當前，世界經(jīng)濟處于深度調整期，國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，港口運輸需求增速放緩，港口發(fā)展面臨新挑戰(zhàn)。面對經(jīng)濟增長放緩的新常態(tài)以及社會對環(huán)保、安全等方面的新需求，諸多港口開始借助創(chuàng)新智能技術實現(xiàn)轉型，建立競爭優(yōu)勢以尋求利潤增長點。目前，我國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，設備設施以及裝卸儲運水平還比較落后，相較國際先進水平存在效率低、能耗高、環(huán)保性差的劣勢。

交通運輸部《關于推進港口轉型升級的指導意見》主要任務中指出，提升港口裝備智能化水平。支持港口企業(yè)加強科技創(chuàng)新，提高碼頭前沿裝卸設備、水平運輸車輛、堆場裝卸機械等關鍵設備的自動化、智能化水平，提升貨物在港口的換裝作業(yè)效率。鼓勵港口企業(yè)推進自動化裝卸設備、智能化流程優(yōu)化與控制、管控一體化等的應用，開發(fā)應用專業(yè)化碼頭生產(chǎn)智能調度系統(tǒng)，開展全自動化碼頭應用試點。

對于傳統(tǒng)散貨碼頭要圍繞裝卸設備自動化、管控系統(tǒng)一體化、調度流程智能化的“智”理，實現(xiàn)質量和效益提升。目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的散貨碼頭設計單位強調的是基于管控一體化設計的生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，“智”理的設計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用最為廣泛的技術。

一、管控一體化認識與發(fā)展

管控一體化認識與發(fā)展管控一體化概念的起源是由美國普渡大學的PURDUE企業(yè)參考體系的五層結構（經(jīng)營決策層、企業(yè)管理層、生產(chǎn)調度層、過程優(yōu)化層、過程控制層）發(fā)展而來，如圖1。

經(jīng)過發(fā)展五層結構過渡為三層結構，即經(jīng)營計劃系統(tǒng)BPS、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、過程控制系統(tǒng)PCS。通常經(jīng)營計劃系統(tǒng)BPS層是以企業(yè)資源計劃ERP為主，如圖2。

三層結構在功能劃分上雖有重疊，但各有側重。以設備管理為例，ERP層注重設備維修計劃、備品備件、設備資產(chǎn)管理，MES層注重設備運行管理，PCS層注重設備監(jiān)控等。將三層結構進一步簡化為計劃層、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)的個性問題提供了解決方法，如圖3。

圖1 管控一體化五層結構  圖2 管控一體化三層結構  圖3 管控一體化簡化結構

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、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術的支持下，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：設備和基礎設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)絡將感應信息傳遞到控制中心，使原本單一的個體設備變成具有感知能力的物聯(lián)群體。

（2）預測能力：根據(jù)生產(chǎn)目標與自我感知數(shù)據(jù)結合歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗自動生成多套有針對性的生產(chǎn)作業(yè)方案，并能預測各個方案的實施結果。

（3）決策能力：根據(jù)預測出的各種作業(yè)方案結合公司經(jīng)營發(fā)展的現(xiàn)狀，對方案做出最優(yōu)或最適合的選擇，并進行進一步優(yōu)化和改進。

（4）執(zhí)行能力：將決策優(yōu)化的方案通過網(wǎng)絡傳遞給控制器與各設備的動力機構進行執(zhí)行操作，并通過設備設施的自我感知能力將生產(chǎn)實際情況傳遞到控制中心。四種能力按照感知→預測→決策→執(zhí)行順序不斷往復循環(huán)，實現(xiàn)智能化的目標任務。

三、散貨碼頭的“智”理

近年來，自動化碼頭運用智能傳感、先進控制及物聯(lián)網(wǎng)等技術，實現(xiàn)了安全、高效、環(huán)保的全自動化生產(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。然而，如果說傳統(tǒng)散貨碼頭正在運用人工智能思維來改進自身的業(yè)務模式，那會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，以并行計算為系統(tǒng)分層架構，以大數(shù)據(jù)運算為重要組成部分，同時采用工業(yè)智能、邊緣計算、萬物聯(lián)網(wǎng)理念作為分層架構中各個層面中重要組件，以微服務與前后端分離作為應用層面軟件框架方式，以DevOps作為信息化過程管理方法的“大平臺智應用”體系建設。

按照這一理念實現(xiàn)以智能化為中樞驅動，以標準為事前決策動力，以模型沉淀、集成與管理為事中決策依據(jù)，以計劃及執(zhí)行為業(yè)務主線的全融合去壁壘的架構模式。工業(yè)智腦體系架構，如圖5。

圖5 工業(yè)智腦體系架構

架構描述了以人工智能為核心的模型、標準、計劃、行動之間的關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、運營等。這些信息即是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動分類實體的數(shù)字孿生。這些信息的來源是通過部署于現(xiàn)場的邊緣計算設施、傳感器、自動化系統(tǒng)、以及管理系統(tǒng)業(yè)務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)過的大量結構轉換、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習模式?jīng)Q斷邊緣設備、自動化點位、傳感器、視頻等機器信息所代表的業(yè)務數(shù)據(jù)，還要負責人為業(yè)務過程復雜數(shù)據(jù)的篩選。

（2）標準代表了指導企業(yè)生產(chǎn)管理的預算指標、定額及限值指標、危險源閾值指標、安全作業(yè)監(jiān)管標準、環(huán)保排放標準、點檢標準、潤滑標準、檢修標準、隱患排查標準等信息，這類信息一般是隨著業(yè)務的進行循環(huán)遞進優(yōu)化。人工智能周期性的根據(jù)計劃、數(shù)字孿生模型信息、行動耦合推薦標準的優(yōu)化，供各級管理人員選擇。

（3）計劃代表了企業(yè)營銷計劃、生產(chǎn)計劃、車船計劃、作業(yè)計劃、需用計劃、采購計劃、檢修計劃及委外計劃等。這些信息是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動的核心業(yè)務脈絡執(zhí)行前部分，與執(zhí)行的關系是計劃指導執(zhí)行，執(zhí)行過程及狀態(tài)改變計劃。人工智能通過將數(shù)字孿生信息、執(zhí)行調度及標準來協(xié)助計劃制定，并將計劃精準分發(fā)給相應崗位人員，獲取計劃執(zhí)行的先決條件是輔助調度。

（4）行動是自動化控制、巡檢、點檢、隱患排查、檢修、采購、出庫、化檢驗、環(huán)保監(jiān)測等一系列企業(yè)所有經(jīng)營活動的過程。人工智能根據(jù)數(shù)字孿生信息、標準、計劃等協(xié)助管理者完成任務調度、監(jiān)控，提供生產(chǎn)效率。

在上述架構中，人工智能為核心打破了傳統(tǒng)企業(yè)管理各業(yè)務之間的壁壘，用信息化形式替代傳統(tǒng)業(yè)務形式，滿足模型、標準、計劃、行動之間信息交換，規(guī)范IT開發(fā)與應用服務，使數(shù)字資產(chǎn)的存儲不受限制，快速檢索，敏捷輸出，未來業(yè)務系統(tǒng)開發(fā)與應用更為便捷。

2.整體思路

實現(xiàn)散貨碼頭智能化的“兩基礎”與“兩突破”。

（1）兩基礎

一是單機作業(yè)全自動化。散貨碼頭設備種類雖不多，但都較龐大與復雜，大型設備本身由多組機構及控制系統(tǒng)組成，通過完成一系列的協(xié)調動作才能完成裝/卸車、堆料、取料及卸/裝船的功能。要實現(xiàn)碼頭全流程自動作業(yè)，單機設備首先要達到全自動化能力并具有開放接口。

二是全流程協(xié)同自動化。散貨碼頭工藝聯(lián)鎖性很強，要最大限度提高全員生產(chǎn)率，勢必要求各個作業(yè)環(huán)節(jié)能夠依據(jù)計劃或合同實現(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)場的正常運轉離不開設備維檢、安全環(huán)保監(jiān)管、物資供應等生產(chǎn)輔助業(yè)務，需利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術，集成生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、作業(yè)排產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)輔助等系統(tǒng)。按照管控一體化計劃層、執(zhí)行層、控制層三層結構，形成生產(chǎn)管理控制一體化的生產(chǎn)組織模式，做到責任到崗，任務到人。

二是生產(chǎn)調度智能化。在當前系統(tǒng)建設技術水平和實現(xiàn)程度參差不齊的情況下，須引入云計算和新的智能架構有效整合系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，根據(jù)最佳實踐建立智能排產(chǎn)等策略模型，最終實現(xiàn)生產(chǎn)調度智能化。同時，智能架構還必須支持局部系統(tǒng)的改進和調優(yōu)，以待進一步調減人員數(shù)量，充分釋放產(chǎn)能。

實現(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，不僅要有對前沿技術的充分把握，更需要具有歷史耐心，要讓今天企業(yè)的智能化建設成為明天企業(yè)發(fā)展的先進生產(chǎn)力。

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