面向大海有深槽，背靠陸地有淺灘，渤海明珠黃金地，天然良港曹妃甸。2009年6月，華電煤業(yè)集團有限公司和唐山曹妃甸港口有限公司共同出資組建河北華電曹妃甸儲運有限公司，負責唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭三期工程項目的前期、建設和運營，2012年4月獲國家發(fā)改委核準。項目擬建設2個10萬噸級泊位、2個7萬噸級泊位及1個5萬噸級煤炭專用泊位，碼頭岸線長度1470米，煤炭堆場69.3萬平方米，設計通過能力5000萬噸/噸，總投資約52.66億元。曹妃甸煤碼頭三期工程的建設，對改善我國煤炭運輸系統(tǒng)布局、緩解北煤南調和西煤東運壓力、實現集團公司“電為主體、煤為基礎、路港配套、產業(yè)集群”的發(fā)展格局具有重大意義。

2019年，國家九部門《關于建設世界一流港口的指導意見》發(fā)布，《意見》指出，2025年，世界一流港口建設取得重要進展；2035年，全國港口發(fā)展水平整體躍升；2050年，全面建成世界一流港口。《意見》中明確提出加快智慧港口建設，這為智慧港口建設明確了建設目標和努力方向。

從國家規(guī)劃到企業(yè)戰(zhàn)略，使華電曹妃甸碼頭智能化建設迎來了發(fā)展的機遇期。

智能化碼頭建設目標

華電煤業(yè)在建設曹妃甸碼頭之初，就把“國內先進、國際一流、安全經濟、智能綠色”作為建設目標，把碼頭定位為“大型煤炭專業(yè)智能化裝卸碼頭”。“大型”是指達到5000萬噸裝船量規(guī)模；“煤炭”是指其散貨碼頭類型；“專業(yè)”是指其具有唯一屬性；“智能化”是指其具備特點；“裝卸”是指其所具有功能。

（1）總體描述

針對集裝箱、散貨、滾裝等裝卸碼頭，采用智能裝卸設備、在線檢測和定位系統(tǒng)、物料存取的自動控制、信息管理系統(tǒng)等，實現物料從卸車、堆取和裝船過程的智能化全自動作業(yè)，達到高效可靠、節(jié)能環(huán)保、安全運行的目的。

（2）智能化碼頭技術參數

智能化碼頭要達到的標準和參數為：集裝箱70萬標準箱/年、散貨2000萬噸/年、滾裝30萬輛/年以上；自動化導引小車（AGV)額定載荷大于60噸；精準掃描定位（TPS)成功率>98%；路徑計算準確率>98%；生產效率提高30%以上；人員減少40%以上。

（3）智能功能和關鍵智能部件

智能功能：船舶配載自動識別、物料分布輪廓和位置檢測、裝卸船路徑優(yōu)化、堆場自動分配、多機調度、自動引導抓取升降放料、設備遠程在線監(jiān)控、信息化管控、安全監(jiān)控等。

關鍵智能測控部件：自動導引小車（AGV），變頻伺服機構，運動控制器，高穩(wěn)定性重載安全繼電器，設備姿態(tài)控制用重量和位置變送器，目標定位（TPS）裝置，靠泊用激光對準系統(tǒng)。

智能化碼頭建設理論

目前，國內港口企業(yè)都是基于管控一體化為前提和基礎，開展建設智能化碼頭。

（1）管控一體化認識與發(fā)展

目前，較具有影響力的集成體系結構有PERA（普渡企業(yè)參考體系結構）、CIMOSA（開放系統(tǒng)體系結構）、GERAM（通用企業(yè)參考體系結構和方法論）以及SLA（階梯型體系結構）等。管控一體化概念由美國普渡大學PERA源起，該結構由過程控制層、過程監(jiān)控層、生產調度層、企業(yè)管理層、經營決策層五層構成，如圖1。

圖1 管控一體化五層結構

威廉姆斯教授提出的PERA自1992年發(fā)布以來，作為實施流程企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)的體系結構。 在管控一體化技術不斷發(fā)展過程中，已由PERA的五層結構過渡為過程控制、制造執(zhí)行、經營計劃（企業(yè)資源）三層結構，如圖2。

圖2 管控一體化三層結構

在《CIM規(guī)劃和實施的技術指南：Purdue企業(yè)參考體系結構》一文中，完整的論述了整個CIM系統(tǒng)生命周期各階段的功能、任務和設計分析方法。我們能夠看到在功能劃分上三層結構是有重疊的，但其側重點各不相同。以調度管理為例，PCS層側重設備自動化監(jiān)控，MES層側重調度計劃執(zhí)行管理，ERP層側重資源調度、計劃排產管理等。在現代工業(yè)環(huán)境中，技術變革突飛猛進，管控一體化的應用行業(yè)領域不斷拓寬，為了解決不同企業(yè)管理和生產中一些共性的問題，為管理和控制鏈接中各企業(yè)的個性問題提供更好的解決方法，進一步將三層結構簡化為控制層、執(zhí)行層、計劃層（管理層），如圖3。

（2）兩化融合促發(fā)展

黨的十七大鮮明地提出：“發(fā)展現代產業(yè)體系，要大力推進信息化與工業(yè)化融合，促進工業(yè)由大變強”的嶄新命題，以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，走新型工業(yè)化道路，是時代發(fā)展的必然要求。黨的十八大報告中提出：“堅持走中國特色新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現代化道路，推動信息化和工業(yè)化深度融合、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化良性互動、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現代化相互協(xié)調，促進工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現代化同步發(fā)展”的“新四化”。兩化融合的內涵不僅在于利用信息技術在技術、產品、業(yè)務、產業(yè)四個方面進行工業(yè)化和信息化融合，而且也是我國建設制造強國和網絡強國的結合點。提出采用兩化融合管理體系的方法指導企業(yè)快速有效在其發(fā)展戰(zhàn)略框架下實現兩化融合的閉環(huán)控制和良性循環(huán)，全面提升企業(yè)的兩化融合水平。

自動化技術與信息技術相結合，特別是將互聯(lián)網作為當前信息化發(fā)展的核心特征提取出來，在工業(yè)、商業(yè)、金融業(yè)等被全面融合應用，對保障安全，提質增效，提升企業(yè)生產經營管理水平有明顯作用。從“兩化融合”內涵與實踐目的來看與管控一體化存在共性，已成為企業(yè)轉型升級的重要方式之一。

圖3 管控一體化簡化結構

（3）智能化及其具備能力

智能化是指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業(yè)技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。具有擬人智能的特性與功能，例如，自感知能力、自學習能力、自診斷能力、自適應能力和綜合。

智能化的產品或系統(tǒng)要具備四種基本能力，如圖4：

·感知能力：將設備和基礎設施裝備各種傳感器件以及面向感知的物聯(lián)技術，例如：傳感器、RFID、芯片等，通過網絡將感知信息傳遞至控制/數據中心，使原本單一的個體設備變成具有感知能力的物聯(lián)群體。

·預測能力：根據生產目標與自我感知數據通過物聯(lián)網的數據采集以及大數據處理來實現當前狀態(tài)的分析和診斷自動生成多套有針對性的作業(yè)方案，并預測各個方案的實施結果，推斷未來發(fā)展趨勢。例如，數字孿生技術。

·決策能力：根據對未來趨勢預測出的各種作業(yè)方案，為管理決策提供全面、精準的決策依據，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，是智能化在經驗和知識方面的綜合體現。

·執(zhí)行能力：依據優(yōu)化決策的最終方案，將方案指令通過網絡傳遞給控制器，控制動力執(zhí)行機構對各設備進行操作，并能將設備生產實際情況反饋到控制中心實現自我調節(jié)與感知。

四種能力按照感知→預測→決策→執(zhí)行順序不斷往復循環(huán)，實現智能化的目標任務。

圖4 智能化基本能力

智能化碼頭建設措施

專業(yè)化煤炭散貨碼頭具有貨主多、種類雜、變化快的生產特點，建設高度整合的“大物流”煤炭智能化碼頭必然要依托高效協(xié)同的生產環(huán)境。管控一體化系統(tǒng)涵蓋了底層的工業(yè)自動化控制，中間層的生產協(xié)同執(zhí)行，上層的計劃調度。通過這種自下而上、自上而下指令循環(huán)，使整個流程狀態(tài)變化得到迅速響應，數據得以精準推送，有效減少流程沖突及作業(yè)等待時間，統(tǒng)籌計劃排產要素，通過算法模型指導生產作業(yè)全過程，從而實現優(yōu)化產能，提高裝卸作業(yè)效率，改善庫場周轉率，達到降本增效的目的。

碼頭智能化不僅有全自動化的單機生產裝備，還需要各裝備的作業(yè)協(xié)同化，利用工業(yè)互聯(lián)網思維，貫徹管控一體化思路，使生產層與管理層信息實時互通、生產資源和信息資源實時互動、港口運營與環(huán)境保護相協(xié)調，從而實現整個碼頭的透明生產。同時，利用大數據信息共享和數據挖掘分析能力，為管理層提供準確有效的決策數據，打造上下游一體化的智能港口，從而實現煤炭碼頭的高效、安全和綠色運行。

（1）大型單機裝備全自動化

碼頭裝備類型雖不繁雜，但其自身往往都較龐大與復雜，完成翻車、堆料、取料及裝（卸）船功能需要通過完成一系列的協(xié)調動作才能實現。通過自動化作業(yè)替代傳統(tǒng)手動作業(yè)模式，降低人工操作失誤風險，大幅提升單機作業(yè)效率，提高裝卸作業(yè)質量。碼頭裝備本身由多組大型機構及電控制系統(tǒng)組成，裝備全自動化技術重點是解決裝備實時定位與姿態(tài)識別。單機裝備全自動化的實現，為生產作業(yè)模式由機上操作轉向集控作業(yè)，生產人員結構優(yōu)化提供了條件。

（2）裝備作業(yè)流程協(xié)同化

碼頭單機裝備全自動化為流程作業(yè)的標準化提供了條件。碼頭主要工藝決定了作業(yè)流程全自動運行時，要求流程中的節(jié)點設備具有根據流程標準要求選擇運行方式的能力。高效節(jié)能的生產運行必然要求其系統(tǒng)具強大的邏輯判斷和自動協(xié)調控制能力。流程協(xié)同化要點是將流程任務分解，通過廣泛互聯(lián)對設備調度動態(tài)聯(lián)鎖實現全流程自動協(xié)同作業(yè)。

（3）生產運營決策智能化

在生產過程自動化及管理流程協(xié)同化實現時，決策智能化將成為企業(yè)數字化轉型的關鍵。通過構建大數據分析能力，使“數據”轉化為“決策”，再由決策產生行動。從技術和管理上提升決策分析能力，真正實現“感知→預測→決策→執(zhí)行”閉環(huán)運作與循環(huán)提升。決策智能化難點是將復雜的生產條件抽象為算法模型，對生產精準仿真，結合高效化和最優(yōu)化的方向目標對作業(yè)（管理）流程做出智能化決策，實現決策和控制集成優(yōu)化，最終使企業(yè)生產結構、效率發(fā)生根本性的改變。

按照企業(yè)發(fā)展目標，結合公司工程建設實際，提出華電曹妃甸智能化碼頭建設“三步走”戰(zhàn)略：

第一步是依托智能化碼頭建設，做好公司信息化規(guī)劃。在項目交工驗收前，全面實現遠程全自動堆料、取料裝卸作業(yè)，持續(xù)推進管控一體化；

第二步是依據規(guī)劃進一步推動智能化碼頭建設。在項目達產前，實現翻堆作業(yè)集中管控、管控一體化全面應用；

第三步是在項目達產后的三年內，使遠程全自動裝船作業(yè)、智能排產(APS)等先進技術得以實施，全面實現智能化碼頭建設目標。

華電集團積極響應國家發(fā)展數字經濟、建設“數字中國”和用數字化推動“能源革命”的號召，已正式發(fā)布《數字華電規(guī)劃（2018版信息化規(guī)劃）》，規(guī)劃運用先進數字化信息技術對傳統(tǒng)能源產業(yè)進行改造升級，加快集團公司戰(zhàn)略轉型，實現創(chuàng)新發(fā)展、高質量發(fā)展和安全發(fā)展提供了核心支撐。華電煤業(yè)以規(guī)劃為基礎，通過數字化、智能化、智慧化技術路線的應用，進一步將智能化碼頭“三步走”戰(zhàn)略落實到實際工作之中，細化工作目標和計劃，確保按時間完成，不久的將來萬噸巨輪從這里駛航，智能高效、綠色環(huán)保碼頭的壯闊畫卷必將躍然于世。