層注重設(shè)備維修計(jì)劃、備品備件、設(shè)備資產(chǎn)管理，MES層注重設(shè)備運(yùn)行管理，PCS層注重設(shè)備監(jiān)控等。將三層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化為計(jì)劃層、執(zhí)行層、控制層，這樣理解有助于解決企業(yè)管理和生產(chǎn)中一些共性的問題，也為管理和控制鏈接中各企業(yè)的個(gè)性問題提供了解決方法，如圖3。

圖1 管控一體化五層結(jié)構(gòu)  圖2 管控一體化三層結(jié)構(gòu)  圖3 管控一體化簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)

二、智能化及其具備能力

智能化及其具備能力智能化是指事物在網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的支持下，所具有的能滿足人的各種需求的屬性。智能化的產(chǎn)品或系統(tǒng)要具備四種基本能力，如圖4：

圖4 智能化基本能力

（1）感知能力：設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施裝備各種傳感器件，例如：溫度、壓力、流量、及物位等傳感器，并通過網(wǎng)絡(luò)將感應(yīng)信息傳遞到控制中心，使原本單一的個(gè)體設(shè)備變成具有感知能力的物聯(lián)群體。

（2）預(yù)測(cè)能力：根據(jù)生產(chǎn)目標(biāo)與自我感知數(shù)據(jù)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)自動(dòng)生成多套有針對(duì)性的生產(chǎn)作業(yè)方案，并能預(yù)測(cè)各個(gè)方案的實(shí)施結(jié)果。

（3）決策能力：根據(jù)預(yù)測(cè)出的各種作業(yè)方案結(jié)合公司經(jīng)營(yíng)發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)方案做出最優(yōu)或最適合的選擇，并進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

（4）執(zhí)行能力：將決策優(yōu)化的方案通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給控制器與各設(shè)備的動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行執(zhí)行操作，并通過設(shè)備設(shè)施的自我感知能力將生產(chǎn)實(shí)際情況傳遞到控制中心。四種能力按照感知→預(yù)測(cè)→決策→執(zhí)行順序不斷往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)智能化的目標(biāo)任務(wù)。

三、散貨碼頭的“智”理

近年來，自動(dòng)化碼頭運(yùn)用智能傳感、先進(jìn)控制及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全、高效、環(huán)保的全自動(dòng)化生產(chǎn)作業(yè)，較傳統(tǒng)碼頭其在智能化、可靠性、穩(wěn)定性、安全性和環(huán)保等方面具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，如果說傳統(tǒng)散貨碼頭正在運(yùn)用人工智能思維來改進(jìn)自身的業(yè)務(wù)模式，那會(huì)有不少人覺得這是不太靠譜的事情。

如何用人工智能思維推動(dòng)散貨碼頭智能化，值得我們思考。

1.整體理念

以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的開放與延展理念為骨骼，以并行計(jì)算為系統(tǒng)分層架構(gòu)，以大數(shù)據(jù)運(yùn)算為重要組成部分，同時(shí)采用工業(yè)智能、邊緣計(jì)算、萬物聯(lián)網(wǎng)理念作為分層架構(gòu)中各個(gè)層面中重要組件，以微服務(wù)與前后端分離作為應(yīng)用層面軟件框架方式，以DevOps作為信息化過程管理方法的“大平臺(tái)智應(yīng)用”體系建設(shè)。

按照這一理念實(shí)現(xiàn)以智能化為中樞驅(qū)動(dòng)，以標(biāo)準(zhǔn)為事前決策動(dòng)力，以模型沉淀、集成與管理為事中決策依據(jù)，以計(jì)劃及執(zhí)行為業(yè)務(wù)主線的全融合去壁壘的架構(gòu)模式。工業(yè)智腦體系架構(gòu)，如圖5。

圖5 工業(yè)智腦體系架構(gòu)

架構(gòu)描述了以人工智能為核心的模型、標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃、行動(dòng)之間的關(guān)系及各部分的邊界與內(nèi)涵。

（1）模型代表了企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、主體裝備、外部裝備、輔助裝備工具、一線人員、備品備件、資金、生產(chǎn)原料、產(chǎn)品的基本信息、衍生信息、運(yùn)營(yíng)等。這些信息即是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)分類實(shí)體的數(shù)字孿生。這些信息的來源是通過部署于現(xiàn)場(chǎng)的邊緣計(jì)算設(shè)施、傳感器、自動(dòng)化系統(tǒng)、以及管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)過程等直接或間接而得。在數(shù)字孿生形成的過程中數(shù)據(jù)經(jīng)過的大量結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、通信同步支撐、篩選是由核心的人工智能幫助下完成的。人工智能不但要通過深度學(xué)習(xí)模式?jīng)Q斷邊緣設(shè)備、自動(dòng)化點(diǎn)位、傳感器、視頻等機(jī)器信息所代表的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還要負(fù)責(zé)人為業(yè)務(wù)過程復(fù)雜數(shù)據(jù)的篩選。

（2）標(biāo)準(zhǔn)代表了指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)管理的預(yù)算指標(biāo)、定額及限值指標(biāo)、危險(xiǎn)源閾值指標(biāo)、安全作業(yè)監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)、點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)、潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)、檢修標(biāo)準(zhǔn)、隱患排查標(biāo)準(zhǔn)等信息，這類信息一般是隨著業(yè)務(wù)的進(jìn)行循環(huán)遞進(jìn)優(yōu)化。人工智能周期性的根據(jù)計(jì)劃、數(shù)字孿生模型信息、行動(dòng)耦合推薦標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化，供各級(jí)管理人員選擇。

（3）計(jì)劃代表了企業(yè)營(yíng)銷計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、車船計(jì)劃、作業(yè)計(jì)劃、需用計(jì)劃、采購計(jì)劃、檢修計(jì)劃及委外計(jì)劃等。這些信息是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的核心業(yè)務(wù)脈絡(luò)執(zhí)行前部分，與執(zhí)行的關(guān)系是計(jì)劃指導(dǎo)執(zhí)行，執(zhí)行過程及狀態(tài)改變計(jì)劃。人工智能通過將數(shù)字孿生信息、執(zhí)行調(diào)度及標(biāo)準(zhǔn)來協(xié)助計(jì)劃制定，并將計(jì)劃精準(zhǔn)分發(fā)給相應(yīng)崗位人員，獲取計(jì)劃執(zhí)行的先決條件是輔助調(diào)度。

（4）行動(dòng)是自動(dòng)化控制、巡檢、點(diǎn)檢、隱患排查、檢修、采購、出庫、化檢驗(yàn)、環(huán)保監(jiān)測(cè)等一系列企業(yè)所有經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的過程。人工智能根據(jù)數(shù)字孿生信息、標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃等協(xié)助管理者完成任務(wù)調(diào)度、監(jiān)控，提供生產(chǎn)效率。

在上述架構(gòu)中，人工智能為核心打破了傳統(tǒng)企業(yè)管理各業(yè)務(wù)之間的壁壘，用信息化形式替代傳統(tǒng)業(yè)務(wù)形式，滿足模型、標(biāo)準(zhǔn)、計(jì)劃、行動(dòng)之間信息交換，規(guī)范IT開發(fā)與應(yīng)用服務(wù)，使數(shù)字資產(chǎn)的存儲(chǔ)不受限制，快速檢索，敏捷輸出，未來業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用更為便捷。

2.整體思路

實(shí)現(xiàn)散貨碼頭智能化的“兩基礎(chǔ)”與“兩突破”。

（1）兩基礎(chǔ)

一是單機(jī)作業(yè)全自動(dòng)化。散貨碼頭設(shè)備種類雖不多，但都較龐大與復(fù)雜，大型設(shè)備本身由多組機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)組成，通過完成一系列的協(xié)調(diào)動(dòng)作才能完成裝/卸車、堆料、取料及卸/裝船的功能。要實(shí)現(xiàn)碼頭全流程自動(dòng)作業(yè)，單機(jī)設(shè)備首先要達(dá)到全自動(dòng)化能力并具有開放接口。

二是全流程協(xié)同自動(dòng)化。散貨碼頭工藝聯(lián)鎖性很強(qiáng)，要最大限度提高全員生產(chǎn)率，勢(shì)必要求各個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)能夠依據(jù)計(jì)劃或合同實(shí)現(xiàn)排產(chǎn)各環(huán)節(jié)的無縫銜接，以提升生產(chǎn)效率，減少現(xiàn)場(chǎng)人員的投入。

2）兩突破

一是管控一體化。散貨碼頭生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)離不開設(shè)備維檢、安全環(huán)保監(jiān)管、物資供應(yīng)等生產(chǎn)輔助業(yè)務(wù)，需利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，集成生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)、作業(yè)排產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助等系統(tǒng)。按照管控一體化計(jì)劃層、執(zhí)行層、控制層三層結(jié)構(gòu)，形成生產(chǎn)管理控制一體化的生產(chǎn)組織模式，做到責(zé)任到崗，任務(wù)到人。

二是生產(chǎn)調(diào)度智能化。在當(dāng)前系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)水平和實(shí)現(xiàn)程度參差不齊的情況下，須引入云計(jì)算和新的智能架構(gòu)有效整合系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，根據(jù)最佳實(shí)踐建立智能排產(chǎn)等策略模型，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度智能化。同時(shí)，智能架構(gòu)還必須支持局部系統(tǒng)的改進(jìn)和調(diào)優(yōu)，以待進(jìn)一步調(diào)減人員數(shù)量，充分釋放產(chǎn)能。

實(shí)現(xiàn)散貨碼頭安全高效、綠色智能、卓越管理和可持續(xù)發(fā)展的“智”理目標(biāo)，不僅要有對(duì)前沿技術(shù)的充分把握，更需要具有歷史耐心，要讓今天企業(yè)的智能化建設(shè)成為明天企業(yè)發(fā)展的先進(jìn)生產(chǎn)力。

作者簡(jiǎn)介：周虹伯，男，正高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向：能源、交通行業(yè)自動(dòng)化與信息化。