工業(yè)4.0與智慧港口建設(shè)方案

1、工業(yè)4.0與智慧港口建設(shè)宓為建 上海海事大學(xué)SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY第1頁工業(yè)4.0發(fā)展背景德國工業(yè)為何一枝獨(dú)秀關(guān)鍵需求領(lǐng)域：高科技戰(zhàn)略（1）氣候/能源（2）保健/營養(yǎng)（3）交通（4）安全（5）通信？第2頁時(shí)間復(fù)雜程度工業(yè)革命1.018世紀(jì)末1784工業(yè)革命2.020世紀(jì)初電力廣泛應(yīng)用蒸汽機(jī)工業(yè)革命3.0電子、IT、工業(yè)機(jī)器人工業(yè)革命4.0信息物理系統(tǒng)高新技術(shù)發(fā)展必定 工業(yè)4.0 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) 新硬件時(shí)代第3頁智能化環(huán)境嵌入式計(jì)算機(jī)智能工廠智能手機(jī)智能卡90%計(jì)算機(jī)都是嵌入式多個(gè)計(jì)算機(jī)：1個(gè)用戶1個(gè)計(jì)算機(jī)：1個(gè)用戶PC中央計(jì)算機(jī)1個(gè)計(jì)算機(jī)：多個(gè)用戶基于物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)

2、智能環(huán)境發(fā)展過程第4頁工業(yè)4.0從智慧工廠到智慧港口Industry 4.0德國高科技戰(zhàn)略計(jì)劃兩大主題：智慧工廠、智能生產(chǎn)智慧工廠重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施實(shí)現(xiàn)（智慧港口）智能生產(chǎn)主要包括整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)、3D打印以及增材制造等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用等（自主裝卸、智能服務(wù)）第5頁智慧港口增值功效 面向供給鏈服務(wù)服務(wù)庫硬件無關(guān)抽象服務(wù)硬件相關(guān)設(shè)備控制現(xiàn)場(chǎng)層第6頁創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享-理念創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下可連續(xù)發(fā)展-模式更安全、更舒適、更環(huán)境保護(hù)、更高效-目標(biāo)新業(yè)態(tài)轉(zhuǎn)型發(fā)展要求第7頁中國制造2025推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”便捷交通、促進(jìn)智能交通發(fā)展推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)

3、+”行動(dòng)指導(dǎo)意見政治經(jīng)濟(jì)政策驅(qū)動(dòng)公路水路交通運(yùn)輸主要技術(shù)政策 第8頁國內(nèi)外智慧港口發(fā)展趨勢(shì)新加坡3D港口多層碼頭布局綜合物流園區(qū)上下通暢物流保稅貿(mào)易服務(wù)第9頁國內(nèi)外智慧港口發(fā)展趨勢(shì)1智慧港口帶動(dòng)未來貿(mào)易 我們必須意識(shí)到，港口企業(yè)已極難單純依靠碼頭裝卸服務(wù)尋求利潤增加。 “智慧港口”是集互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和碼頭自動(dòng)化技術(shù)為一體，多邊界屬性，一個(gè)系統(tǒng)化大港口生態(tài)圈。它代表著未來港口發(fā)展方向，孕育著新機(jī)會(huì)和可能性。貿(mào)易便利化！第10頁國內(nèi)外智慧港口發(fā)展趨勢(shì)2、智慧港口物流平臺(tái) 經(jīng)過智慧港口平臺(tái)建設(shè)，將碼頭生產(chǎn)作業(yè)與對(duì)外物流服務(wù)無縫對(duì)接，將海運(yùn)集裝箱業(yè)務(wù)各個(gè)步驟信息資源實(shí)現(xiàn)充分匯聚和及時(shí)共享，使各個(gè)節(jié)點(diǎn)業(yè)

4、務(wù)協(xié)同運(yùn)作成為可能，同時(shí)也滿足用戶對(duì)于信息完整、準(zhǔn)確、及時(shí)和便捷地獲取需求（單一窗口）。一站式服務(wù)集裝箱智慧物流平臺(tái)功效框架業(yè)務(wù)辦理電子閘口信息更新信息驗(yàn)證APP移動(dòng)端接口交互信息儲(chǔ)存數(shù)據(jù)交互Web網(wǎng)頁端訂艙數(shù)據(jù)獲取集卡調(diào)度派單堆場(chǎng)掃碼提箱集裝箱數(shù)據(jù)采集電子進(jìn)閘場(chǎng)位動(dòng)態(tài)采集集裝箱箱號(hào)識(shí)別集裝箱驗(yàn)殘視頻監(jiān)控/對(duì)講智能派位自動(dòng)車牌識(shí)別自動(dòng)抬桿司機(jī)接單小票打印信息查詢碼頭危品箱查詢碼頭箱狀態(tài)查詢司機(jī)立案查詢集卡立案查詢集卡派單信息查詢?cè)O(shè)備交接單信息查詢集裝箱物流動(dòng)態(tài)查詢第11頁國內(nèi)外智慧港口發(fā)展趨勢(shì)3、中遠(yuǎn)海運(yùn)港口新布局超出8500萬載重噸/114艘，排名世界第一；集裝箱船隊(duì)排名世界第四；全球集裝箱

5、碼頭超出46個(gè)；泊位數(shù)超出190個(gè)；集裝箱吞吐量9000萬TEU，排名世界第二 全球化時(shí)代船、港、貨：船舶是載體，港口是航運(yùn)中轉(zhuǎn)樞紐，貨物轉(zhuǎn)移時(shí)空需求，是全球貿(mào)易賴以存在根本。第12頁國內(nèi)外智慧港口發(fā)展趨勢(shì)4、港口運(yùn)行新愿景單機(jī)設(shè)備智能化裝卸作業(yè)高效化資源利用最佳化信息應(yīng)用整體化第13頁工業(yè)4.0從智慧港口到智能裝卸示例：云平臺(tái)架構(gòu)下危險(xiǎn)貨物集裝箱安全監(jiān)管協(xié)同服務(wù)平臺(tái)分類管理、全程跟蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息共享云平臺(tái)架構(gòu)下基于知識(shí)協(xié)同服務(wù)基于物聯(lián)網(wǎng)可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控集裝箱供給鏈安全監(jiān)管技術(shù)與系統(tǒng)第14頁傳統(tǒng)港口向智慧型港口轉(zhuǎn)型應(yīng)用和發(fā)展港口裝卸專業(yè)化、智能化技術(shù)： 1、支持集裝箱碼頭向智能化方向發(fā)展，推

6、廣應(yīng)用碼頭生產(chǎn)組織營運(yùn)仿真與預(yù)演技術(shù)，推廣以智能計(jì)劃與調(diào)度為關(guān)鍵流程重組，推廣應(yīng)用集裝箱碼頭自動(dòng)化裝卸技術(shù)、集裝箱物流全程實(shí)時(shí)在線監(jiān)控技術(shù)。 2、勉勵(lì)大宗干散貨碼頭裝卸作業(yè)推廣應(yīng)用智能化控制技術(shù)。勉勵(lì)液體散貨碼頭推廣應(yīng)用自動(dòng)化裝卸技術(shù)。推廣應(yīng)用港口裝卸輸送設(shè)備變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 3、勉勵(lì)應(yīng)用單機(jī)設(shè)備安全保護(hù)和運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)技術(shù)、基于自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)港口機(jī)械在線健康監(jiān)測(cè)技術(shù)。應(yīng)用和發(fā)展港口作業(yè)管控一體化技術(shù)、港口柔性工藝技術(shù)。支持發(fā)展港口機(jī)械輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)、控制能耗與排放設(shè)計(jì)技術(shù)、低耗料低污染低排放制造技術(shù)。當(dāng)代港口發(fā)展方向是：1）建設(shè)智慧型港口系統(tǒng) 2）傳統(tǒng)港口智能化改造第15頁當(dāng)代港口定義當(dāng)代

7、港口: 是含有水陸聯(lián)運(yùn)設(shè)備和條件，供船舶安全進(jìn)出和停泊運(yùn)輸樞紐,是水陸交通集結(jié)點(diǎn)，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品和外貿(mào)進(jìn)出口物資集散地,也是國際物流全程運(yùn)輸與國際貿(mào)易服務(wù)中心和服務(wù)基地。第16頁智慧港口定義以信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems）為結(jié)構(gòu)框架，經(jīng)過高新技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，使物流供給方和需求方共同融入集疏運(yùn)一體化系統(tǒng)；極大提升港口及其相關(guān)物流園區(qū)對(duì)信息綜合處理能力和對(duì)相關(guān)資源優(yōu)化配置能力；智能監(jiān)管、智能服務(wù)、自動(dòng)裝卸成為其主要展現(xiàn)形式，并能為當(dāng)代物流業(yè)提供高安全、高效率和高品質(zhì)服務(wù)一類新型港口。智慧港口（smart port）：第17頁智能商務(wù)物流園區(qū)代理鐵路海關(guān)稅收其它部門檢驗(yàn)檢疫貨

8、主公路金融保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)船企業(yè)智能政務(wù)自主裝卸智能管理智慧港口功效組成第18頁智能泊位調(diào)度智能堆場(chǎng)管理智能閘口自主裝船作業(yè)自主取料作業(yè)堆料智能作業(yè)設(shè)備智能監(jiān)管區(qū)域智能監(jiān)管電子商務(wù)平臺(tái)（合約）智能船舶管理海水霧化抑塵智能商務(wù)智能閘口智能堆場(chǎng)智能泊位控制自主裝卸智能安全管理綠色環(huán)境保護(hù)貨物智能監(jiān)管生態(tài)抑塵智慧型干散貨碼頭示例：火車運(yùn)輸汽車運(yùn)輸船只靠泊船只離港以干散貨出口為例船舶運(yùn)輸進(jìn)閘口堆料作業(yè)面簽協(xié)議入庫船舶手續(xù)申報(bào)裝船作業(yè)取料作業(yè)人工泊位調(diào)度人工設(shè)備維護(hù)人工安全巡視人工貨物監(jiān)管第19頁智慧港口主要形態(tài)特征全方面感知是全部深層次智能化應(yīng)用基礎(chǔ)，智能監(jiān)測(cè)結(jié)果是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)全方面數(shù)字化。包含現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程傳

9、輸網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)集成管理（篩選、質(zhì)量控制、標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)整合）。一，全方面感知第20頁智慧港口主要形態(tài)特征 智能決議是在基礎(chǔ)決議信息感知搜集基礎(chǔ)上，明確決議目標(biāo)及約束條件，對(duì)復(fù)雜計(jì)劃、調(diào)度等問題快速做出有效決議。二，智能決議第21頁智慧港口主要形態(tài)特征自主裝卸是在智能決議基礎(chǔ)上，設(shè)備自主識(shí)別確定裝卸對(duì)象、作業(yè)目標(biāo)，并安全、高效、自動(dòng)完成作業(yè)任務(wù)。三，自主裝卸搬運(yùn)第22頁智慧港口主要形態(tài)特征 全程參加，即是經(jīng)過云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，使港口相關(guān)方能夠隨時(shí)隨地利用各種終端設(shè)備，全方面融入統(tǒng)一云平臺(tái)。經(jīng)過廣泛聯(lián)絡(luò)，深入交互，使港口綜合信息平臺(tái)能最大程度優(yōu)化整合多方需求與供給，使各方需求得到即時(shí)響應(yīng)。

10、四，全程參加第23頁智慧港口主要形態(tài)特征港口可連續(xù)創(chuàng)新是經(jīng)過港口相關(guān)方廣泛參加和深入交互，經(jīng)過港口管理者與智能信息系統(tǒng)人機(jī)交互，智能信息系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)，使得港口具備連續(xù)創(chuàng)新和自我完善功效，是智慧港口最主要特征之一。大眾創(chuàng)新用戶創(chuàng)新開放創(chuàng)新協(xié)同創(chuàng)新系統(tǒng)創(chuàng)新自學(xué)習(xí)自組織人機(jī)交互五，連續(xù)創(chuàng)新第24頁智慧港口主要技術(shù)支撐一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)，指是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。港口應(yīng)用：貨物電子標(biāo)簽第25頁智慧港口主要技術(shù)支撐二、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(Mobile I

11、nternet, 簡稱MI)是一個(gè)經(jīng)過智能移動(dòng)終端，采取移動(dòng)無線通信方式獲取業(yè)務(wù)和服務(wù)新興業(yè)態(tài)，包含終端、軟件和應(yīng)用三個(gè)層面。從信息獲取到基于信息服務(wù)鏈接互動(dòng)共享微信訂艙手機(jī)支付實(shí)時(shí)監(jiān)控港口應(yīng)用：移動(dòng)智能終端應(yīng)用第26頁智慧港口主要技術(shù)支撐三、云計(jì)算技術(shù)云計(jì)算（Cloud Computing），是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與服務(wù)方式，經(jīng)過這種方式，共享軟硬件資源和信息能夠按需求提供給計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備。港口云計(jì)算中心政府監(jiān)管系統(tǒng)船貨代系統(tǒng)集疏運(yùn)一體化系統(tǒng)碼頭業(yè)務(wù)系統(tǒng)物流倉儲(chǔ)系統(tǒng)港口應(yīng)用：港口云計(jì)算中心第27頁智慧港口主要技術(shù)支撐四、大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)（Big data），或稱巨量數(shù)據(jù)、海量數(shù)據(jù)、大資料，指

12、是所包括數(shù)據(jù)量規(guī)模巨大到無法經(jīng)過人工，在合理時(shí)間內(nèi)整理成為人類所能解讀信息。必須借由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、比對(duì)、解析方能得出客觀結(jié)果大數(shù)據(jù)推進(jìn)全球物流業(yè)進(jìn)入新紀(jì)元分析預(yù)測(cè)知識(shí)發(fā)現(xiàn)智能商務(wù) 利用大數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算全球船舶、港口、貨物之間的時(shí)空關(guān)系，從而推算出船舶活動(dòng)情況、貨物流動(dòng)情況以及港口作業(yè)情況，以數(shù)據(jù)為中心，以全球化的國際貿(mào)易運(yùn)輸為研究對(duì)象，提供面向金融期貨、宏觀經(jīng)濟(jì)、商品貿(mào)易以及航運(yùn)咨詢領(lǐng)域的決策情報(bào)。港口應(yīng)用：智能監(jiān)管、智能商務(wù)、智能服務(wù)第28頁智慧港口主要技術(shù)支撐五、人工智能技術(shù)人工智能（Artificial Intelligence, AI）也稱為機(jī)器智能，是計(jì)算機(jī)科學(xué)一個(gè)分支，主要

13、研究應(yīng)用人工方法和技術(shù)，模仿、延伸和擴(kuò)展人智能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能。人工智能應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括問題求解、深度學(xué)習(xí)、教授系統(tǒng)、模式識(shí)別、機(jī)器人學(xué)等領(lǐng)域。智能泊位計(jì)劃智能場(chǎng)地計(jì)劃智能設(shè)備調(diào)度最合理的船舶在港時(shí)間最恰當(dāng)?shù)膱?chǎng)內(nèi)翻箱最小化的運(yùn)輸成本港口應(yīng)用：智能計(jì)劃與調(diào)度第29頁智慧港口主要技術(shù)支撐六、系統(tǒng)仿真與預(yù)演技術(shù) 系統(tǒng)仿真是一門研究系統(tǒng)建模與仿真理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用綜合性科學(xué)技術(shù)。預(yù)演技術(shù)是對(duì)詳細(xì)生產(chǎn)作業(yè)過程整體性動(dòng)態(tài)描述。港口應(yīng)用：碼頭生產(chǎn)預(yù)演第30頁智慧港口主要技術(shù)支撐七、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR) 虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和各種現(xiàn)實(shí)及控制等接口設(shè)備，生成可交互三維環(huán)境，

14、并能提供沉醉感覺技術(shù)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）是經(jīng)過設(shè)備識(shí)別判斷將虛擬信息疊加在以識(shí)別物為基準(zhǔn)某個(gè)位置，并顯示在設(shè)備屏幕上，可實(shí)時(shí)交互虛擬信息，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互。危貨堆場(chǎng)監(jiān)控及應(yīng)急處置第31頁智慧港口主要技術(shù)支撐八、設(shè)備智能診療與評(píng)定（智能運(yùn)維） 設(shè)備智能診療與評(píng)定就是經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)與教授知識(shí)對(duì)人與設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷其是否正常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)分析其產(chǎn)生原因、部位和嚴(yán)重程度，并預(yù)報(bào)其發(fā)展趨勢(shì)。 港口應(yīng)用：設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控第32頁智慧港口主要技術(shù)支撐九、裝卸機(jī)器視覺與自主控制 裝卸機(jī)器視覺是經(jīng)過非接觸傳感器自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體圖像，取得裝卸所需信息；自主控制則實(shí)現(xiàn)在此基礎(chǔ)上信息處理、決議和自動(dòng)裝卸控制。裝卸過程智能識(shí)別與自主控制第33頁智慧港口主要技術(shù)支撐十、港口綠色能源系統(tǒng) 港口綠色能源系統(tǒng)主要是引導(dǎo)港口運(yùn)行各個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)零排放、零污染和能源高效、綜合利用。港口綠色能源與高效利用規(guī)劃節(jié)能模型港口設(shè)備配置子系統(tǒng)港口物流規(guī)劃子系統(tǒng)港口節(jié)能規(guī)劃方案概念開發(fā)理論（CDT）規(guī)劃